[发明专利]冷却方法和装置

说明书

本发明涉及一种用于冷却铝合金轧制锭料的方法，其在将所述锭料进行冶金均匀化热处理之后并在将其进行热轧之前进行，其特征在于，以150至500℃/小时的速率冷却30至150℃，其中锭料所有被处理的部分的均匀性小于40℃。本发明还涉及能够实施所述方法的装置和所述实施。

技术领域

本发明涉及铝合金板坯或锭料轧制领域。

更具体而言，本发明涉及一种用于在均匀化操作和热轧操作之间冷却锭料的特别快速的、均匀的且可重现的方法。

本发明还涉及用于实施所述方法的装置或设备。

背景技术

铸造得到的铝合金轧制锭料的转化要求在热轧之前进行冶金均匀化热处理。这种热处理在接近合金的溶线温度、高于热轧温度的温度下进行。取决于合金，均匀化温度和热轧温度之间的差为30至150℃。因此，必须将锭料在离开均匀化炉与进行热轧之间冷却。由于生产效率或金相组织的缘故，特别是为了防止成品板材上出现某些表面缺陷，非常需要在离开均匀化炉和热轧机之间对锭料进行快速冷却。

锭料所需的冷却速率为150至500℃/小时。

鉴于铝合金轧制锭料的厚度较大，介于250至800mm之间，使用空气冷却是特别慢的：对于600mm厚的锭料，空气冷却的速率在40℃/小时(在静止空气中或在具有自然对流的情况下)和100℃/小时(在通风空气中或具有强制对流的情况下)之间。

因此，空气冷却无法实现所需的冷却速率。

通过液体或喷雾剂(空气和液体的混合物)进行冷却要快得多，原因在于液体或喷雾剂与金属锭料的热表面之间的交换系数的值——本领域技术人员称之为HTC(传热系数)——显著地高于空气与锭料之间的相同系数的值。

所选液体，单独地或在喷雾剂中，为例如水，且在这种情况下，理想地为去离子水。因此，水与热的锭料之间的HTC系数为2000至20000W/(m².K)，而空气与热的锭料之间的HTC系数为10至30W/(m².K)。

然而，通过液体或喷雾剂进行的冷却通常在锭料中自然地产生高的热梯度：

-无量纲毕奥数表示冷却的热均匀性。其是物体的内部热阻(通过传导进行的内部传热)与其表面热阻(通过对流和辐射进行的传热)的比值。

HTC为流体与锭料之间的交换系数，

D为系统的特征尺寸，这里为锭料的一半厚度，

λ为金属的热传导率，例如铝合金的热传导率为160W/(m².K)。

若Bi<<1，则系统几乎是等温的，且冷却是均匀的。

若Bi>>1，则系统是热非常不均匀的且锭料是高热梯度的场所。

对于厚度为600mm的锭料而言，毕奥数为：

-对于在静止空气或通风空气中的冷却而言，其为0.02至0.06。毕奥数小于1：锭料等温冷却。

-对于水冷却而言，其为4至40。毕奥数大于1：锭料在其整个厚度上非常不均匀地冷却。

这种不均匀性也反映在锭料的宽度上，应归于边和边缘效应，其自然地比该锭料的大的表面更多地被冷却。

这还通过角效应反映在锭料的长度上，沿着构成该角的三个面自然地冷却。

对于使用液体或喷雾剂的冷却而言，热不均匀性是一个主要的障碍。其不仅是后续方法(即，热轧)的一个问题，而且可能对终产品(即，以具有高机械性能的卷或板形式出售的铝合金)的品质不利。

现有技术已知的体系未追求限制冷却的不均匀性。