專利名稱：通過噴出氣流對鋼帶進行熱處理的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過對鋼帶噴出氣流以加熱、冷卻或干燥鋼帶的熱處理裝置。
現(xiàn)已有一種通過對鋼帶噴出氣流以加熱或冷卻鋼帶的普通熱處理裝置。但是，由于在這種普通熱處理裝置中使用氣體作為熱傳導介質(zhì)，故其熱傳導率α是低的。因此，用普通熱處理裝置不一定能獲得足夠高的操作效能，不有滿足從冶金學觀點必須達到的高速加熱或高速冷卻的要求。例如，本發(fā)明人已經(jīng)提出一種在日本已審查的專利公告No.2-16375中公開的通過對鋼帶噴出氣流使鋼帶冷卻的冷卻裝置。在這種冷卻鋼帶的裝置中，設(shè)定熱傳導率α的范圍是α≤400千卡/m2·h·℃。在熱傳率處于上述范圍的情況下，當鋼帶厚度為0.6mm時，有可能獲得100℃/s的冷卻速度，但是，當鋼帶厚度為1.0mm時，冷卻速度實際上只能達到60℃/s。因此，若要達到較高的熱傳導率，就要采用輥子冷卻法，在此方法中，使水冷卻的輥子與鋼帶緊密接觸，或者，也可以采用氣-水冷卻法，在此方法中，氣和水相互混合，用這種混合物冷卻鋼帶。然而，上述的輥子冷卻法有缺點，就是要使輥子與鋼帶固體接觸，這很難做到水冷卻輥子與鋼帶均勻地接觸，從而不能使鋼帶均勻地冷卻，而引起鋼帶變形。另一方面，上述的氣-水冷卻法也有缺點，即由于在此方法中要用到水，鋼帶表面易受水中含有的分解氧而氧化，因此，如若采用這種氣-水冷卻法，就必需在鋼帶完成熱處理后再對鋼帶進行酸洗處理。
為了提高上述這種通過對鋼帶噴出氣流以加熱或冷卻鋼帶的熱處理裝置的熱傳導率。最好提高噴到鋼帶上的氣流的速度。根據(jù)本發(fā)明人進行的試驗發(fā)現(xiàn)，該熱傳導率可與噴到鋼帶的氣流速率大致成正比地提高，但是，隨著氣流速度的提高，管道中的壓力損失也顯著增大，這就必需設(shè)置大容量的鼓風機來獲得預定的熱傳導率。
本發(fā)明的目的是，在保持上述的通過對鋼帶噴出氣流而對鋼帶進行熱處理的裝置具有高的加熱速度或冷卻速度的同時，減少該裝置所需的功率量。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的對鋼帶噴出氣流而對鋼帶進行熱處理的裝置具有下列(1)～(10)項所述的特征(1)一種熱處理裝置，通過對鋼帶噴出氣流以加熱、冷卻或干燥鋼帶而對鋼帶進行熱處理，包括一種固定在噴出氣流的噴嘴之前端的擋流柱，其中，該擋流柱和投影面積確定為噴嘴橫截面積的3～12％。
(2)一種熱處理裝置，通過對鋼帶噴出氣流以加熱、冷卻或干燥鋼帶而對鋼帶進行熱處理，包括一種固定在噴出氣流的噴嘴之前端的擋流板，其中該擋流板的投影面積確定為小于噴嘴橫截面積之3％，它的沿噴嘴軸線的長度確定為不小于噴嘴直徑之50％。
(3)一種熱處理裝置，通過對鋼帶噴出氣流以加熱、冷卻或干燥鋼帶而對鋼帶進行熱處理，包括多個噴嘴；多個用來固定多個噴嘴并對噴嘴供氣的噴氣管座；和一個用來將氣體分配到多個噴氣管座的氣體分配器，其中在上述噴氣管座之間設(shè)有作為排氣口的開口或空隙，該開口的面積為噴嘴口面積的5～17倍。
(4)根據(jù)上述第(3)項的通過噴出氣流對鋼帶進行熱處理的熱處理裝置，其特征在于，所述噴嘴是一種從噴氣管座之前端伸出的噴嘴。
(5)根據(jù)上述第(3)項的通過噴出氣流對鋼帶進行熱處理的熱處理裝置，其特征在于，上述噴嘴的伸出高度不大于噴嘴內(nèi)徑的5倍。
(6)根據(jù)上述第(3)項的通過噴出氣流對鋼帶進行熱處理的熱處理裝置，其特征在于，上述噴氣管座之前端的形狀按照氣體通道橫截面沿噴出氣流的方向逐漸減小的方式呈錐形。上述噴嘴之前端不是從噴氣管座之前端面上伸出的。
(7)一種熱處理裝置，通過對鋼帶噴出氣流以加熱、冷卻或干燥鋼帶而對鋼帶進行熱處理，其特征在于，從鋼帶至噴嘴前端的距離Z確定為不大于70mm，并且滿足下列不等式W/4≤h，式中，h為噴嘴從對噴嘴供氣的噴氣管座伸出的高度，mm,W為噴在單位面積上的氣體流量或氣體流量密度，m3/min·m2。
(8)一種熱處理裝置，通過對鋼帶噴出氣流以加熱、冷卻或干燥鋼帶而對鋼帶進行熱處理的熱處理裝置，其特征在于，在安裝噴出氣流的噴嘴的噴氣空間內(nèi)設(shè)置一個將支承輥沿鋼帶行進方向按規(guī)則間隔交替排列以防止鋼帶顫動的輥子置入空間；而在與鋼帶的支承輥置入側(cè)相對的一側(cè)的輥子置入空間內(nèi)設(shè)置噴出氣流的噴嘴。
(9)一種熱處理裝置，通過對鋼帶噴出氣流以加熱、冷卻或干燥鋼帶而對鋼帶進行熱處理，其特征在于，在安裝噴出氣流的噴嘴的噴氣空間內(nèi)設(shè)置一個將支承輥沿鋼帶行進方向按規(guī)則間隔交替地排列以防止鋼帶顫動的輥子置入空間，在冷卻鋼帶的情況下，上述支承輥被冷卻，而在加熱或干燥鋼帶的情況下，上述支承輥被加熱。
(10)一種熱處理裝置，通過對鋼帶環(huán)流和噴出非氧化性氣體使鋼帶在氣流中冷卻而對鋼帶進行熱處理，其特征在于，至少在鼓風機之類的壓氣機之出口側(cè)設(shè)置一個用于冷卻氣體的熱交換器。

圖1是氣體流量密度與熱傳導率之間的關(guān)系曲線圖，圖中也示出本發(fā)明進行的試驗范圍；圖1是氣體流量密度與熱傳導率之間的關(guān)系曲線圖，圖中也示出本發(fā)明進行的試驗范圍；圖2(a)、2(b)、2(c)和2(d)分別示出本發(fā)明的通過噴出氣流對鋼帶進行熱處理的熱處理裝置中的各種噴嘴的視圖；圖3(a)和3(b)分別示出噴嘴前端的氣流的狀態(tài)；圖4是各種噴嘴的熱傳導特性曲線圖；圖5是擋流柱的投影面積與噴嘴橫截面積之比率與噴嘴下方中部位置的熱傳導率之間的關(guān)系曲線圖；圖6是擋流板長度與噴嘴直徑之比與噴嘴下方中部位置熱傳導率之間的關(guān)系曲線圖；圖7示出噴嘴與鋼帶的位置關(guān)系；圖8(a)和8(b)分別示出普通的噴嘴；圖9示出本發(fā)明的熱處理裝置的一個實例，其中設(shè)有向后面排氣的開口；圖10(a)、10(b)和10(c)分別示出本發(fā)明的熱處理裝置的噴嘴排列的實例；圖11是一種通過噴出氣流對鋼帶進行熱處理的熱處理裝置中的開口面積S1與噴嘴口面積S2之間的關(guān)系圖；圖12是一種通過噴出氣流對鋼帶進行熱處理的熱處理裝置的開口面積與噴嘴口面積之比與熱傳導率的比率之間的關(guān)系曲線圖；圖13(a)和13(b)分別示出在一種通過噴出氣流對鋼帶進行熱處理的熱處理裝置中的氣體流動情況；圖14示出在一種通過噴出氣流對鋼帶進行熱處理的熱處理裝置中，在冷卻噴嘴之間形成上升氣流的一個部分；圖15(a)和15(b)分別示出本發(fā)明的一種通過噴出氣流對鋼帶進行熱處理的熱處理裝置的噴嘴周圍的結(jié)構(gòu)；圖16示出在一種通過噴出氣流對鋼帶進行熱處理的熱處理裝置中噴嘴伸出高度h與噴嘴內(nèi)徑D之比對熱傳導率的影響曲線；圖17示出在一種通過噴出氣流對鋼帶進行熱處理的熱處理裝置中不設(shè)開口的噴氣管座與噴嘴之間的關(guān)系；圖18示出在通過噴出氣流對鋼帶進行熱處理的熱處理裝置中當改變噴嘴伸出高度h時，氣體流量密度與熱傳導率的比率之間的關(guān)系曲線；圖19示出在一種普通的通過噴出氣流對鋼帶進行熱處理的熱處理裝置中支承輥和噴氣裝置的排列情況；圖20示出在本發(fā)明的一種通過噴出氣流對鋼帶進行熱處理的熱處理裝置中支承輥和噴氣裝置的排列情況；圖21是在一種通過噴出氣流對鋼帶進行熱處理的熱處理裝置中的支承輥的前進和后退機構(gòu)以及加熱和冷卻機構(gòu)的剖視圖；圖22(a)是在一種通過噴出氣流對鋼帶進行熱處理的熱處理裝置中的普通熱交換器的設(shè)置圖；圖22(b)是在本發(fā)明的噴出氣流對鋼帶進行熱處理的熱處理裝置中熱交換器的設(shè)置圖；圖23是在一種通過噴出氣流對鋼帶進行熱處理的熱處理裝置中冷卻鋼帶時鼓風機功率之比率與噴出氣體的溫度之間的關(guān)系曲線圖。
下面詳細說明本發(fā)明。在這方面，本發(fā)明人已研究過各種情況以解決上述的問題。在本發(fā)明中，從噴嘴的制備、氣體的排出、有效噴氣長度比以及噴氣溫度方向解決了問題，下面陸續(xù)地加以說明。
首先考慮噴嘴的制備。為了確定最佳的噴嘴直徑和噴嘴間距，進行了各種試驗，并將試驗結(jié)果互相比較。結(jié)果表明，由本發(fā)明人提出的由日本已審查專利公告No.2-16375規(guī)定的噴嘴直徑和噴嘴間距是最有效的，即使提高氣流速度也是如此。圖1示出本發(fā)明所做的試驗范圍和日本已審查專利No.2-16375所做的試驗范圍。從圖1可以看出，氣體流量密度與熱傳導率之間的關(guān)系處于圖中的直線上，即使在熱傳導率小于400千卡/m2·h·℃的范圍內(nèi)，如果氣體的排出不出現(xiàn)問題的情況下也是如此。
氣流沖撞物體時所出現(xiàn)的靜點會降低熱傳導率，因此，人們熟知促進這種靜點上的擾動是提高從噴嘴噴出的氣體的熱傳導率的有效手段。例如，如圖8(a)和8(b)所示，在日本未審查的實用新型公開No.61-40155公開的一種結(jié)構(gòu)中，在噴嘴1中設(shè)置了擋流板3或螺旋線6，以促成一種紊流。
但是，為了安裝上述日本未審查的實用新型公開No.61-40155中所述的交叉擋流板3，必須使噴嘴長度加長到足以將兩個或三個擋流板安裝在噴嘴內(nèi)。因此，難以在工業(yè)上大量制造具有這種結(jié)構(gòu)的噴嘴。如果在上述的噴嘴中裝入螺旋線6，氣體就要靠離心力來攪動和噴射。因此，這種結(jié)構(gòu)也不是有效的。
如前所述，在氣流的中心的擾動強度低，因此，為了有效地提高熱傳導率，必須增大氣流中心的擾動強度。按照本發(fā)明，作為一種從工業(yè)的觀點看可以容易投入應(yīng)用的加強氣流中心的擾動的手段，本發(fā)明人提出這樣一種結(jié)構(gòu)如圖2所示，將擋流柱2或者擋流板3安裝在噴嘴1前端的中央。由于采用上述的噴嘴結(jié)構(gòu)，便形成紊流5，如圖3(a)和3(b)所示，在該紊流內(nèi)，在擋流柱2或擋流板3的后面形成一排渦流。因此，有可能在氣流4的中央?yún)^(qū)形成紊流。在這方面，擋流柱2的橫截面不限于圓形，而是可以做成多角形或其他形狀。
第二，本發(fā)明人研究了排出從噴嘴噴出的氣體的方法。如前所述，為了提高熱傳導率，可以提高噴到鋼帶上的氣體的流速。換句話說，可以提高噴到鋼帶上的氣流量。但是，如果氣體排出不夠快的話，噴到鋼帶上的氣體便停留在鋼帶表面上，并與新噴到鋼帶上的氣體發(fā)生干擾。結(jié)果，熱傳導率不能明顯提高。在圖1的曲線上，實線表示氣體排出處于良好狀態(tài)的實例，而虛線表示氣體排出不良的實例。當氣體的排出處于不良狀態(tài)時，在空氣流量的密度高于預定值的范圍內(nèi)，熱傳導率的增加減慢了。由于上述原因，為了有效地提高熱傳導率，十分重要的一點是要順利地排出噴到鋼帶上的氣體。為了解決上述問題，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)下列兩種辦法。
研究了氣體與鋼帶碰撞后的氣流，結(jié)果發(fā)現(xiàn)從噴嘴噴出的氣流與鋼帶碰撞，并沿鋼帶的表面流動，然后與相鄰噴嘴噴出的氣流相碰撞，然后，沿著氣體脫離鋼帶的方向流動。這種在噴嘴間出現(xiàn)的上升氣流在圖14的畫陰影線的部分出現(xiàn)。這種上升氣流的流速為噴嘴1噴出氣流的流速的20～40％。
因此，按照本發(fā)明，設(shè)置一個排出氣體的開口部分或空隙，其面積要足夠大，以便在噴嘴噴出的氣流與相鄰噴嘴噴出的氣流碰撞之后形成一種排出的上升氣流。對于此，圖11示出開口部分面積S1與噴嘴孔面積S2之間的關(guān)系。
如圖13(a)所示，噴嘴1噴出的氣流與鋼帶7碰撞之后，便在鋼帶7上流動，然后與相鄰噴嘴噴出的氣流相碰撞，并向上升起。如圖13(a)所示，這種上升流在沒有強制通風的情況下沿寬度方向流到鋼帶的端部，因此，這種上升氣流不能充分地排出，而是在噴氣管座8的表面上回流，并與噴嘴1噴出的氣流混合。結(jié)果，當鋼帶必須進行冷卻時，從噴嘴1噴出的氣流的溫度升高，而在鋼帶必須加熱時，該氣流的溫度則降低。因此，不可能得到預定的加熱或冷卻的效能。由于氣體停留在鋼帶7與噴氣管座8之間，使鋼帶7上薄層狀氣流的流速降低。因此，在噴嘴1噴出的氣流的碰撞部分周圍的冷卻能力下降。
在本發(fā)明的裝置中，在噴氣管座8之間設(shè)置了一個開口部分10，如圖13(b)所示。上述的上升氣流流入該開口部分10內(nèi)。因此，從噴嘴1噴出的氣流噴到鋼帶的表面，而很少受回流的上升氣流的影響。這樣，便可以有效地冷卻或加熱鋼帶。由于在鋼帶7與噴氣管座8之間沒有氣體停留，氣體可以沿鋼帶7順利地流動，因此，可以減緩氣體加熱或冷卻能力的降低。
圖15示出本發(fā)明熱處理裝置的噴嘴周圍結(jié)構(gòu)的實施例。如圖15(a)所示，噴嘴1是一種伸出的噴嘴，其前端比噴氣管座8的前端部分更為凸出，因此，當氣體從開口部分10排出時，可防止噴嘴1噴出的一部分氣流不與鋼帶7碰撞就直接排出。在圖15(b)所示實施例中，雖然噴嘴1的前端位于與噴氣管座8之前端面的同一高度上，但是，噴氣管座8的前端部的形狀是逐漸變小的，這就是說，沿著氣流方向的氣道橫截面積是逐漸減小的。因此，噴氣管座8之間排氣的入口部分逐漸減小。這樣，就可保證面積最小的排氣道的一部分是圖15(a)所示那種情況的開口部分，也就可獲得與圖15(a)所示結(jié)構(gòu)同樣的效果。
下面將說明順利排出氣體的第二種排氣方法。按照第一種排氣方法，將氣體通過噴氣管座之間的開口部分釋放到噴嘴后面去。但是，第一種排氣方法的缺點在于，噴氣管座被開口部分的空間分開成多個部分。因此，雖然第一種排氣方法是理想的方法，但其設(shè)置成本卻提高了。因此，按照第二種排氣方法，去除了與噴嘴后側(cè)連通的開口部分，并使噴嘴伸出一個合適的伸出高度。這就是說，當確保圖17所示的噴嘴伸出高度h時，便可消除與噴出氣體的干擾，并且沒有停留的氣體，因為排放氣體的空間不在噴嘴的后面形成，而是沿平行于鋼帶的方向形成。上述的方法已由本發(fā)明人在日本已審查專利No.2-16375中提出。按照上述的日本已審查專利No.2-16375，規(guī)定從鋼帶至噴嘴前端的距離Z為不大于70mm，并規(guī)定噴嘴的伸出高度h不小于(100-Z)mm。但是，如前所述，上述的值是在假設(shè)熱傳導率的估算范圍為α≤400千卡/m2·h·℃的前提下確定的。而這一次則對熱傳導率高于上述值的范圍進行試驗，并發(fā)現(xiàn)如下情況隨著氣體流量的增大，噴嘴伸出高度h不小于(100-Z)mm的限定是不夠的，除非對估算值添加一項單位面積的氣體流量密度w(m3/min·m2)，否則就不可能制定合適的估算基準。這就是說，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，從物理觀點來看，重要的問題是按照要噴入氣體的量來確定排放氣體的空間。
于是，本發(fā)明人進行了試驗，在本試驗中改變噴嘴伸出高度，并使加熱過的鋼帶冷卻，從而發(fā)現(xiàn)氣體流量密度與熱傳導率的比率之間的關(guān)系。在此情況下，把確定熱傳導率為基準值時的熱傳導率的比率定義為熱傳導率的比率。圖18示出上述的關(guān)系。按照圖18，當噴嘴伸出高度為200mm時，熱傳導率的比率隨氣體流量密度的增加而大致成比例地增大。當噴嘴的伸出高度小時，熱傳導率比率的增加便從某一氣體流量密度值受到抑制，并發(fā)生噴出氣體停留和與新噴出氣體干擾的情況。這在噴嘴伸出高度小且氣體流量密度低的范圍內(nèi)更易發(fā)生。從上述的關(guān)系得到如下表達式W/4≤h式中W為氣體流量密度(m3/min·m2)；h為所需的噴嘴伸出高度(mm)。
在這方面，關(guān)于氣體流量密度W，當然要按最大的氣體流量密度進行計算，以便有效地展現(xiàn)出本發(fā)明裝置的全部功能。至于噴嘴伸出高度，可按上述的基礎(chǔ)找到最小的伸出高度。但是，如果不必要地增加伸出高度h，就會增大噴嘴內(nèi)的壓力損失，并提高裝置的制造成本。因此，最好選擇必需的最小伸出高度。
第三，本發(fā)明人研究了有效噴氣長度的比率。通常，在冷卻的情況下，冷卻速度定義為Δt/T(℃/sec)，其中，Δt(℃)是冷卻溫度差，T(sec)是冷卻所需時間。在加熱情況下，加熱速度以同樣的方式定義為冷卻速度那樣的形式。從冶金觀點看，冷卻速度和加熱速度都是重要的。為了提高冷卻速度和加熱速度。本發(fā)明人設(shè)計出一種設(shè)備。在通過噴出氣流進行熱處理的熱處理裝置中，為了提高加熱速度或冷卻速度，就減小噴嘴與鋼帶間的間距，以便盡可能多地防止噴嘴噴出的氣體流速的減小。因此，為了抑制鋼帶的翹曲和顫動，設(shè)置支承輥16、17按一定的間隔與鋼帶7相接觸(如圖19所示)，這樣，就可糾正鋼帶的翹曲和顫動，并可減小噴嘴1與鋼帶7之間的間距。
但是，為了進行操作，上述的支承輥16、17處要分別設(shè)置輥子支承裝置18、19，以便使支承輥16、17在作業(yè)過程中可以向前和退后。由于前面所述的原因，必需在裝置中設(shè)置支承輥置入空間，并且不可將氣體噴入這些空間內(nèi)，這就是說，從熱處理的觀點看，上述的支承輥置入空間變成一種無用的區(qū)域。由于這些空間的存在，加熱和冷卻速度部分地降低，從冶金觀點看，這是不利的。重要的是，要提高冶金學上的平均加熱速度或平均冷卻速度。為了提高這兩個值，提高噴氣空間的效率是有效的，盡可能地減小支承輥置入空間也是有效的。
在圖19中，將實際噴出的氣體的長度與噴氣開始至噴氣結(jié)束的長度L1之比率定義為有效噴氣長度比率。在對鋼帶連續(xù)退火的連續(xù)退火裝置的一般情況下，有效噴氣長度比率約為80％。為了改善上述環(huán)境，本發(fā)明人研究了甚至在支承輥置入空間內(nèi)進行加熱或冷卻的方法。圖19中所示的支承輥置入空間分成兩邊，一邊是輥子插入的一側(cè)，另一邊是與鋼帶相對的不設(shè)置輥子的一側(cè)。如果在不設(shè)置輥子的一側(cè)設(shè)置一個噴氣裝置的延伸部分22(見圖20)時，便可將這一側(cè)改變?yōu)閲姎鈪^(qū)域。在設(shè)置輥子的一側(cè)，設(shè)置一個可使輥子16、17向前和后退的輥子支承裝置。因此，在這一側(cè)難以設(shè)置噴氣裝置。即使在這一側(cè)設(shè)置噴氣裝置，也難以使噴氣裝置接近鋼帶。因此降低了效率。于是，本發(fā)明人設(shè)計了一種加熱或冷卻支承輥本身的裝置，以便進行輥子的加熱或輥子的冷卻。由于上述原因，可以使通常對于加熱和冷卻是無用的區(qū)域的支承輥置入空間變得很小，并且，甚至在輥子置入空間內(nèi)也可進行加熱或冷卻。由于上述的原因，就可提高平均加熱或冷卻的速度。
第四，本發(fā)明人研究了在冷卻鋼帶的情況下的最佳噴氣溫度。一般而言，噴氣溫度降低時，傾向于減少鼓風機所需的功率。但是，如果噴氣溫度降低到低于預定值時，為了降低噴氣溫度，就要減小熱交換器中致冷劑與噴氣之間的溫度差。因此，雖然熱交換器中的壓力損失增大，但是噴氣溫度并不降低那么多。結(jié)果，鼓風機所需功率反而增大。本發(fā)明人詳細研究過噴氣溫度的問題，結(jié)果發(fā)現(xiàn)如下情況。最合適的噴氣溫度即鼓風機所需功率最小的那一點大約為60℃～200℃。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，上述的那一點隨著熱傳導率、熱處理裝置入口處鋼帶溫度、熱處理裝置出口處鋼帶溫度和熱交換器所用致冷劑的溫度而波動。本發(fā)明人還詳細研究了熱傳導率高的范圍。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在熱傳導率高的范圍內(nèi)，與一般的熱傳導率低的范圍相比，其最合適的點移向低噴氣溫度一邊，而且噴氣溫度顯著影響鼓風機所需功率(如圖23所示)。
因此，本發(fā)明人研究了有效地降低噴氣溫度的方法。在一種使鋼帶冷卻的熱處理裝置中，使用一種非氧化性氣體循環(huán)并且噴在鋼帶上時，通常使用一種用水作為致冷劑的熱交換器來冷卻氣體。從防止鼓風機發(fā)熱的觀點考慮，熱交換器一般設(shè)置在鼓風機的入口側(cè)，在此情況下，為了降低噴氣溫度，可增大熱交換器的容量。但是，如果致冷劑與氣體之間的溫度差減小，就會降低熱交換效率，并且當氣體在熱交換器中流動時就會增大壓力損失。然而，無論壓力損失是否增大，噴氣溫度都不降低。結(jié)果，如圖23所示，當噴氣溫度降低太多時，鼓風機所需功率反而增大了。因此，本發(fā)明人的目標在于，在采用鼓風機增大噴氣壓力的情況下提高噴氣溫度。根據(jù)這一點，本發(fā)明人設(shè)計出一種將熱交換器設(shè)置在鼓風機輸出側(cè)的裝置，這就是說，不是在鼓風機的入口側(cè)安裝多個熱交換器，而且在鼓風機的輸出側(cè)安裝多個熱交換器，由于上述原因，便可增大氣體與致冷劑間的溫度差，從而可提高熱交換的效率。采用上述的裝置后，即使在同樣的熱傳導率(α)的情況下，也可以用低于普通裝置的鼓風機功率獲得同樣的噴氣溫度。特別是在進一步增大鼓風機的壓力從而可提高噴到鋼帶上的噴氣速度時，效果更加顯著，因為鼓風機的氣體溫度顯著提高了。
實例下面陸續(xù)地說明幾個實例。第一，下面說明一種固定到噴嘴上的擋流板，研究了圖2(a)和2(b)所示的單一噴嘴的導熱特性，圖2(a)所示的單一噴嘴上固定一個擋流柱2，圖2(b)所示的單一噴嘴上固定一個擋流板3。在此情況下，用空氣作為一種冷卻劑。設(shè)定噴嘴直徑為10.5mm；從噴嘴噴出的空氣流速為150m/s；從噴嘴前端至待冷卻物體之間的距離為50mm。
研究了其前端固定有上述擋流柱的噴嘴在冷卻高溫下的鋼板時的噴嘴特性。研究結(jié)果示于圖4，從圖中可看出，在噴嘴中心下方的中間位置上熱傳導率有所提高。
關(guān)于擋流柱，在圖5示出在上述冷卻條件下?lián)趿髦耐队懊娣e與噴嘴的橫截面積之比。可以看出，如果擋流柱的投影面積與噴嘴橫截面積之比不小于3％，便可獲得提高熱傳導率的效果。當擋流柱的投影面積與噴嘴橫截面積之比大于12％時，由于安裝擋流柱造成的噴嘴前端的壓力損失增大，因此應(yīng)增大鼓風機所需功率。所以，擋流柱的投影面積與噴嘴橫截面積之比大于12％的結(jié)構(gòu)是不經(jīng)濟的。根據(jù)上述理由，確定擋流柱的投影面積與噴嘴橫截面積之比為3～12％。
同理，關(guān)于擋流板(其厚度小于噴嘴橫截面積的3％)，研究了擋流板沿噴嘴軸向方向的長度。研究結(jié)果表明，當擋流板的長度不小于噴嘴直徑50％時，可提高熱傳導率。關(guān)于擋流板的厚度，當該厚度不小于3％時，由于上述的沿噴嘴軸向的擋流板長度，使噴氣的壓力損失比上述的擋流柱大，所以，為了減少鼓風機所需功率，最好使擋流板的厚度小于3％。
第二，下面說明排出從噴嘴順利噴出的氣體的排氣方法實例。圖9是本發(fā)明的熱處理裝置的剖視圖。安裝著多個對著沿箭頭方向運行的鋼帶7而伸出的噴嘴1。從該噴嘴1向著鋼帶7噴出氣流，對鋼帶7進行熱處理。在此情況下，當噴出氣體被加熱時，該熱處理裝置用作加熱裝置，而當噴出氣體被冷卻時，該熱處理裝置用作冷卻裝置。為了防止鋼帶氧化，在許多情況下，使熱處理室充滿氫與氮混合的非氧化氣氛。但是，即使用例如空氣作為氣體時，也能得到同樣的效果。圖9中的許多箭頭代表氣流。
從鼓風機9連續(xù)地供氣。然后通過一種氣體分配器(未示出)將氣體送入分開的噴氣管座8，從噴嘴1噴出并已與鋼帶7碰撞的氣流將鋼帶7的熱量帶走。然后氣流返回，并從開口10排出。這就是說，氣體被排到噴嘴1的相對于鋼帶7的后側(cè)。排出的氣體通過吸氣管座11被再次送入鼓風機9。通過該鼓風機9使氣體增壓，然后再進入循環(huán)。
雖然在圖9未示出，但在鼓風機9的前面或后面設(shè)置了一種加熱或冷卻氣體的裝置。在圖9所示的裝置中，只有通過開口10的氣體通過吸氣管座11再進入循環(huán)，但是，也可以不設(shè)置吸氣管座11而從熱處理室的一部分吸取氣體。在此情況下，從每個噴嘴1噴出的氣流與鋼帶相碰撞，然后僅在返回的氣流形成的上升流的力的作用下通過開口部分。在圖9中，噴氣管座8的橫截面是矩形的，但是，為了制造方便，噴氣管座8的橫截面也可以是圓形的、橢圓形的或多角形的，或者，噴氣管座8的橫截面可以是一種復合形狀。
圖10是噴嘴1和噴氣管座8排列的視圖，該視圖是從鋼帶7這一邊看去的。如圖10(a)所示，噴嘴1可以按鋸齒式排列。而且，如圖10(b)所示，多組噴嘴1可按鋸齒式排列，其中，每組噴嘴1含有3～7排噴嘴1。如果為每一排噴嘴設(shè)置一個噴氣管座8，裝置的成本便提高。但是，如圖10(c)所示，當為幾排噴嘴設(shè)置一個噴氣管座8時，就可以減少開口10的數(shù)目。可是在此情況下，氣體有可能不能完全排出，因此，必需按照開口部分的面積調(diào)節(jié)噴嘴的伸出高度。
使用圖9和10所示的本發(fā)明的熱處理裝置時，厚度為1.0mm的鋼帶7被噴出的用作冷卻劑的氮和氫混合的氣流冷卻之。在此情況下，冷卻噴嘴伸出高度設(shè)定為20mm。圖12示出在恒定的鼓風機功率的條件下改變開口部分的面積與噴嘴開口面積之比時的熱傳導率的比率。表1示出噴嘴直徑、噴嘴間距等參數(shù)。圖12的曲線通過沿鋼帶寬度方向的平均熱傳導率來評價冷卻鋼帶的能力。圖中示出比較實例在開口部分10的面積與噴嘴開口面積之比為0、3.4和17.3各點的結(jié)果。在此情況下，當面積比為0時，所有開口部分10封閉。圖中示出本實例的結(jié)果處于從開口部分面積與噴嘴開口面積之比為5.8的點至開口部分面積與噴嘴開口面積之比為15.7的點的范圍內(nèi)。在從面積比為5的點至面積比為17的點的范圍內(nèi)，本實例的熱傳導率之比率高于比較實例的熱傳導率之比率。這就是說，當開口部分面積與噴嘴開口面積之比為5～17時，通過噴出的氣流冷卻鋼帶的能力提高。
表1
噴嘴1的伸出高度h最好不大于噴嘴內(nèi)徑D的5倍。理由是，當噴嘴1的伸出高度h超過噴嘴內(nèi)徑D的5倍時熱傳導率的比率明顯降低(如圖16所示)。據(jù)認為，上述的熱傳導率的比率明顯降低的原因在于，當噴嘴伸出高度大時，在上升氣流到達噴氣管座8之間的開口部分之前氣體流速便已明顯降低，從而使氣體排出變得困難了。
下面說明一個不設(shè)置噴氣管座的開口部分并將噴嘴伸出高度h規(guī)定在一個合適值的情況下排出氣體的實例。該實例示于圖17。在這種結(jié)構(gòu)中，噴嘴1之間不設(shè)置開口，將噴氣管座8做成盒狀的噴氣管座，在其中設(shè)置一定數(shù)目的噴嘴。在這方面，關(guān)于噴嘴前端與鋼帶7之間的距離Z，正如日本已審查專利No.2-16375所公開的那樣，規(guī)定該距離Z值不大于70mm。
下面參看圖17來說明氣體流14。一股氣流從噴嘴1噴出后，與鋼帶7碰撞，然后沿著鋼帶7流動。在一個短時間內(nèi)，該氣流與鄰近噴嘴噴出的氣流相碰撞。因此，該氣流沿著與噴嘴噴出氣流的方向相反的方向流動，也就是說，該氣流從鋼帶7向著噴氣管座8的方向流動。然后，該氣流與噴氣管座碰撞并沿著噴氣管座流動。在一個短時間內(nèi)，該氣流通過一個介于噴氣管座8與鋼帶7之間的區(qū)域并向外排出。此時，如果氣體流量密度低，沿噴氣管座流動的氣流就在噴嘴伸出高度h區(qū)域內(nèi)流動。但是，如果氣體的流量密度增大，上述區(qū)域就不夠大了，所以，已與鋼帶碰撞過的氣流流入鋼帶7與噴嘴1前端之間的區(qū)域內(nèi)。在此情況下，已與鋼帶碰撞過一次的氣流便被卷入從噴嘴噴出的氣流內(nèi)。例如，在鋼帶冷卻時，從噴嘴噴出的氣流是冷卻過的，但是，當已與鋼帶碰撞的高溫氣流被卷入從噴嘴噴出的氣流內(nèi)時，與鋼帶碰撞的氣流的溫度便升高，從而降低其冷卻效率。在這方面，關(guān)于噴氣管座，如果確定噴嘴的伸出高度h不小于一個預定值，便能順利地排出氣體。但是，可以將噴氣管座適當?shù)胤珠_，以便在分開的噴氣管座之間形成空間，使氣體通過這種空間排出。特別是當鋼帶的寬度大，或者噴氣管座沿縱向的長度大時，也就是說噴氣管座的尺寸大時，將噴氣管座分隔是有效的。
第三，下面說明提高有效噴氣長度的比率的實例。圖19示出普通的采用噴出氣流進行熱處理的熱處理裝置。在這種裝置中，使鋼帶7與噴嘴1彼此靠近，從而可提高氣流的效率。為了防止噴嘴在鋼帶顫動或翹曲時與鋼帶相接觸，由左支承輥16和右支承輥17交替地壓著鋼帶。但是，在左支承輥置入空間23和右支承輥置入空間24不噴入氣體。因此，雖然在L1的范圍內(nèi)進行冷卻或加熱，但是，在L1范圍內(nèi)包含著不進行冷卻或加熱的無用部分，結(jié)果，不可能獲得高的冷卻或加熱的效率。也就是說，普通的熱處理裝置處于有效噴氣長度的比率小的狀態(tài)中。
下面參看圖20來說明本發(fā)明的實例。在圖20所示的裝置中，在與鋼帶7的支承輥相對一側(cè)設(shè)置一個噴氣裝置延伸部分22。由于采用這種結(jié)構(gòu)，便縮短從開始噴氣位置至結(jié)束噴氣位置的長度L2。圖19的實際噴氣長度與圖20的實際噴氣長度是相同的，但是，長度L1與長度L2相比較，長度L2小于長度L1，這就是說，增大了有效噴氣長度的比率。在此情況下，加熱或冷卻所需的時間縮短了(L1-L2)/V秒，式中，V(m/s)是鋼帶7的移動速度。關(guān)于加熱或冷卻速率，有可能按照上述方法提高加熱或冷卻效率。在這方面，如果將本發(fā)明應(yīng)用于連續(xù)退火鋼帶的實際連續(xù)退火裝置中，其有效噴氣長度的比率就從82％提高到90％。
如前所述，當加熱或冷卻支承輥時，可以提高加熱或冷卻的能力，從而進一步提高加熱或冷卻的速率。但是，如前所述，在支承輥直接與鋼帶接觸以進行加熱或冷卻的熱處理裝置中，由于通常難以使支承輥與鋼帶均勻地接觸，所以該熱處理裝置就存在鋼帶溫度不均勻的缺點。但是，根據(jù)本發(fā)明人所做的一項試驗，支承輥的直徑通常不大于300mm，這就是說，支承輥的直徑一般是小的，所以，支承輥的表面壓力高于通常用于加熱或冷卻的直徑為1000mm的輥子的表面壓力，這里所述的表面壓力就是鋼帶壓在輥子上的壓力。因此，可認為不會引起加熱或冷卻時溫度不均勻的問題。
圖21示出右支承輥部分的剖視圖。在這方面，由于左支承輥部分的結(jié)構(gòu)與右支承輥部分相同，故在此只說明右支承輥。在本實例中，支承輥是一種水冷卻輥。如圖21所示，右支承輥17設(shè)置在熱處理室壁13的兩側(cè)壁之間，并由可在側(cè)壁上沿縱向滑動的軸承26轉(zhuǎn)動地支承著。在此情況下，噴氣管座和噴嘴被安置在鋼帶7左邊的空間內(nèi)(為簡化起見，圖中未示出噴氣管座和噴嘴)，內(nèi)部做成套筒結(jié)構(gòu)的右支承輥的一端與可使支承輥轉(zhuǎn)動的馬達27相連接。另一方面，安裝在相對一側(cè)的軸承26具有一個轉(zhuǎn)動連接件，該連接件與供水管28和排出管29相連接，在此情況下，軸承26安裝成可以滑動。因此，可通過一個馬達使軸承26前進和后退，以便通過功率傳輸軸31和分配器32使支承輥移動。
采用上述結(jié)構(gòu)，可通過供水管28向右支承輥17供入冷卻水，并通過排出管29將廢水向外排出。在這里，支承輥是用作冷卻的輥子，但是，如果采用加熱的流體，也可以將支承輥用作加熱輥。即使在冷卻的情況下，也可以用其他流體而不用水。而且，在加熱的情況下，也可以不用流體，而是對支承輥供電，所以，支承輥可用作一種電加熱輥?？梢酝ㄟ^控制供入流體的溫度或量或者通過控制供給輥子的電流來控制加熱或冷卻的能力。
第四，下面說明有效地降低噴氣溫度的實例。圖22(a)示出一種普通的以非氧化氣體進入循環(huán)并以非氧化氣流噴在鋼帶上使鋼帶冷卻的熱處理裝置的實例。在圖22(a)中，標號7表示待冷卻的鋼帶。該鋼帶7在熱處理室壁13內(nèi)的非氧化氣體(未示出)中冷卻。標號9是一種用于吸取和噴入熱處理室內(nèi)的非氧化氣體的鼓風機。在管道34的中部，安裝一個用于冷卻氣體的熱交換器35，由熱交換器35冷卻的氣體由鼓風機9增壓，如此增壓的氣體通過管道34被再次引入熱處理室內(nèi)并通過噴氣管座8和噴嘴1噴到鋼帶7上，使鋼帶7快速冷卻。關(guān)于熱交換器35的位置，按照普通的結(jié)構(gòu)，為了保護鼓風機9使之不受熱，在熱處理室內(nèi)的氣體被熱交換器冷卻后才由鼓風機9吸取。這就是說，熱交換器安裝在鼓風機的入口側(cè)。在普通熱處理裝置中，估計冷卻鋼帶的熱傳導率的范圍小，所以，噴嘴端部的流速不高。因此，鼓風機不需要高的增壓，在鼓風機中氣體溫度的升高不多。由于上述原因，在實際應(yīng)用中不會有問題。但是，當冷卻鋼帶要提高熱傳導率時，就必需提高噴嘴端部的流速，并要求鼓風機有高的增壓。因此，不可忽視增壓過程中引起的溫度升高。結(jié)果，只有在鼓風機9的后面也安裝熱交換器35(見圖22(b))時，才能提高冷卻效率，這就是說，在鼓風機9的出口側(cè)也安裝熱交換器35時，可以提高冷卻效率。這就是說，如果設(shè)定周圍氣體溫度的降低量為恒定值時，可以使圖22(b)所示結(jié)構(gòu)的熱交換器的容量小于圖22(a)所示結(jié)構(gòu)的熱交換器的容量。結(jié)果，減少了熱交換器中的壓力損失，并可使鼓風機的容量小些。就此而論，在圖22(b)所示結(jié)構(gòu)中，在鼓風機前面和后面都安裝熱交換器。但是，如果從耐熱的觀點考慮在鼓風機中不會有什么問題的話，在鼓風機入口側(cè)也可以不安裝熱交換器，而僅在鼓風機出口側(cè)安裝熱交換器。
工業(yè)上的應(yīng)用按照本發(fā)明，在通過對鋼帶噴出氣流來加熱、冷卻、或干燥鋼帶的熱處理裝置中，可以通過促進氣流中央的紊流來提高熱傳導率，也可以順利地排出噴到鋼帶上的氣體，并可以防止所述排出氣體與新噴到鋼帶上的氣體的互相干擾。由于上述原因，可提高熱傳導率。
按照本發(fā)明，在通過對鋼帶噴出氣流而加熱、冷卻或干燥鋼帶的熱處理裝置中，可以縮短左、右支承輥的置入空間內(nèi)的無用運行區(qū)段的長度，也就是說，可以縮短不對鋼帶產(chǎn)生加熱、冷卻或干燥的區(qū)段的長度，因此，可減小熱處理裝置的總長度。由于上述原因，可以減少加熱、冷卻或干燥鋼帶的時間，從而可提高加熱、冷卻或干燥鋼帶的加熱效率、冷卻效率或干燥效率。而且，冷卻氣體用的熱交換器安裝在壓氣機(例如鼓風機)的輸出側(cè)，因此，可以有效地降低噴出氣流的溫度，結(jié)果可提高冷卻效率，并減少壓氣機(例如鼓風機)所需的功率。
因此，可以在不設(shè)置過大容量的鼓風機或?qū)Ч艿那闆r下保證獲得從冶金學觀點上所要求的加熱或冷卻速度，而且，可以縮短熱處理裝置的長度，因此，可使裝置做得緊湊，并使其鼓風機的功率強度明顯低于普通裝置的鼓風機的功率強度。因此，從降低運行成本的觀點考慮，可以產(chǎn)生大的效益。而且，按照本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)，鋼帶是在不會出現(xiàn)溫度不均勻的問題并且不會出現(xiàn)型面損壞和表面氧化問題的情況下進行冷卻的，而上述問題在普通的熱傳導率α≥400千卡/m2·h·℃的冷卻系統(tǒng)中進行輥子冷卻時是會出現(xiàn)的。因此，本發(fā)明可以提高鋼帶的質(zhì)量，并且無需設(shè)置去除氧化皮的酸洗裝置，從而簡化了設(shè)備。
權(quán)利要求
1．一種熱處理裝置，通過對鋼帶噴出氣流以加熱、冷卻或干燥鋼帶而對鋼帶進行熱處理，包括一種固定在噴出氣流的噴嘴之前端的擋流柱，其中，該擋流柱和投影面積確定為噴嘴橫截面積的3～12％。
2．一種熱處理裝置，通過對鋼帶噴出氣流以加熱、冷卻或干燥鋼帶而對鋼帶進行熱處理，包括一種固定在噴出氣流的噴嘴之前端的擋流板，其中該擋流板的投影面積確定為小于噴嘴橫截面積之3％，它的沿噴嘴軸線的長度確定為不小于噴嘴直徑之50％。
3．一種熱處理裝置，通過對鋼帶噴出氣流以加熱、冷卻或干燥鋼帶而對鋼帶進行熱處理，包括多個噴嘴；多個用來固定多個噴嘴并對噴嘴供氣的噴氣管座；和一個用來將氣體分配到多個噴氣管座的氣體分配器，其中在上述噴氣管座之間設(shè)有作為排氣口的開口或空隙，該開口的面積為噴嘴口面積的5～17倍。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的通過噴出氣流對鋼帶進行熱處理的熱處理裝置，其特征在于，所述噴嘴是一種從噴氣管座之前端伸出的噴嘴。
5．根據(jù)權(quán)利要求3的通過噴出氣流對鋼帶進行熱處理的熱處理裝置，其特征在于，上述噴嘴的伸出高度不大于噴嘴內(nèi)徑的5倍。
6．根據(jù)權(quán)利要求3的通過噴出氣流對鋼帶進行熱處理的熱處理裝置，其特征在于，上述噴氣管座之前端的形狀按照氣體通道橫截面沿噴出氣流的方向逐漸減小的方式呈錐形。上述噴嘴之前端不是從噴氣管座之前端面上伸出的。
7．一種熱處理裝置，通過對鋼帶噴出氣流以加熱、冷卻或干燥鋼帶而對鋼帶進行熱處理，其特征在于，從鋼帶至噴嘴前端的距離Z確定為不大于70mm，并且滿足下列不等式W/4≤h，式中，h為噴嘴從對噴嘴供氣的噴氣管座伸出的高度，mm,W為噴在單位面積上的氣體流量或氣體流量密度，m3/min·m2。
8．一種熱處理裝置，通過對鋼帶噴出氣流以加熱、冷卻或干燥鋼帶而對鋼帶進行熱處理的熱處理裝置，其特征在于，在安裝噴出氣流的噴嘴的噴氣空間內(nèi)設(shè)置一個將支承輥沿鋼帶行進方向按規(guī)則間隔交替排列以防止鋼帶顫動的輥子置入空間；而在與鋼帶的支承輥置入側(cè)相對的一側(cè)的輥子置入空間內(nèi)設(shè)置噴出氣流的噴嘴。
9．一種熱處理裝置，通過對鋼帶噴出氣流以加熱、冷卻或干燥鋼帶而對鋼帶進行熱處理，其特征在于，在安裝噴出氣流的噴嘴的噴氣空間內(nèi)設(shè)置一個將支承輥沿鋼帶行進方向按規(guī)則間隔交替地排列以防止鋼帶顫動的輥子置入空間，在冷卻鋼帶的情況下，上述支承輥被冷卻，而在加熱或干燥鋼帶的情況下，上述支承輥被加熱。
10．一種熱處理裝置，通過對鋼帶環(huán)流和噴出非氧化性氣體使鋼帶在氣流中冷卻而對鋼帶進行熱處理，其特征在于，至少在鼓風機之類的壓氣機之出口側(cè)設(shè)置一個用于冷卻氣體的熱交換器。
全文摘要
一種熱處理裝置,通過對鋼帶噴出氣流而加熱、冷卻或干燥鋼帶,包括一個設(shè)置在噴出氣流的噴嘴之前端的擋流柱或一個設(shè)置在噴出氣流的噴嘴之前端的擋流板,上述擋流柱的投影面積為噴嘴橫截面積之3～12%,而上述擋流板的投影面積為小于噴嘴橫截面積的3%,該擋流板在噴嘴內(nèi)沿噴嘴軸線方向的長度至少為噴嘴直徑的50%。
文檔編號C21D1/62GK1219206SQ9880027
公開日1999年6月9日 申請日期1998年3月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月14日
發(fā)明者川村浩久, 柳樂紀元, 白神睦雄, 林順一, 芹澤良洋, 島田政則, 和氣浩一, 若林久干, 大串圭二 申請人:新日本制鐵株式會社