[发明专利]用于受控冷却的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及热轧金属受控冷却的一般性领域，更具体地涉及钢带和钢板的加速冷却和直接淬火。

背景技术

热轧钢的受控冷却对于实现钢产品的期望微观结构和性质而言非常重要。为此，现代的钢板和热轧钢带工厂通常使用强大的冷却系统，籍此对温度和冷却速率的准确控制是非常重要的。水通常被用作冷却流体。

用于受控冷却的设备的最成功的设计之一是具有多个顶部冷却头和底部冷却头的设计，通过这种设计，冷却水射流被喷洒到热轧金属板或带的顶面和底面，例如EP0178281中所描述的。

这种类型设备的一个简化剖面如图1所示。需要冷却的热轧金属板或带1被传送经过设备，以便在辊子2上进行受控冷却。用于受控冷却的设备9由多个顶部冷却头6和多个底部冷却头3组成。为清楚起见，图1仅仅示出了六个顶部冷却头和六个底部冷却头，但实际上，用于受控冷却的典型设备具有更多的冷却头。底部冷却头3将冷却水射流5喷洒到板的底面，而顶部冷却头6将冷却水射流8喷洒到板的顶面。用于底部冷却头3的冷却水通过管道4供应，而用于顶部冷却头6的冷却水通过管道7供应。

为了实现被冷却板或带的良好平整度，非常重要的是，要在相同时间施加顶部和底部冷却并且要使得顶部和底部冷却均等。如果一个表面早于另一个表面被冷却，则板将倾向于弯曲和形成沟槽形状或倒沟槽形状，或者倾向于形成其他类型的平整度问题。为了确保顶面的冷却与底面的冷却在相同时间开始和结束，常用的做法是使用射流或流形式的流体流，其被称为分区喷射并且从分区喷射装置被施加。分区喷射将冷却水在板或带顶面上约束到期望区域，在上述示例中，是将水约束在分区喷射装置10和11之间的区域。用从分区喷射装置开始的箭头标示分区喷射。在没有分区喷射的情况下，板或带的顶面上的冷却水倾向于流向用于受控冷却的设备的上游和下游，这与板或带的运动方向有关，结果，相比底面的冷却，顶面的冷却将更早开始和/或更晚结束。喷洒到底面上的冷却水不流向上游或下游，这部分地因为水自然地由于重力下落而部分地因为其被辊子2阻挡，板或带在辊子2上被传送。通过板或带1右端处的箭头表示板或带的运动方向。

不同厚度和不同冶金学要求的板具有不同的冷却要求，并且有时不需要在用于受控冷却的设备9的全部长度上进行冷却。这种情况下，常用的做法是关闭一些顶部和底部冷却头，从而利用设备中较短的长度进行冷却。例如在图1所示的简化系统中，有可能仅使用头三个顶部和底部冷却头而不是所有的顶部和底部冷却头。这种情况下，为了防止板的顶面上的冷却水流到第三个冷却头的下游，使用附加的分区喷射装置12来防止冷却水流到第三个顶部冷却头的下游。

为了清楚起见，仅示出了三个分区喷射装置，其中，用于受控冷却的设备的每一端各一个，并且中间一个，用于把受控冷却设备9的长度分为两个分离的区。实际上，典型的用于受控冷却的设备将具有四个或更多个区以及五个或更多个分区喷射装置。

分区喷射的操作原理是：分区喷射装置10、11和12被布置成使得分区喷射的射流向内成角度朝向用于受控冷却的设备9，并且它们具有足够的冲击压力以防止冷却水穿过分区喷射，从而冷却水被促使流到板的边缘而不是流向上游或下游。

冲击压力是质量流量(千克每秒，kg/s)乘以速度(米每秒，m/s)的乘积除以冲击面积(平方米，m²)。来自现代用于受控冷却的设备冷却头的冷却水的冷却流量在最大时可高达33升每秒每平方米或者更大。结果，分区喷射需要高的质量流量和高速度以实现足够的冲击压力来防止大量的冷却水穿过。

分区喷射装置包括一排或多排喷嘴。通常使用多排，从而第一排可阻止大多数的冷却水穿过，而后续的排阻止任何穿过第一排的冷却水。

图1所示现有技术的用于受控冷却的设备的一个严重问题在于，如果当用于受控冷却的设备工作在来自冷却头的最大冷却流量时，分区喷射具有足够的冲击压力以约束冷却水，则当受控冷却装置工作在来自冷却头的较低的冷却流量时，流出分区喷射装置的流体可显著地影响冷却。如EP0178281所描述的，用于多用途中断冷却过程(MULPIC)的设备可实现来自冷却头的最大和最小冷却流量之间的20∶1的调节比。为了约束最大冷却流量时的冷却水，分区喷射需要具有大冲击压力，从而需要大流量。

当利用来自冷却头的最大冷却流量完成冷却时，流出分区喷射装置的流量仅为总流量的一小部分，通常小于10％。

当工作在低冷却流量时，如果采用了与最大冷却流量期间所使用的一样大的冲击压力和流出分区喷射的大流量，则流出分区喷射装置的流量将为总流量的高得多的比例，通常高于50％。