СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ИЗДЕЛИЯ И ОХЛАЖДАЮЩАЯ БАЛКА
COOLING METHOD OF METAL ARTICLE AND COOLING BEAM

Изобретение относится к способу охлаждения металлического изделия посредством выпуска охлаждающей среды из охлаждающей балки на изделие, причем охлаждающую среду выпускают через щель охлаждающей балки, и во время процесса охлаждения ширину щели в направлении перемещения изделия или охлаждающей балки изменяют для управления или регулирования охлаждающей способности охлаждающей среды до достижения желательного или заданного уровня, при этом ширину щели изменяют на участках различным образом в направлении, которое ориентировано как поперечно направлению перемещения, так и перпендикулярно направлению выпуска охлаждающей среды.
Кроме того, изобретение относится к охлаждающей балке для выпуска охлаждающей среды на охлаждаемое изделие.
Охлаждающая балка рассматриваемого типа раскрыта в JP S59 171761 U. Аналогичное решение показано в JP H03 285709 A. Аналогичная охлаждающая балка и способ охлаждения металлического изделия посредством такой балки известны, например, из CN 101020196 A. При этом находящаяся под давлением охлаждающая среда (обычно вода), направляется через охлаждающую балку и выходит из охлаждающей балки через щель (щель форсунки) для попадания на охлаждаемое изделие. При этом желательная ширина щели устанавливается посредством детали линейной формы, которая может быть жестко привинчена к охлаждающей балке. Однако в этом случае во время протекания процесса указанная ширина не изменяется. В этом случае изменения охлаждающей способности возможны только посредством изменения давления охлаждающей среды. Аналогичное решение показано в EP 1 420 912 B1. Еще одно решение показано в WO 2014/023753 A1.
При охлаждении металлического листа вода подается, как правило, на поверхность металлического листа. В случае металлического листа, имеющего большую длину, охлаждающая вода может стекать только через кромки металлического листа. Это приводит к тому, что при равномерной подаче по ширине металлического листа объемный расход охлаждающей воды на поверхности металлического листа повышается к кромкам металлического листа. Это приводит к неравномерному охлаждающему воздействию или, соответственно, охлаждению. Кроме того, может возникнуть обусловленная процессом неоднородность температурного профиля. Оба фактора ведут к возникновению неравномерных механических свойств и непланшетности металлического листа.
Хотя в известных решениях геометрия форсунки может регулироваться, изменить эту регулировку во время эксплуатации невозможно. Таким образом, невозможно реагировать на изменяющиеся параметры процесса.
Также недостатком является то, что в известных решениях не существует возможность изменения охлаждающей способности в течение процесса выше известных пределов. Это относится, в частности, к регулированию объемного расхода охлаждающей среды в направлении, поперечном направлению перемещения металлического изделия (и, соответственно, охлаждающей балки, если она перемещается относительно охлаждаемого изделия).
Потому в основе изобретения лежит задача предложить способ указанного выше типа и охлаждающую балку, благодаря которым становится возможной оптимальная регулировка охлаждающей способности в соответствии с желательными или, соответственно, требуемыми краевыми условиями, причем указанная регулировка должна происходить быстро и в течение процесса. Это должно существенно улучшить охлаждение.
Способ для решения указанной задачи благодаря настоящему изобретению отличается тем, что щель ограничивают посредством по меньшей мере двух секций охлаждающей балки, причем каждая из обеих секций охлаждающей балки содержит вогнутую и примыкающую к ней выпуклую часть при рассмотрении перпендикулярно направлению выпуска охлаждающей среды, при этом с целью регулирования щели форсунки указанные по меньшей мере две секции охлаждающей балки для изменения ширины щели смещают в направлении, которое ориентировано как перпендикулярно направлению выпуска охлаждающей среды, так и перпендикулярно направлению перемещения (то есть в направлении, поперечном направлению перемещения).
При этом ширина щели может регулироваться так, что указанная ширина в центральной области охлаждаемого изделия больше, чем в боковых концевых областях охлаждаемого изделия.
Предлагаемая охлаждающая балка для выпуска охлаждающей среды на охлаждаемое изделие содержит электрические, пневматические или гидравлические средства регулирования, посредством которых может изменяться ширина щели в направлении перемещения (изделия или охлаждающей балки), причем в соответствии с изобретением предусмотрено, что щель ограничена посредством по меньшей мере двух секций охлаждающей балки, причем указанные по меньшей мере две секции охлаждающей балки, при рассмотрении перпендикулярно направлению выпуска охлаждающей среды, имеют S-образный контур, при этом указанные по меньшей мере две секции охлаждающей балки для изменения ширины щели выполнены с возможностью смещения относительно друг друга в направлении, которое ориентировано как перпендикулярно направлению выпуска охлаждающей среды, так и перпендикулярно направлению перемещения.
При этом средства регулирования могут быть соединены с устройством управления, причем предусмотрен по меньшей мере один соединенный с устройством управления датчик, посредством которого может быть определено физическое свойство изделия.
Предлагаемое решение или, соответственно, предлагаемая охлаждающая балка подходит для толстолистовых прокатных станов, полосовых станов горячей прокатки или линий термической обработки, в частности для стальных материалов. Однако в той же мере возможно применение для цветных металлов. В частности также возможно использование в закалочных устройствах, имеющих охлаждающую балку со щелевой форсункой для выпуска охлаждающей воды.
Таким образом, предложена охлаждающая балка со щелевой форсункой и изменяемой по ширине геометрией форсунки. Тем самым посредством определенных заданных значений можно целенаправленно влиять на геометрию форсунки, а именно во время процесса охлаждения.
Таким образом, настоящее изобретение предлагает охлаждающую балку со щелевыми форсунками, причем геометрия форсунки и, следовательно, объемный расход по ширине охлаждаемого изделия может изменяться во время эксплуатации. Таким образом, может быть осуществлена система регулирования, выдающая заданные значения для предусмотренных исполнительных устройств.
Предпочтительно щелевая форсунка предлагаемой охлаждающей балки состоит по меньшей мере из двух частей, причем по меньшей мере одна часть форсунки выполнена с возможностью перемещения. Изменение геометрии форсунки может происходить, например, посредством подачи одной части форсунки в направлении другой части форсунки. Эта подача может происходить неравномерно по ширине форсунки. Таким образом, например, к кромкам может подаваться меньшее количество охлаждающей воды. Это помогает устранить упомянутый выше недостаток.
Еще одна возможность состоит в том, чтобы снабдить части форсунки специальным контуром, в частности с S-образной геометрией, и в этом случае изменять щель форсунки посредством осевого смещения частей относительно друг друга.
При этом регулировка щели может осуществляться вручную или автоматически. Для автоматического регулирования щели и, следовательно, обеспечения возможности переменной подачи воды по ширине металлического листа предусмотрены исполнительные устройства. Указанные исполнительные устройства предпочтительно получают регулирующие воздействия от автоматизированной системы (системы регулирования). Автоматизированная система получает данные о размерах металлического листа и качестве материала (исходные данные), заданные свойства (твердость, прочность и т.д.), данные параметров технологического процесса (температура материала, фактическая планшетность и т.д.) перед охлаждающим устройством, в охлаждающем устройстве и после охлаждающего устройства, и достигнутые фактические свойства после процесса. Благодаря этим данным система может передавать в исполнительные устройства регулирующие воздействия. Благодаря указанному непрерывному обратному потоку фактических свойств указанные воздействия могут быть выбраны так, что устанавливается равномерное распределение свойств металлического листа, в частности по ширине. Однако также возможно целенаправленно устанавливать различные свойства по ширине металлического листа.
Несмотря на наличие фильтров в приемных каналах охлаждающей балки, в форсунках для разбрызгивания охлаждающей воды постоянно могут возникать заторы или, соответственно, отложения. Благодаря регулированию щели щелевой форсунки щель форсунки может быть открыта, в результате из щели могут быть вымыты загрязнения, например, в виде комков или пластинок.
Предлагаемое решение позволяет устанавливать или, соответственно, регулировать геометрию щелевой форсунки изменяемым образом. Указанная регулировка может осуществляться во время эксплуатации, даже во время охлаждения изделия (металлического листа). Благодаря этому вода на головную и хвостовую части металлического листа может подаваться различным образом.
Кроме того, может быть предусмотрено регулирование, которое в зависимости от различных параметров процесса и заданных значений задает заданные значения для регулирования геометрии форсунки.
Благодаря этим мерам в процессе охлаждения может быть достигнута лучшая планшетность и оптимальные свойства материала.
Предлагаемое решение позволяет целенаправленно регулировать охлаждающую среду, стекающую по сторонам таким образом, что происходит желательное охлаждение по ширине полосы. Таким образом, в частности может быть достигнуто равномерное охлаждение по ширине полосы.
На чертежах представлен пример осуществления изобретения. На чертежах показано следующее:
фиг. 1 - схематичный вид сбоку в разрезе охлаждающей балки, которая охлаждает изделие, проходящее мимо нее в направлении перемещения;
фиг. 2a - щель охлаждающей балки при ее рассмотрении в направлении выпуска охлаждающей среды, при первом относительном положении двух секций охлаждающей балки;
фиг. 2b - щель охлаждающей балки по фиг. 2a во втором, смещенном относительном положении секций охлаждающей балки.
На фиг. 1 показана охлаждающая балка 2, под которой в направлении F перемещения проходит металлическое изделие 1 в форме металлической полосы и охлаждается посредством охлаждающей среды, выпускаемой из охлаждающей балки 2. Горизонтальное направление Q, поперечное направлению F перемещения, ориентировано перпендикулярно плоскости чертежа на фиг. 1.
Известным образом охлаждающая балка 2 имеет щель 3, которая проходит по всей ширине металлического изделия 2, то есть в направлении Q, и при этом имеет ширину B при измерении в направлении F перемещения.
Как видно из фиг. 1, направление A выпуска охлаждающей среды расположено под определенным углом к поверхности изделия 1, однако это не меняет того обстоятельства, что ширина B проходит на определенную величину в направлении F перемещения.
Существенным является то, что щель 3 охлаждающей балки 2 во время процесса охлаждения может изменяться по своей ширине B, для чего предусмотрены средства 8 регулирования. Указанные средства, показанные на фиг. 1 схематично, могут представлять собой средства регулирования любого типа (электрические, пневматические, гидравлические).
Посредством указанных средств регулирования две секции 4 и 5 охлаждающей балки 2 могут перемещаться или, соответственно, регулироваться относительно друг друга, т.е. одну из секций, в данном примере осуществления - секцию 5, перемещают в направлении Z подачи для установки ширины B щели 3.
На фиг. 1 показано, что посредством датчика 10 определяется физическая величина (которая может представлять собой планшетность изделия 1 или его температуру), и измеренное значение подается в устройство 9 управления. После этого управляющее устройство на основе сохраненного в нем алгоритма может выдать на средства 8 регулирования управляющий сигнал, посредством которого устанавливается определенная ширина B, так что может быть достигнуто желательное свойство изделия 1. Таким образом, в замкнутом контуре регулирования может быть обеспечено, чтобы ширина B щели 3 охлаждающей балки устанавливалась таким образом, что получается желательное свойство изделия 1.
Специальное и предпочтительное исполнение секций 4 и 5 охлаждающей балки 2 следует из фиг. 2a и 2b.
Если смотреть в направлении A выпуска охлаждающей среды, которое на фиг. 2a и 2b ориентировано перпендикулярно плоскости чертежа, обе секции 4, 5 содержат вогнутые части 6 и выпуклые части 7, так что получается показанное S-образный контур ограничения щели 3.
В то время, как на фиг. 2a обе секции 4 и 5 находятся в исходном положении, а щель 3 при этом имеет почти постоянную (хотя и проходящую по кривой линии) ширину B, на фиг. 2b обе секции 4 и 5 смещены относительно друг друга в направлении Q (на фиг. 2 верхняя секция 4 была смещена вправо, а нижняя секция 5 - влево). Соответственно этому изменилась форма щели 3.
Как видно из фиг. 2b, теперь вследствие большей ширины B щели 3 в центральной области охлаждаемого изделия на изделие попадает большее количество охлаждающей среды, тогда как в обеих боковых областях металлического листа 1 или, соответственно, в концевых областях щели 3 имеется меньшая ширина и, следовательно, выходит меньшее количество охлаждающей среды.
Таким образом, в результате соответствующего смещения обеих секций 4 и 5 в направлении Q можно влиять на количество и распределение выходящей охлаждающей среды и благодаря этому управлять или, соответственно, регулировать процесс охлаждения.
Это активным образом происходит, в частности, во время процесса охлаждения, так что посредством воздействия на охлаждение становится возможным влиять на изменяющиеся внешние условия в отношении процесса.
Перечень условных обозначений:
1 металлическое изделие
2 охлаждающая балка
3 щель охлаждающей балки
4 секция охлаждающей балки
5 секция охлаждающей балки
6 вогнутая часть
7 выпуклая часть
8 средства регулирования
9 устройство управления
10 датчик
B ширина щели
F направление перемещения изделия / охлаждающей балки
Z направление подачи
Q направление, поперечное направлению перемещения
A направление выпуска охлаждающей среды