CN101356290B - 将片材沿其长度和横向加热到预定温度曲线的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种在工业炉中将片材沿片材的长度和横向加热到预定温度曲线的方法。本发明的特征在于：相对于片材下方的至少一个架子和/或片材上方的至少一个架子，将片材输送到炉中，每个架子都包括多个成排并排布置的DFI(直焰冲击)燃烧器，所述DFI燃烧器朝向片材定向，并且每个架子中的独立燃烧器都被控制以提供预定的发热能力。本发明还包括一种设备。

Description

将片材沿其长度和横向加热到预定温度曲线的方法和设备
技术领域
本发明涉及将片材加热到预定温度曲线的方法和装置。这种方法例如用在形成金属片材和板材之前的退火处理中，以及用在对金属片材进行连续热处理的炉中。
背景技术
当对金属(例如钢)片材和板材等进行热处理时，通常需要能够控制横过经热处理的材料的材料特性。所述特性例如可以包括材料硬度、平直度和残余应力。
这种热处理工艺的一个实例是在成形前在炉中对金属片材退火。在这种情况下，通常需要材料特性横过金属片材在相对于热处理过程中材料流动方向的纵向方向以及横向方向上是均匀的，因为这样可以在多种应用中提供给金属片材良好的可成形性。为了获得这种均匀的材料特性，对金属片材的传热需要横过金属片材是均匀的，以便横过整个片材获得均匀的温度分布或温度曲线。
在另外的应用中，需要不均匀的预定温度曲线。例如，与金属片材的中心相比较，在金属片材的边缘上可能需要不同的硬度特性，以用于进一步加工成诸如车顶之类的产品。
现今，通常在炉中进行金属片材的热处理。一般使用的炉包括基于燃料的炉，其包括明火或用于把热量传递给金属片材的加热管。
当使用这种炉对例如金属片材进行热处理时，通常不可能获得横过金属片材的所需要的温度曲线。相反，还会产生许多问题。
首先，现有技术中对金属片材进行热处理的炉会导致与金属片材中间部分的加热相比，边缘过热的问题。原因在于片材的表面积/体积比朝向片材边缘的方向增大，这导致在边缘处热量较快地传递给金属。当对厚度范围在1mm-100mm的片材或板材产品进行热处理时，这一现象是普遍的，而且这对甚至具有更大厚度(例如高达300mm)的材料而言横过金属材料的整个范围也是个问题，所述金属材料包括碳钢、不锈钢、低碳钢、铝、铜等。片材边缘和中心的温度差可能多达20℃。
在依次地对金属片材进行热处理的情况下，在金属片材的侧边缘以及起始端边缘和末端边缘都会出现问题。对于长金属片材的连续处理，问题主要出现在侧边缘，但是当开始或停止处理时或改变片材时，也有可能出现问题。
这一问题导致的结果是横向和纵向的温度差导致变形、硬度不均匀和/或其它材料特性横过片材分布得不均匀。在一些情况下，片材在进行下一步处理步骤、进一步降低材料的硬度和残余应力特性之前必须被矫直。当然，所述问题既出现在纵向方向，也出现在横向方向上，即横过片材的方向上。
其次，当使用传统的炉时，很难精确控制横过金属片材的任意方向上的温度曲线。如上所述，在不同的应用中，为了使经过热处理的金属适于进一步的处理，可能需要特定的、不均匀的温度曲线。通常需要在片材的纵向和横向方向上控制温度曲线。
第三，在一些应用中，需要在不同的时间对金属片材的某些部分进行不同于其它部分的热处理。例如，当对金属片材退火时，发明人已经发现，有利的是首先加热片材中间部分，以便在片材中间部分引入压缩应力。此后，有利的是使热量传递到片材的边缘。这样，当片材退火时，引入到片材边缘中的压缩应力将不会使片材变形。这将在下面详细地描述。
本发明解决了上述问题。
发明内容
因此，本发明提供了一种在工业炉中将片材沿片材的长度和横向加热到预定温度曲线的方法。本发明的特征在于：相对于片材下方的至少一个架子(ramp)和/或片材上方的至少一个架子，将片材输送到炉中，每个架子都包括多个成一排地布置在彼此旁边的DFI(直焰冲击)燃烧器，所述DFI燃烧器朝向片材定向，并且每个架子中的独立燃烧器都被控制以提供预定的发热能力。
本发明还提供了如权利要求9所述类型的设备，并且该设备基本具有如权利要求9所述的特征。
附图说明
现在将参照本发明的特定实施例和附图对本发明进行详细地描述，附图中：
图1是根据本发明第一优选实施例的燃烧器架子的顶视图。
图2是由两个独立的根据本发明第一优选实施例的燃烧器进行热处理的片状产品的截面细节图。
图3是具有根据本发明的燃烧器架子的炉的截面图。
图4是根据本发明第二优选实施例的燃烧器架子的顶视图。
具体实施方式
现在参照图1、图2和图3描述第一优选实施例。
在该第一实施例中，金属片材在成形处理步骤之前进行退火。将所述片材预热或加热到片材最终的成形温度。在第一种情况下，在第二炉中进一步加热片材直到片材的最终成形温度。
图1示出处于连续退火处理步骤中的金属片材2。相对于金属片材2的运动方向5，金属片材2相应地具有纵向方向3和横向方向4。燃烧器架子6横过金属片材2的横向方向4定位。架子6设置有多个独立的DFI燃烧器7，这些燃烧器沿金属片材2的横向方向4等距离地间隔开。
图2示出沿图1中平面P-P的剖视图，其中两个独立燃烧器7定位在两个架子6上，一个燃烧器位于金属片材2上方，另一个燃烧器位于金属片材2下方。由于这两个独立燃烧器7基本相同，因此仅示出用于上部燃烧器7的附图标记。如可以看到的，燃烧器布置在燃烧器保持器8中，从而允许燃烧器倾斜以调节由燃烧器7产生的火焰9的角度A。在本实施例中，燃烧器的角度A仅仅可以在金属片材2的纵向方向3上调节，但是应当注意到的是，根据本实施例的目的，可以采用任意其它方向上的角度调节。每个燃烧器7还配备有燃料管道10、氧化剂管道11和喷嘴12。使用阀(未示出)来控制每个独立燃烧器7的发热能力(heating power)。这种控制可以是永久地或采用一定更新频率地打开或关闭燃烧器7的形式，由此燃烧器7可以重复地打开或关闭。这种控制也可以是按连续比例(continuous scale)将燃烧器7发热能力调节成是燃烧器7最大发热能力的百分比。
图3示出炉1，在炉中进行对图2的金属片材2热处理的连续处理步骤。在如图2所示的情况下，为了对称和简化，仅示出定位在金属片材2上方的架子6和独立燃烧器7的附图标记。
燃烧器7供给有气态或液态燃料以及含有至少80％的氧的氧化剂。
在本实施例中，相对于燃烧器7的间隔以及燃烧器喷嘴12和金属片材2表面之间的距离来布置燃烧器，这样，相邻燃烧器7的碰触金属片材2表面的部分火焰9在一定程度上重叠。连续的燃烧器7之间的典型间隔大约为50mm，每个燃烧器喷嘴12和片材表面之间的距离为50-300mm。但是，显然也可以采用其它间隔距离的设定值，这些设定值仍然可以实现本发明的目的。
在图1中，仅示出定位在金属片材一侧的一个架子6。在图2中示出两个架子6，其中在金属片材2的每侧定位一个架子6。但是，应当理解的是，在采用本发明对金属片材进行热处理时，可以同时使用几个架子。例如，在连续步骤中可以使用沿材料运动方向5的纵向方向3布置的几个架子来加热金属片材2。还可以在几个连续步骤中使用同一架子或相同的几个架子运动经过片材2来对片材2进行热处理。
金属片材2的厚度可以在1mm至100mm之间变化，但是在某些应用中也可以对厚达300mm的片材进行热处理。通常，如果金属片材2达到2mm厚，则可以仅使用位于金属片材2一侧的燃烧器架子6对金属片材2进行可行的加热。但是，如果金属片材2的厚度大于2mm，则优选使用位于金属片材2两侧的燃烧器架子6，以便使热量更加均匀地散布在材料中。
由于可以独立控制每个DFI燃烧器7的发热能力，因此可以精确地控制金属片材的热处理的发热能力曲线。因此，可以控制退火后横过金属片材的温度曲线从而控制材料特性的分布，所述的材料特性例如是硬度、平直度和残余应力。
为了控制沿横向方向4的材料特性，可以(通过永久地打开和关闭独立燃烧器7)改变架子6的总的有效宽度，或者可以控制每个独立燃烧器7的强度。
本发明可以用于对具有明确限定的起始端和明确限定的末端的限定单元(finite elements)的金属片材进行热处理，以及用于对伸长的金属片材进行半连续或连续处理。因此，同样的问题可能出现在金属片材的起始端边缘和末端边缘附近，也可能出现在侧边缘上。因此，本发明的目的也是提供一种方法来克服当处理具有有限长度的金属片材时，金属片材所有边缘出现的这些问题。
因此，为了控制沿纵向方向3的材料特性曲线，当金属片材2经过架子6时，可以实时控制独立燃烧器7，从而当燃烧器靠近或位于金属片材2的起始端边缘或末端边缘时改变各个燃烧器的发热能力。
如上述已经注意到的，每个独立燃烧器7都可以倾斜，以便燃烧器7相对于金属片材2的纵向方向3的角度A大于或者小于90°。此外，本身包含独立燃烧器7的架子6也可以沿架子的纵向轴线13倾斜，从而使每个独立燃烧器7沿金属片材2的纵向方向3形成独立的、重叠的倾斜角度A。燃烧器的角度A是可调节的，以用于例如控制废烟气的方向；使气流泄漏的发生最小化；或者用于控制污染物的烧除，所述污染物例如是来自先前处理步骤的、存在于金属片材表面上的油。独立燃烧器的角度A可以控制在从90°位置沿任意方向的至少0-20°的范围内。因此，每个独立燃烧器的角度A可以被调节成使火焰9朝向金属片材2的运动方向5和背离金属片材2的运动方向5定向。
优选地，具有反馈系统(未示出)来控制燃烧器7的强度，以便适合于近处的应用。因此，可以在炉1中、架子6上或架子6附近和/或金属片材2上布置传感器，以测量金属片材2的温度或其它任何适当的变量。在连续操作过程中，或者在对不连续的金属片材执行本发明操作时在独立的金属片材之间，根据这些测量值来调节独立燃烧器7的发热能力，从而优化热处理的执行。在这种情况下，还可以微调所采用的发热能力模式，从而适应实际处理的金属片材的特性。
在图1所示的实施例中，控制独立燃烧器7的发热能力的目的在于：横过金属片材2的横向方向4和纵向方向3形成均匀的温度曲线。可以设想到的是，在实际的应用中，金属片材2中任意两点之间的温差将被控制在小于1℃。但是，应当注意的是，除了均匀的曲线之外，使用本发明还可以获得横过金属片材2的任何合适的温度曲线。
回到图4，现在将描述本发明的第二优选实施例。所述第二实施例基本是第一实施例的变型，因而在图1和图3之间对于相同的部件采用相同的附图标记。此外，为了简化，省略了上面已经详细描述的图3中示出的实施例的一些部件的详细描述。
在该第二实施例中，使用第一燃烧架子14和第二燃烧架子15执行金属片材2的退火，其中这两个架子14、15布置成在后部彼此对准(aligned after each other)并且彼此成一角度2B，其中所述角度B相对于金属片材2的运动方向5小于90°。
由于金属片材2的运动方向5，在金属片材2的侧面部分接触到火焰9之前，金属片材的中心部分碰到火焰。因此，对于给定横截面的金属片材2，在侧面部分被加热之前中心部分被加热。因此，当横过金属片材2的纵向方向4连续进行退火处理时，压缩应力将被引入到金属片材2的中心部分中。这最小化了退火过程中变形的危险，这是因为经过退火的金属片材由于侧面部分较中心部分具有过大的压缩应力使得上述变形非常普遍。
上面已经对优选实施例进行了描述。但是，对本领域技术人员显而易见的是在不脱离本发明思想的情况下可以对所描述的实施例进行多种改变。因此，本发明不应当由所描述的实施例限制，而是可以在所附权利要求的范围内进行扩展。

Claims (12)

1.一种在工业炉(1)中将片材(2)沿片材(2)的长度(3)和横向(4)加热到预定温度曲线的方法，其特征在于：相对于片材(2)下方的至少一个架子(6)和/或片材(2)上方的至少一个架子(6)，将片材(2)输送到炉(1)中，每个架子(6)都包括多个成一排地布置在彼此旁边的直焰冲击燃烧器(7)，所述直焰冲击燃烧器(7)朝向片材(2)定向，并且每个架子(6)中的独立燃烧器(7)都被控制以提供预定的发热能力，至少一个独立的直焰冲击燃烧器(7)相对于该燃烧器安装于其上的架子(6)的纵向轴线(13)倾斜，由此所述独立燃烧器(7)的纵向轴线被调节成与片材(2)表面形成的角度(A)不同于90°，并且每个燃烧器(7)都供给有气态或液态燃料以及氧含量大于80％重量的氧化剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：每个架子(6)中的燃烧器(7)沿架子(6)布置并且在所述燃烧器(7)之间具有相同的距离。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：架子(6)中的燃烧器(7)布置成使得相对于燃烧器(7)之间的距离以及每个燃烧器喷嘴(12)和片材(2)表面之间的距离，喷射到片材(2)表面上的火焰(9)彼此重叠。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：至少一个架子(6)相对于该架子的纵向轴线(13)倾斜，由此独立燃烧器(7)的纵向轴线被调节成与片材(2)表面形成的角度(A)不同于90°。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：至少一个架子(6)被分成两个架子(14，15)，这两个架子(14，15)布置成在后部彼此对准并且彼此成一角度，并且这两个架子(14，15)被调节成与片材(2)的运动方向(5)形成的角度(B)小于90°。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过以不连续的方式打开或关闭独立燃烧器(7)，或者通过接连续比例控制每个独立燃烧器(7)的发热能力来实现对每个独立燃烧器(7)的发热能力的控制。
7.一种在工业炉(1)中将片材(2)沿片材(2)的长度(3)和横向(4)加热到预定温度曲线的设备，其特征在于：设置有相对于片材(2)下方的至少一个架子(6)和/或片材(2)上方的至少一个架子(6)将片材(2)输送到炉(1)中的装置，每个架子(6)都包括多个成一排地布置在彼此旁边的直焰冲击燃烧器(7)，所述直焰冲击燃烧器(7)布置成朝向片材(2)定向，并且每个架子(6)中的独立燃烧器(7)都被控制以提供预定的发热能力，至少一个架子(6)能够相对于该架子的纵向轴线(13)倾斜，由此所述独立燃烧器(7)的纵向轴线能够被调节成与片材(2)表面形成的角度(A)不同于90°，并且每个燃烧器(7)都布置成供给有气态或液态燃料以及氧含量大于80％重量的氧化剂。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：每个架子(6)中的燃烧器(7)沿架子(6)布置并且在所述燃烧器(7)之间具有相同的距离。
9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：架子(6)中的燃烧器(7)布置成使得相对于燃烧器(7)之间的距离以及每个燃烧器喷嘴(12)和片材(2)表面之间的距离，喷射到位于架子前面的片材(2)表面上的火焰(9)彼此重叠。
10.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：至少一个独立的直焰冲击燃烧器(7)能够相对于该燃烧器安装于其上的架子(6)的纵向轴线(13)倾斜，由此独立燃烧器(7)的纵向轴线被调节成与片材(2)表面形成的角度(A)不同于90°。
11.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：至少一个架子(6)被分成两个架子(14，15)，这两个架子(14，15)布置成在后部彼此对准并且彼此成一角度，并且这两个架子(14，15)被调节成与片材(2)的运动方向(5)形成的角度(B)小于90°。
12.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：通过以不连续的方式打开或关闭独立燃烧器(7)，或者通过按连续比例控制每个独立燃烧器(7)的发热能力能够实现对每个独立燃烧器(7)的发热能力的控制。
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