CN101432451A - 对于连续热处理线的快速加热区段进行的改进 - Google Patents

Abstract

用于减少金属带(1)上热成因褶皱形成的方法，所述金属带(1)在连续热处理线中经受快速加热，在所述热处理线中，所述金属带被引导穿过加热区段(2)，所述加热区段(2)包括多个相继的且不同的加热部件(5；5a，5b，5c，5d)，其特征在于，所述金属带在加热部件的入口和出口之间的温度增加的平均斜率从一加热部件到下一加热部件地减小。因此，在金属带的所有点的加热速度的变化随着金属带的温度增加而减小，从而横向压应力不超过形成皱褶的临界值。

Description

对于连续热处理线的快速加热区段进行的改进

技术领域

[01] 本发明涉及对于用于金属带的连续热处理线的加热区段进行的改进。本发明尤其提出减少热成因(origine)褶皱的危险，所述热成因褶皱在金属带上形成，所述金属带在连续的热处理线中经受快速加热，其中，所述金属带被引导穿过设有非连续的加热部件的快速加热区域。

背景技术

[02] 至于快速加热，是指根据在加热开始时至少100℃/秒的梯度来保证金属带温度升高的加热。

[03] 为了更好地明确本发明应用的技术领域，首先参考附图的图1，图1示意性地示出了在热处理线中金属带的加热区段的实例。

[04] 在图1中看到，金属带1行经进口辊3和出口辊4，而穿过快速加热区段2。在穿过区段2期间，金属带1相继地暴露在四个不同的加热部件5中，分别为5a、5b、5c、5d，所述加热部件5被定位在金属带的两侧，并且沿着金属带的行进方向隔开一距离Δ，例如在加热部件5a和5b之间的距离Δab。

[05] 通过将加热部件5置于大的热流中，加热部件5使得金属带能够以至少100℃/秒的梯度快速升高温度。由这些快速加热部件实施的方法是例如在纵向热流或横向热流引发的(induction)加热。所述加热可以在空气中或在对于金属带无氧化作用的气氛下进行。

[06] 如在图2中所示，在两个不同的加热部件5之间，金属带不再暴露于供热流中。因此金属带经受不连续的加热(chauffe)。根据在这两个加热部件之间的绝热程度，最好是，金属带在加热部件的出口处达到的温度保持直到在下一个加热部件中的入口处。金属带的温度还可能由于热损失而减小。

[07] 该加热的不连续在金属带中垂直于金属带的轴线地产生横向拉应力和横向压应力。导致这些应力的现象在下文进行描述。

[08] 快速加热引起金属带的材料沿着与金属带行进方向平行和垂直的方向膨胀。沿着金属带的行进方向的膨胀由用于牵拉金属带的控制装置补偿，所述控制装置设有加热区段或该加热区段集成其中的加热线。

[09] 沿着垂直于金属带的行进的方向进行的膨胀在材料内部产生应力。当所述应力从金属带的轴线指向金属带的边缘时，所述应力是拉应力，而当所述应力指向金属带的轴线时，所述应力是压应力。

[10] 在加热部件5的整个长度上，如果金属带的加热流的强度是稳定的，则在存在于金属带的一区段中的压应力和在金属带的行进方向中处于该区段之前的区段的压应力之间不存在很大的差异。

[11] 当金属带进入第一个加热部件5或下一个加热部件中时，金属带经受所接收的热流的强度的非常快速的正变化，所述正变化对应于加热加速(reprise)。函数(d温度/d时间)的变化率的改变在金属带中产生拉应力。

[12] 同样地，当金属带离开加热部件5时，金属带经受所接受的热流的强度的非常快速的负变化，所述热流对应于加热中止(

)。函数(d温度/d时间)或(d温度/d长度)的变化率的新改变在金属带中产生压应力。

[13] 附图的图3示出了当加热金属带时这些应力的变化。曲线T1示出了当金属带在加热部件5中通过时，在Ta和Tb之间金属带的温度升高。曲线C1对应于金属带中的横向应力水平。穿过标记在纵坐标轴上的应力的0点的水平线H对应于零横向应力。位于水平线H之上的曲线C1的点对应于标记为正值的拉应力，而位于线H之下的曲线C1的点对应于标记为负值的压应力。

[14] 可清楚地看到，对应于曲线T1上加热斜率的改变的函数(d温度/d时间)或(d温度/d长度)的变化率的每次改变，在曲线C1上出现绝对应力值的相应峰值。第一应力峰值Ca对应于曲线T1的点Ta，在点Ta处温度增加开始。这与拉应力有关。第二应力峰值Cb对应于曲线T1的点Tb，在点Tb处温度增加结束。这与压应力有关。

[15] 这些应力峰值的大小取决于金属带的规格，和在Ta和Tb处温度曲线的斜率变化，即在曲线的点处加热速度的变化，所述曲线的点对应于金属带进入或离开加热区域的时刻，所述加热区域对应于加热部件5。

[16] 产生压迫力的垂直于金属带的轴线的应力——如果它达到非常大的水平——可能产生金属带的表面质量缺陷，诸如波纹、气泡、褶皱或裂纹。这些表面缺陷可以具有变化的形状，它们在金属带的长度上可以是连续的或不连续的，它们可以平行于金属带的轴线或在其宽度上蜿蜒。它们可以是唯一的或沿着多个连续平行的、不连续的、线性褶皱的形状或根据正规或非正规的曲线发展。为了简化解释，术语褶皱(pli)以下用于表示由过度的横向压应力引起的金属带的缺陷的总称。

[17] 当金属带中的横向压应力水平大于应力阈值时，这些表面缺陷出现，应力阈值构成称为“临界应力”的极限，所述极限主要取决于：

[18]·金属带的组成和机械性能，金属带的冶金状态，

[19]·金属带的温度，

[20]·金属带的规格、宽度和厚度。

[21] 临界压应力值(超出该临界压应力值会产生表面缺陷)与金属带的材料的机械强度成正比。正如当温度增加时金属带的机械强度逐渐减小，随着温度增加越来越快，临界压应力值也随着温度减小，同时随着金属带的温度增加，增加褶皱形成的危险。

[22] 根据现有技术，金属带的连续热处理线的快速加热区段按尺寸加工，而不考虑褶皱形成的危险。于是，对于给定的加热区段，负责运用(exploitation)热处理线的操作者由于没有已知的方法，而必须连续反复试验来调整炉的规程，直到找到减少这些缺陷的运行点。这些规程导致炉在没有完全利用可使用的能量的状态下运行，这导致产量损失，例如当操作者被驱使减少金属带的行进速度的时候就是这样。

发明内容

[23] 本发明的目的尤其在于提供一种方法，所述方法在快速加热过程中能够限制金属带中褶皱形成，同时在金属带穿过快速加热区段中保持金属带的正常速度，即没有产量损失。

[24] 根据本发明，提出用于减少金属带上热成因褶皱形成的方法，所述金属带在连续热处理线中经受快速加热，在所述热处理线中，所述金属带被引导穿过加热区段，所述加热区段包括多个相继的且不同的加热部件，其特征在于，所述金属带在加热部件的入口和出口之间的温度增加的平均斜率从一加热部件到下一加热部件地减小。

[25] 本发明能够在放置在根据图1和2的两个驱动辊3和4之间的一段金属带中减少在金属带上的褶皱形成。本发明能够减少的褶皱通过金属带的热行程产生，独立于金属带与偏导辊(rouleau déflecteur)的任何接触。

[26] 有利地，所述金属带在加热部件的出口和入口之间的温度差与所述加热部件的出口和入口之间的距离之比从一加热部件到下一加热部件地减小。

[27] 所述金属带在加热部件的入口和出口之间的温度增加的瞬时斜率——所述瞬时斜率为行进距离的函数——在所述加热部件的入口处优选地大于所述加热部件的出口处。

[28] 两个相继的加热部件之间的加热强度差异逐渐减小以便在高温下是较小的，从而，随着金属带的温度增加，金属带的所有点的加热速度的变化减小。

[29] 在每个加热部件之间的加热强度是逐渐改变的；并且，随着金属带的温度增加，在两个相继加热部件之间的加热强度得以减小。

[30] 有利地，当金属带处于低的温度时，将更大的热流(Φa)注入到金属带，然后当金属带温度升高时，逐渐减少注入的热流。

[31] 所述加热被设置用于保证：从第一加热部件开始，金属带在每个加热部件中的温度增加越来越小，在所述第一加热部件处金属带的温度增加是最大的。

[32] 优选地，在金属带和加热部件之间的交换热流的进展是渐变的，也就是说，加热斜率的变化是渐变的。

[33] 有利地，金属带在第一加热区段中的温度升高梯度大于100℃/秒。

[34] 当所述金属带从一加热区段行经下一加热区段时，根据金属带的规格和钢的质量确定温度升高梯度的减少的数值。有利地，当所述金属带从一加热区段行经下一加热区段时，金属带的温度升高梯度减小至少15℃/秒。

[35] 本发明的方法能够减小在材料中相应的应力峰值，并且能够减小垂直于金属带的行进方向的压应力，所述应力峰值在金属带的两个相继的区段之间的位置中出现，并在金属带中引起褶皱。

附图说明

[36] 除了以上设计(disposition)之外，本发明还包括一定量的其它设计，以下通过参照非限制性的附图所描述的实施方案，这些其它设计将更加清楚地讨论。其中：

[37] 图1是用于金属带的热处理线的快速加热区段的示意性的垂直剖面图。

[38] 图2表示图1的示意图，对应地，其示出由根据现有技术的每个加热部件注入的热流。

[39] 图3是示出了由于温度变化在金属带中的诱导(induit)应力的出现的曲线图。

[40] 图4是示出了多个加热方式的曲线图，其中一个是根据本发明的加热方式。

[41] 图5表示图2的示意图，对应地，其示出由根据本发明的每个加热部件注入的热流。

[42] 图6是示出了根据本发明的方法的加热的金属带中的应力的曲线图。

[43] 图7是示出了根据现有技术的一般方法的加热的金属带中的应力的曲线图。

[44] 图8是示出了根据本发明的方法的加热的金属带中的应力的曲线图。

[45] 图9再示出图5的示意图，其示出由根据本发明的每个加热部件注入的热流。

[46] 图10示出了图9的放大的细部X。

[47] 图11示出了图9的放大的细部XI。

[48] 图12是示出了在根据本发明的方法的加热的金属带中应力变化和温度变化的曲线图。

具体实施方式

[49] 现参考图4，图4是这样的曲线图，在该曲线图上，按横坐标标示加热区段的长度，其中，所述加热区段配设有四个感应器，金属带上的一点行经所述四个感应器，并且按纵坐标标示在该点处的金属带的温度。可以看出，为了获得相当于在加热区段的终点处的温度T的相同的热目标，所述加热区段的终点对应于长度L，可以遵循以下不同的热行程：

[50] -行程A对应于在每个加热部件中的金属带的相同的温度升高斜率，

[51] -行程B对应于在每个加热部件中的金属带的温度升高斜率，所述斜率从第一加热部件开始递减，在第一加热部件处所述斜率最大，

[52] -行程C对应于在每个加热部件中的金属带的温度升高斜率，所述斜率从第一加热部件开始逐渐增加，在第一加热部件处所述斜率最小，

[53] -行程D对应于行程B和C的结合，在第一和最后的加热部件中金属带的温度升高斜率较大，而对于中间的两个加热部件金属带的温度升高斜率较小。

[54] 这四个热行程作为实施例给出，要知道许多其它的变型也是可能的。

[55] 根据本发明，遵循温度升高的热行程B，金属带在加热区段中被加热。如在图5中所示，热行程B通过以下过程而获得：当金属带处于较低的温度时，在加热之初将很大的热流Φa注入到金属带中，然后随着金属带的温度增加逐渐地限制注入流Φb、Φc、Φd。

[56] 有利地，热流选择如下：

[57] -在第一加热区段中——即在第一加热部件5a中——的金属带的温度升高梯度大于100℃/秒。

[58] -当行经下一个第二加热区段——即下一个加热部件——时，金属带的温度升高梯度减小至少15℃/秒。

[59] 如在图6中所示，本发明的热行程能够限制随着温度升高在每个加热元件的出口处的温度曲线的斜率变化。垂直于金属带的轴线的压应力——所述应力可能使得产生褶皱(plis)——因此在快速加热区域的相继的每个出口变得越来越小：C2a>C2b>C2c>C2d。

[60] 由相继的加热部件5a、5b、5c、5d保证的加热是这样：平均曲线(courbe moyenne)——其表示作为加热区段的长度的函数的金属带的温度升高——具有朝向在其上标示长度的坐标轴的凹形。至于平均曲线，它代表图6中穿过真实的温度升高曲线的线直的水平段的中点的曲线。金属带的在加热部件的入口和出口之间的平均温度升高斜率从一加热部件到下一个加热部件逐渐减小。

[61] 如在图7中所示，根据曲线K，当温度增加时，形成褶皱的临界应力值(按绝对值)逐渐减小，所述应力标记在纵坐标中，而温度标记在横坐标中。根据现有技术实现的加热区段——即未应用本发明的加热方法的加热区段——例如导致应力曲线C3，其对应于图4的热行程A。在该应力曲线C3上可以观察到，横向的压应力在点C3b、C3c和C3d处大于临界阈值。金属带因此将覆有表面缺陷并且不可商用。

[62] 可理解的是，C和D类型的热行程是不适用的，因为所述热行程导致非常大的应力，在金属带最热的区域中，该应力大于临界应力。

[63] 如之前在图5中所示，本发明的加热方法在于：当金属带处于低的温度时，将更大的热流注入到金属带；然后当金属带温度升高时，逐渐减小该热流。

[64] 图8对应于图7，但是它具有根据本发明的方法所实施的加热。可以注意到，在该图8的应力曲线C2上，横向压应力总是小于(以绝对值计)根据曲线K的临界阈值。金属带将避免褶皱并因此可商用。

[65] 为了更多地限制褶皱形成，本发明的特征还在于一种方法，所述方法包括：逐渐改变每个加热部件5中的加热强度，从而与金属带交换的热流的进展(évolution)是渐变的，也就是说，对应于加热斜率的改变的函数(d温度/d时间)的变化率的进展是渐变的。

[66] 所述方法能够限制所述材料中的相应的应力峰值，并且能够降低或消除垂直于金属带的行进方向的压迫力，而所述压迫力出现在金属带的两个相继的区段之间的地方，从而在所述金属带中引起褶皱。

[67] 本发明的方法更详细地示出在图9中。如在图9中所示，在金属带和加热部件5之间的热流变化根据本发明从每个加热部件的入口到出口是逐渐的，而根据现有技术的快速加热将产生热流曲线P，该热流曲线在图10和11中以细划线表示，曲线P具有在热流变化中的突然改变。在温度升高段、高位平台段、然后温度下降段、和低位平台段之间的斜率改变期间，本发明的热流的逐渐变化在图9中由弧形热流曲线形象化，而这些改变在根据现有技术的曲线P上是尖锐的角。

[68] 该热流的渐变对于每个加热元件来说产生金属带的温度渐变，即相对于现有技术的函数的变化率(d温度/d时间)的渐变，如在图12中所示。因此，根据现有技术的温度曲线T1的斜率Ta1和Tb1的突然改变的点——其对应于具有加热强度快速进展的加热——在曲线T2上被消除，曲线T2对应于具有加热强度渐变的根据本发明的加热。

[69] 在图12中清楚地看到，金属带温度的进展——其由对应于传递给金属带的热流的渐变的加热的曲线T2表示——产生应力曲线C2，应力曲线C2的拉应力Ca2和压应力Cb2的峰值的数值相对于根据现有技术的应力曲线C1的相应峰值Ca1和Cb1的数值大大地减小：Ca2<<Ca1和Cb2<<Cb1。

[70] 所获得的横向压应力Cb2的减小值因此小于临界阈值，金属带将避免褶皱并且因此可商用。

Claims (10)

1.用于减少金属带(1)上热成因褶皱形成的方法，所述金属带(1)在连续热处理线中经受快速加热，在所述热处理线中，所述金属带被引导穿过加热区段(2)，所述加热区段(2)包括多个相继的且不同的加热部件(5；5a，5b，5c，5d)，其特征在于，所述金属带在加热部件的入口和出口之间的温度增加的平均斜率从一加热部件到下一加热部件地减小。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属带在加热部件的出口和入口之间的温度差与所述加热部件的出口和入口之间的距离之比从一加热部件到下一加热部件地减小。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述金属带在加热部件的入口和出口之间的温度增加的瞬时斜率——所述瞬时斜率为行进距离的函数——在所述加热部件的入口处显著大于所述加热部件的出口处。

4.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，两个相继的加热部件(5a，5b，5c，5d)之间的加热强度差异逐渐减小以便在高温下是较小的，从而，随着金属带的温度增加，金属带的所有点的加热速度的变化减小。

5.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在每个加热部件之间的加热强度是逐渐改变的；并且，随着金属带的温度增加，在两个相继加热部件之间的加热强度得以减小。

6.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，当金属带处于低的温度时，将更大的热流(Φa)注入到金属带，然后当金属带温度升高时，逐渐减少注入的热流(Φb，Φc，Φd)。

7.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述加热被设置用于保证：从第一加热部件开始，金属带在每个加热部件中的温度增加越来越小，在所述第一加热部件处金属带的温度增加是最大的。

8.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在金属带和加热部件之间的交换热流的进展是渐变的，也就是说，加热斜率的变化是渐变的。

9.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，金属带在第一加热区段中的温度升高梯度大于100℃/秒。

10.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当所述金属带从一加热区段行经下一加热区段时，金属带的温度升高梯度减小至少15℃/秒。

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