CN102803520A - 用于通过雾化喷雾冷却材料的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于使材料回火的方法和设备。根据本发明，一种或多种液体通过至少一个喷雾器雾化为液滴，所述液滴被引导向热材料的表面，从而使得至少一些液滴与热材料的表面碰撞并蒸发，因而从热材料的表面层移除热能。冲击零件可以用于进一步减小液滴的尺寸。所述液滴可以通过单独的引导气体流被引导到所述表面。

Description

用于通过雾化喷雾冷却材料的方法和设备
技术领域
本发明涉及根据权利要求1前序部分所述的用于使材料回火的方法，还涉及根据权利要求16的前序部分所述的用于使材料回火的设备。
背景技术
根据现有技术，金属(例如钢)、玻璃和其他材料通过空气冷却而回火(temper)。还已知的是，通过将热的零件浸入到水中而对需要回火的零件进行回火。在基于空气冷却的回火中，强的空气流引向需要回火的材料或者产品的表面。强的空气流使用的目的在于快速地降低材料的温度，该材料的结构和/或属性发生变化，从而为材料提供所需的特性。钢的回火例如理解为均匀加热钢到奥氏体形成的温度之上，在奥氏体形成和均匀化所需的保持时期之后，以快于临界冷却速度的速度将其冷却。回火的目的在于回火零件的微结构中特定的、预定的马氏体含量。而玻璃回火目的在于采用快速冷却，以在玻璃的表面层中产生压缩张力，并在玻璃内部产生张应力。
上述基于空气冷却的现有技术的方案的问题在于：与回火关联的空气冷却需要非常大量的空气和将空气有效喷吹向需要回火的材料或产品的表面。这么大量的空气和有效的喷吹消耗了非常高的能量。而且，在许多应用中，难以控制和执行对快速和均匀的冷却的管理，尤其是在回火薄的零件的时候，例如薄玻璃。因此，用于产生均匀冷却的空气冷却及其控制要求复杂的硬件方案。水回火，其中热零件浸入到水中，当需要生产良好质量的回火产品时，在工业规模上进行控制是不可能的。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种方法和设备，其使得上述问题得以解决。本发明的目的通过根据权利要求1的特征部分所述的方法而实现，其特征在于，在该方法中，至少一种液体雾化为液滴，形成的液滴引导向热材料的表面，从而使得至少一些液滴与热材料的表面碰撞，并且在它们从热材料的表面层接收热量时蒸发。本发明的目的还通过根据权利要求16的特征部分所述的设备而实现，该设备特征在于，该设备包括一个或多个用于将至少一种液体雾化为液滴的喷雾器，和用于将形成的液滴引导向热材料的表面的装置，从而使得至少一些液滴与热材料的表面碰撞并蒸发，从而从热材料的表面层移除热能。
本发明的优选实施方式在从属权利要求中公开。
本发明是基于在回火中通过采用至少一种液体来冷却材料或产品的理念，所述液体通过一个或多个喷雾器雾化为小液滴。所述液滴进一步传送到需要回火的热材料的表面，从而使得液滴与需要回火的热材料的表面碰撞。所述液滴可以通过气体流引导向热材料的表面，热材料的冷却通过包括形成的液滴的气雾而实现。与材料的热表面碰撞的液滴从热材料接收热能并快速蒸发。换句话说，液体在分开的液滴中并从分开的液滴蒸发，从而没有由许多液滴构成的液体层或水区形成在材料表面上。换句话说，当液滴与热材料表面碰撞时，其在碰撞中或在其后立即蒸发。这通过采用足够小的液滴而实现。液体优选聚结为具有小于或等于30μm平均直径的液滴。这些非常小的液滴在与热材料碰撞时快速地蒸发，从而有效地从热材料移除热能。在优选的情形下，在热材料表面上的碰撞的能量足够有效，以基本上与碰撞相关地蒸发小液滴。
本发明的方法和设备的优点是，在回火处理中采用用于冷却热材料的小液滴使得能够获得用于使热材料回火的能量有效的装置。小液滴允许实现从热零件快速和有效的热传送。当大表面和薄的产品、例如薄玻璃需要回火时，均匀和快速的热传送尤其重要。通过小液滴产生的冷却比起现有技术的空气冷却，消耗的能量显著地更少，而且，基于使用小液滴的回火设备具有更简单地生产的结构。
附图说明
在下文中将通过参考附图并结合优选实施方式对本发明进行更加详细的说明，其中：
图1是用于使材料回火的根据本发明的设备的示意图；
图2是根据本发明的用于进行回火的喷雾器的示意图；
图3是根据本发明的用于进行回火的第二喷雾器的示意图；
图4是喷雾器的第二实施方式的示意图。
具体实施方式
参见图1，图1公开了本发明的设备的实施方式，其允许实施本发明的方法。该设备50用于使得运动的热材料幅材26回火。需要回火的材料例如可以是金属，例如钢、玻璃、金属合金或陶瓷材料。尽管图1所示的是运动的材料幅材的回火，本发明的设备和方法可以应用于能以任何方式运动的任何材料或产品。替代地，需要回火的材料或产品还可以是静止的而一个或多个喷雾器可以是运动的。根据本发明，设备50包括喷雾器22，其允许一种或多种液体雾化为小液滴。当需要时，设备50还可以包括两个或更多个喷雾器22。用于在回火中使用的通过喷雾器22雾化的液体优选是水，尽管还可以是醇(alcohol)，例如乙醇(ethanol)、水和醇的混合物，或者包括水和/或醇的一些其他液体的混合物或者乳剂。可选地，还可以采用一些其他适于冷却或回火的液体或者一种或多种液体的混合物。需要雾化的液体通过流量计27传送到在管路2上的喷雾器22。气体流也传送到在通道20上的喷雾器22并通过流量调节器18。这里所示的喷雾器22是气体分散喷雾器，尽管能够产生足够小的液滴的超声喷雾器或一些其他喷雾器也是可以采用的。喷雾器22将液体雾化为小液滴7，所述小液滴7通过气体流例如被引导向需要回火的材料幅材26的表面上。
喷雾器22可以是在腔14中，该腔基本上将腔14的内部空间与环境大气分开。例如惰性气体可以从气体导管供应到腔14内，该气体导管优选是用于雾化液体的气体导管20。可选地，气体可以从单独的气体喷嘴供应到腔14内。腔14还可以设置有抽吸装置，用于从腔14中移除蒸发的液滴7。换句话说，设备50包括用于将通过喷雾器22形成的液滴7引导向热材料26表面的装置。用于将形成的液滴7引导向热材料表面的这些装置可以包括雾化至少一种液体的一个或多个气体流20，或者一个或多个单独的气体喷嘴(未示出)。对需要回火的材料的加热可以在处理步骤24中发生，例如其设置在喷雾器22的上游，并可以包括加热、锻制(work)或类似的处理步骤。在优选实施方式中，本发明的回火设备50连接到材料或产品的制造或处理线上，例如平板玻璃制造线、一些其它玻璃产品的制造线、钢材的制造线，或者连接到一些其他产品或材料的制造或处理线上。在平板玻璃的制造线中，回火设备50可以设置在浮法生产线中的锡槽之后，例如从槽中升起的玻璃带的温度最高为650℃。到达回火处的热材料的温度例如可以从850到450℃。然而，该温度依赖于需要回火的材料以及想要的回火性质。
在公开的本发明中，热材料采用小液滴7回火以产生必要的快速冷却，液滴被引导与热材料26的表面碰撞，从而使得液滴7与热材料26的表面碰撞，如图1中所示。液滴7足够小的尺寸允许它们以足够的速度与热材料26的表面进行碰撞。在碰撞时，液滴7从材料26接收热能，尤其是从材料的表面接收，并且蒸发。为产生足够的和快速的冷却，液滴7需要足够地小。为了提供足够小的液滴，一个或多个喷雾器22设置用于雾化至少一种液体成为具有小于或等于30μm的平均直径的液滴，优选地小于或等于10μm，更优选地，小于或等于5μm。根据一实施方式，喷雾器22能够实现通过产生具有小于3μm的平均直径的液滴7，优选地甚至小于1μm的平均直径的液滴7。如果液滴7太大的话，例如100μm或更大，液滴7在与热材料26的表面碰撞时将不能足够快地蒸发，而是在热材料26的表面上形成液膜，或者保持浮在热材料26的表面上。这减慢了冷却，而液膜从热材料26的表面沸腾离开，从而在表面上形成气体层，这进一步减慢了冷却。留在热材料26的表面上的液体还引起热材料26不均匀的冷却和不均匀的残余应力。而且，留在热材料26的表面上的液膜或大液滴通常在材料表面上留下不想要的印记。此外，大液滴的速度通常保持太低不能在热材料26的表面上实现足够有效的碰撞。小液滴7例如可以采用气体分散喷雾器22或者超声喷雾器产生。然而，超声喷雾器的缺点在于其低的液滴生产率，和需要单独控制的气体用于将液滴7引导向热材料26的表面。换句话说，为了实现良好的冷却，液滴需要足够地小，以具有足够小的质量用于快速蒸发，而且，液滴以足够的速率被引导向热材料的表面上，以实现有效碰撞。在本发明中，液滴7的小尺寸和它们足够的速度使得液滴7基本上作为分开的液滴来碰撞，从而避免液膜或水区在热材料表面上形成。液滴7的足够的速度例如依赖于液滴7的尺寸和用于冷却和用于形成液滴7的液体。
下面通过图2、3和4示出另一个喷雾器22的例子，通过其可以产生足够小的液滴7。
图2示出喷雾器22的基本视图。在回火中使用的液体、例如水，供应到喷雾器内，从通道25中产生超小的液滴。喷射气体，例如氮气N2，导入到气体通道20。分配腔30和流动障碍物32使得喷射流均匀地分配在液体通道25周围，从而液体在喷射喷嘴34中雾化为液滴。在喷射喷嘴34或喷射头34中雾化的气雾的液滴尺寸相对较大。当气雾继续流动时，流动障碍物36改变气雾流的流体力学属性，并且预料不到地引起气雾的液滴尺寸改变为超小液滴。该机理基于由流动障碍物36引起的碰撞能量和压力的改变。换句话说，流动障碍物36设置成使得从喷射头34排出的气雾的液滴碰撞到一个或多个流动障碍物36上，和/或互相地碰撞以减小气雾的液滴尺寸。此外或替代地，流动障碍物36这样设置，使得它们在从喷射头34排出的气雾流中产生压力改变和/或节流(restriction)，以减小气雾的液滴尺寸。通过该设置，超小液滴7从喷嘴排出。该超小液滴被进一步导向到热材料26的表面。液滴7在与热材料26的表面碰撞时蒸发并从热材料26中移除热能。
根据上面所述，图2的喷雾器22在喷雾器22的喷射头34处通过气体将至少一种液体雾化为气雾。该喷雾器22具有至少一个液体通道25，用于将至少一种需要雾化的液体供应到喷射头34内，该喷雾器22还具有至少一个气体通道20，用于将至少一种气体供应到喷射体34内，用于将液体喷射为气雾。该喷射气体在喷射头34中将液体雾化为气雾，尤其是因为喷射气体和从喷射头34排出的液体的速度差。该喷雾器22还包括一个或多个流动障碍物36，其用于改变从喷射头34排出的气雾流的流体力学属性，例如速度和压力，使得气雾的液滴尺寸减小。喷雾器22可以装备有喷射腔35，其与喷射头34流体连接，流动障碍物36形成在该喷射腔中。在图2中，喷射腔36是管状空间，但是也可以是一些其他空间。可以有一个或多个流动障碍物36，它们可以连续地、并排地或以一些其他相互之间相应的方式放置。该流动障碍物36例如可以引导、减慢或限制气雾的流动。根据图2，流动障碍物36设置在喷射腔34的内壁上，使得它们从内壁向喷射腔34的里面延伸。优选地，流动障碍物36设置成使得从喷射头34排出的气雾液滴碰撞到一个或多个流动障碍物36上，和/或互相地碰撞，以减小液滴喷射的液滴尺寸。此外或可选地，流动障碍物36设置用于在从喷射头34排出的气雾流中产生压力改变和/或节流，以减小液滴喷射的液滴尺寸。通过流动障碍物36，从喷雾器22排出的气雾液滴的平均空气动力学直径变为10微米，优选地为3微米或更小，最优选地为1微米或更小。
图3示出用于产生小液滴的另一个喷雾器22。基本上互相指向的两个喷雾器2固定到喷雾器22的本体1上。如图3中所示，喷雾器2直接互相朝向地设置到设备内。换句话说，喷雾器2优选基基本上同轴地互相相对地设置，使得它们的液滴喷雾4基本互相直接碰撞。该设备可以包括两个或更多个喷雾器2。优选地，喷雾器2成对地设置，以形成一个或多个喷雾器对，使得每个喷雾器对的喷雾器2基本上互相直接地指向，优选是同轴地，从而使得液滴喷雾4或者每个喷雾器对互相直接地碰撞。所述喷雾器对还可以例如在竖直或水平方向上连续地或并排地设置在设备内。
用于喷射的液体3和喷射气体8供应到喷雾器2内。喷射气体8和液体3优选以不同的速度供应到喷雾器2内，从而使得喷射气体8和液体3之间在喷雾器2出口处的速度差引起液体3喷射、雾化为由小液滴组成的液滴喷雾4。液滴喷雾4互相碰撞，从而料想不到地形成由非常小的液滴7组成的气雾。液滴喷雾4可以在自身中已经形成气雾。当基本上互相直接指向的液滴喷雾碰撞时，气雾产生，当液滴喷雾4的动量基本上相等时，该气雾基本上不运动。该设备可以进一步设置为包括用于供应至少两种液体到至少两个喷雾器的装置。换句话说，该设备可以这样形成，使得相同或不同的液体可以供应到两个或更多个喷雾器2。换句话说，相同或不同的液体可以供应到每个喷雾器对的喷雾器2，如果需要的话。此外，在至少两个喷雾器对中可以使用与在其他喷雾器对中相同或不同的液体。在这样的情形下，每个喷雾器对可以产生与在其边上的喷雾器对不同或者类似的喷雾。而且，该设备的喷雾器2可以适于产生液滴喷雾4，其中的液滴基本上不同于或类似于它们的平均液滴尺寸。例如，喷雾器2的几何形状或液体3和喷射气体的速度或者它们之间的速度差都可以影响液滴的尺寸。这使得能够产生具有均匀的或不均匀的液滴尺寸的气雾。
喷雾器22优选还包括用于从至少一个方向指引气体流到液滴喷雾4的碰撞点的装置。这优选通过为该设备装备气体喷嘴5而实现，用于从至少一个方向供应气体到液滴喷雾4的碰撞点。这样，通过气体流，能够移动或传送在液滴喷雾4的碰撞点产生的气雾到朝向热材料26表面所需的方向上。任何气体可以用于气体喷嘴5中。换句话说，其可以是惰性气体，例如氮气，或者与喷雾或气雾起反应的气体。在图3的实施方式中，气体喷嘴5设置在设备内，使得气体流相对于液滴喷雾4基本上垂直地流动和碰撞。
图3的喷雾器22的另一个实施方式在图4中示出。两个基本上互相指向的喷雾器2安装在喷雾器22的本体1上。需要喷射的液体3和喷射气体8供应到该喷雾器2上。喷射气体8和液体3之间在喷雾器2出口处的速度差使得液体3雾化为包括小液滴的液滴喷雾4。所述液滴喷雾4互相碰撞，从而使得由非常小的液滴7组成的气雾预料不到地形成。液体10和雾化的气体11(一起：气雾)也从紧固到喷雾器22的本体1上的喷雾器12供应到液滴喷雾4的碰撞点。然后雾化的气体11起到用于液体10的喷雾气体的作用。从喷雾器12排出的气雾将形成的液滴引导向热材料26的表面上。
本领域技术人员显而易见的是，随着技术进步，本发明的基本理念可以以许多不同的方式实现。因此，本发明及其实施方式不限于上面所述的例子，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (30)

1.一种用于使材料回火的方法，该方法包括将至少一种液体雾化为液滴，形成的液滴被引导向热材料的表面，从而使得至少一些液滴与热材料的表面碰撞，其特征在于：所述液滴形成和引导到热材料的表面，使得与热材料的表面碰撞的液滴在它们从热材料的表面层接收热能时蒸发。
2.根据权利要求1所述的方法，将至少一种液体雾化为平均直径小于等于30μm的液滴。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：至少一种液体雾化为平均直径小于等于10μm的液滴。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：至少一种液体雾化为平均直径小于等于5μm的液滴。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：至少一种液体通过气体流或超声雾化。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：雾化气体流用于将所述液滴引导向热材料的表面。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于：所述液滴采用单独的引导气体流被引导向热材料的表面。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于：所述至少一种液体雾化为两个或更多个液滴射流，通过引导至少两个液滴射流基本上垂直地朝向彼此，使得所述液滴射流互相直接地碰撞。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：从至少一个方向上引导气体流到所述液滴射流的碰撞点，以形成气雾，并用于将气雾引导向热材料的表面。
10.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
通过至少一个气体分散喷雾器将至少一种液体原材料雾化为气雾，该气雾从喷雾器的喷射端排出；
通过利用流动障碍物改变气雾流的流体力学属性，减小从喷雾器的喷射端排出的气雾的液滴尺寸；和
将该气雾引导到热材料的表面上，从而使得气雾中的至少一些液滴与热材料的表面碰撞，并在从热材料的表面层接收热能时蒸发。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：通过利用流动障碍物改变气雾流的流体力学属性，从而使得从喷射端排出的气雾液滴与一个或多个流动障碍物碰撞和/或互相碰撞，以减小气雾的液滴尺寸，因此减小气雾中的平均液滴尺寸。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于：通过利用流动障碍物改变气雾流的流体力学属性，从而这些流动障碍物在从喷射头排出的气雾流中引起压力改变和/或节流，以减小液滴尺寸，因此减小气雾中的平均液滴尺寸。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其特征在于所述热材料的温度在回火之前是450-850℃。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的方法，其特征在于所述热材料是玻璃、金属、金属合金或陶瓷材料。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的方法，其特征在于：总是采用水、醇、水和醇的混合物、适合用于冷却的一些其他液体混合物或乳剂。
16.一种用于使材料回火的设备，该设备包括用于将至少一种液体雾化为液滴的一个或多个喷雾器，和用于将形成的液滴引导向热材料的表面从而使得至少一些液滴与热材料的表面碰撞的装置，其特征在于：所述设备构建用于产生液滴并将形成的液滴引导到热材料的表面，从而使得所述液滴以液滴形式碰撞热材料的表面，所述液滴在它们从热材料的表面层接收热能时蒸发。
17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于：一个或多个喷雾器构建用于将至少一种液体雾化为具有小于或等于30μm的平均直径的液滴。
18.根据权利要求16或17所述的设备，其特征在于：一个或多个喷雾器构建用于将至少一种液体雾化为具有小于或等于10μm的平均直径的液滴。
19.根据权利要求16-18中任一项所述的设备，其特征在于：至少一种液体雾化为具有小于或等于5μm的平均空气动力学直径的液滴。
20.根据权利要求16-19中任一项所述的设备，其特征在于：所述设备构建用于通过气体流或超声雾化至少一种液体。
21.根据权利要求20所述的设备，其特征在于：用于将形成的液滴引导向热材料表面的装置包括雾化至少一种液体的一个或多个气体流。
22.根据权利要求16-21中任一项所述的设备，其特征在于：用于将形成的液滴引导向热材料表面的装置包括一个或多个气体喷嘴。
23.根据权利要求16-22中任一项所述的设备，其特征在于：至少两个喷雾器基本上垂直地指向彼此地设置，从而使得它们形成的液滴射流互相垂直地碰撞。
24.根据权利要求23所述的设备，其特征在于：该设备包括至少一个气体喷嘴，用于从至少一个方向供应气体到所述液滴射流碰撞的点，以将所述液滴引导向热材料的表面。
25.根据权利要求16-22中任一项所述的设备，其特征在于：该设备包括至少一个气体分散喷雾器，用于在喷雾器的喷雾器端部处将液体雾化为气体，该喷雾器还包括一个或多个流动障碍物，用于改变从喷雾器端部排出的气雾流的水力属性，从而使得气雾中的平均液滴尺寸发生改变。
26.根据权利要求25所述的设备，其特征在于：所述喷雾器包括喷射腔，流动障碍物形成在其中，喷射腔流体连接到喷射头。
27.根据权利要求26所述的设备，其特征在于：所述流动障碍物形成在喷射腔的内壁上，从而流动障碍物从内壁突出到喷射腔内。
28.根据权利要求25-27中任一项所述的设备，其特征在于：所述流动障碍物设置为使得从喷射端排出的气雾液滴与一个或多个流动障碍物碰撞和/或互相碰撞，以减小气雾中的液滴尺寸。
29.根据权利要求25-28中任一项所述的设备，其特征在于：所述流动障碍物设置为使得它们在从喷射头排出的气雾流中引起压力改变和/或节流，用于减小气雾的液滴尺寸。
30.根据权利要求16-29中任一项所述的设备，其特征在于：采用的至少一种雾化液体是水、醇、水和醇的混合物或者包括水和/或醇的一些其他液体混合物或乳剂。
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