專利名稱：調(diào)整片狀產(chǎn)品硬度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將片材加熱到預(yù)定溫度曲線的方法和裝置。這種方法 例如用在形成金屬片材和板材之前的退火處理中，以及用在對(duì)金屬片 材進(jìn)行連續(xù)熱處理的爐中。
背景技術(shù)：
當(dāng)對(duì)金屬(例如鋼)片材和板材等進(jìn)行熱處理時(shí)，通常需要能夠 控制橫過經(jīng)熱處理的材料的材料特性。所述特性例如可以包括材料硬 度、平直度和殘余應(yīng)力。
這種熱處理工藝的一個(gè)實(shí)例是在成形前在爐中對(duì)金屬片材退火。 在這種情況下，通常需要材料特性橫過金屬片材在相對(duì)于熱處理過程 中材料流動(dòng)方向的縱向方向以及橫向方向上是均勻的，因?yàn)檫@沖羊可以 在多種應(yīng)用中提供給金屬片材良好的可成形性。為了獲得這種均勻的 材料特性，對(duì)金屬片材的傳熱需要橫過金屬片材是均勻的，以便橫過 整個(gè)片材獲得均勻的溫度分布或溫度曲線。
在另外的應(yīng)用中，需要不均勻的預(yù)定溫度曲線。例如，與金屬片 材的中心相比較，在金屬片材的邊緣上可能需要不同的硬度特性，以 用于進(jìn)一步加工成諸如車頂之類的產(chǎn)品。
現(xiàn)今，通常在爐中進(jìn)行金屬片材的熱處理。 一般使用的爐包括基 于燃料的爐，其包括明火或用于把熱量傳遞給金屬片材的加熱管。
當(dāng)使用這種爐對(duì)例如金屬片材進(jìn)行熱處理時(shí)，通常不可能獲得橫 過金屬片材的所需要的溫度曲線。相反，還會(huì)產(chǎn)生許多問題。
首先，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)金屬片材進(jìn)行熱處理的爐會(huì)導(dǎo)致與金屬片材 中間部分的加熱相比，邊緣過熱的問題。原因在于片材的表面積/體積 比朝向片材邊緣的方向增大，這導(dǎo)致在邊緣處熱量較快地傳遞給金屬。
當(dāng)對(duì)厚度范圍在lmm-100mm的片材或板材產(chǎn)品進(jìn)行熱處理時(shí)，這一
現(xiàn)象是普遍的，而且這對(duì)甚至具有更大厚度(例如高達(dá)300mm)的材 料而言橫過金屬材料的整個(gè)范圍也是個(gè)問題，所述金屬材料包括碳鋼、 不銹鋼、低碳鋼、鋁、銅等。片材邊緣和中心的溫度差可能多達(dá)20。C。
在依次地對(duì)金屬片材進(jìn)行熱處理的情況下，在金屬片材的側(cè)邊緣 以及起始端邊緣和末端邊緣都會(huì)出現(xiàn)問題。對(duì)于長金屬片材的連續(xù)處 理，問題主要出現(xiàn)在側(cè)邊緣，但是當(dāng)開始或停止處理時(shí)或改變片材時(shí)， 也有可能出現(xiàn)問題。
這一問題導(dǎo)致的結(jié)果是橫向和縱向的溫度差導(dǎo)致變形、硬度不均 勻和/或其它材料特性橫過片材分布得不均勻。在一些情況下，片材在 進(jìn)行下一步處理步驟、進(jìn)一步降低材料的硬度和殘余應(yīng)力特性之前必 須被矯直。當(dāng)然，所述問題既出現(xiàn)在縱向方向，也出現(xiàn)在橫向方向上， 即橫過片材的方向上。
其次，當(dāng)使用傳統(tǒng)的爐時(shí)，很難精確控制橫過金屬片材的任意方 向上的溫度曲線。如上所述，在不同的應(yīng)用中，為了使經(jīng)過熱處理的 金屬適于進(jìn)一步的處理，可能需要特定的、不均勻的溫度曲線。通常 需要在片材的縱向和橫向方向上控制溫度曲線。
第三，在一些應(yīng)用中，需要在不同的時(shí)間對(duì)金屬片材的某些部分 進(jìn)行不同于其它部分的熱處理。例如，當(dāng)對(duì)金屬片材退火時(shí)，發(fā)明人 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，有利的是首先加熱片材中間部分，以便在片材中間部分引 入壓縮應(yīng)力。此后，有利的是使熱量傳遞到片材的邊緣。這樣，當(dāng)片 材退火時(shí)，引入到片材邊緣中的壓縮應(yīng)力將不會(huì)使片材變形。這將在 下面詳細(xì)地4笛述。
本發(fā)明解決了上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供了一種在工業(yè)爐中將片材沿片材的長度和橫向 加熱到預(yù)定溫度曲線的方法。本發(fā)明的特征在于相對(duì)于片材下方的 至少一個(gè)架子(ramp)和/或片材上方的至少 一個(gè)架子，將片材輸送 到爐中，每個(gè)架子都包括多個(gè)成一排地布置在彼此旁邊的DFI (直焰 沖擊)燃燒器，所述DFI燃燒器朝向片材定向，并且每個(gè)架子中的獨(dú)
立燃燒器都被控制以提供預(yù)定的發(fā)熱能力。
本發(fā)明還提供了如權(quán)利要求9所述類型的設(shè)備，并且該設(shè)備基本 具有如權(quán)利要求9所述的特征。


現(xiàn)在將參照本發(fā)明的特定實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地描 述，附圖中
圖l是根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的燃燒器架子的頂視圖。 圖2是由兩個(gè)獨(dú)立的根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的燃燒器進(jìn)行熱 處理的片狀產(chǎn)品的截面細(xì)節(jié)圖。
圖3是具有根據(jù)本發(fā)明的燃燒器架子的爐的截面圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的燃燒器架子的頂視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照?qǐng)D1、圖2和圖3描述第一優(yōu)選實(shí)施例。 在該第一實(shí)施例中，金屬片材在成形處理步驟之前進(jìn)行退火。將 所述片材預(yù)熱或加熱到片材最終的成形溫度。在第一種情況下，在第 二爐中進(jìn)一步加熱片材直到片材的最終成形溫度。
圖1示出處于連續(xù)退火處理步驟中的金屬片材2。相對(duì)于金屬片 材2的運(yùn)動(dòng)方向5，金屬片材2相應(yīng)地具有縱向方向3和橫向方向4。 燃燒器架子6橫過金屬片材2的橫向方向4定位。架子6設(shè)置有多個(gè) 獨(dú)立的DFI燃燒器7，這些燃燒器沿金屬片材2的橫向方向4等距離 地間隔開。
圖2示出沿圖1中平面P-P的剖-f見圖，其中兩個(gè)獨(dú)立燃燒器7定 位在兩個(gè)架子6上， 一個(gè)燃燒器位于金屬片材2上方，另一個(gè)燃燒器 位于金屬片材2下方。由于這兩個(gè)獨(dú)立燃燒器7基本相同，因此僅示 出用于上部燃燒器7的附圖標(biāo)記。如可以看到的，燃燒器布置在燃燒 器保持器8中，從而允許燃燒器傾斜以調(diào)節(jié)由燃燒器7產(chǎn)生的火焰9 的角度A。在本實(shí)施例中，燃燒器的角度A僅僅可以在金屬片材2的 縱向方向3上調(diào)節(jié)，但是應(yīng)當(dāng)注意到的是，根據(jù)本實(shí)施例的目的，可 以采用任意其它方向上的角度調(diào)節(jié)。每個(gè)燃燒器7還配備有燃料管道10、氧化劑管道11和噴嘴12。使用閥(未示出)來控制每個(gè)獨(dú)立燃 燒器7的發(fā)熱能力(heating power)。這種控制可以是永久地或采用 一定更新頻率地打開或關(guān)閉燃燒器7的形式，由此燃燒器7可以重復(fù) 地打開或關(guān)閉。這種控制也可以是按連續(xù)比例(continuous scale )將 燃燒器7發(fā)熱能力調(diào)節(jié)成是燃燒器7最大發(fā)熱能力的百分比。
圖3示出爐1，在爐中進(jìn)行對(duì)圖2的金屬片材2熱處理的連續(xù)處 理步驟。在如圖2所示的情況下，為了對(duì)稱和簡化，僅示出定位在金 屬片材2上方的架子6和獨(dú)立燃燒器7的附圖標(biāo)記。
燃燒器7供給有氣態(tài)或液態(tài)燃料以及含有至少80%的氧的氧化劑。
在本實(shí)施例中，相對(duì)于燃燒器7的間隔以及燃燒器噴嘴12和金屬 片材2表面之間的距離來布置燃燒器，這樣，相鄰燃燒器7的碰觸金 屬片材2表面的部分火焰9在一定程度上重疊。連續(xù)的燃燒器7之間 的典型間隔大約為50mm,每個(gè)燃燒器噴嘴12和片材表面之間的距離 為50-300mm。但是，顯然也可以采用其它間隔距離的設(shè)定值，這些 設(shè)定值仍然可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
在圖1中，僅示出定位在金屬片材一側(cè)的一個(gè)架子6。在圖2中 示出兩個(gè)架子6，其中在金屬片材2的每側(cè)定位一個(gè)架子6。但是，應(yīng) 當(dāng)理解的是，在采用本發(fā)明對(duì)金屬片材進(jìn)行熱處理時(shí)，可以同時(shí)使用 幾個(gè)架子。例如，在連續(xù)步驟中可以使用沿材料運(yùn)動(dòng)方向5的縱向方 向3布置的幾個(gè)架子來加熱金屬片材2。還可以在幾個(gè)連續(xù)步驟中使 用同一架子或相同的幾個(gè)架子運(yùn)動(dòng)經(jīng)過片材2來對(duì)片材2進(jìn)行熱處理。
金屬片材2的厚度可以在lmm至100mm之間變化，但是在某些 應(yīng)用中也可以對(duì)厚達(dá)300mm的片材進(jìn)行熱處理。通常，如果金屬片 材2達(dá)到2mm厚，則可以僅使用位于金屬片材2—側(cè)的燃燒器架子6 對(duì)金屬片材2進(jìn)行可行的加熱。但是，如果金屬片材2的厚度大于 2mm，則優(yōu)選使用位于金屬片材2兩側(cè)的燃燒器架子6，以便使熱量 更加均勻地散布在材料中。
由于可以獨(dú)立控制每個(gè)DFI燃燒器7的發(fā)熱能力，因此可以精確 地控制金屬片材的熱處理的發(fā)熱能力曲線。因此，可以控制退火后橫 過金屬片材的溫度曲線從而控制材料特性的分布，所述的材料特性例 如是硬度、平直度和殘余應(yīng)力。
為了控制沿橫向方向4的材料特性，可以(通過永久地打開和關(guān) 閉獨(dú)立燃燒器7)改變架子6的總的有效寬度，或者可以控制每個(gè)獨(dú) 立燃燒器7的強(qiáng)度。
本發(fā)明可以用于對(duì)具有明確限定的起始端和明確限定的末端的限 定單元(finite elements )的金屬片材進(jìn)行熱處理，以及用于對(duì)伸長的 金屬片材進(jìn)行半連續(xù)或連續(xù)處理。因此，同樣的問題可能出現(xiàn)在金屬 片材的起始端邊緣和末端邊緣附近，也可能出現(xiàn)在側(cè)邊緣上。因此， 本發(fā)明的目的也是提供一種方法來克服當(dāng)處理具有有限長度的金屬片 材時(shí)，金屬片材所有邊緣出現(xiàn)的這些問題。
因此，為了控制沿縱向方向3的材料特性曲線，當(dāng)金屬片材2經(jīng) 過架子6時(shí)，可以實(shí)時(shí)控制獨(dú)立燃燒器7,從而當(dāng)燃燒器靠近或位于 金屬片材2的起始端邊緣或末端邊緣時(shí)改變各個(gè)燃燒器的發(fā)熱能力。
如上述已經(jīng)注意到的，每個(gè)獨(dú)立燃燒器7都可以傾斜，以便燃燒 器7相對(duì)于金屬片材2的縱向方向3的角度A大于或者小于90。。此 外，本身包含獨(dú)立燃燒器7的架子6也可以沿架子的縱向軸線13傾斜， 從而使每個(gè)獨(dú)立燃燒器7沿金屬片材2的縱向方向3形成獨(dú)立的、重 疊的傾斜角度A。燃燒器的角度A是可調(diào)節(jié)的，以用于例如控制廢煙 氣的方向；使氣流泄漏的發(fā)生最小化；或者用于控制污染物的燒除， 所述污染物例如是來自先前處理步驟的、存在于金屬片材表面上的油。 獨(dú)立燃燒器的角度A可以控制在從90。位置沿任意方向的至少0-20。 的范圍內(nèi)。因此，每個(gè)獨(dú)立燃燒器的角度A可以被調(diào)節(jié)成使火焰9朝 向金屬片材2的運(yùn)動(dòng)方向5和背離金屬片材2的運(yùn)動(dòng)方向5定向。
優(yōu)選地，具有反饋系統(tǒng)(未示出)來控制燃燒器7的強(qiáng)度，以便 適合于近處的應(yīng)用。因此，可以在爐1中、架子6上或架子6附近和/ 或金屬片材2上布置傳感器，以測(cè)量金屬片材2的溫度或其它任何適 當(dāng)?shù)淖兞?。在連續(xù)操作過程中，或者在對(duì)不連續(xù)的金屬片材執(zhí)行本發(fā)
明操作時(shí)在獨(dú)立的金屬片材之間，根據(jù)這些測(cè)量值來調(diào)節(jié)獨(dú)立燃燒器
7的發(fā)熱能力，從而優(yōu)化熱處理的執(zhí)行。在這種情況下，還可以微調(diào) 所采用的發(fā)熱能力模式，從而適應(yīng)實(shí)際處理的金屬片材的特性。
在圖l所示的實(shí)施例中，控制獨(dú)立燃燒器7的發(fā)熱能力的目的在 于橫過金屬片材2的橫向方向4和縱向方向3形成均勻的溫度曲線。 可以設(shè)想到的是，在實(shí)際的應(yīng)用中，金屬片材2中任意兩點(diǎn)之間的溫 差將被控制在小于rc。但是，應(yīng)當(dāng)注意的是，除了均勻的曲線之外， 使用本發(fā)明還可以獲得橫過金屬片材2的任何合適的溫度曲線。
回到圖4，現(xiàn)在將描述本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例。所述第二實(shí)施 例基本是第一實(shí)施例的變型，因而在圖l和圖3之間對(duì)于相同的部件 釆用相同的附圖標(biāo)記。此外，為了簡化，省略了上面已經(jīng)詳細(xì)描述的 圖3中示出的實(shí)施例的一些部件的詳細(xì)描述。
在該第二實(shí)施例中，使用第一燃燒架子14和第二燃燒架子15執(zhí) 行金屬片材2的退火，其中這兩個(gè)架子14、 15布置成在彼此后面對(duì)準(zhǔn) (aligned after each other),并且彼此成一角度2B，其中所述角度B 相對(duì)于金屬片材2的運(yùn)動(dòng)方向5小于90°。
由于金屬片材2的運(yùn)動(dòng)方向5，在金屬片材2的側(cè)面部分接觸到 火焰9之前，金屬片材的中心部分碰到火焰。因此，對(duì)于給定橫截面 的金屬片材2，在側(cè)面部分被加熱之前中心部分被加熱。因此，當(dāng)橫 過金屬片材2的縱向方向4連續(xù)進(jìn)行退火處理時(shí)，壓縮應(yīng)力將被引入 到金屬片材2的中心部分中。這最小化了退火過程中變形的危險(xiǎn)，這 是因?yàn)榻?jīng)過退火的金屬片材由于側(cè)面部分較中心部分具有過大的壓縮 應(yīng)力使得上述變形非常普遍。
上面已經(jīng)對(duì)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述。但是，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯 而易見的是在不脫離本發(fā)明思想的情況下可以對(duì)所描述的實(shí)施例進(jìn)行 多種改變。因此，本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)由所描述的實(shí)施例限制，而是可以在 所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)展。
權(quán)利要求
1.一種在工業(yè)爐(1)中將片材(2)沿片材(2)的長度(3)和橫向(4)加熱到預(yù)定溫度曲線的方法，其特征在于相對(duì)于片材(2)下方的至少一個(gè)架子(6)和/或片材(2)上方的至少一個(gè)架子(6)，將片材(2)輸送到爐(1)中，每個(gè)架子(6)都包括多個(gè)成一排地布置在彼此旁邊的DFI(直焰沖擊)燃燒器(7)，所述DFI燃燒器(7)朝向片材(2)定向，并且每個(gè)架子(6)中的獨(dú)立燃燒器(7)都被控制以提供預(yù)定的發(fā)熱能力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于每個(gè)架子(6)中 的燃燒器(7)沿架子(6)布置并且在所述燃燒器(7)之間具有相同 的距離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于架子(6)中 的燃燒器(7)布置成使得相對(duì)于燃燒器(7)之間的距離以及每個(gè)燃 燒器噴嘴(12)和片材(2)表面之間的距離，噴射到片材(2)表面 上的火焰(9)彼此重疊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的方法，其特征在于至少一個(gè) 架子(6 )相對(duì)于該架子的縱向軸線(13 )傾斜，由此獨(dú)立燃燒器(7 ) 的縱向軸線被調(diào)節(jié)成與片材(2)表面形成的角度(A)不同于90°。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于至少一 個(gè)獨(dú)立的DFI燃燒器(7)相對(duì)于該燃燒器安裝于其上的架子(6)的 縱向軸線(13)傾斜，由此所述獨(dú)立燃燒器(7)的縱向軸線被調(diào)節(jié)成 與片材(2)表面形成的角度(A)不同于90°。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于至少一 個(gè)架子(6)被分成兩個(gè)在彼此后面對(duì)準(zhǔn)的架子(14， 15),并且這兩 個(gè)架子(14, 15)被調(diào)節(jié)成與片材(2)的運(yùn)動(dòng)方向(5)形成的角度(B)小于90。。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于每個(gè)燃 燒器(7)都供給有氣態(tài)或液態(tài)燃料以及氧含量大于80%重量的氧化 劑。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于通過以 不連續(xù)的方式打開或關(guān)閉獨(dú)立燃燒器(7),或者通過按連續(xù)比例控制 每個(gè)獨(dú)立燃燒器(7)的發(fā)熱能力來實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)獨(dú)立燃燒器(7)的發(fā) 熱能力的控制。
9. 一種在工業(yè)爐(1)中將片材(2)沿片材(2)的長度(3)和 橫向(4)加熱到預(yù)定溫度曲線的設(shè)備，其特征在于設(shè)置有相對(duì)于片 材(2)下方的至少一個(gè)架子(6)和/或片材(2)上方的至少一個(gè)架 子(6)將片材(2)輸送到爐(1)中的裝置，每個(gè)架子(6)都包括 多個(gè)成一排地布置在彼此旁邊的DFI (直焰沖擊)燃燒器(7)，所述 DFI燃燒器(7)布置成朝向片材(2)定向，并且每個(gè)架子(6)中的 獨(dú)立燃燒器(7)都被控制以提供預(yù)定的發(fā)熱能力。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于每個(gè)架子(6)中 的燃燒器(7)沿架子(6)布置并且在所述燃燒器(7)之間具有相同 的距離。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的設(shè)備，其特征在于架子(6) 中的燃燒器(7)布置成使得相對(duì)于燃燒器(7)之間的距離以及每個(gè) 燃燒器噴嘴(12)和片材(2)表面之間的距離，噴射到位于架子前面 的片材(2)表面上的火焰(9)彼此重疊。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9、 10或11所述的設(shè)備，其特征在于至少一 個(gè)架子(6)可以相對(duì)于該架子的縱向軸線(13)傾斜，由此獨(dú)立燃燒 器(7)的縱向軸線被調(diào)節(jié)成與片材(2)表面形成的角度(A)不同 于90。。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9-12中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于至少 一個(gè)獨(dú)立的DFI燃燒器(7)可以相對(duì)于該燃燒器安裝于其上的架子(6)的縱向軸線(13)傾斜，由此所述獨(dú)立燃燒器(7)的縱向軸線 被調(diào)節(jié)成與片材(2)表面形成的角度(A)不同于90°。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9-13中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于至少 一個(gè)架子(A)被分成兩個(gè)在彼此后面對(duì)準(zhǔn)的架子(14， 15)，并且這兩個(gè)架子(14, 15)被調(diào)節(jié)成與片材(2)的運(yùn)動(dòng)方向(5)形成的角 度(B)小于90。。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9-14中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于每個(gè) 燃燒器(7)都供給有氣態(tài)或液態(tài)燃料以及氧含量大于80%重量的氧 化劑。
16. 根據(jù)權(quán)利要求9-15中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于通過 以不連續(xù)的方式打開或關(guān)閉獨(dú)立燃燒器(7)，或者通過按連續(xù)比例控 制每個(gè)獨(dú)立燃燒器(7)的發(fā)熱能力可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)獨(dú)立燃燒器(7) 的發(fā)熱能力的控制。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在工業(yè)爐中將片材沿片材的長度和橫向加熱到預(yù)定溫度曲線的方法。本發(fā)明的特征在于相對(duì)于片材下方的至少一個(gè)架子和/或片材上方的至少一個(gè)架子，將片材輸送到爐中，每個(gè)架子都包括多個(gè)成排并排布置的DFI(直焰沖擊)燃燒器，所述DFI燃燒器朝向片材定向，并且每個(gè)架子中的獨(dú)立燃燒器都被控制以提供預(yù)定的發(fā)熱能力。本發(fā)明還包括一種設(shè)備。
文檔編號(hào)F27D99/00GK101356290SQ200680049388
公開日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2006年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
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