專利名稱：用于受控冷卻的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及熱板或條型金屬的受控冷卻領(lǐng)域，更具體地涉及 鋼帶和鋼板的加速冷卻和直接淬火。
背景技術(shù)：
控制熱軋鋼的冷卻對于獲得期望的微觀結(jié)構(gòu)和特性很重要。出于 這個目的，現(xiàn)代的軋板機(jī)和熱帶軋機(jī)通常使用大功率的冷卻系統(tǒng)，由 此，溫度和冷卻速度的精確控制很重要。通常用水作為冷卻流體。
現(xiàn)有技術(shù)中有很多不同設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)可用。最常用的類型之一
是u形管式片狀冷卻集管。主供水是經(jīng)由大直徑管從多個u形管流出并 且向下流到正被冷卻的產(chǎn)品上。使用u形管的原因是為了使得即使切斷 水流，主供應(yīng)管仍保持充滿水。這意味著，接通水流與水流出u形管之 間的延時就被最小化了。這也意味著，當(dāng)水流切斷時，只有少量水滴 出u形管。
但是，u形管式集管有很多局限性。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，u形管只在有
限的流量范圍內(nèi)提供嚴(yán)格限制的流動模式。提供好的流動模式的最低
與最高流量之間的比值通常是約3:1。另一個局限性是，噴管在受冷卻 產(chǎn)品的上方與該產(chǎn)品相距一段很大距離，這會降低冷卻效率。
由于常規(guī)U形管結(jié)構(gòu)的這些局限性，許多現(xiàn)代系統(tǒng)改用多點(diǎn)噴射式 集管。這些結(jié)構(gòu)有一些在EP 0 176 494、 EP 0 178 281、 EP 0 233 854 和EP 0 297 077中描述了。主供水管將水供給集管。在集管內(nèi)部有許 多噴嘴，這些噴嘴產(chǎn)生了許多水射流。這種多點(diǎn)噴射式集管結(jié)構(gòu)有許 多優(yōu)勢。這許多射流比U形管式集管能提供更大的冷卻功率。此外，這 種結(jié)構(gòu)使得這些射流能夠更接近正在冷卻的產(chǎn)品，這進(jìn)一步增大了冷 卻功率。大量的小射流也能得到更寬范圍的穩(wěn)定流量供使用。與U形管 的約3: 1相比，最低與最高穩(wěn)定流量之間的比例是2 0: 1或更大。
雖然多點(diǎn)噴射式集管有很多優(yōu)于U形管式集管的優(yōu)點(diǎn)，但它也確實(shí) 有一些缺點(diǎn)。當(dāng)切斷水流時，供水管中的水會通過噴嘴排出。這是不 希望有的，因?yàn)樗畷蔚讲辉傩枰魏卫鋮s的產(chǎn)品上。這也意味著，在為需要冷卻的下一個產(chǎn)品接通水流時，在建立適當(dāng)?shù)牧髁恐靶柚?新填充供水管。
另 一個不希望的特征是在低流量下需要花很長時間來改變流量。 其原因是，從噴嘴出來的流量與噴嘴處的壓力的平方根成比例。在最
大流量時，集管中的壓力通常是約4巴或大約40米的水頭。在最低與最 高流量之間的比值為20: l的情況下，最低流量所需的壓力只要40/(20 x20)米，也就是只要O. l米。由于供水管的直徑通常為300毫米，這意
味著對于最低流量，供水管只要部分填充。如果進(jìn)入供水管的流量改 變了，那么從噴嘴出來的流量將與進(jìn)入供水管的流量不匹配，直到管 中的水位已達(dá)到新的適當(dāng)平衡水位。在極低流量下，這可能需用長達(dá) IOO秒甚至更長的時間。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是，通過即使在低流速下也能夠快速改 變流量來克服多點(diǎn)噴射式冷卻集管的缺點(diǎn)。本發(fā)明的另一個目的是， 能夠更快速地形成適當(dāng)?shù)乃鞑⑶以谇袛嘣撍鲿r阻止水滴出。
這些目的是通過包括權(quán)利要求1所述的裝置和權(quán)利要求9所述的控 制方法的本發(fā)明得以解決。
根據(jù)本發(fā)明的裝置，將第一閥布置成使得在集管填充冷卻流體時 允許空氣從集管中逸出并且阻止空氣返回到集管中。笫一閥安裝成使 得它通過連接管連接到集管的最高部分。在集管填充冷卻流體時，第 一閥允許空氣逃離集管并且阻止冷卻流體離開集管。本發(fā)明的裝置允 許快速接通和切斷。這樣可以確保集管完全填滿并且在較低流速下工 作時確保穩(wěn)定操作。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的一種特別實(shí)施方式，笫一閥是一種浮子式閥。
在集管充滿時，該閥允許空氣從集管中出來但阻止冷卻流體逃離。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的一種特別實(shí)施方式，第二閥連接至第一閥。 該第二閥阻止空氣返回到集管中。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的又一種特別實(shí)施方式，第二閥是一種止回閥。 這可以在集管中的壓力下降時避免空氣進(jìn)入集管中。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的一種適當(dāng)實(shí)施方式，第一閥是一種電動閥， 在集管填充時該閥操作允許空氣從集管中出來，并且在集管充滿時該閥操作阻止空氣返回到集管中。由于這種操作模式，就能提供全自動 控制。
當(dāng)?shù)诙y是一種電動閥時，可以得到另一種適當(dāng)實(shí)施方式。這能 改善對集管的控制，
在本發(fā)明的裝置的一種有益實(shí)施方式中，電動電磁閥布置在處于 第一和第二閥之間的連接管中，該閥允許空氣回到集管中以排空集管。
這個附加閥確保在需要時快速排空集管。
此外，本發(fā)明的裝置的該有益實(shí)施方式能夠通過連在集管(具體 是連在噴嘴座上)的排空閥得以延伸，其允許從集管中更加快速地排 出冷卻流體。這對于要避免來自集管或噴嘴的不受控制的滴漏的任何 時候都是很實(shí)用的。
根據(jù)本發(fā)明的操作裝置的控制方法，該裝置借助于冷卻流體用于 熱板或條型金屬(具體是鋼)的受控冷卻，該裝置具有集管，該集管 包括一個中央供應(yīng)管和布置在噴嘴座中的多個噴嘴，借助于第一閥， 該集管完全填充水并且在操作期間阻止空氣進(jìn)入該集管中。由于有了 受控的填充和對空氣返回到集管中或允許空氣排出的控制，就能更大 程度地控制流動狀態(tài)。
本發(fā)明的控制方法的一種優(yōu)選實(shí)施方式的特征在于，在集管填充 時第一閥操作以允許空氣從集管中出來，在集管充滿時該第一閥操作 以阻止空氣返回到集管中。
本發(fā)明的控制方法的另一種優(yōu)選實(shí)施方式的特征在于，將在集管 中測得的壓力用作控制第一閥的輸入值。這個壓力能夠改善對集管的 當(dāng)前填充水位的檢測。其它測量值也可以使用，例如集管中的填充水 位。
根據(jù)本發(fā)明的控制方法的一種特別實(shí)施方式，在集管填充期間， 提高從流體源供給的流體的流速。這確保集管的完全填充和快速填充， 使得在集管需要進(jìn)入操作狀態(tài)時能作出快速反應(yīng)。此外，增大的流速 確?？諝馔耆珡募苤幸瞥?。
根據(jù)本發(fā)明的控制方法的一種特別實(shí)施方式，集管在操作期間保 持填滿。這種特別狀態(tài)允許集管的穩(wěn)定操作，即使噴嘴處的冷卻流體 的流速降至低值。此外，進(jìn)入集管的流速的變化會引起流出噴嘴的流 速立即改變，因?yàn)榧苁冀K保持充滿，并且改變噴嘴處的壓力不必改根據(jù)本發(fā)明的控制方法的一種優(yōu)選實(shí)施方式，在集管中制造局部 真空，使噴嘴處的流體壓力小于由集管中的水位所引起的壓力。該方 法確保沒有空氣進(jìn)入集管中，即使在冷卻流體的低流速情況下。因此， 流速可降至大大低于傳統(tǒng)集管的值，因?yàn)闆]有空氣進(jìn)入集管中。因此， 即使在低流速下冷卻流體的流動和系統(tǒng)都保持穩(wěn)定。


附圖中更詳細(xì)地描述了本發(fā)明，提出本發(fā)明的可能實(shí)施例，但不 將本發(fā)明限制到所提出的實(shí)施例。
圖l:根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的集管的剖視圖； 圖2:根據(jù)本發(fā)明的集管的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了帶有供應(yīng)管2和布置在噴嘴座4中的多個噴嘴3的集管1。 冷卻介質(zhì)從5處進(jìn)入集管。然后，該冷卻介質(zhì)從主供應(yīng)管2流入噴嘴座4 中并且通過噴嘴3流出。由噴嘴3形成冷卻介質(zhì)射流6。通常用水作冷卻 介質(zhì)，然而根據(jù)本發(fā)明，可以使用其它介質(zhì)或介質(zhì)的混合物。浮子式 閥7連接至集管1的最高位，在該實(shí)施方式中，這個最高位是供應(yīng)管2的 頂部。當(dāng)冷卻流體接通時，浮子式閥7允許空氣逃離集管1但它不允許 冷卻流體逃離。 一旦集管1和供應(yīng)管2充滿了冷卻流體，浮子就上升并 且封住出口。
在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的集管中，如果從5處進(jìn)入集管的流量下降到使得 產(chǎn)生從噴嘴3出來的流量所需的冷卻流體液壓小于供應(yīng)管2的頂部高出 噴嘴的高度，那么，浮子式閥7將允許空氣回到集管1中并且供應(yīng)管2中 的冷卻流體液位將下降直到流出噴嘴的流量與進(jìn)入集管的流量相匹 配。由于集管的大容積，在集管中的水位穩(wěn)定并且噴嘴3出來的射流6 的流量等于進(jìn)入集管5的流量之前，會需用多達(dá)100秒甚至更長的時間。
本發(fā)明的集管克服了這些問題。
圖2示出了本發(fā)明的集管，該集管增加了連接至浮子閥7的止回閥
8。這個止回閥阻止空氣返回到系統(tǒng)中。
浮子式閥7與止回閥8的組合顯著改善了系統(tǒng)的操作。因?yàn)榧词乖诘土髁肯录芤渤錆M水，因而，進(jìn)入集管5的流量的變化會引起噴嘴3 出來的流量的即時改變。
此外，在切斷水流時，集管l的漏滴大大減少。這意味著，在集管 不工作時，滴出集管l的冷卻流體更少，并且當(dāng)需要水流時，集管會幾 乎即刻接通，因?yàn)?，集管l已經(jīng)注滿。
為了進(jìn)一步改善系統(tǒng)的操作，浮子式閥7和止回閥8需要結(jié)合一種 特殊的控制方法。當(dāng)冷卻流體流5第一次接通時，需要使用大流量以確 保集管l完全充滿。為了確保該系統(tǒng)完全充滿冷卻流體，這個流量必須 大到足以使產(chǎn)生通過噴嘴3的該流量所需的冷卻流體的液壓大于止回 閥7高出噴嘴3的高度。預(yù)填充階段所用的流量越大，填滿集管l就越快。
一旦集管l滿了，冷卻流體流5就可以降至所需值。止回閥8阻止空 氣返回到集管l中，因此冷卻流體水位不可能下降并且系統(tǒng)保持充滿著 冷卻流體。如果所需流量#~低，那么可以在供應(yīng)管2的上部形成局部真 空，使得噴嘴3處的冷卻流體壓力達(dá)到適當(dāng)?shù)钠胶鈮毫?，在這種情況下， 從噴嘴3出來的流量與進(jìn)入集管1的流量相匹配。從噴嘴3出來的流量幾 乎即時響應(yīng)于進(jìn)入集管l的流量的變化，因?yàn)橄到y(tǒng)保持充滿著冷卻液并 且所有的變化就是集管l中的壓力變化。
如果用于受控冷卻的裝置將不工作一段時間，或者需要阻止冷卻 流體滴出集管l,就會希望將冷卻流體從集管l中排出。在這種情況下， 就可以打開電動電磁閥9以允許空氣回到集管1中來讓冷卻流體通過噴 嘴3排出。如果需要的話，還可以設(shè)置附加閥10以加快排空。
顯而易見的是，使用浮子式閥7和止回閥8的示例性實(shí)施方式是獲 得所需目的的一種簡單的方法，然而，這些同樣的目的可以通過其它 實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)，例如電動閥。本發(fā)明的原理是，集管l完全填充冷卻流 體，空氣被阻止進(jìn)入，即使在產(chǎn)生期望流量所需的壓力小于該系統(tǒng)高 出噴嘴3的高度時，并且為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)制造了局部真空。
權(quán)利要求
1.一種裝置，其借助于冷卻流體用于熱板或條型金屬、特別是鋼的受控冷卻，該裝置具有集管(1)，該集管包括中央供應(yīng)管(2)和布置在噴嘴座(4)中的多個噴嘴(3)，其特征在于該集管通過管道(6)連接至少第一閥(7)，使得在集管填充冷卻流體時，該閥(7)允許空氣逃離該集管，并且阻止空氣返回到該集管中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于所述第一閥(7)是 浮子式閥。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述第一閥(7)連 接第二閥(8)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述第二閥(8)是 止回閥。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述第一閥(7) 是電動閥，操作該第一閥以在所述集管填充時允許空氣從該集管中出 來并且在該集管充滿時阻止空氣返回到該集管中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3-5所述的裝置，其特征在于所述第二閥(8) 是電動閥。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3-6所述的裝置，其特征在于在處于所述第一閥 (7)和所述第二閥(8)之間的連接管中布置有電磁閥(9),該電磁閥允許空氣回到所述集管中以排空該集管(1)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l-7所述的裝置，其特征在于所述集管(l)、具 體是噴嘴座(4)附接有排放閥(10)，該排放閥允許從該集管(1) 中快速排出冷卻流體。
9. 一種用于操作如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的裝置的控制方法，該裝置借助于冷卻流體用于熱板或條型金屬、特別是鋼的受控冷卻，該裝 置具有集管(l)，該集管包括中央供應(yīng)管(2)和布置在噴嘴座(4)中 的多個噴嘴(3)，其特征在于借助于第一閥(7)，該集管(1)在填充 期間完全填充冷卻流體，在操作期間空氣被阻止進(jìn)入該集管(1)中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制方法，其特征在于操作所述第一 閥(7)，以在所述集管填充時允許空氣從該集管中出來并且當(dāng)該集管 充滿時阻止空氣返回到該集管中。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制方法，其特征在于在該集管(1)中測得的壓力用作控制所述笫一閥(7)的輸入值。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9-ll所述的控制方法，其特征在于在所述集管 (1)填充期間，提高供自流體源(5)的流體的流速。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9-12所述的控制方法，其特征在于所述集管(1) 在操作期間保持充滿。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9-13所述的控制方法，其特征在于當(dāng)噴嘴(3) 上方的流體壓力低于期望流速所需的壓力時，在所述集管(1)中制造 局部真空。
全文摘要
本發(fā)明涉及熱板或條型金屬的受控冷卻領(lǐng)域。提供一種用于受控冷卻的裝置和一種控制方法。該裝置包括裝有第一閥(7)的集管，在集管填充時這些閥(7)允許空氣逃離該集管并且阻止冷卻流體離開集管(1)，以及阻止空氣返回到集管中。由于有了這種裝置，在操作期間就有可能在低流速下獲得改進(jìn)的操作結(jié)果。
文檔編號B21B45/02GK101616755SQ200780048308
公開日2009年12月30日 申請日期2007年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月27日
發(fā)明者J·E·比斯頓, M·T·克拉克 申請人:西門子Vai金屬科技有限公司