CN100402674C

CN100402674C - 钢带冷却装置

Info

Publication number: CN100402674C
Application number: CNB038231476A
Authority: CN
Inventors: 松浦泰夫; 田口昌邦; 小西弘敏; 野田宏
Original assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Plant Designing Corp
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2023-09-09
Also published as: CN1705759A

Abstract

本发明能够在需要高冷却速率的冷却装置中，减小喷嘴的阻力系数，并减小冷却装置组件的尺寸，尤其是，本发明提供一种用于钢带的冷却装置，所述冷却装置配备有多个喷嘴，所述喷嘴从冷却室的表面伸出，使所述喷嘴头端和所述钢带表面之间的距离保持在30-100mm范围内，并且通过从所述喷嘴喷出冷却介质来冷却所述正在前进的钢带，其特征在于，所述喷射喷嘴的D/d满足表达式：1.5≤D/d≤3.0，其中，d是喷嘴头端(钢带端)的内径，D是喷嘴基部端(冷却室端)的内径。

Description

钢带冷却装置

技术领域

本发明涉及一种冷却钢带的装置，钢带例如从连续退火设备、连续热浸电镀设备、喷涂线、不锈钢酸洗和退火线等连续穿过而被处理。

背景技术

已知连续退火设备连续对钢带进行加热、均热处理、冷却，并有些情况下需要过时效。同时，为了得到具有所希望特性的钢带，快速均匀地冷却以及控制加热温度和均热处理时间都很重要。目前采用多种冷却介质来冷却钢带，冷却钢带的速率根据冷却介质的不同而不同。

当从多种冷却介质中选择水作为冷却介质时，尽管可以保证可达超快冷却速率的高的冷却速率，但是其存在着被称为钢带“受冷弯曲”的变形问题，这是由于淬火变形而产生的。更糟糕的是，在钢带与水接触过程中，在钢带表面形成氧化膜，这样就需要分开安装以去除氧化膜，因此，水冷却是不经济的。

作为解决上述问题的一种方法，提出一种辊冷法，其中，水和另一冷却介质被导入辊内部，当钢带与冷却辊表面接触时被冷却。

但是，辊冷法存在着下述问题。当钢带穿过连续退火炉时其不能保持为平的。因此，当钢带已经与冷却辊接触时，钢带的一些部分不能接触到冷却辊。这样，非接触部分使得钢带沿其宽度方向的冷却不均匀，从而使钢带发生变形。为了解决这一问题，需要一种装置，其能在钢带接触冷却辊之前对钢带进行整平处理。但是，这使得成本升高。

另一种冷却方法是使用气体作为冷却介质，其已进入实际使用且取得很多成效。尽管与前述水冷却和辊冷法相比本方法速率低，但是钢带沿宽度方向冷却相对均匀。为了提高冷却速率(这是气体冷却的最大难点)，该方法公开了下述内容：通过将喷射气体的喷嘴头端尽可能地靠近钢带以提高热传递系数；以及增大作为冷却介质的氢气的浓度以提高热传递系数，从而提高冷却速率。

关于通过将喷射气体的喷嘴头端尽可能地靠近钢带以提高热传递系数的方法，日本已审专利公开文献H2-16375公开了一项技术。在该技术中，通过减小喷嘴头端和钢带之间的距离来实现高效冷却。更确切地说，专利公开了如下内容：设置在冷却气室内且从冷却气室的壁表面伸出的伸出喷嘴的长度被调节到100mm-Z或更长；设置一个空间，通过该空间，从伸出喷嘴喷射到钢带上的气体流到壁的后面；这样，喷出气体保持在钢带表面上的能力降低，因此沿钢带宽度方向的冷却的均匀度提高。这里，Z表示喷嘴头端和钢带之间的距离。

专利公开文献还公开了实验，其是为了清楚说明随着喷嘴伸出长度从50mm-Z到200mm-Z变化的最优热传递系数。另外，专利公开文献在实验基础上提出了一种具有高效冷却能力的冷却装置。通过该冷却装置，通常为100kcal/m²h℃的热传递系数可以提高到400kcal/m²h℃。

但是，仍需要更高的冷却速率，而目前冷却装置中通常用作冷却介质的空气含大约95％的氮气和大约5％的氢气，这不能解决这一需要。为了解决这一问题，考虑使用氢气作为冷却介质。尽管过去已经知道采用氢气能够提高冷却能力，但由于危险，氢气一直未投入实际使用。

在日本未审专利公开文献H9-235626中公开了一种技术，其中，氢气的浓度增大，从而使钢带快速冷却。该技术通过将浓度在30-60％范围内的氢气以100-150米/秒的速度喷到钢带上，确保了高的冷却速率。这样，采用氢气的具体技术被开发出来并准备投入实际应用。

通常，在上述技术中，由于必须使氢气浓度比主要由氮气构成的空气中的氢气浓度高，且必须增大从喷嘴喷出的气体速度到100-150米/秒的范围，所以喷到钢带上的气体体积需要增大，而且要保证气体压力足够使从喷嘴喷出的气体速度在100-150米/秒的范围内。这种冷却装置通常采用循环式冷却装置，其中喷到钢带上的冷却介质通过管道循环并被再次喷到钢带上。在这种循环式冷却装置中，被喷到钢带上的冷却介质被排出到炉内，并利用循环鼓风机被抽吸穿过安装在炉体内的抽吸管道。在循环式鼓风机的前面安装热交换器，用于将被喷到钢带上并被加热的冷却介质冷却到喷出温度，使得通过这些装置将钢带冷却，同时冷却介质循环使用。

这种循环系统中的最高压力是当冷却介质从喷嘴喷出时所需的压力，希望能够尽量降低喷嘴处的压降。

发明内容

用于解决上述问题的本发明的要点如下：

(1)一种用于钢带的冷却装置，所述冷却装置配备有多个喷嘴，所述喷嘴从冷却室的表面伸出，使所述喷嘴头端和所述钢带表面之间的距离保持在50-100mm范围内，并且通过从所述喷嘴喷出冷却介质来冷却所述正在前进的钢带，其特征在于，所述喷射喷嘴的D/d满足表达式：1.5≤D/d≤3.0，其中，d是喷嘴头端(钢带端)的内径，D是喷嘴基部端(冷却室端)的内径。

(2)如(1)所述的用于钢带的冷却装置，其特征在于，所述喷嘴总长不小于200mm，并且所述喷嘴头端和钢带表面之间的距离在30-100mm范围内。

(3)如(1)或(2)所述的用于钢带的冷却装置，其特征在于，通过利用扩管接头将所述喷嘴的基部端固定于设在冷却室处的适配孔中来安装所述喷嘴。

(4)如(1)-(3)中任一所述的用于钢带的冷却装置，其特征在于，设置在所述冷却室处的所述适配孔的直径与所述喷嘴在位于(喷嘴总长L-10mm(喷嘴基部端沿着到喷嘴头端的方向距离10mm))±3mm的范围内的位置处的外径相等。

(5)如(1)-(4)中任一所述的用于钢带的冷却装置，其特征在于，所述喷嘴这样安装，使所述喷嘴的基部端不从所述冷却室的内表面伸出。

(6)如(1)-(5)中任一所述的用于钢带的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置的冷却介质是包含有氮气、氢气和其它惰性气体的混合气体，并且所述氢气的浓度在0-100％的范围内，其它成分包含氮气和其它惰性气体。

附图说明

图1是应用本发明的连续退火设备中的冷却装置的侧视剖视图。

图2是沿图1中线A-A所截取的视图。

图3是根据本发明的喷嘴的详细视图。

图4示出安装根据本发明的喷嘴的方法。

图5是喷嘴的阻力系数的曲线图。

图6是应用本发明的连续喷涂线的示意图。

图7是应用本发明的连续热浸电镀设备的示意图。

图8是应用本发明的另一连续热浸电镀设备的示意图。

图9是应用本发明的不锈钢退火和酸洗设备的示意图。

具体实施方式

下面基于附图所示示例来详细说明本发明。图1是应用本发明的连续退火设备中的冷却装置的侧视剖视图。图2是沿图1中线A-A所截取的视图。图3是根据本发明的喷嘴的详细视图。图4示出安装根据本发明的喷嘴的方法。图5是喷嘴的阻力系数的曲线图。图6示出将本发明的冷却装置应用于连续喷涂线的一个示例。图7和图8分别示出当钢带在连续热浸电镀设备中进行电镀之后，应用本发明冷却装置对钢带进行冷却的示例。

在图1中，在传送钢带12的上、下辊9和11之间安装一对喷射气体的冷却装置2，使其与所述钢带12的表面相对，所述成对冷却装置2被布置在沿所述钢带12前进方向的多个高度上。另外，在所述成对冷却装置2的上、下方设置有用于防止所述钢带振动的夹紧辊10，以便将所述钢带夹持在辊之间。

图2是沿图1中线A-A所截取的视图，在图2中，通过所述冷却装置2喷到所述钢带12上的气体通过循环系统重新用作冷却气体。在本发明中，包含冷却气体的冷却介质是包括氮气、氢气以及其它惰性气体的混合气体，并且优选地，氢气浓度在0-100％的范围内，其它成分包括氮气和其它惰性气体。更确切地，利用与所述炉体内所述冷却室3相连的循环系统，喷到钢带上的气体从设置在炉体1处的吸气口被吸入，穿过入口管5、热交换器6、循环鼓风机7以及出口管8，然后通过设置在冷却室3表面上的喷嘴再次喷到所述钢带12上，所述冷却室3的表面与所述钢带12相对。这样，喷到炉内钢带12上的气体被循环利用。

冷却装置2包括冷却室3和设置在所述冷却室3表面上的伸出喷嘴4，所述冷却室3表面与钢带12相对。选择每个伸出喷嘴4，使其基部端B的内径D与头端A的内径d的比值(D/d)在1.5-3.0的范围内。另外，伸出喷嘴设计成使喷嘴头端的总的孔面积占冷却室的表面面积的2-4％。

图3示出根据本发明的喷嘴的形状，D是喷嘴基部端B的内径(此处，喷嘴基部端B是指喷嘴安装到冷却室3的一端)，DO是喷嘴基部端B的外径，d是喷嘴头端A的内径，L是喷嘴的总长，DN是喷嘴上位于喷嘴总长L-(10±3mm)处的外径，换言之，在从喷嘴基部端B沿着到喷嘴头端A的方向距离10±3mm处的外径。喷嘴4是锥形，因此通常由SUS板(不锈钢板)辊压而成。喷嘴可通过拉制管，切削加工或铸造制成。对总长为200mm和比值D/d不同的喷嘴进行了实验。当喷嘴总长L小于200mm时，喷嘴头端和钢带表面之间的最小距离限于50mm。但是，如果喷嘴总长超过200mm，喷嘴头端和钢带表面之间的最小距离可以缩小到30mm。

图4中示出将根据本发明的喷嘴安装到冷却室3上的状态。在冷却室3上与钢带12相对的表面上设置有直径为DN的孔。孔的数量这样确定，使总的孔面积占冷却室表面积的2-4％。直径DN设置成与从喷嘴基部端B沿着到喷嘴头端A的方向距离10±3mm处的外径相等。

更确切地，首先，在冷却室3的表面上钻直径为DN的孔。基部端B处外径为DO的喷嘴插入到孔中，并通过冲杆(，未示出)安装到冷却室3的孔中，如图4所示。当喷嘴安装到孔中时，应该确保喷嘴基部端B不从冷却室的内表面伸出，如图4所示。在图4中，喷嘴这样插入，使喷嘴基部端B可以位于从冷却室3的内表面起算深度为10mm的位置。这是由于当喷嘴总长小于200mm时，从喷嘴喷出的气体滞留在钢带表面并产生振动。另一方面，当喷嘴总长大于200mm时，从喷嘴喷出的气体很容易离开钢带表面，这样就避免了振动。之后，喷嘴基部端内径D通过扩管器从被冲喷嘴4的基部端B处扩大，且喷嘴通过压力接合到已经设置在冷却室3处直径为DN的孔内。通过使用扩管器进行压接，比传统的使用焊接安装喷嘴提高了精度。此处，限制上面定义的直径DN的位置的原因是：当位置超过上限(10+3mm)时，喷嘴很难插入；而当位置比下限短时，喷嘴安装精度变差。在图4中，喷嘴被这样固定，使喷嘴基部端的头部可以从冷却室3的内表面压入孔中，以减小喷嘴的阻力系数。但是，只要喷嘴的阻力系数被减小，喷嘴基部端的头部可以在与冷却室3的内表面相同的表面上。然后，通过实验装置对上述喷嘴的压力损失进行测量，并计算出每个喷嘴的阻力系数。结果如图5所示。很显然，与D/d为1.0时(传统直喷嘴)得到的阻力系数相比，D/d在范围1.5-3.0内时阻力系数小，在D/d为大约2.0时最小。因此，根据本发明的喷嘴的阻力系数与传统直喷嘴相比降低大约30％。

图6是连续喷涂线中的喷涂机和烘干炉的布置图。钢带S1的表面在喷涂机14中被涂上漆，并在烘干炉15中通过指定的温度变化烘干。随后，钢带在冷却装置组件16中被冷却到接近室温。在传统冷却装置组件16中，通过在前一工序采用气冷来保证喷漆表面的质量，通过在后一工序采用水冷来保证快速冷却。通过在冷却装置组件16中使用根据本发明的喷嘴，尽管没有使用水冷，但仍可以实现具有高冷却效率的设备结构。

图7是冷却装置组件的一个示例，其中在位于连续热浸电镀设备中电镀层合金化处理装置后部的冷却装置组件中使用了根据本发明喷嘴。钢带S2通过设置在弯折部17的弯折辊(turndown roll)18被引入电镀槽19中。钢带S2通过导辊20向上拉，并且当在电镀装置21中将钢带S2的电镀层厚度调整到指定厚度之后，其在合金化加热器(alloying heater)22中加热到合金化处理温度，并随后被保持在保持炉23中。已经进行过合金化处理的钢带S2在冷却装置组件24以及设置在向下路径中的另一冷却装置组件27中被冷却，并被送到浸冷装置28中进行最终冷却处理。通过将本发明喷嘴用于冷却装置组件24和27，不但可以提高冷却效率，从而可以降低合金化炉的总体高度，而且还可以使钢带S2在经过合金化处理后快速冷却，从而可以得到坚固的合金层。

图8是冷却装置组件的一个示例，其中在位于连续热浸电镀设备中类似的电镀装置后部的冷却装置组件中使用了根据本发明的各具有一个圆孔的锥形喷嘴。钢带S2在电镀装置21中将钢带S2的电镀层厚度调整到指定厚度之后，在冷却装置组件24以及设置在向下路径中的另一冷却装置组件27中被冷却，并被送到浸冷装置28中进行最终冷却处理。通过将本发明喷嘴用于冷却装置组件24和27，可以提高冷却效率，从而可以降低合金化炉的总体高度。

图9示出用于不锈钢钢带的连续退火和酸洗设备的示例。不锈钢钢带S3在加热区29被加热并在指定退火温度下均热处理，然后在冷却区30以指定冷却速率冷却到最终温度。随后，在除氧化层装置31中，形成在不锈钢钢带S3表面上的氧化层由于布置在不锈钢钢带上下侧的辊而被去除。之后，不锈钢钢带S3被引入酸洗槽32。通过将本发明的喷嘴用于冷却装置组件30，可以提高冷却效率并实现设备结构的小型化。

工业实用性

如上所述，本发明提供了一种用于钢带的冷却装置，冷却装置使得喷嘴的喷射速度增加，喷嘴的阻力系数减小，以及因此保证了高的冷却速率，并且因此减小了循环系统的尺寸，而且提供了这样一种用于钢带的冷却装置，其能消除由于焊接导致的喷嘴变形，并通过利用压接结构替换传统的焊接结构而提高了制造精度。

Claims

1.一种用于钢带的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置配备有多个喷嘴，所述喷嘴从冷却室的表面伸出，使得在所述喷嘴总长度小于200mm的情况下，所述喷嘴头端和所述钢带表面之间的距离保持在50-100mm范围内，其中所述喷嘴被安装成使所述喷嘴的基部端不从所述冷却室的内表面伸出，或者使得在所述喷嘴总长度不小于200mm的情况下，使所述喷嘴头端和所述钢带表面之间的距离保持在30-100mm的范围内，其中所述喷嘴被安装成使所述喷嘴的基部端不从所述冷却室的内表面伸出，并且通过从所述喷嘴喷出冷却介质来冷却所述正在前进的钢带，所述喷射喷嘴的D/d满足表达式：1.5≤D/d≤3.0，其中，d是喷嘴头端即靠近钢带一端的内径，D是喷嘴基部端即位于冷却室一端的内径。

2.如权利要求1所述的用于钢带的冷却装置，其特征在于，通过利用扩管接头将所述喷嘴的基部端固定于设在冷却室处的适配孔中来安装所述喷嘴。

3.如权利要求2所述的用于钢带的冷却装置，其特征在于，设置在所述冷却室处的所述适配孔的直径与所述喷嘴在位于喷嘴总长L-10mm±3mm的范围内的位置处的外径相等，其中L-10mm是指从喷嘴基部端沿着到喷嘴头端的方向距离10mm。