專(zhuān)利名稱(chēng)：對(duì)金屬條帶進(jìn)行冷卻的方法及實(shí)施所述方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)移動(dòng)通過(guò)連續(xù)熱處理生產(chǎn)線(xiàn)的冷卻部分的金屬條帶進(jìn)行冷卻，所述 熱處理生產(chǎn)線(xiàn)諸如退火生產(chǎn)線(xiàn)或涂敷金屬或有機(jī)涂層的生產(chǎn)線(xiàn)。
背景技術(shù)：
在上述類(lèi)型的連續(xù)熱處理生產(chǎn)線(xiàn)中，金屬條帶在冷卻部分內(nèi)通過(guò)鼓風(fēng)進(jìn)行冷卻，鼓 風(fēng)氣體通常是氮?dú)夂蜌錃獾幕旌衔?，它們通過(guò)配有相關(guān)的孔或鼓風(fēng)管的一個(gè)或多個(gè)冷卻箱。冷卻部分設(shè)計(jì)師始終要考慮的問(wèn)題是，對(duì)移動(dòng)通過(guò)所述部分的金屬條帶的冷卻要 盡可能均勻，而同時(shí)要避免引起移動(dòng)金屬條帶的不穩(wěn)定性和/或振動(dòng)。文件EP-A-1655383揭示了如此一個(gè)裝置，其中，條帶移動(dòng)在兩個(gè)配有鼓風(fēng)管的冷 卻箱之間，鼓風(fēng)管傾斜成某一角度，其相對(duì)于移動(dòng)條帶朝向上游和/或下游，并還朝向條帶 邊緣。當(dāng)條帶通過(guò)冷卻部分時(shí)，條帶因此通過(guò)鼓入的溫度低于條帶溫度的混合氣體在兩面 上得到冷卻。鼓風(fēng)所需要的壓力由一個(gè)或兩個(gè)相關(guān)的風(fēng)扇提供。與條帶熱交換后被加熱的 混合氣體在熱交換器內(nèi)冷卻，通常是水熱交換器，于是，隨后通過(guò)風(fēng)扇傳輸?shù)嚼鋮s系統(tǒng)，因 此，再循環(huán)到冷卻箱。業(yè)已知道，熱交換取決于條帶和混合氣體出口孔之間的鼓風(fēng)距離，還取決于鼓風(fēng) 的幾何結(jié)構(gòu)和鼓風(fēng)速度。還公知當(dāng)鼓風(fēng)距離較小和/或鼓風(fēng)速度較高時(shí)，熱交換就更有效。 然而，提高鼓風(fēng)速度和減小條帶和鼓風(fēng)系統(tǒng)之間距離在實(shí)際操作上有限制，因?yàn)槌^(guò)某一 閾值，條帶就會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)和/或振蕩，這可導(dǎo)致條帶與鼓風(fēng)系統(tǒng)接觸，由此，造成理想表面 質(zhì)量所不允許的標(biāo)記，甚至可能較嚴(yán)重地?fù)p壞條帶。在混合氣體鼓風(fēng)技術(shù)的一種變體中，還使用水作為冷卻流體，就如文件 EP-A-0343103中所揭示的，其中，條帶借助于提供水/空氣薄霧快速地冷卻，或在如文件 EP-A-2796965所揭示的變體中，其中，采用了水/氮?dú)鈬娮?。這同樣的技術(shù)介紹還可見(jiàn)文件 US-A-6054095、US-A-5902543、US-A-4934445，以及 JP-A-02170925。就冷卻流體的熱傳遞需要低的出口速度來(lái)說(shuō)，使用水作為冷卻流體是有利的，因 為熱傳遞是基于將水蒸發(fā)到空氣或氮?dú)庵袑?shí)現(xiàn)的熱交換，然而，該技術(shù)具有兩個(gè)缺點(diǎn)。第一 個(gè)缺點(diǎn)是，熱傳遞受到不可冷凝空氣或氮?dú)庵兴娘柡蜏囟鹊南拗?，第二個(gè)缺點(diǎn)是，當(dāng)用水 和空氣或水和氮?dú)獾谋§F進(jìn)行冷卻時(shí)，高溫下的鋼不可避免地要遭受氧化，這意味著，其后 必須實(shí)施特殊的處理來(lái)除去氧化膜，如此的處理可以是很費(fèi)錢(qián)，有時(shí)甚至不可能在諸如電 鍍生產(chǎn)線(xiàn)之類(lèi)的某些生產(chǎn)線(xiàn)上實(shí)施。文件US-A-4399658、US-A-3728869 和 DE-A-4429203 也介紹了 背景技術(shù)。因此，需要有一種冷卻方法，該方法提供更佳的特性、能夠大大地提高移動(dòng)金屬條 帶冷卻的速度，但不致使條帶振動(dòng)和/或振蕩，也不造成所述條帶氧化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種冷卻方法和裝置，其能使移動(dòng)金屬條帶在高的冷卻速度
4下得到冷卻，而不產(chǎn)生振動(dòng)和/或振蕩，同時(shí)，在冷卻之后不需去除氧化物或特殊的表面處 理，如果條帶表面在或多或少程度上經(jīng)受過(guò)氧化，則這樣的表面處理是必要的。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)一種對(duì)移動(dòng)通過(guò)連續(xù)熱處理生產(chǎn)線(xiàn)內(nèi)的冷卻部分的金屬條帶進(jìn) 行冷卻的方法來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題，包括將制冷介質(zhì)投射到冷卻部分內(nèi)的待冷卻的條帶表 面上，該制冷介質(zhì)能夠冷卻條帶而不氧化所述條帶，所述方法的顯著特點(diǎn)在于，所述制冷介 質(zhì)大部分由相變物質(zhì)構(gòu)成，該相變物質(zhì)在低于待冷卻的條帶的溫度并接近于外部環(huán)境介質(zhì) 溫度的溫度下變?yōu)闅鈶B(tài)，這樣，通過(guò)所述相變物質(zhì)的相變，在吸熱過(guò)程中交換能量，于是，所 述制冷介質(zhì)可在接近于大氣壓的壓力下再冷凝。使用相變的吸熱過(guò)程，大量的能量以幾乎不依賴(lài)于鼓風(fēng)速度的方式進(jìn)行傳遞，由 此，可以避免上述致使正在冷卻的金屬條帶發(fā)生振動(dòng)和/或振蕩的風(fēng)險(xiǎn)。自然地，傳遞的能 量取決于所用制冷介質(zhì)類(lèi)型，尤其取決于鼓風(fēng)量，因此取決于條帶表面附近發(fā)生的相變所 造成的蒸發(fā)量或升華量。此外，避免了上述現(xiàn)有技術(shù)使用水作為冷卻流體帶來(lái)的各種弊病。在本發(fā)明方法的特別實(shí)施例中，制冷介質(zhì)呈固體形式，尤其是呈薄片形式，具有高 于外部環(huán)境介質(zhì)溫度的三態(tài)點(diǎn)，所述制冷介質(zhì)在待冷卻條帶的表面處升華從而發(fā)生吸熱過(guò) 程。在本發(fā)明方法的另一實(shí)施例中，制冷介質(zhì)是流體，尤其是呈細(xì)液滴形式，具有高于 外部環(huán)境介質(zhì)溫度的正常沸點(diǎn)溫度，所述制冷介質(zhì)在待冷卻條帶的表面處蒸發(fā)從而發(fā)生吸 熱過(guò)程。實(shí)踐中，制冷流體的使用顯現(xiàn)為是優(yōu)選的，這不僅在于特性方面，而且更便于實(shí)施 和控制相關(guān)的裝置。有利地是，升華的制冷固體或蒸發(fā)的制冷流體可在冷卻部分下游處被回收，以便 用于再循環(huán)，并經(jīng)受冷凝和分離過(guò)程，在該冷凝和分離過(guò)程結(jié)束時(shí)將不可冷凝的組分隔離 開(kāi)來(lái)，控制所述組分來(lái)調(diào)整制冷流體或固體的冷凝溫度，以將能耗降到最小。當(dāng)使用制冷流體時(shí)，所述制冷流體最好包括至少80%的相變流體(按體積計(jì))。然后，相變流體有利地是戊烷。戊烷可以是純態(tài)的，或在一變體中呈摩爾百分比為 80/20的戊烷/己烷混合物。還為較佳地是，冷卻部分內(nèi)的氣氛與外部環(huán)境介質(zhì)隔離，尤其是在待冷卻條帶的 入口和出口處與外部環(huán)境介質(zhì)隔離，由此，在吸熱過(guò)程中能使制冷介質(zhì)處于連續(xù)的控制之 下。這一點(diǎn)之所以重要，不僅在于成本花費(fèi)的原因，而且還出于安全的原因，因?yàn)檫m于作為 制冷劑的某些流體在高溫下會(huì)燃燒，因此，必須不與空氣中的氧氣混合。最后，且有利地是，投射到條帶的表面上的制冷介質(zhì)的質(zhì)量流量應(yīng)受到控制，以保 持低于預(yù)定的限值，從而確保所有的制冷介質(zhì)都納入到相變之中。本發(fā)明還提供實(shí)施所述方法的裝置，其具有至少一個(gè)以上所規(guī)定的特征。根據(jù)本發(fā)明，該裝置包括-冷卻部分，該冷卻部分包括冷卻箱，冷卻箱讓待冷卻的條帶以密封的方式通過(guò)其 中，所述冷卻箱內(nèi)部配有噴嘴，它們布置成將制冷介質(zhì)投射到所述條帶的兩面，所述制冷介 質(zhì)大部分由相變物質(zhì)構(gòu)成，相變物質(zhì)在低于待冷卻條帶的溫度并接近于外部環(huán)境介質(zhì)溫度 的溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)；-冷凝器，該冷凝器通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)連接到冷卻箱下游，從而能在接近于大氣壓的壓力之下使制冷介質(zhì)再冷凝；-圓筒，該圓筒形成容器和分離器，且連接在冷凝器的下游處；以及-再循環(huán)泵，該再循環(huán)泵通過(guò)安全閥連接到形成容器和分離器的圓筒的下游，并連 接到冷卻箱的上游端。可以分段方式布置冷卻箱的噴嘴，以便能根據(jù)條帶移動(dòng)速度而遵循預(yù)定的冷卻斜率。還可使冷卻箱具有沒(méi)有噴嘴的上游部分和配有噴嘴的下游部分，上游和下游都是 相對(duì)于條帶移動(dòng)方向而言，所述上游部分配有傳感器，用于測(cè)量進(jìn)入所述冷卻箱內(nèi)的條帶溫度。根據(jù)另一有利的特征，冷卻箱在條帶的入口和出口處配有密封通過(guò)氣閘。還為有利地是，該裝置來(lái)包括測(cè)量溫度的傳感器，用來(lái)測(cè)量冷卻箱入口上游處的 條帶溫度和出口下游處的條帶溫度，所述傳感器用來(lái)根據(jù)所述條帶移動(dòng)速度而調(diào)節(jié)再循環(huán) 泵的流量，該移動(dòng)速度是由所述冷卻箱外面的相關(guān)傳感器進(jìn)行測(cè)量的。還為有利地是，該形成容器和分離器的圓筒內(nèi)部設(shè)置有制冷盤(pán)管，盤(pán)管在低于所 用制冷介質(zhì)的冷凝溫度的溫度之下工作，以便在所述圓筒內(nèi)完成冷凝過(guò)程和液態(tài)制冷介質(zhì) 液態(tài)與不可冷凝氣體之間的分離過(guò)程。尤其是，該形成容器和分離器的圓筒配有排氣管，從 而能夠抽取出不可冷凝的氣體。借助于以下的描述可以更加清楚地顯現(xiàn)出本發(fā)明其它的特征和優(yōu)點(diǎn)，以下描述涉 及一特殊的實(shí)施例，并參照附圖給出該實(shí)施例，附圖顯示出實(shí)施所述方法的一種裝置。


參照附圖中的唯一的圖示，該圖是顯示實(shí)施根據(jù)本發(fā)明方法的裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式唯一的附圖是顯示實(shí)施根據(jù)本發(fā)明冷卻方法的裝置100的示意圖。金屬條帶1移 動(dòng)通過(guò)連續(xù)熱處理生產(chǎn)線(xiàn)中的冷卻部分4，該熱處理生產(chǎn)線(xiàn)可以是退火生產(chǎn)線(xiàn)或涂覆金屬 或有機(jī)涂層的生產(chǎn)線(xiàn)。根據(jù)背景技術(shù)，條帶1沿線(xiàn)通過(guò)的生產(chǎn)線(xiàn)由冷卻部分4各側(cè)上的底部偏轉(zhuǎn)滾輪2 和頂部偏轉(zhuǎn)滾輪3所確定，金屬條帶1的移動(dòng)方向用箭頭50表示。冷卻部分4包括冷卻箱5，金屬條帶1為冷卻而通過(guò)該冷卻箱5。冷卻箱5關(guān)閉，條 帶以密封方式通過(guò)入口和出口氣閘8和9，兩個(gè)氣閘只是示意地示出。它們可由可供選擇地 與承載滾子合作的副翼系統(tǒng)構(gòu)成，承載滾子在連續(xù)處理生產(chǎn)線(xiàn)的領(lǐng)域內(nèi)是眾所周知的。借 助于入口和出口氣閘8和9，可確保冷卻部分4內(nèi)存在的氣氛與周?chē)獠拷橘|(zhì)隔離，尤其是 在為冷卻條帶而設(shè)置的入口處和出口處，由此，在冷卻所述條帶過(guò)程中，能夠連續(xù)地控制制 冷介質(zhì)。冷卻箱5內(nèi)部配有突出的集管6，它們布置在條帶通過(guò)所沿平面的兩側(cè)上，每個(gè)集 管本身設(shè)置有多個(gè)噴嘴7，噴嘴能夠在冷卻部分4內(nèi)將特殊的制冷介質(zhì)投射到待冷卻的條 帶1的表面上，該介質(zhì)能夠冷卻條帶而不會(huì)氧化所述條帶(不同于現(xiàn)有技術(shù)中常使用水所 出現(xiàn)的情況)。
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根據(jù)本發(fā)明的基本特征，將為大多數(shù)相變物質(zhì)構(gòu)成的制冷物質(zhì)投射到條帶上，該 相變物質(zhì)在既低于待冷卻條帶的溫度又接近于外部環(huán)境溫度的溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，于是， 在吸熱過(guò)程中隨著所述相變物質(zhì)改變相態(tài)而交換能量，此后，所述制冷介質(zhì)可在接近于大 氣壓的壓力之下再冷凝。冷卻是由改變制冷介質(zhì)的至少一個(gè)組分的相態(tài)而造成，這一事實(shí)意味著冷卻幾 乎不依賴(lài)于投射的速度，這一點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)是確保條帶以穩(wěn)定方式移動(dòng)，因?yàn)闇p小了所述條帶 中出現(xiàn)的振動(dòng)和/或振蕩的危險(xiǎn)。此外，消除了利用水作為冷卻介質(zhì)的現(xiàn)有技術(shù)的弊病(其 中，所述缺點(diǎn)是造成條帶氧化，并需要提供其后的處理來(lái)去除該氧化物)。在第一實(shí)施例中，制冷介質(zhì)是固體形式，尤其是呈細(xì)薄片的形式，在高于外部周?chē)?介質(zhì)溫度的溫度下呈現(xiàn)三態(tài)點(diǎn)，所述制冷介質(zhì)在冷卻條帶表面上升華從而發(fā)生吸熱過(guò)程。 例如，可利用CO2。然而，特別地取CO2為例，假定在冷卻部分內(nèi)氣氛完全由CO2構(gòu)成，CO2在大氣壓 下-78°c時(shí)升華，或當(dāng)CO2在低于大氣壓的局部壓力下時(shí)升華溫度可遠(yuǎn)低于所述溫度，通常 需要高的壓縮比，以便組織制冷介質(zhì)的再循環(huán)，這在能耗方面來(lái)說(shuō)可以是不利的。這就是為何通常首選使用另一不同的實(shí)施方法的原因，其中，制冷介質(zhì)是流體，尤 其是呈細(xì)液滴形式，呈高于外部環(huán)境介質(zhì)溫度的正常沸點(diǎn)溫度，所述制冷介質(zhì)在所要冷卻 條帶表面處蒸發(fā)從而發(fā)生吸熱過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)，有利的是，在冷卻部分4的下游處回收升華的固體制冷劑或蒸發(fā)的流 體制冷劑，以便進(jìn)行再循環(huán)，經(jīng)受冷凝和分離過(guò)程，并在此過(guò)程結(jié)束時(shí)隔離不可冷凝的組 分，控制所述組分以調(diào)整固體或流體制冷劑的冷凝溫度，以便將能耗減到最小。根據(jù)有利的特征，利用包括至少80%相變流體(按體積計(jì))的制冷流體。在可以想見(jiàn)的各種碳?xì)浠镏?，利用戊烷作為流體或流體的相變組分在這方面顯 得特別地有利?？衫眉儬顟B(tài)的戊烷，尤其是液態(tài)的戊烷，其在固有的蒸發(fā)壓力下，S卩，在環(huán)境壓 力下，在35°C時(shí)蒸發(fā)。在一變體中，可使用混合物，該混合物主要包括戊烷，較佳地含有至少80 %的戊烷 (按體積計(jì))。可設(shè)想諸如戊烷和氮?dú)饣旌衔镏?lèi)的混合物，然而，使用如此混合物由于戊烷蒸 發(fā)為不可冷凝氣體而會(huì)導(dǎo)致總的能源成本提高，這在一定程度上仍有些不利，由此，根據(jù) 戊烷在氮?dú)庵芯植繅毫Χ拗普舭l(fā)的潛熱。相比之下，摩爾百分比的比例為80/20時(shí)的戊烷/己烷混合物顯現(xiàn)得有利得多。如 此混合物在39. 5°C時(shí)開(kāi)始蒸發(fā)，并在43°C時(shí)完全處于氣態(tài)中?？梢岳斫?，戊烷由于其正常沸點(diǎn)溫度約為35°C而顯現(xiàn)得特別有利，因?yàn)闉榱死淠?戊烷，在合適尺寸的熱交換器中組織熱交換就足夠了，該熱交換器與外部流體(空氣或水) 進(jìn)行熱交換。在一變體中，還可設(shè)想利用庚烷，或戊烷和庚烷的混合物。更一般地說(shuō)，投射到條帶表面上的制冷介質(zhì)的質(zhì)量流量最好加以控制，以便保持 低于預(yù)定的限值，這樣，所有制冷介質(zhì)被納入在相變中。為了獲得制冷流體的均勻分布以便可在條帶表面上蒸發(fā)，并為了確保所有制冷流
7體蒸發(fā)，可特別利用諸如噴嘴7那樣的噴濺噴頭，它們布置成在條帶全部表面上以細(xì)液滴 噴濺流體，以便獲得質(zhì)量流量較低的均勻熱傳遞，以此特別簡(jiǎn)單地調(diào)節(jié)所要吸收的熱量。然 后有利的是，通過(guò)噴濺流體的質(zhì)量流量來(lái)控制要進(jìn)行熱交換的熱量。以上描述自然也適用于呈固體形式的制冷介質(zhì)，其中，合適的是要確保全部制冷 介質(zhì)因投射(例如，細(xì)的薄片)到條帶全部表面上而升華。在實(shí)踐中，對(duì)于制冷流體來(lái)說(shuō)，最好是使用提供平錐體的噴濺噴嘴。撞擊到條帶兩 面的液滴然后瞬時(shí)遭到相變，引起大量能量被吸收。蒸發(fā)的制冷流體的質(zhì)量流量自然也依賴(lài)于所使用噴濺噴嘴數(shù)量和每個(gè)噴嘴的質(zhì) 量流量。噴濺噴嘴的幾何分布依賴(lài)于它們的作用角，選擇好該角度以確保液滴沖擊在全部 的冷卻表面上。在該專(zhuān)題上可參照文件EP-A-1655383，該文件包含噴濺管應(yīng)如何傾斜的有 用的描述，應(yīng)該理解到，現(xiàn)有技術(shù)文件僅涉及到通過(guò)鼓風(fēng)諸如氮?dú)夂蜌錃饣旌衔锬菢觽鹘y(tǒng) 氣體介質(zhì)來(lái)進(jìn)行冷卻。還可使噴濺噴嘴以分段方式布置，以便能根據(jù)條帶移動(dòng)速度而遵循 預(yù)定的冷卻斜率?；氐礁綀D中的該唯一圖來(lái)，可見(jiàn)裝置100還具有通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)10和相應(yīng)的管道11 和12連接在冷卻箱5下游處的冷凝器13，因此，能使制冷介質(zhì)在接近于大氣壓的壓力下再 冷凝。管道12主要含有蒸氣態(tài)，管道在冷凝器13內(nèi)以分段12’延伸，該冷凝器在此實(shí)例 中實(shí)施為傳統(tǒng)的熱交換器的形式，熱交換器使用傳送水或空氣的交換回路14。從冷凝器13 出來(lái)的出口管15終止在圓筒16處，該圓筒形成容器和分離器。液態(tài)和不可冷凝物一起滲 透入圓筒16內(nèi)，該兩種相態(tài)分離為被氣態(tài)不可冷凝組分IG及其所包圍的液體供應(yīng)源RL。在形成容器和分離器的圓筒16的出口處，有管道19通向安全閥20，然后，管道21 通向再循環(huán)泵22，該泵通過(guò)管道23連接到冷卻箱5的上游端。因此，噴濺到冷卻部分的相變流體蒸發(fā)之后，流體在外部冷凝器13內(nèi)冷凝，在所 述冷凝器下游處，存在于制冷流體內(nèi)的不可冷凝物受到控制，該不可冷凝物通常是氮?dú)猓?能有少量的氫氣。應(yīng)該看到，所示的冷卻箱5具有沒(méi)有任何噴嘴7的上游部分5. 1和配有噴嘴7的下 游部分5. 2，這里，所謂的“上游”和“下游”都是相對(duì)于條帶1的移動(dòng)方向50而言的。上游 部分5. 1配有傳感器34，其用來(lái)測(cè)量進(jìn)入所述冷卻箱的條帶1的溫度。因?yàn)槟抢餂](méi)有噴嘴， 所以可用可視方法來(lái)測(cè)量條帶的溫度，由此，確保所有的制冷介質(zhì)的確被轉(zhuǎn)換為氣體。未經(jīng) 受相變的任何液滴將流入該部分內(nèi)，那里，液滴將蒸發(fā)，或如果它是薄片的話(huà)，就會(huì)升華。
該裝置還包括傳感器32和33，它們分別測(cè)量冷卻箱5入口處上游和出口處下游的 條帶1的溫度。這些傳感器32和33用來(lái)根據(jù)所述條帶移動(dòng)速度而調(diào)節(jié)再循環(huán)泵22的流 量，該移動(dòng)速度由冷卻箱5外面的相關(guān)傳感器31測(cè)量?？刂破鲉卧?0示意地顯示為接收由速度傳感器31和溫度傳感器32、33、34提供 的信息，該信息通過(guò)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳送，有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)用點(diǎn)劃線(xiàn)表示。該控制器單元30用來(lái)對(duì)再循 環(huán)泵22的控制構(gòu)件35提供非常精確的操作指令。圖中還可見(jiàn)，構(gòu)成容器和分離器的圓筒16內(nèi)部配有冷卻盤(pán)管17，盤(pán)管利用其自己 的制冷流體進(jìn)行冷卻，該流體自然地在低于用來(lái)冷卻條帶的相變制冷介質(zhì)的冷凝溫度的 溫度下工作。該冷卻盤(pán)管17在圓筒16內(nèi)作用，完成冷凝過(guò)程和將液態(tài)制冷介質(zhì)與不可冷 凝的氣體分離的過(guò)程。重要的是要控制制冷流體中不可冷凝氣體的數(shù)量，因?yàn)檫@可用來(lái)調(diào)整其冷凝溫度不可冷凝物的含量越低，則相變流體的冷凝溫度就越低。還可設(shè)置從圓筒16頂部引出的排氣管18，用來(lái)從圓筒中提取不可冷凝的氣體。 這在裝置運(yùn)行時(shí)能夠避免不可冷凝物的積聚，在長(zhǎng)期的運(yùn)行中不可冷凝物積聚會(huì)影響其效 率。冷卻盤(pán)管17通常在15K溫度下運(yùn)行以確保相變制冷流體更徹底的冷凝并獲得所要求 的分離。然而，要確信積聚在冷卻部分內(nèi)的不可冷凝物確實(shí)已與工作制冷流體分離，且確信 要泵送到噴濺噴嘴7的所有流體確實(shí)已處于液態(tài)。安全閥20用來(lái)在緊急時(shí)阻擋制冷介質(zhì)的流動(dòng)，該緊急時(shí)諸如大量入侵的空氣時(shí)， 或回路任何元件發(fā)生故障時(shí)，條帶不再移動(dòng)時(shí)等。液態(tài)制冷流體由再循環(huán)泵22泵送以便直 接提供給噴濺噴嘴7，從而重復(fù)該循環(huán)。如上所述，再循環(huán)泵22的流量由控制器(單元30)進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制器依賴(lài)于涉及 冷卻箱入口處和出口處條帶溫度的輸入數(shù)據(jù)，還與條帶移動(dòng)速度有關(guān)。該數(shù)據(jù)能有效地控 制系統(tǒng)，因?yàn)樾枰獜臈l帶中取走的熱量自然是條帶速度和條帶出口處設(shè)定點(diǎn)溫度的函數(shù)， 而且還是冷卻箱入口和出口之間溫差的函數(shù)。因此，該熱量確定了泵的流量以及由此的噴 濺到條帶上的制冷流體的流量。形成為冷卻箱5 —部分的密封氣閘8和9，如上所述，特別在使用戊烷時(shí)，不僅是成 本問(wèn)題的考慮(對(duì)于任何類(lèi)型的冷卻流體來(lái)說(shuō)，都是如此)，而且最重要的是出于安全的原 因。戊烷與其它可能合適的類(lèi)似流體相同，在高溫下(對(duì)于戊烷為309°C)易燃，因此必須 不能與空氣中的氧氣混合。因此連續(xù)地測(cè)量和控制冷卻箱內(nèi)戊烷的成分，使其遠(yuǎn)高于在空 氣中點(diǎn)燃的上限。在這一方面，有利的是，將冷卻箱保持在較小的正壓下。還可提供附加的 探針來(lái)監(jiān)視冷卻箱內(nèi)氣氛中氧含量的百分比。此外，為了優(yōu)化鼓風(fēng)機(jī)10的能耗，鼓風(fēng)機(jī)作功由冷凝器13所構(gòu)成的熱交換器中的 制冷流體溫度來(lái)調(diào)節(jié)。在壓力高于大氣壓的情況下，氣體的飽和溫度上升。對(duì)于制冷劑來(lái) 說(shuō)，若戊烷的壓力為1. 15巴，那么飽和溫度上升到40°C。根據(jù)熱交換器內(nèi)制冷流體的溫度， 冷卻流體被壓縮，而使戊烷和熱交換器出口處的冷卻水或空氣之間的溫差較為合適，于是， 相變制冷流體在出口處完全地被冷凝。冷卻空氣或水的溫度通常需要控制到比制冷流體的 正常沸點(diǎn)溫度低3K至5K的溫度，對(duì)于戊烷來(lái)說(shuō)該溫度為35°C，由此，確保蒸發(fā)后戊烷可僅 借助于鼓風(fēng)機(jī)10就被傳送到冷凝器13，與使用壓縮機(jī)的情況相比，該系統(tǒng)能耗為最小。這能夠特別有效地實(shí)施冷卻，使能量以幾乎不依賴(lài)于噴濺速度的方式快速地傳 遞，同時(shí)避免了可能需要其后進(jìn)行氧化物去除的氧化的風(fēng)險(xiǎn)。在對(duì)移動(dòng)條帶進(jìn)行冷卻時(shí)用相變來(lái)實(shí)施如此的吸熱過(guò)程，與利用諸如氮?dú)夂蜌錃?混合物，尤其是水/空氣或水/氮薄霧之類(lèi)的氣體混合物的傳統(tǒng)冷卻技術(shù)相比，則如此的實(shí) 施過(guò)程有了很大進(jìn)步，傳統(tǒng)技術(shù)不可能避免條帶的氧化而因此需要提供充分地去除氧化物 的處理。此外，通過(guò)合適地選擇相變物質(zhì)，特別是選擇其正常沸點(diǎn)溫度略大于環(huán)境介質(zhì)溫 度的制冷流體，就可優(yōu)化系統(tǒng)整體的能耗。本發(fā)明不局限于所述的實(shí)施例，但恰好相反，本發(fā)明涵蓋使用等同裝置來(lái)重現(xiàn)以 上規(guī)定的基本特征的任何變體。
權(quán)利要求
一種對(duì)移動(dòng)通過(guò)連續(xù)熱處理生產(chǎn)線(xiàn)內(nèi)的冷卻部分的金屬條帶進(jìn)行冷卻的方法，包括將制冷介質(zhì)投射到所述冷卻部分(4)內(nèi)的待冷卻的所述條帶(1)的表面上，所述制冷介質(zhì)能夠冷卻所述條帶(1)而不氧化所述條帶，所述方法的特征在于，所述制冷介質(zhì)大部分由相變物質(zhì)構(gòu)成，所述相變物質(zhì)在低于待冷卻的所述條帶(1)的溫度并接近于所述外部環(huán)境介質(zhì)溫度的溫度下變?yōu)闅鈶B(tài)，這樣，通過(guò)所述相變物質(zhì)的相變，在吸熱過(guò)程中交換能量，于是，所述制冷介質(zhì)可在接近于大氣壓的壓力下再冷凝。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述制冷介質(zhì)呈固體形式，尤其是呈薄片形 式，具有高于外部環(huán)境介質(zhì)溫度的三態(tài)點(diǎn)，所述制冷介質(zhì)在待冷卻的所述條帶(1)的表面 處升華從而發(fā)生所述吸熱過(guò)程。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述制冷介質(zhì)是流體，尤其是呈細(xì)液滴形 式，具有高于外部環(huán)境介質(zhì)溫度的正常沸點(diǎn)溫度，所述制冷介質(zhì)在待冷卻的所述條帶(1) 的表面處蒸發(fā)從而發(fā)生所述吸熱過(guò)程。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述升華的制冷固體或所述蒸發(fā)的制冷 流體在所述冷卻部分(4)下游處被回收，以便用于再循環(huán)，并經(jīng)受冷凝和分離過(guò)程，在所述 冷凝和分離過(guò)程結(jié)束時(shí)將不可冷凝的組分隔離開(kāi)來(lái)，控制所述組分來(lái)調(diào)整所述制冷流體或 固體的冷凝溫度，以將能耗降到最小。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述制冷流體包括至少80%的相變流體 (按體積計(jì))。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述相變流體是戊烷。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述制冷流體是純態(tài)的戊烷。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述制冷流體是摩爾百分比為80/20的戊烷 /己烷混合物。
9.如權(quán)利要求1至8中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述冷卻部分(4)內(nèi)的氣氛 與所述外部環(huán)境介質(zhì)隔離，尤其是在待冷卻的所述條帶(1)的入口和出口處與所述外部環(huán) 境介質(zhì)隔離，由此，在所述吸熱過(guò)程中能使所述制冷介質(zhì)處于連續(xù)的控制之下。
10.如權(quán)利要求1至9中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，投射到所述條帶(1)的表 面上的所述制冷介質(zhì)的質(zhì)量流量應(yīng)受到控制，以保持低于預(yù)定的限值，從而確保所有的所 述制冷介質(zhì)都納入到相變之中。
11.一種實(shí)施如權(quán)利要求1至10中任何一項(xiàng)所述方法的裝置(100)，其特征在于，所述 裝置包括-冷卻部分(4)，所述冷卻部分(4)包括冷卻箱(5)，所述冷卻箱讓待冷卻的所述條帶 (1)以密封的方式通過(guò)其中，所述冷卻箱內(nèi)部配有噴嘴(7)，所述噴嘴(7)布置成將制冷介 質(zhì)投射到所述條帶的兩面，所述制冷介質(zhì)大部分由相變物質(zhì)構(gòu)成，所述相變物質(zhì)在低于待 冷卻的所述條帶(1)的溫度并接近于所述外部環(huán)境介質(zhì)溫度的溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)；-冷凝器(13)，所述冷凝器(13)通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)(10)連接到所述冷卻箱(5)下游，從而能 在接近于大氣壓的壓力之下使所述制冷介質(zhì)再冷凝；-圓筒(16)，所述圓筒(16)形成容器和分離器，且連接在所述冷凝器(13)的下游處；以及-再循環(huán)泵(22)，所述再循環(huán)泵(22)通過(guò)安全閥(20)連接到所述形成容器和分離器的圓筒(16)的下游，并連接到所述冷卻箱(5)的上游端。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，以分段方式布置所述冷卻箱(5)的所述噴 嘴(7)，以便能根據(jù)所述條帶的移動(dòng)速度而遵循預(yù)定的冷卻斜率。
13.如權(quán)利要求11或12所述的裝置，其特征在于，所述冷卻箱(5)具有沒(méi)有噴嘴(7) 的上游部分(5. 1)和配有噴嘴(7)的下游部分(5. 2)，上游和下游都是相對(duì)于所述條帶(1) 的移動(dòng)方向(50)而言，所述上游部分(5. 1)配有傳感器(34)，用于測(cè)量進(jìn)入所述冷卻箱內(nèi) 的所述條帶(1)的溫度。
14.如權(quán)利要求11至13中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述冷卻箱(5)在所述 條帶(1)的入口和出口處配有密封通過(guò)氣閘(8、9)。
15.如權(quán)利要求11至14中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括測(cè)量所述 條帶(1)的溫度的傳感器(32、33)，所述傳感器(32、33)用來(lái)測(cè)量所述冷卻箱(5)入口上游 處的條帶溫度和出口下游處的條帶溫度，所述傳感器用來(lái)根據(jù)所述條帶的移動(dòng)速度而調(diào)節(jié) 所述再循環(huán)泵(22)的流量，所述移動(dòng)速度是由所述冷卻箱外面的相關(guān)傳感器(31)進(jìn)行測(cè) 量的。
16.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述形成容器和分離器的圓筒(16)內(nèi)部 設(shè)置有制冷盤(pán)管(17)，所述制冷盤(pán)管在低于所用制冷介質(zhì)的冷凝溫度的溫度之下工作，以 便在所述圓筒內(nèi)完成冷凝過(guò)程和液態(tài)制冷介質(zhì)與不可冷凝氣體之間分離過(guò)程。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述形成容器和分離器的圓筒(16)配有 排氣管(18)，從而能夠抽取出所述不可冷凝的氣體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對(duì)移動(dòng)通過(guò)連續(xù)熱處理生產(chǎn)線(xiàn)內(nèi)的冷卻部分的金屬條帶進(jìn)行冷卻的方法，包括將制冷介質(zhì)投射到冷卻部分(4)內(nèi)的待冷卻的條帶(1)的表面上，所述制冷介質(zhì)能夠冷卻所述條帶(1)而不氧化所述條帶。根據(jù)本發(fā)明，所述制冷介質(zhì)大部分由相變物質(zhì)構(gòu)成，該相變物質(zhì)在低于待冷卻的條帶(1)的溫度并接近于所述外部環(huán)境介質(zhì)溫度的溫度下變?yōu)闅鈶B(tài)，這樣，通過(guò)所述相變物質(zhì)的相變，在吸熱過(guò)程中交換能量，于是，所述制冷介質(zhì)可在接近于大氣壓的壓力下再冷凝。
文檔編號(hào)C21D9/573GK101914670SQ20101013488
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月2日
發(fā)明者D·克隆迪克, D·阿布多, M·佐格哈博, M·鈕默, P·杜波依斯, S·蘭格威 申請(qǐng)人:Cmi瑟姆萊恩服務(wù)公司