CN101743331B - 用于行进中的金属带材的热处理的方法、装置和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明关于一行进中的金属带材5的热处理方法，包括：一金属带材5的加热2a，2b；一加热金属带材5的冷却3，和冷却中的金属带材5的至少一段部5b向加热中的金属带材5的至少一段部5a通过传导方式的热量传递，以进行所述金属带材5冷却3和加热2a，2b每个的至少一部分。本发明也关于一用以进行所述方法的热传递装置6，和包括至少一个固体导热元件，例如辊子13，及一并入了该装置6的行进中的金属带材5的热处理系统。

Description

用于行进中的金属带材的热处理的方法、装置和系统
技术领域
本发明涉及对行进中的金属带材热处理的方法、装置和系统。
背景技术
在冶金领域，一般地，已知的本领域技术人员对金属带材进行热处理，以便例如修改金属的结晶结构，进而改善其机械或其它的性能。通过一种特别有利的方式，使金属带材行进经过多个不同温度的区域，该方法可持续地进行。这使得例如将金属带材的热处理整合到一条连续生产机组中，具有具备一定的经济效益的优点。
该类型热处理方法即为所谓的退火。在退火方法中，金属被加热到一高达例如从500℃到1100℃的温度，继而冷却以修改金属的结晶结构。该方法和其它热处理方法的一弊端在于其巨大的能量消耗。在钢铁生产中，经常需要在钢板预先冷却之后进行退火处理，例如，在冷轧中。在传统的连续退火设备中，钢板的加热通过钢板在辐射管前的行进得到，燃料与空气燃烧产生的烟气在辐射管中流动。在这些设备中，已设置对从辐射管中排出的烟道热量回收以预热燃烧空气。然而，考虑到烟道的热量损失和在退火设备壳体中的漏失，消耗的热量，尽管有回收，大约是1.7倍于钢板中重新获得的热量，这对应于一60％的效率。
典型地，对于800℃的退火，如果燃烧气体是天然气，产生每吨钢50kg的CO2。考虑到在热循环之后，钢的温度重新回到其初始温度，即在退火之前的温度，消耗的热量全部处于大气中，和/或在冷却剂中。
如果设备热的部分的隔热和烟道上的换热器的效率的改善可使得提高总体的效率，彻底地减少能量消耗而不触及与加热和冷却系统相同的基础却是非常困难的。
还设置改善钢件的冷却效率，如钢管，使其经受一次连续退火继而一多步骤的冷却。为此实施冷却气体级联地吹扫在管体上，从一冷却步骤到前一个，如国际专利申请WO 00/25076中所描述。该方法尽管在理论上表现优良，但却不能在工业上应用于大的加热能力——大约为高于40t/h——钢板退火机组。实际上，其不能有效地在不同级联段间接连地积聚再加热的和冷却的气流。
出于此原因，还提出了使用交流换热(régénératifs)的方法，其中至少一部分在金属带材冷却时获得的热量用于预热。这样的交流换热方法——在国际专利申请WO 2004/063402中描述的且形成了最近的技术状态——包括：加热所述金属带材；冷却所述已加热的金属带材；和将所述冷却中的金属带材的所述至少一段部的热传递给所述加热中的金属带材的所述至少一段部，所述热传递方式是：通过对所述冷却和加热的所述金属带材中的每个的至少一部分施加作用。
然而，在该技术状态下，所述的热量传递通过载热气体的流动进行。这体现了不能提供降低的热传递率和要求额外的能量供给以起动载热气体流动的弊端。在增加在某个点上的气体流动率时，热量传递中所有得到的多于使气体最快流动的必要的附加功补偿的热量。
要解决的问题因而即在一行进中的金属带材的热处理方法中减少其能量的消耗。
发明内容
在本发明中，该问题主要通过传导方式进行热量传递得以解决。通过此方式，热量以非常有效的方式传递，而不需以做功的形式进行大的额外能量供给。通过传导方式的热传递是热传递最有效的形式。
优选地，所述的热传递沿着与所述金属带材的行进方向相反的顺序从所述加热中的金属带材的多段部向所述冷却中的金属带材的多段部进行。通过此方式，可以进行大量的热量的传递，同时保持适度的温度梯度，并因而避免了金属带材的内部拉伸和变形。
优选地，在所述的金属带材的加热步骤中，所述金属带材还通过在金属带材外的一加热源进行加热。通过该方式，用于推动所述热传递的热度差在冷却中的金属带材和加热中的金属带材间产生了出来。
优选地，所述的热传递通过至少一固体导热元件得以施行，该固体导热元件与所述加热中的金属带材的一段部和所述冷却中的金属带材的一段部相接触。通过此方式，在所述加热中的金属带材的所述段部和所述冷却中的金属带材的所述段部间的导热由所述固体导热元件保证。
优选地，所述至少一固体导热元件是辊子的形式，优选地是金属制的辊子。该辊子可以保证与两段部行进中的金属带材的持续的接触，和因而良好的导热。
优选地，所述冷却中的金属带材所述段部与所述辊子按至少20(的接触角接触，优选地为至少30(的接触角。通过该接触角，可提供一在辊子和金属带材间良好的接触面和因而良好的热传递。
优选地，所述加热中的金属带材的所述段部与所述辊子按至少20(的接触角接触，优选地至少30(的接触角。
优选地，在所述冷却中的金属带材的一段部与所述加热中的金属带材的一段部之间的温度差——在该两者之间发生至少一部分所述的通过传导的热传递——为至少200℃和/或在500℃以下。该温度差使得可有一有效的热传递，而不引起金属带材的过度的热冲击。
本发明也涉及到一热传递装置，其用于加热在附加的加热区域上游的行进中的金属带材和同时在所述附加的加热区域的下游将其冷却。为了进行有效的热传递，而不进行做功形式的有效能量供给，该装置它包括至少一个固体导热元件，所述固体导热元件与处于所述主加热区域上游的所述金属带材接触，并且同样地所述固体导热元件也与处于所述主加热区域下游的所述金属带材相接触，以便在所述下游的金属带材的至少一段部和所述上游的金属带材的至少一段部之间通过传导方式传递热量。
优选地，装置包括包括一系列多个，例如五个，固体导热元件，用以在所述主加热区域的上游相继地接触所述金属带材，且同样地在所述主加热区域的下游按与所述金属带材行进的方向相反的次序相继地接触所述金属带材，以在所述下游的金属带材的多段部和所述上游的金属带材的多段部之间通过传导方式传递热量。通过该方式，可以保证加热中的金属带材的渐进的加热，并保证冷却中的金属带材的渐进冷却，以避免热冲击，同时保证有效的热传递。
优选地，装置还包括至少一个偏导辊，以在所述主加热区域的上游和/或下游的金属带材和所述辊子形式的固体导热元件之间确定一接触角，优选地至少20°。
本发明也关于一热处理系统，特别地是行进的金属带材的连续退火，其包括一主加热区域和一根据本发明的热传递装置。
附图说明
关于本发明的细节将在下文中参照附图进行描述，该描述是示意性的，而非限定性的。
图1是已有方法的简图，
图2是根据本发明的实施方式的方法简图，
图3示出根据本发明一实施方式的一热处理系统，
图4示出根据本发明一可选实施方式的热处理系统，
图5示出根据本发明一实施方式的一热传递装置，和
图6示出金属带材的加热和冷却曲线，其可通过图5上的热传递装置得到。
具体实施方式
在图1上，示意地示出一常规的行进中金属带材的连续退火方法。在金属带材的清洗1之后，其在一辐射管式炉子中按加热步骤2从30℃加热到800℃。这明确的是，每吨钢需210kW的额外能量供给Q，以天然气的形式，通过其燃烧产生每吨钢50kg的CO2和80mg的NOx。
然后，为了在金属带材的冷却3中排出热量Q’直到450℃，明确的是，每吨钢需2m3的水，及每吨钢需20kW电力形式下的额外能量供给W，以使得所述的或者这些冷却气体流动。
该常规方法的成本和对环境的影响因而是不可忽略的。
在图示2上，本发明的方法的一实施方式示意性地显示出来。如同图示1上的常规方法，金属带材在清洗1后加热。然而，在此方法中，加热分为一预热步骤2a——其中金属带材从30℃预热到450℃，和一在辐射管式炉子中的主加热步骤2b，其中金属带材从450℃加热到800℃。在预热阶段2a传递给金属带材的热量Q’来自于同一金属带材从800℃到450℃的冷却3，且得以通过传导方式传递。通过此方法，在辐射管式炉子中只需额外的能量供给Q-Q’，减少了相当于每吨钢120kW的天然气消耗，且为此仅产生每吨钢30kg的CO2和45mg的NOx。此外，冷却可在不消耗水和不需要为使冷却流体流动进行做功的情况下进行。因而根据本发明的方法的成本和对环境的影响几乎是较小的。
图示3示出根据本发明的实施方式的行进中的金属带材5的连续退火系统4。该系统4包括：一通过传导方式的热传递的装置6，其用以对金属带材5进行预热2a和冷却3，和一辐射管8式炉子7，其用以对金属带材5进行附加加热2b。在图示3上示意的实施方式中，辐射管8式炉子7是立式的。然而，还可以考虑，如图示4上示意的，作为选择，辐射管8式炉子7的水平布置。
热传递装置6在图5上更详细地示出。金属带材5通过入口9进入装置6中，且沿着方向10经过所述装置6直至炉子7，同时被预热。在主加热2b之后，金属带材5从炉子中出来并沿着相反的方向11经过装置6直至出离口12，同时被冷却。
装置6包括一排列的7个导热辊13和两排列的偏导辊14，一排列的偏导辊为6个，所述导热辊13排列的每侧有一排列的偏导辊14。在示意的实施方式中，偏导辊14和导热辊13都具有一800mm的直径。然而，每个辊子的可选直径、及辊子的布置和不同数目的安排可由本领域技术人员根据实情考虑。导热辊13应当具有一直径，该直径可按一具有相对减少的旋转速度的方式保证与金属带材5的良好接触面，同时避免金属带材5的塑性变形。偏导辊14也应当具有一避免金属带材5塑性变形的直径。根据金属带材5的几何和机械参数，导热辊13和偏导辊14因而可具有例如在400mm到1600mm范围内的直径。
由于金属带材5的热膨胀，冷却中的金属带材5的速度一般性地高于加热中的速度。多种解决方案可由本领域技术人员进行考虑，用以避免金属带材5在导热辊13上的部分滑动。例如，导热辊13可具有一可变的角半径(rayon angulairement)，使得可以在导热辊13每侧按金属带材5的速度调整导热辊13的有效半径。另一可考虑的解决方案是，导热辊13分为多个径向段部，具有一个向另一个相对地角运动的一定自由度。
当一金属带材5和在冷却时一样在预热时经过装置6时，偏导辊14保持在预热中的金属带材5的段部5a和在冷却中的金属带材5的段部5b同时与导热辊13在接触角α内相接触。不同的接触角α均可由本领域技术人员根据实情考虑。每个导热辊13因而通过传导方式，从冷却中的金属带材5的一段部5b向一段部5a加热中的金属带材传递热量。如同金属带材5在预热和冷却时以相反的方向10，11经过装置6，金属带材5在加热和冷却时在行进中以相反的顺序接触导热辊13。该热传导因而将在最后冷却中的金属带材5的一段部5b和预热中的金属带材5的第一段部5a中进行，在冷却中的金属带材5和第二段部5a预热中的金属带材5的倒数第二段部5b间进行，及如是类推。通过该方式，冷却中与预热中的金属带材5的温度分别地遵循如图6上示出的装置6的曲线15和16。如同在该图示上可以判断，该配置使得有一金属带材5的渐进的预热和冷却。平线段部17对应于导热辊13温度，它们中的每个是段部5a和5b的温度的中间值，相应导热辊13与段部5a和5b相接触。
表1示出根据本发明的热处理方法的一实施方式的参数：在上述的装置6中，一粗度(grosseur)为1mm、宽度为1500mm、每小时生产106吨、行进速度为150m/min的金属带材5。
无论参照特定实施示例的描述的本发明如何，明显的是，不同的修改与变化可在不离开如权利要求书中确定的本发明的总体范围内进行。因此，描述和图示应被认为是示意性的而非限制性的。
图示标识
1清洗
2加热
2a预热
2b主加热
3冷却
4连续退火系统
5金属带材
5a预热中的金属带材的段部
5b冷却中的金属带材的段部
6热传递装置
7辐射管式炉子
8辐射管
9进入口
10预热中的金属带材的行进方向
11冷却中的金属带材的行进方向
12出离口
13导热辊
14偏导辊
15预热曲线
16冷却曲线
17导热辊温度
Figure G2008800244691D00081

Claims (16)

1.行进中的金属带材(5)的热处理方法，包括：
-加热(2a，2b)所述金属带材(5)；
-冷却(3)已加热的所述金属带材(5)，和
-将冷却中的所述金属带材(5)的至少一个第二段部(5b)的热传递给加热中的所述金属带材(5)的至少一个第一段部(5a)，所述热传递方式是：通过对所述金属带材(5)的第一段部(5a)进行加热和对所述金属带材(5)的第二段部(5b)进行冷却，
其特征在于，所述热传递主要通过传导进行；
所述热传递通过至少一固体导热元件得以施行，所述固体导热元件与加热中的所述金属带材(5)的一个所述第一段部(5a)和冷却中的所述金属带材(5)的一个所述第二段部(5b)相接触，并且所述至少一固体导热元件是呈辊子(13)的形式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热传递沿着与所述金属带材(5)的行进方向相反的顺序从加热中的所述金属带材(5)的多个所述第一段部(5a)向冷却中的所述金属带材(5)的多个所述第二段部(5b)进行。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在加热(2a，2b)所述金属带材的步骤中，所述金属带材还通过在该金属带材外的一加热源进行加热。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，冷却中的所述金属带材(5)的所述第二段部(5b)与所述辊子(13)按至少20°的接触角接触。
5.根据权利要求1或4中任一项所述的方法，其特征在于，加热中的所述金属带材(5)的所述第一段部(5a)与所述辊子(13)按至少20°的接触角接触。
6.根据前述权利要求1至4中任一项的方法，其特征在于，在冷却中的所述金属带材(5)的一个所述第二段部(5b)与加热中的所述金属带材(5)的一个所述第一段部(5a)之间的温度差为至少200℃，其中，在冷却中的所述金属带材的一个所述第二段部与加热中的所述金属带材的一个所述第一段部之间发生通过传导的热传递的至少一部分。
7.根据前述权利要求1至4中任一项的方法，其特征在于，在冷却中的所述金属带材(5)的一个所述第二段部(5b)与加热中的所述金属带材(5)的一个所述第一段部(5a)之间的温度差在500℃以下，其中，在冷却中的所述金属带材的一个所述第二段部与加热中的所述金属带材的一个所述第一段部之间发生通过传导的热传递的至少一部分。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述至少一固体导热元件是金属制的辊子(13)的形式。
9.根据权利要求1的方法，其特征在于，冷却中的所述金属带材(5)所述第二段部(5b)与所述辊子(13)按至少30°的接触角接触。
10.根据权利要求1或4中任一项所述的方法，其特征在于，加热中的所述金属带材(5)的所述第一段部(5a)与所述辊子(13)按至少30°的接触角接触。
11.热传递装置(6)，其用于加热在主加热区域(7)上游的行进中的金属带材(5)和同时在所述主加热区域(7)的下游将所述金属带材冷却，
其特征在于，所述热传递装置包括至少一个固体导热元件，所述固体导热元件与处于所述主加热区域(7)上游的所述金属带材(5)接触，并且同样地所述固体导热元件也与处于所述主加热区域(7)下游的所述金属带材(5)相接触，以便在下游的所述金属带材(5)的至少一个第二段部(5b)和上游的所述金属带材(5)的至少一个第一段部(5a)之间通过传导方式传递热量；
并且，所述至少一个固体导热元件是辊子(13)的形式。
12.根据权利要求11所述的热传递装置(6)，其特征在于，所述热传递装置包括一系列多个固体导热元件，用以在所述主加热区域(7)的上游相继地接触所述金属带材(5)，且同样地在所述主加热区域(7)的下游按与所述金属带材(5)行进的方向相反的次序相继地接触所述金属带材(5)，以在下游的所述金属带材(5)的多个所述第二段部(5b)和上游的所述金属带材(5)的多个所述第一段部(5a)之间通过传导方式传递热量。
13.根据权利要求11或12所述的热传递装置(6)，其特征在于，所述至少一个固体导热元件是金属制的辊子(13)的形式。
14.根据权利要求12所述的热传递装置(6)，其特征在于，所述热传递装置还包括至少一个偏导辊(14)，以在所述主加热区域(7)的上游和/或下游的金属带材(5)和呈辊子(13)形式的所述固体导热元件之间确定一接触角。
15.行进中的金属带材(5)的连续热处理系统，其包括主加热区域(7)和根据权利要求11到14中任一项所述的热传递装置(6)。
16.根据权利要求15所述的连续热处理系统，其特征在于，所述连续热处理系统是退火热处理系统。
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