CN101466852A - 在受控气氛下运行的配有快速加热和冷却区部的炉子的安全装置 - Google Patents

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Abstract

能限制在金属带连续热处理生产线的炉子中形成爆炸性气氛危险的装置，其区部处在由惰性气体和氢的混合物构成的气氛下，氢的体积含量为5％到100％，炉子配有感应快速加热区部和快速冷却区部，其特征在于所述装置包括：腔室(9)，其被保持于惰性气体下，在炉子的快速加热区部的入口和快速冷却区部的出口，当炉子的加热正常运行时，该腔室(9)内的压力等于或大于大气压；使带体从大气进入腔室(9)内的入口装置(10)；隔离气氛和使带体从处于惰性气体下的腔室(9)进入炉子的加热区部的装置(11)，该装置(11)配有气体排出部件(14)；隔离气氛和使带体从炉子的快速冷却区部输出的装置(13)，其配有气体排出部件(14)；以及使带体从腔室(9)输出到大气中的出口装置(12)。

Description

在受控气氛下运行的配有快速加热和冷却区部的炉子的安全装置
技术领域
[01]本发明涉及对配有快速加热及冷却区部的金属带连续热处理生产线的区部进行的改进。
背景技术
[02]快速加热和冷却指的是按等于或大于100℃/秒的温度梯度进行的加热或冷却。
[03]本发明特别提出降低在生产线的存在由惰性气体一般为氮、与氢的混合物构成的气氛的区部中形成爆炸性气氛的危险。
[04]为了更好确定本发明应用的技术领域，首先参照附图的图1，该图1示意表示按现有技术的配有快速加热和冷却区部的金属带连续热处理生产线的已知例子。
[05]图1中可看到带体1经过多个导向辊3并穿过其中有保护气氛的炉子2。通过入口装置7和出口装置8保证炉子的密封性。在带体1在穿过炉子2的过程中，该带体相继暴露于位于带体两侧的加热部件5和冷却部件6。
[06]炉子中存在的保护气氛用于避免带体在高温加热与冷却周期期间发生氧化。该保护气氛一般由惰性气体特别是氮、与氢的混合物构成，该保护氛的还原剂特性可以减少带体表面可能存在的氧化物。含氢量大于或等于4％。含氢量一般在20％到75％之间的高含氢气氛在许多连续生产线上使用于冷却区部中，以便增加对流冷却效果。在不锈钢带体的光亮退火生产线上，使用高达95％的氢含量以得到要求的表面特性。
[07]炉子中的压力高于大气压，以避免空气进入炉子中，更准确地说是避免氧进入炉子中。由于安全的原因，必须排除氧在炉子中的存在，以避免形成爆炸性气氛的任何危险。由于表面质量的原因，也必须排除氧的存在，因为氧可能导致在带体上形成氧化物。
[08]入口装置7和出口装置8可以限制炉子的入口开放区域和出口开放区域，以减小泄漏流量并因此减少炉子的气氛消耗。这些装置一般是一些是带有辊或活门的密封腔。这些装置只具有相对的密封性，应尽可能减小炉子中的压力，以限制在这些装置附近逃逸到炉子外的气氛量，并因此减少炉子的耗气量。
[09]炉子压力比大气压力高，还可缓和与带体规格改变、热周期变化或生产线速度变化期间、或者发生事故例如紧急停止或带体断裂时与气氛收缩有关的压力变化。如果炉子变化到负压状态，则空气会沿入口装置7和出口装置8进入到炉子中。氧在炉子的高氢含量气氛中的存在会导致炉子中形成爆炸性气氛的极大危险。爆炸性气氛和爆炸燃点的同时存在增加了爆炸的危险，无论带体如何，这些爆炸燃点为炉子中存在的热点。
[10]在配有电阻式加热区部或者燃烧设备如裸露火焰燃烧器或气体辐射管的传统炉子中，加热区部的很大体积以及它的大热容量可作为缓冲器，因此可以避免炉子变化到负压状态。
[11]根据按现有技术形成的传统炉子的一例子，如从申请公司的专利FR 2 809 418得到的图2所示的，区部2可以在低氢含量的加热区部1与高氢含量的快速冷却区部3之间使气氛隔离。区部2中形成的抽提装置5可以使该区部的压力保持略低于区部1和3中的压力，以便使这些区部之间的气氛流动从区部1、3向区部2进行。冷却区部3中在气氛收缩之后跟随的强减压表现为区部2的气氛向区部3的流动及区部2的负压。然后，区部2的负压表现为区部1的气氛向区部2的流动。包含在区部1中的大量气氛可以补偿区部2和3中的负压，并保持炉子中的正压，从而避免空气进入并因此避免形成爆炸性气氛。另外，在空气通过装置7a进入炉子中的情况下，带体进入炉中的入口装置7a与带体进入区部2的入口装置7b之间的距离很大，这可以减小空气进入氢含量高的区部3中的危险。
[12]根据图2所示的按现有技术形成的连续生产线的该例子，在最终冷却前进行慢冷或保持的低氢含量的区部4设置在氢含量高的快速冷却区部3的下游。该区部4和加热区部1一样，都在区部3中的气氛收缩的情况下，起着缓冲容积的作用。
[13]根据另一符合现有技术的连续生产线的例子，如从同一专利FR2809418得到的图3所示的，当生产线在氢含量高的冷却区部3下游不具有区部4时，使带体从炉子输出的出口装置8b位于加热区部侧，以便所述加热区部起缓冲容积的作用，并且使装置8a与8b之间的距离较大，以在空气通过装置8b进入炉中的情况下减小空气进入高氢含量的区部3中的危险性。
[14]图2和图3所示生产线中的大缓冲容积可以使炉子中的相对压力(即相对于大气压)限制在约20daPa，使得在冷却区部中气氛收缩的情况下没有发展到负压状态的危险。
[15]在按现有技术实施的不锈钢的光亮退火生产线的情况下，炉子的构型如图4所示的。
[16]在图4中可看到，带体1经过多个导向辊3并穿过炉子2，一般为95％的高含氢量的保护气氛位于炉子中。炉子的密封性通过入口装置7和出口装置8保证。带体1在穿过炉子2期间相继暴露于位于带体两侧的加热部件5和冷却部件6。不锈钢的光亮退火要求：带体的加热和冷却在相同的垂直段上实现，以避免带体在一定带体温度之外发生任何的对所需表面质量有害的与辊的接触。在该实施例中，加热部件和冷却部件位于下降通路上，在另一实施例中位于上升通路中。
[17]根据现有技术形成的光亮退火生产线一般配有由模制电阻构成的辐射加热装置5。由于安放在单一垂直段上的约束以及该段的有限最大高度以与带体在退火温度的机械强度相容，模制电阻的低功率密度导致生产线的容量小，并且行进速度慢。
[18]与图2和图3描述的生产线相反，根据现有技术形成的光亮退火生产线不具备用以补偿带体断裂后可能的气氛收缩的低H2含量的缓冲容积。但是，所使用的加热装置的很强热惯性和生产线的低生产能力使得气氛收缩减小。为了限制空气进入炉子的危险，因此在光亮退火生产线中将炉子的相对压力简单地被带到约60-70daPa。
[19]现在解释为什么用于限制在配有“慢”加热部件的传统生产线上形成爆炸性气氛危险性的实施方案不适用于配有快速型的、即按随时间变化的绝对值等于或大于100℃/秒的温度梯度(正的或负的)的加热和冷却部件的炉子。
[20]与具有配设有电阻或燃烧设备如裸露火焰燃烧器或气体辐射管的加热区部的炉子相比，配有快速加热区部的金属带连续热处理连续生产线的炉子在同样生产线能力下的尺寸更小，快速加热区部例如为配有纵向流或横向流式的感应加热。因此，感应加热区部中包含的N2H2气氛体积比传统加热区部中含有的气氛体积要小得多。该小的气氛体积在如传统炉子中的气氛收缩的情况下，不能起缓冲容积的作用。
[21]另外，与通过辐射或对流的热交换需要高温环境的传统加热区部相比，感应加热区部的环境是“冷”环境。同样，感应加热区部的特征在于热惯性非常小，加热的启动和停止几乎是瞬时的。与之相比，由于被带至高温的材料质量很大，并且因此由于在炉子停止的情况下，当炉子投入使用或冷却时提高加热设备的温度所需要的时间，因而传统的加热区部具有很大的热惯性。因此，与传统的加热区部相反的是，通过感应快速加热的区部在加热停止后提供的热量极少，而不能防止快速冷却区部中的气氛冷却并限制炉中达到的负压水平。
[22]大容量的金属带连续热处理生产线的带体行进速度很大，例如约100-800米/分钟，并且安装的加热功率很大，一般为数兆瓦。为了可以迅速冷却带体，这些生产线配有对流式快速冷却区部，这些区部在富含氢例如含氢量为30-100％的氮及氢混合物构成的气氛下，通过对流进行快速冷却。这些冷却区部配有可以使气体穿过冷却箱加以吹送的机动离心风扇。在与带体进行热交换后，热的气体重新被风扇吸入，穿过水式交换器被冷却，然后被重新吹送到带体上。冷却区部的很强性能和这些生产线的大生产容量要求将大量气氛吹送到带体上，因此需要使用大功率的机动风扇，并且涡轮的额定转速一般很高。
[23]在通过感应加热的大容量生产线中，例如在带体断裂或紧急停止后的加热突然停止表现为：带给带体的热量产生几乎瞬时的过压。一旦生产线控制系统检测出带体行进停止或加热停止，风扇就停止。但是，由于风扇的机械惯性，机动风扇的停止需要数分钟。感应加热的几乎瞬时停止与停止冷却之间存在的时间差表现为：在冷却回路中流动的气氛H2N2流相当迅速地冷却，因为水式交换器中的交换功率仍等于感应所提供的交换功率。就在加热停止后气氛的非常迅速的冷却表现为气氛非常强烈地收缩，这导致冷却区部过渡到强负压，并且整个炉子也几乎瞬时变化到强负压。
[24]用T表示加热突然停止而使炉子处于负压与炉子内的压力重新回到大气压值的时刻之间经过的时间。
[25]另外，在配有快速感应加热区部和快速冷却区部的连续生产线的情况下，以下因素的结合加重了炉子中达到的负压水平：
[26]与通过电阻或燃烧设备加热的传统加热区部相比，与感应加热区部的紧凑性有关的炉子的小体积；
[27]“冷”加热区部在加热停止后提供极少的可阻止冷却区部中气氛冷却的热量；
[28]为了得到所需的热交换能力，很大的气氛流量穿过水型交换器重新流动到冷却区部中，因此炉子的少量气氛非常快迅地被冷却；
[29]与生产线的大吨位相关的大的安装热功率，因此生产线具有很大的制冷能力，从而感应突然停止时炉子的少量气氛非常迅速地被冷却。
[30]因此，在配有感应快速加热区部和快速冷却区部的金属带连续热处理生产线中，就在加热停止后得到的相对负压可能达到非常高的水平。为补偿该负压并避免炉子过渡到负压状态而需要增加炉子的额定运行压力，由于其在入口装置和出口装置处引起的较大的气氛泄漏，而在工业上是不可实现的，由此会导致在炉子外于这些装置附近形成大量爆炸性气氛的极大危险，并导致气氛的过度消耗，因而导致生产线的高生产成本并可能影响设施的效率。
[31]因此，与装备有大尺寸的、并配有电阻或燃烧设备的加热区部的传统生产线相比，配有处于高氢含量下的快速冷却区部的大容量感应炉大大增加了在生产线突然停止的情况下炉子气氛爆炸的危险。
发明内容
[32]本发明提出该技术问题的解决方案，以限制在炉子中形成爆炸性气氛的危险性。
[33]根据本发明，能限制在金属带连续热处理生产线的炉子中形成爆炸性气氛危险的装置，其区部处在由惰性气体和氢的混合物构成的气氛下，其中氢的体积含量为5％到100％，所述炉子配有感应快速加热区部和快速冷却区部，该装置的特征在于包括：
[34]腔室，其被保持于惰性气体下，在所述炉子的快速加热区部的入口和在所述快速冷却区部的出口，当所述炉子的加热正常运行时，该腔室内的压力大于大气压；
[35]使带体从大气进入腔室内的入口装置；
[36]隔离气氛和使带体从处于惰性气体下的所述腔室进入所述炉子的加热区部的装置，该装置配有气体排出部件；
[37]隔离气氛和使带体从所述炉子的快速冷却区部输出的装置，其配有气体排出部件；和
[38]使带体从所述腔室输出到大气中的出口装置。
[39]优选地，在所述炉子的加热正常运行时，保持于惰性气体下的所述腔室内的相对压力至少等于20daPa。腔室内的压力一般等于或略大于炉中的气体压力，例如为2daPa。
[40]惰性气体可以是氮。优选地，一方面使带体进入腔室的所述入口装置与隔离气氛和使带体进入所述炉子的快速加热区部的所述装置之间的、另一方面隔离气氛和使带体从所述炉子的快速冷却区部输出的所述装置与使带体从所述腔室输出的所述出口装置之间的距离，大于在加热突然停止所导致的炉子内负压的情况下于所述腔室中产生的空气羽毛形体的长度。有利地，在所述腔室中产生的空气羽毛形体的在给定时刻的长度选择成：该长度作为沿由惰性气体中的空气等浓度线所确定的包封部的羽毛形体轴线的长度，而惰性气体中的空气等浓度等于相应于爆炸上限——如果涉及空气与炉子中存在的气氛(惰性气体+H2)之间的混合——的浓度。
[41]惰性气体腔室的体积优选大于或等于这样的体积，对于该体积，直至炉子中的压力重又等于大气压的时刻所进入的空气流量将导致：在该体积内惰性气体中的空气浓度等于相应于爆炸上限——如果涉及空气与炉子中存在的气氛(惰性气体+H2)之间的混合——的浓度。
[42]用于在所述炉子与所述腔室之间实现气氛隔离的所述装置包括两组位于带体两侧的两辊或活门；并且，在所述两组辊和/或所述两组活门之间形成气氛抽提装置，从而使气氛流动从所述炉子朝所述抽提装置进行和从所述腔室朝所述抽提装置进行，而在所述炉子与所述腔室之间没有气氛交换。优选地，入口和出口装置与气氛隔离装置在相同高度，以便使这些装置上游和下游的压力相同。
[43]连接通道在所述炉子的底部设置于该炉子的上升段与下降段之间，从而在所述炉子的底部使所述上升段与下降段的气氛连通，以有助于压力平衡并减少所述气氛隔离装置处需要排出的流量。设有一个或多个将氮注入所述腔室的位点，并设有一个或多个将惰性气体尤其是氮注入到所述炉子中的位点。
[44]该装置可以包括一系列多个腔室，并且每个腔室之间配有气氛隔离装置。
[45]该装置包括两个分开的腔室，其中一腔室位于所述炉子的入口而第二腔室位于所述炉子的出口。
[46]本发明还涉及能限制在金属带连续热处理生产线的炉子中形成爆炸性气氛的危险的方法，其区部处于由惰性气体与氢的混合物构成的气氛中，其中氢的体积含量在5-100％之间，炉子配有感应快速加热区部和快速冷却区部，其特征在于一旦检测出带体断裂或加热迅速停止就实施一套对应措施以限制炉中存在的气氛的冷却，这些对应措施包括：在多个位点将惰性气体、特别是氮注入炉子和腔室中；和/或冷却交换器的绕流(旁通)回路；和/或停止风扇循环流量的装置，其尤其是关闭阀或活门的控制器、或通过频率调节器控制风扇马达供电的电制动器。
附图说明
[47]本发明除上述设置外还有一些其它设置，通过下面参照附图描述的非限定实施例可以清楚地了解这些设置。附图中：
[48]图1是符合现有技术的炉子的垂直剖面示意图。
[49]图2是符合现有技术的炉子的一实施变型的垂直剖面示意图。
[50]图3是符合现有技术的炉子的另一实施变型的垂直剖面示意图。
[51]图4也是符合现有技术的炉子的垂直剖面示意图。
[52]图5是符合本发明的感应炉的垂直剖面示意图。
[53]图6是符合本发明的感应炉的另一实施变型。
[54]图7是符合本发明的炉子的另一实施变型。
[55]图8是符合本发明的炉子的另一实施变型。
[56]图9表示与对应于连续时刻的三个空气羽毛形体，以及
[57]图10表示相继的空气等浓度曲线。
具体实施方式
[58]参照附图可以看到，图5示意表示本发明的一实施例。
[59]本发明提出可以限制在配有感应快速加热区部和快速冷却区部的金属带连续热处理生产线的炉子中形成爆炸性气氛危险性的装置，其区部处于由惰性气体尤其是氮、与氢的混合物构成的气氛中，而氢的体积含量在5-100％之间，其特征在于，所述装置包括：
[60]腔室9，其在高于大气压的压力、特别是至少为20daPa的相对压力下被保持在氮下；
[61]使带体从大气进入腔室9的入口装置10；
[62]隔离气氛和使带体进入炉子2的装置11，该装置11配有排放件14；
[63]隔离气氛和使带体从炉子2输出的装置13，装置13配有排放件14；
[64]使带体从腔室9朝大气输出的出口装置12。
[65]按本发明的装置的特征还在于，一方面装置10与11之间的、以及另一方面装置12和13之间的距离H，大于在突然停止加热造成的炉内负压情况下所产生的空气羽毛形体(panache d′air)20的长度P。
[66]根据本发明，腔室9内产生的空气羽毛形体20在T时刻的长度P的特征在于，该长度P作为沿由氮中的空气等浓度线所确定的包封部(enveloppe)的羽毛形体轴线的长度，而氮中的空气等浓度等于这样的浓度：如果涉及空气与炉中存在的中性气体或N2+H2之间的混合，则该浓度相应于爆炸上界。换句话说，该羽毛形体20的包封部内的氮中的空气浓度大于该界限，而在该羽毛形体20的包封部周围的氮中的空气浓度还未达到该极限。
[67]按本发明的装置的特征还在于，腔室9的体积大于或等于体积V，对于该体积V，在炉子加热突然停止的情况下，直到T时刻进入的空气流量导致在该体积内的氮中的空气浓度等于这样的浓度：如果涉及空气与炉中存在中性气体或N2+H2之间的混合，该浓度相应于爆炸上限。
[68]装置11和13用于实现氢含量高的炉子与处于氮下的腔室9之间的气氛隔离。根据本发明的一实施例，装置11和13由两组位于带体两侧的两辊构成。根据本发明的另一实施例，装置11和13由两组辊和/或两组活门构成。在两组辊和/或活门之间实现气氛抽提，从而使气氛流动从炉子2向抽提装置14和从腔室9向抽提装置14进行，并且在炉子2与腔室9之间没有气氛交换。炉子2和腔室9的压力保持非常接近，以便限制在抽提装置14处的抽提流量，并因此限制使炉子2保持它的压力水平所需的气氛补充量17和使腔室9保持其压力水平所需的氮补充量16。炉子加热正常运行时，腔室9中的压力优选等于或略大于炉中的压力。当加热迅速停止时，炉子变化到负压状态，这导致由于惰性气体特别是氮从腔室9流向炉子2，而使腔室9相对大气压为负压。
[69]符合本发明的装置10、12和11、13的安装被实施成：使装置10、12和装置11、13处于相同高度，从而在这些装置上游和下游的气体压力相同，以避免气体通过烟囱效应或气柱的重量差而流动。
[70]另外，本发明在炉子下部于炉子的上升段与下降段之间具有连接通道15，从而使上升段与下降段的气氛在炉子下部连通，以有助于压力平衡并减小装置11和13处所需要求的排出流量。
[71]还是为了限制炉子中达到的负压水平、并限制炉子处于负压的持续时间T，本发明还在于一种能够限制在金属带连续热处理生产线的炉子中形成爆炸性气氛的危险的方法，其区部处于由惰性气体特别是氮、与氢的混合物构成的气氛中，其中氢的体积含量在5-100％之间，炉子配有感应快速加热区部和快速冷却区部，其特征在于一旦检测出带体断裂或加热迅速停止就实施一套对应措施，以限制炉中存在的气氛的冷却，这些对应措施包括在多个位点将惰性气体、特别是氮注入炉子2和腔室9中；和/或冷却交换器的绕流(旁通)回路；和/或停止风扇循环流量的装置。
[72]停止风扇循环流量的装置可为由控制阀或活门关闭的控制器或通过频率调节器控制风扇马达供电的电制动器。
[73]本发明设置一个或多个将氮注入腔室9中的注氮位点16，并设置一个或多个将氮注入炉子2中的注氮位点18。一个或多个配有过压下开放的装置的泄放位点19可避免炉中压力超过它的额定工作值。这些泄放位点例如位于炉子上部。
[74]根据本发明的优选实施例，对于不锈钢的光亮退火生产线，距离H限制为等于羽毛形体的长度P所必需的距离，从而限制带体的在炉子中的最热点的高度。通过增加腔室的宽度和/或长度来获得该腔室9的体积。
[75]根据图6所示的本发明的另一实施例，在腔室9的侧面上实现带体的输入和输出。
[76]根据图7所示的本发明的另一实施例，所述一个腔室9被一系列腔室9替代，该系列腔室具有多个即两个或更多的腔室9，这些腔室串联并保持在氮下，在这些腔室的每一个之间都设有实现气氛隔离的装置11和13。
[77]在图8所示的本发明的另一实施例中，腔室9被两个腔室9a和9b替代，其中第一腔室位于炉子的入口，第二腔室位于炉子的出口。
[78]现在简要描述如何确定腔室9中的空气羽毛形体的长度P。长度P受决定射流物理的规律的支配。
[79]在图5所示的本发明实施例中，涉及浸入氮中的平的空气喷射流。该平的涡流喷射流在氮中传播并稀释，即当离开装置10的或装置12的输入隙口时，射流速度及其空气浓度降低。如图9所示，羽毛形体的发展是非稳定的。长度P在炉子处于负压的时间T期间增加。
[80]可以从流体力学数值模型(计算流体动力学)确定该长度P，从几何形状和所计算的负压出发，计算在腔室的整个体积中并随时间变化的速度场和浓度场。可以根据结果、特别是高H2含量的腔室入口的空气浓度，来修正长度H。
[81]对从入口装置10展开的羽毛形体实现长度P的计算，因为由于与带体的行进速度相关的驱动，该羽毛形体将比出口装置12处产生的羽毛形体要长，带体在出口装置12处朝与羽毛形体展开的相反方向移动。
[82]需要考虑羽毛形体在氮中的传播；只要装置10处产生的羽毛形体没有到达装置11，就没有任何空气量到达处于氢下的炉中。因此形成爆炸性气氛的危险为零。
[83]如果W为羽毛形体的传播速度，使得在炉子处于负压的时刻T没有任何空气量到达装置11的羽毛形体长度Pmax等于T×W。该长度Pmax可以看作是非常安全的；实际上，该扩散使得：即使羽毛形体一直传播到装置11，深入到处于氢下区域内的羽毛形体的空气浓度仍很小，因此最后空气在混合物N2H2中的浓度是不危险的。
[84]根据本发明，把T时刻的长度P定义为沿空气在氮中的等浓度所确定的包封部的羽毛形体轴线的长度，而空气在氮中的等浓度等于相应于爆炸上限——如果涉及空气与炉中存在的气氛N2H2之间的混合——的浓度。
[85]如图10所示，羽毛形体20由一系列空气在氮中的等浓度线构成。曲线C1、C2和C3代表三条在氮中的空气等浓度线，C3的浓度大于C2的浓度，C2的浓度大于C1的浓度。符合本发明的长度P例如为沿由等浓度线C2所确定的包封部的羽毛形体轴线的长度。
[86]为了在腔室9处于负压的时间T的期间保证空气羽毛形体很好地扩散到N2中，腔室的体积V必须大到足以使该体积的氮在负压期间只是非常弱地被空气更换。
[87]符合本发明的腔室9的体积大于或等于体积V，对于体积V，直到T时刻进入的空气流量导致该体积内的氮中的空气浓度等于这样的浓度：如果涉及空气与炉中存在的气氛N2H2的混合，该浓度相应于爆炸上限。
[88]通过装置10和12进入的空气体积流量Q取决于这些装置的压力损失系数ξ和这些装置的输出面积S。空气体积流量Q通过公式(A)表达，在该公式中，U为空气经装置10和12进入的速度。
(A) U = 2 ΔP ρ air ξ
Q＝U×S
[89]因此进入流量取决于大气压与腔室9内的压力之间的压力差ΔP。符号ρair代表空气的体积质量。应评估腔室内的压力随时间的变化，以确定进入空气的瞬时流量和体积V中的空气总浓度的变化。
[90]可以通过瞬态模型估算腔室9和炉子中总压力的变化，该瞬态模型在每个时刻作出腔室9和炉子中的物质平衡(输入的氮流量、输出的气体混合物流量)和热焓平衡，从而可以了解腔室9和炉子的气体容量的温度。从这些条件即物质流量和温度出发，计算出压力。根据模型考虑要采取的对应措施，例如：
[91]通过在空间中重新注入的新鲜气体流量，在热焓平衡中考虑绕流(旁通)回路。
[92]在物质平衡中考虑氮清除体积。
[93]可以根据不同的计算方法确定腔室9的空气在氮中的浓度。例如，下面使用完全扰动反应器用的工艺学中采用的传统方法，在该反应器中浓度在整个体积中是均匀的。
[94]从下面的公式(B)表示空气在氮中的浓度：
(B)[A]T＝[A]entrant-([A]entrant-[A]0)exp[-T/tgeom]
[95]其中[A]T是在腔室9重处于负压的时刻T，腔室9内的空气在氮中的体积浓度；
[96][A]entrant是通过装置10和12进入到腔室9的气体中的空气浓度；
[97][A]0是腔室9处于负压之前的该腔室内的初始空气浓度；
[98]tgeom是腔室9的几何时间。几何时间tgeom通过下面的公式(C)表示：
(C)tgeom＝V/Q
[99]其中V为腔室9的体积，而Q为经装置10和12进入腔室9的体积流量。
[100]可以从公式(A)、(B)和(C)出发，根据腔室9的氮气中的空气浓度确定腔室9的体积V。
[101]为了确定腔室9的体积尺寸而采用的腔室9的氮中的空气浓度值[A]T，例如为相应于爆炸上限(如果涉及空气与炉中存在的气氛N2H2之间的混合)的空气浓度值。如果涉及H2的体积百分比为95％的气氛N2H2，则该空气浓度值为0.3(30％的空气)。[A]entrant和[A]0的数值则分别为1.0(100％的空气)和0.0(100％的氮)。在腔室9变化到负压状态的期间，例如对于腔室9内达到的最大压力与大气压之间的压力差ΔP加以计算。

Claims (15)

1.能限制在金属带连续热处理生产线的炉子中形成爆炸性气氛危险的装置，其区部处在由惰性气体和氢的混合物构成的气氛下，其中氢的体积含量为5％到100％，所述炉子配有感应快速加热区部和快速冷却区部，其特征在于所述装置包括：
腔室(9)，其被保持于惰性气体下，在所述炉子的快速加热区部的入口和在所述快速冷却区部的出口，当所述炉子的加热正常运行时，该腔室(9)内的压力大于大气压；
使带体从大气进入腔室(9)内的入口装置(10)；
隔离气氛和使带体从处于惰性气体下的所述腔室(9)进入所述炉子的加热区部的装置(11)，该装置(11)配有气体排出部件(14)；
隔离气氛和使带体从所述炉子的快速冷却区部输出的装置(13)，其配有气体排出部件(14)；以及
使带体从所述腔室(9)输出到大气中的出口装置(12)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述炉子的加热正常运行时，保持于惰性气体下的所述腔室(9)内的相对压力至少等于20daPa。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在所述炉子的加热正常运行时，保持于惰性气体下的所述腔室(9)内的压力等于或大于所述炉子(2)中的气体压力。
4.如权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述惰性气体为氮。
5.如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，一方面使带体进入腔室(9)的所述入口装置(10)与隔离气氛和使带体进入所述炉子的快速加热区部的所述装置(11)之间的、另一方面隔离气氛和使带体从所述炉子的快速冷却区部输出的所述装置(13)与使带体从所述腔室(9)输出的所述出口装置(12)之间的距离(H)，大于在加热突然停止所导致的炉子内负压的情况下于所述腔室(9)中产生的空气羽毛形体(20)的长度(P)。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，在所述腔室(9)中产生的空气羽毛形体(20)的在给定时刻的长度(P)选择成：该长度(P)作为沿由惰性气体中的空气等浓度线所确定的包封部的羽毛形体(C2)轴线的长度，而惰性气体中的空气等浓度等于这样的浓度：如果涉及空气与炉子中存在的气氛(惰性气体+H2)之间的混合，该浓度相应于爆炸上限。
7.如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述腔室(9)的体积大于或等于体积(V)，对于该体积(V)，直至炉子中的压力重又等于大气压的时刻所进入的空气流量将导致在该体积内惰性气体中的空气浓度等于这样的浓度：如果涉及空气与炉子中存在的气氛(惰性气体+H2)之间的混合，则该浓度相应于爆炸上限。
8.如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，用于在所述炉子与所述腔室(9)之间实现气氛隔离的所述装置(11、13)包括两组位于带体两侧的两辊或活门；并且，在所述两组辊和/或所述两组活门之间形成气氛抽提装置(14)，从而使气氛流动从所述炉子(2)朝所述抽提装置(14)进行和从所述腔室(9)朝所述抽提装置(14)进行，而在所述炉子(2)与所述腔室(9)之间没有气氛交换。
9.如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述的入口和出口装置(10、12)和所述气氛隔离装置(11、13)处于相同高度，以便使这些装置上游和下游的气体压力相同。
10.如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，连接通道(15)在所述炉子的底部设置于该炉子的上升段与下降段之间，从而在所述炉子的底部使所述上升段与下降段的气氛连通，以有助于压力平衡并减少所述气氛隔离装置(11、13)处需要排出的流量。
11.如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，设有一个或多个将氮注入所述腔室(9)的位点(16)，并设有一个或多个将氮注入到所述炉子(2)中的位点(18)。
12.如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，该装置包括一系列串联的多个腔室(9)，并在这些腔室的每一个之间配有气氛隔离装置(11、13)。
13.如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，该装置包括两个腔室(9a、9b)，其中一腔室位于所述炉子的入口而第二腔室位于所述炉子的出口。
14.如述权利要求1和11所述的装置，其能限制所述炉子(2)和所述腔室(9)中达到的负压水平、并限制在所述炉子中形成爆炸性气氛的危险性，其特征在于，一旦检测出带体断裂或加热迅速停止，就实施这样的措施：在多个位点将惰性气体、特别是氮注入所述炉子(2)和所述腔室(9)中；和/或使用冷却交换器的绕流(旁通)回路；和/或停止风扇循环流量的装置。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述的停止风扇循环流量的装置包括：关闭阀或活门的控制器；和/或通过频率调节器控制风扇马达供电的电制动器。
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