CN101910424A - 用于在行进中的材料条表面上吹气的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于将气体吹到行进中的材料条的表面上的吹气装置，该装置包括配有指向材料条(15)的相关表面的多个管形喷嘴(30)的至少一个中空盒体(20)。根据本发明，在朝向材料条(15)的相关表面的那侧上，中空盒体(20)包括具有一外形(P)的表面(22)，所述外形(P)沿至少一个给定方向(D)关于垂直于材料条(15)的平面的中平面(Q)对称地变化，并且管形喷嘴(30)在其根部处以这样一种方式固定于变化的外形的表面(22)：即其各自的轴线在相关点基本正交于所述变化的外形，所述管形喷嘴具有各自的长度，这些长度选择为使排出孔口位于基本平行于材料条(15)平面的公共平面内。

Description

用于在行进中的材料条表面上吹气的装置
技术领域
本发明涉及用于在行进中的材料条的表面上吹气的吹气装置。本发明具体涉及使用借助气体喷射进行冷却的至少一个冷却室或借助气体喷射冷却的一个冷却段加工钢条或铝条的加工流水线，例如热处理流水线，特别是连续退火流水线，或例如涂敷流水线，特别是电镀流水线。
然而，本发明不局限于上述用途领域，并更一般地涉及在为例如纸或塑料的非金属材料的行进中的材料条表面上吹气，从而根据情形而干燥、冷却或涂敷。
背景技术
使用吹气设备将气体吹至行进中的金属条的一个或两个表面上尤其为了冷却所述金属条已为人们知晓很长时间。由此可参见文献US-A-3 116 788和US-A-3 262 688，这两篇文献记载了从沿材料条纵向设置或沿横跨所述材料条行进方向的横向设置的中空盒体或管形中空部件吹出气体的多种系统。这些文献教示使用相对于行进中的材料条的平面的法线倾斜的气体喷射以提高行进中的材料条的稳定性。
另外可参见文献GB-A-940 881、DE-A-440 6846、FR-A-1 410 686和WO-A-2007/014406，这些文献记载了具有多孔工作面的吹气盒体。
还提出具有倾斜度可相对于材料条平面予以调整的两个冷却管的组件，如文献JP-A-58 185 717和JP-A-58 157 914记载的那样。
更近来地，提出通过提供配有吹气管的盒体引导吹气气流，该吹气管朝向材料条边缘倾斜，主要为了避免使行进中的材料条由吹气喷射冷却时的振动，如文献WO-A-01/09397记载的那样。
文献US-A-6 054 095还教示了设置在盒体内朝向材料条的边缘的倾斜吹气管，选择吹气管的布置以提高材料条的温度均匀性。
上述吹气装置因此包括两个中空盒体，每个中空盒体设有朝向材料条的相关表面取向的多个管形喷嘴，每个中空盒体从转向材料条的所述表面翻转的那侧具有平行于材料条平面的平坦外形。
在上述装置中，管形喷嘴的孔口与材料条间隔一段距离，该距离足以避免与所述材料条接触的风险，所述风险会在材料条上留下痕迹并损坏之，或可能撕裂管形吹气喷嘴。因此，实际上即使吹气喷嘴系统朝向材料条的边缘倾斜，吹气喷嘴的孔口和材料条之间的距离很少小于50毫米(mm)至100毫米的距离。
为了提高冷却能力，需要要么显著减小所述距离要么将吹气系统构造成具有非常高的流量，这导致高成本，或事实上采纳上述两种解法，但由于难以在所述材料条行进时控制材料条的振动，这进一步增加了材料条和吹气喷嘴之间接触的风险。因此在实践中，遭遇被本领域内技术人员普遍接受的结构限制。
技术背景可由提到的文献JP-A-2005 089772得出，该文献描述了配有都为同一长度并将冷却水喷洒在垂直钢条上的多个管形喷嘴的V形洒水管。
发明内容
本发明旨在提供一种吹气装置，它不存在上述现有技术系统的缺陷和/或限制，并在最小化材料条行进时的振动或偏移的同时优化吹气的热学和吹拂空气流动两方面，且以合理成本的设备来实现上述目的。
上述技术问题根据本发明是借助用于将气体吹到行进中的材料条的表面上的吹气装置而解决的，该装置包括配有指向所述材料条的相关表面的多个管形喷嘴的至少一个中空盒体，其中该中空盒体具有外形沿至少一个给定方向关于垂直于材料条平面的中平面对称地变化的表面，并且管形喷嘴经由其根部固接于外形变化的表面，以使他们各自的轴线在相关的点基本正交于所述变化的外形，管形喷嘴具有各自的长度，这些长度选择为使所述喷嘴的排出孔口位于与材料条的平面基本上平行的共同平面内。
由于对中空盒体的工作表面构造变化的外形，在气体再循环方面能够获得非常显著的改善，然而由于管形喷嘴仍是以其轴线相对于承载其的表面正交地植入，因而不会使管形喷嘴的实施更为复杂，且另外，其长度适应变化的外形的喷嘴布置确保了极好的吹气均匀性，并由此在材料进行时就材料条的温度均一性和所述材料条的稳定性方面获得显著的优势，且不管使用怎样变化的外形都是如此。
外形变化的给定方向可横向于材料条行进方向的方向或在一变型中与之平行地延伸。在另一变化形式中，外形可既沿横向于材料条行进方向延伸的方向变化又沿平行于所述行进方向延伸的方向变化。
较佳地，变化的外形是二面角外形以在中平面每一侧使管形喷嘴具有恒定的倾斜度。上面提到的二面角外形可以是凸型或凹型的，以使变化的外形的表面的中间脊相应地因而对应于随相关应用要求的技术效果而变化的离材料条平面最小或最大的距离。尤其，可设置成二面角外形以具有在150°和170°范围内的在顶点处的角。
在二面角变化外形的变化形式中，可设置成折线外形或曲线外形，由此使得管形喷嘴在中平面每一侧上具有变化的倾斜度。
同样较佳地，建议设置成变化的外形的表面在中空盒体内侧并与每个管形喷嘴的根部相关联地具有钟形口形状的孔口，并且每个管形喷嘴具有带圆锥形扩径孔的自由端，这些特征可获得压头损失减小的显著优势。这因此能使用非常大数量的吹气喷嘴以意图获得热学和空气流动两方面良好的效率，同时使用理想水平的功率。
根据尤为有利的实施例，吹气装置具有两个中空盒体，材料条设计成在其间行进，以使气体同时吹至行进中材料条的两个表面上，并且所述盒体中的至少一个具有植入关联管形喷嘴的变化外形的表面。
两个中空盒体则较佳地具有变化外形的各自表面，并且这两个表面关于材料条的行进平面对称。
最后，还可使两个中空盒体的管形喷嘴以这样一种方式植入：即当外沿其形变化的给定方向横向于材料条行进方向延伸时，吹到行进中的材料条上的气体的冲击点配置成在所述材料条的相反侧交错。对平行于行进方向的方向来说，可使吹至行进中的材料条上的气体冲击点配置成沿所述材料条在长度方向上交错，并且对沿横向于和平行于行进方向的方向都变化的外形来说，可设置成在横跨和沿着所述材料条横跨方向和长度方向上交错。
本发明的其它特征和优势鉴于下面给出的描述和附图变得更为清楚。
附图说明
下面参照附图，在附图中：
图1是本发明的吹气装置的立体图，该实施例包括材料条在其间行进的两个中空盒体，每个中空盒体具有配备管形喷嘴的工作表面并具有形成沿横跨材料条行进方向的横向延伸的凸二面角脊的变化外形；
图2是图1装置的平面图，其更清楚地示出具有凸二面角脊形式的变化外形的两个面对表面；
图3是图1的装置的侧视图；
图4是中空盒体中的一个的工作表面的图，该表面配有多个管形喷嘴并呈现出变化的外形，在本实施例中变化的外形为二面角形状并具有中间脊；
图5是上述吹气装置的两个盒体的局部图，其更清楚地示出两个面对的凸二面角外形；
图6和图7与图5对应地示出另外两个变例，其中各自一个盒体呈现传统形式的工作表面(平面)，或者两盒体均具有呈现出不再是凸型而使凹型的二面角外形的工作表面；
图8是以较大比例更清楚地示出管形喷嘴布置的局部图，尤其是其冲击点沿行进中的材料条的交错配置；
图9是管形喷嘴的剖面图，其更清楚地示出所述喷嘴的形状和植入以意图最小化压头损失；
图10和图11是与图8结构对应的局部图，其旨在示出其它类型的变化外形，在该实施例中分别为折线外形和曲线外形，以给予管形喷嘴变化的斜率；以及
图12和图13类似于图1和图2，并示出外形变化的方向平行于材料条行进方向的变例，而图14和图15以同样方式示出外形既沿横向又沿平行于所述行进方向的方向变化的另一变例。
具体实施方式
图1-3示出包含根据本发明的吹气装置的吹气设备的一部分，并用附图标记10表示。
在用附图标记15表示的行进中的材料条的每一侧，并用箭头100表示进行方向，装置10包括结构化部件11，在本实施例中为欧米加形，其边缘用附图标记13表示，这些部件固接于各中空盒体20，材料条15在两面对的中空盒体之间行进。
每个中空盒体20具有两个侧面23、连接于吹气进气管12的背面21以及与背面21相反的前表面或工作表面22，该前表面转向材料条15的相关表面。
每个中空盒体20配有指向材料条15相关表面的多个管形喷嘴30。
根据本发明的特征，每个中空盒体20转向材料条15相关表面的表面22呈现出沿至少一个给定方向D变化的外形P，在本实施例中上述至少一个给定方向D是横向于材料条15的行进方向100延伸的单个方向，且外形P的变化关于与材料条15平面垂直的中平面Q(如图1更清楚示出的)对称，并且管形喷嘴30通过其根部以这样一种方式固接于外形变化的表面22，使得其各轴线在相关点基本正交于所述变化的外形(更清楚地示出于图9的详图中)。此外，每个管形喷嘴30的相应长度l被选择以使所述喷嘴的排出孔口位于基本平行于材料条15平面的一共同平面内(以附图标记R表示的所述共同平面更为清楚地示出于图8的详图中)。借助这种布置，在横跨材料条的整个宽度上并在其每一侧(各侧)获得同样的喷射距离，这既有利于在所述材料条行进时的良好稳定性，又有利于所述材料条的温度均匀性。由于管形喷嘴变化的长度对吹气排出速度只有很小的改动(尽管从绝对意义上说很长)，因此喷嘴孔口和材料条平面之间具有相等的距离，其可维持吹拂到所述材料条上的气体所施加的作用的均一性。
如图1-5可见的实施方式所示，变化的外形P是二面角外形以在中平面Q的每一侧对管形喷嘴30形成恒定的倾斜度，并且在该实施例中，所述二面角外形是凸型的，以使变化外形表面22的中间脊24对应于离开材料条15平面的最小距离。
具体地说，采用两个中空盒体20，材料条15可在其间行进，以使气体同时吹到行进中的材料条15的两个表面。在图1-5中，这两个中空盒体20具有凸二面角形状的变化外形P的表面22，且所述两个表面关于材料条15的平面是对称的。二面角形状的每个面的倾斜度由角β表示，而顶点处的角(钝角)由附图标记α表示。尤其，以大约10°的角β，可提供具有250mm至300mm范围的长度l的管形喷嘴30，固接于二面角脊24的管形喷嘴在这种构造中在中平面Q中垂直于材料条的平面，其具有大约100mm的较短长度l。相邻管形喷嘴30的轴线35的间距d(在图8的详图中更清楚表示)因此约为60mm。
凸型二面角外形P被证实当寻求鼓励来自该侧的吹气再循环时是非常有利的，其中气体沿图1和图5所示箭头101侧向逸出，图5示出由中平面Q每一侧上的两个表面22的倾斜布置获得的发散效果，发散通路自然有利于来自该侧的吹气的良好再循环性。
自然，在一个变例中，可将两个面对盒体20设置为不同的布置，如图6和图7所示。
在图6中，仅其中一个盒体20呈现出变化外形P的表面22，在该实施例中为凸型的二面角外形，而另一盒体20是传统形式的，其表面22是平面且平行于行进中的材料条15的平面。仍然观察得到发散侧再循环通道的上述效果，但该效果没有图5变例那么显著。
在图7中，两个面对盒体20呈现出变化外形P表面的表面，在本实施例中，该表面是凹型二面角外形，以使变化外形22的表面的中间凹槽24对应于距离材料条15平面的最大距离。该实施例应当仅以适中的吹风功率使用，这造成有关气体再循环的较少问题，并意图将气体主要吹至行进中的材料条的中央区域上。
对于图5-图7所示实施例中的凸型或凹型二面角形状的变化外形P来说，在中平面Q每一侧上相对于材料条15平面的倾斜度对应于一般落在5°-15°范围内的值的角度β。这因此对应于二面角外形P顶点处的角度，该角度以附图标记α表示，具有落在150°-170°范围内的值。
由于每个管形喷嘴30的轴线相对于二面角外形是正交的，管形喷嘴30具有在中平面Q的每一侧上全都平行于单个方向的轴线。
在一些情形下，如果要求在中平面Q的每一侧上具有朝向行进中材料条15的边缘倾斜度变化的管形喷嘴30，也可设置其它类型的变化外形P，例如图10和图11所示那些外形。
图10示出可观察到三个相邻区的折线外形P’，这三个相邻区分别对应于相对于材料条平面的角度β1、β2和β3，如果希望有利于获得利于吹气良好侧循环的发散效果，当靠近材料条的边缘时，角度βi较佳地增加，至于图5具有凹型二面角外形。
图11示出曲线形的另一种外形P”，例如椭圆形，其在每个管形喷嘴30的根部局部保持正交性。
图8和图9提供对配合在具有工作表面22的中空盒体20上的管形喷嘴30的植入和形状的更好理解，管形喷嘴30呈现出变化的外形，在本构造中，倾斜的工作表面构成凸型二面角外形的一部分。
图8示出以这样一种方式将管形喷嘴30植入，即以附图标记40表示的吹到行进中材料条15上的气体的冲击点在所述材料条相对侧上呈交错的构造。这种布置增进了材料条行进时的稳定性，并在用于冷却金属条的流水线中通过在行进中的材料条的每一侧上形成相邻的重叠冷却区而促进均匀地冷却。
图9更清楚地示出盒体20的底板25，其中关联于管形喷嘴30的一个孔口26具有正交于所述底板25平面的轴线35。每个管形喷嘴30通过其根部33固接，并且在所述根部33，孔口26呈现出半径选择为最小化经过孔口26的压头损失的钟形口形状34。管形喷嘴30本身进一步包括固接于(尤其是焊接于)底板25的截头圆锥形的上游第一部分31以及圆柱形的下游第二部分32，该第二部分具有布置成呈现出圆锥状扩径直到到达排出孔口36的内孔的自由端37。作为示例，可选择大约15°的发散。这种气体通道的双扩径提供有利于所述气体流过并能最小化压头损失的喷嘴效果。
可进一步提供另一变例(图中未示出)，其中截头圆锥上游部分31由切向地连接于圆柱形下游部分32的钟形口或喇叭形部分代替，以进一步减小压头损失。
最后，更一般地说，附图示出管形喷嘴植入成每个所述喷嘴的轴线也正交于沿材料条方向在纵向垂向平面内的承载壁(如图3更清楚示出的那样)。然而在另一变例中(附图中未示出)，可设置成某些管形喷嘴的轴线，在基本上正交于变化外形(即沿横向于材料条行进方向延伸的方向)的同时还相对于材料条的行进方向呈现出上游或下游斜率。这或多或少地使相关管形喷嘴的实施变得复杂，但可进一步提高材料条的稳定性。
如图12和13所示，可设置成外形P沿其变化的方向D不象上述变例那样横向于材料条行进方向100地延伸，而是平行于所述行进方向。在这种构造中，由于装置对行进中的材料条构成极好的纵向稳定器，所以首要的是，空气流动效果是有利的。这种构造能更好地控制材料条的振动频率。这对应用于干燥钢条上的锌的系统尤为有利。
在这种布置中，对于吹到材料条上的气体的冲击点40，可望获得如图8、10和11所示相同的效果，并且这种构造因此相对于所述材料条纵向地错开。
如图14和15所示，可采用具有沿横向D1变化的外形P以及沿纵向D2变化的外形P的中空盒体，例如具有如图所示的钻石点面(点24’)，或具有中央平台，并且这能沿材料条的两个方向合并上面提到的技术效果。
因此可制成在合理成本下保持制造简单性的高性能吹气装置。本发明的布置还能最小化材料条和管形喷嘴的孔口之间的距离，该距离例如约为50mm，有时针对某些尺寸会更小。最后，这种配置被证实在行进中的材料条的抗振和自稳定效果方面非常有利，而且对非常高的行进速度来说更是如此。
另外，自然可通过用本发明的具有变化外形的工作表面的中空盒体来代替具有平面工作表面的中空盒体来装配已有的设备，这同样能实现本发明的性能。
如上所述，尽管较佳的使用领域是用于冷却或涂敷金属条的流水线，然而本发明的装置可用于比金属条更脆弱的纸条，以进行干燥、冷却或涂敷处理。
本发明不局限于上述实施例，而是相反地涵盖再现前述本质特征的全部变例以及等效手段。

Claims (15)

1.一种用于将气体吹至行进中的材料条的表面的吹气装置，所述吹气装置包括配有指向所述材料条(15)的相关表面的多个管形喷嘴(30)的至少一个中空盒体(20)，其特征在于，在面向所述材料条(15)的相关表面的那侧上，所述中空盒体(20)具有外形(P)沿至少一个给定方向(D)关于垂直于所述材料条(15)的平面的中平面(Q)对称地变化的表面(22)，并且所述管形喷嘴(30)经由其根部(33)固接于所述外形变化的表面(22)，以使所述管形喷嘴(30)各自的轴线(35)在相关的点基本正交于所述变化的外形，所述管形喷嘴具有各自的长度(l)，所述长度(l)选择为使所述喷嘴的排出孔口(36)位于与所述材料条(15)的平面基本上平行的共同平面(R)内。
2.如权利要求1所述的吹气装置，其特征在于，所述外形(P)变化所沿的所述给定方向(D)横向于所述材料条(15)的行进方向(100)延伸。
3.如权利要求1所述的吹气装置，其特征在于，所述外形(P)变化所沿的所述给定方向(D)平行于所述材料条(15)的行进方向(100)延伸。
4.如权利要求1所述的吹气装置，其特征在于，所述外形(P)既沿横向于所述材料条(15)的行进方向(100)延伸的方向(D1)又沿平行于所述行进方向延伸的方向(D2)变化。
5.如权利要求1-4中任何一项所述的吹气装置，其特征在于，所述变化的外形(P)是二面角外形，以在所述中平面(Q)每一侧使所述管形喷嘴(30)具有恒定的倾斜度。
6.如权利要求5所述的吹气装置，其特征在于，所述二面角外形(P)是凸型的，以使所述变化的外形的表面(22)的中间脊(24)对应于离所述材料条(15)平面的最小距离。
7.如权利要求5所述的吹气装置，其特征在于，所述二面角外形(P)是凹型的，以使所述变化的外形的表面(22)的中间脊(24)对应于离所述材料条(15)平面的最大距离。
8.如权利要求6或7所述的吹气装置，其特征在于，所述二面角外形(P)在顶点处的角在150°-170°范围内。
9.如权利要求1-4中任何一项所述的吹气装置，其特征在于，所述变化的外形(P)是折线外形(P’)或曲线外形(P”)，由此使得所述管形喷嘴(30)在所述中平面(Q)每一侧上具有变化的倾斜度。
10.如权利要求1-9中任何一项所述的吹气装置，其特征在于，构成所述变化的外形的表面(22)的外表面的壁(25)在所述中空盒体(20)内侧并与每个管形喷嘴(30)的根部(33)相关联地具有钟形口形状的孔口(34)，而每个管形喷嘴(30)具有带圆锥形扩径孔的自由端(37)。
11.如权利要求1-10中任何一项所述的吹气装置，具有两个中空盒体(20)，所述材料条(15)设计成在所述两个中空盒体之间行进，以使气体同时吹到行进中的材料条(15)的两个表面上，所述装置特征是，所述盒体中的至少一个具有用于植入所述相关联的管形喷嘴(30)的变化的外形(P)的表面(22)。
12.如权利要求11所述的吹气装置，其特征在于，所述两个中空盒体(20)中的每一个具有变化的外形(P)的表面(22)，并且这两个表面是关于所述材料条(15)的行进平面对称的。
13.如权利要求2和11所述的吹气装置，其特征在于，所述两个中空盒体(20)的管形喷嘴(30)以这样一种方式被植入：即吹到行进中的材料条(15)上的气体的冲击点(40)配置成在所述材料条的相反侧交错。
14.如权利要求3和11所述的吹气装置，其特征在于，所述两个中空盒体(20)的管形喷嘴(30)以这样一种方式被植入：即吹到行进中的材料条(15)上的气体的冲击点(40)配置成呈沿所述材料条在长度方向上交错。
15.如权利要求4和11所述的吹气装置，其特征在于，所述两个中空盒体(20)的管形喷嘴(30)以这样一种方式被植入：即吹到行进中的材料条(15)上的气体的冲击点(40)配置成在横跨和沿着所述材料条的横跨方向和长度方向上错开。
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