CN103409608A - 加热金属板的方法 - Google Patents

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Abstract

一种加热金属板(4)的方法，沿着垂直于横向(T)的纵向(L)输送该金属板通过工业炉(1)，在该工业炉内金属板(4)被加热，然后，该金属板(4)在轨设备(101)上从工业炉(1)被输送出来到达后续处理步骤(8)。本发明的特征在于，使来自至少一个DFI(“直接火焰冲击”)燃烧器(102、104)的火焰在这样的至少一个位置上冲击在金属板(4)第一表面的一部分上，即该至少一个位置与金属板(4)下侧表面上的点相一致，该点在金属板(4)通过工业炉(1)期间已经构成、构成或者将构成金属板(4)下侧表面和轨设备(101)之间的接触点，及由通过与轨设备(101；201；301)相接触的金属板(4)的局部冷却所产生的、金属板(4)中的温度梯度因此借助使用DFI燃烧器(102、104；204；304)来局部加热而被抵销。

Description

加热金属板的方法
技术领域
本发明涉及一种加热金属板或者其他类似坯体如金属毛坯的方法，该金属板或者其他类似坯体如金属毛坯在工业炉内被加热。
背景技术
当加热典型具有较大重量的金属板时，具有加热时间长的问题。因为供给到板中的热能一定得通过板的表面，因此这个表面的过热危险限制了如何快速加热该板。由于每个金属板常常意味着较大的经济价值，因此在加热期间更加谨慎从而避免这种过热是理想的。
传统上，这种加热在连续的推杆式或者步移梁式炉中发生，由此输送和加热金属板。在后续机加工步骤、例如滚压之前，这些板在正常情况下使用支撑这些板的轨系统来输送通过炉并且从炉中出来。由于在板和轨或者台架之间的接触因此局部冷却了板下侧，因此在成品上产生了所谓的“台架痕迹(skid marks)”。这是不希望的，因为该产品的最终材料性能不均匀。
发明内容
本发明解决了上述问题。
因此，本发明涉及一种加热金属板的方法，沿着垂直于横向的纵向输送该金属板通过工业炉，在该工业炉内金属板被加热，然后，该金属板在轨设备上从工业炉被输送出来至后续处理步骤，其特征在于，使来自至少一个DFI(“直接火焰冲击”(Direct Flame Impingement))燃烧器的火焰在这样的至少一个位置上冲击在金属板第一表面的一部分，即该至少一个位置与金属板的下侧表面上的一点相对应，该点在金属板通过工业炉期间已经构成、构成或者将构成金属板下侧表面和轨设备之间的接触点，及由通过与轨设备相接触的金属板的局部冷却所产生的、金属板中的温度梯度因此借助使用DFI燃烧器来局部加热而被抵销(counteract)。
附图说明
在下面，参照本发明的示例性实施例和附图来详细描述本发明。在图中：
图1a是本发明第一方法可以应用于其中的工业炉的横截面侧视图；
图1b是图1a的工业炉的横截面顶视图；
图2a是本发明第二方法可以应用于其中的工业炉的横截面侧视图；
图2b是图2a的工业炉的横截面顶视图；
图3a是本发明第三方法可以应用于其中的工业炉的横截面侧视图；
图3b是图3a的工业炉的横截面顶视图。
具体实施方式
对于相应部件，所有图都共享附图标记。
图1a和1b示出了工业炉1，该工业炉1在后续处理步骤之前把由例如钢制成的金属板4从一定初始温度加热到例如室温的最终温度。对于某种钢类型，最终温度可以在1250°C和1300°C之间。
加热在至少两个区域中发生，该至少两个区域包括加热区域2和温度均衡区域3，在图中使用点划线示出。在加热区域2内，把金属板(metalslab)4相对快地加热到这样的温度轮廓，即，在该温度轮廓上，金属板4的表面基本上保持理想的最终温度，但是它们的芯部是较冷的。在温度均衡区域3内，然后，利用辅助加热，在整个板中获得基本上均匀的温度轮廓(profile)。因此，沿着纵向L，输送每个金属板4以通过炉1，首先通过加热区域2及之后通过温度均衡区域3。
借助一系列传统燃烧器5、例如传统空气燃烧器来加热温度均衡区域3，该燃烧器5例如安装在炉1的侧壁中和/或呈所谓盘形的传统燃烧器形式的顶部中，从而产生具有较大扩散角度的火焰。来自燃烧器5的燃烧气体沿着逆流方向流过加热区域2并且通过布置在加热区域2中或者通过布置在加热区域2中或上游的烟道6出来。
合适地，炉1是连续步移梁式或者推杆式炉。合适地，金属板4至少10cm厚，当然可至少20cm厚。而且，合适地，每个金属板的宽度为50到200cm之间，及长度为5到20米之间。
在温度均衡区域3的端部处，金属板4被输送到其本身传统的水冷轨设备101中，该设备101包括台架，该台架从炉1出来并且至后续的处理步骤（step）8，在图中，实例被示成滚压步骤。
根据本发明，至少一个DFT(“直接火焰冲击”)燃烧器102被如此地布置，即，它的火焰103在至少一个位置上冲击金属板4的表面的一部分，该至少一个位置与金属板4的下侧表面上的一点相对应，在金属板4通过工业炉期间，该点已构成、构成或者将构成金属板4的下侧表面和轨设备101之间的接触点。与早期存在的或者与轨设备相接触的接触点相对应的、金属板4表面上的那个位置被解释成，在火焰103冲击金属板4的表面之前、在火焰103冲击金属板4的表面的同时、或者在火焰103冲击金属板4的表面之后，金属板4表面上的该位置位于金属板4的上侧表面或者下侧表面上，并且，在通过金属板4的工业炉期间，正在讨论的位置至少一次与金属板4的下侧表面和轨设备101之间的接触表面的竖直突出部相重叠。火焰103冲击金属板4的点因此刚好位于金属板4下侧表面上的相应位置的对面，其已经构成、构成或者将构成与轨设备101的接触点。
由于DFI燃烧器102局部地把热能供给到板4表面上的所述位置上，因此这个位置将被加热。借助热传导，所供给的热量也将导致，与板4内的周围材料相比，在板4上表面或者下表面上的所述点处和围绕所述点的区域局部呈现稍微较高的温度。因此，在金属板4的主平面内局部产生加热，该主平面的座标轴由箭头L和T构成，如图所示，及所获得的温度梯度由通过板4的热传导来确定。
根据本发明，DFI燃烧器102的局部加热因此抵销了金属板4中的温度梯度，这是由于与轨设备101相接触而局部冷却金属板所导致的。理想地，这两个温度梯度相互完全抵消，但是实际上，由于加热所产生的梯度将只在某种程度上降低冷却所产生的梯度效果。
而且，借助由轨设备101所产生的局部冷却的这种抵销，开始所提及的“台架痕迹”问题被减少或者被消除了。优选的是，DFI燃烧器102如此地被设计，即，由火焰103所获得的板4上表面或者下表面的局部加热程度基本上弥补了作为与轨设备101相接触的结果所产生的局部冷却。
燃烧器102是DFI燃烧器从而可以获得上述加热是重要的，该加热只是局部的。下面是优选的、但不是必需的，即火焰103如此的窄，以致火焰103主部分所冲击的板4的表面的那部分的最大直径基本上不大于板4和轨设备101之间的接触表面的宽度。
根据优选实施例，DFI燃烧器102在炉1内是固定的，并且金属板4在它通过炉1期间被布置成通过DFI燃烧器102下方。在这种情况下，进一步优选的是，火焰103在这样的位置上冲击板4的上侧表面，即该位置竖直地位于金属板4下侧上的点上方，该点已构成、构成或者将构成金属板4和轨设备101之间的接触点。在图1b中，及相应地在图2b和3b中，示出了通过板上侧上的两个不同点的炉1的通路，这用虚线和点划线来示出。两个点从第一相应DFI燃烧器102通过并且继续到达轨设备101的相应台架的位置。
通过这种布置，沿着炉1的纵向L定位DFI燃烧器102的位置，获得较大自由度。
此外，与刚才所描述的优选实施例相关联，使DFI燃烧器102的火焰103具有椭圆形横截面是优选的，该椭圆形横截面的长轴长于它的短轴并且平行于纵向L。利用“管套管”(pipe-in-pipe)型的DFI燃烧器，例如可以获得这种火焰，在这种“管套管”型的DFI燃烧器中，氧化剂和燃料的同心喷嘴每个都是椭圆形，并且在加热表面沿着横向L不太宽的情况下，大量热能可以被输送到每个DFI燃烧器102的板4，因此由台架所获得的局部冷却被过度补偿。
如图所示那样，根据上述内容，利用相应DFI燃烧器102预热沿着横向T在金属板4和轨设备101之间的所有接触点，例如轨设备101的所有台架，是优选的。换句话说，对于沿着横向T在板4和轨设备101之间的每个接触点而言，使相应DFI燃烧器102如此地布置，即它的相应火焰103在这样的相应位置上冲击板4的上侧表面，该相应位置竖直地位于板4下侧表面上的相应点上方，该相应点构成或者将构成板4下侧和轨设备101之间的接触点。
在图中，示出了两个纵向排的DFI燃烧器102，每排燃烧器包括两个DFI燃烧器，在上述板首先通过第一DFI燃烧器下面及然后通过第二DFI燃烧器下面时，这两个DFI燃烧器被布置来加热每个板4上侧上的相同地点。它实现了，即使每个这样的接触点使用至少两个DFI燃烧器102是优选的、使用许多DFI燃烧器102是更加优选的，但在板4和轨设备101之间每个接触表面也可以只使用一个DFI燃烧器，因为这使得下面这些是可能的，即，在板4沿着纵向L移动通过许多重复布置的DFI燃烧器102时，以脉冲的方式加热板4上侧上的每个相应位置。即在后面这种情况下，在没有表面过热危险的情况下可以把更多的热能输送到板4的内部，因为该表面将有时间在DFI燃烧器之间稍微冷却下来。
而且，DFI燃烧器102被如此地布置，即它们的相应火焰103在位于轨设备101上游处、更加精确地说在加热区域2内的位置上冲击板4。在加热区域2内，板4的表面温度仍然基本上低于在温度均衡区域3内那种情况的表面温度，这是在没有过热危险的情况下可以使用更高功率及可以获得更快的热传递的原因。根据优选实施例，加热区域2内的所有燃烧器是DFI燃烧器，在温度均衡区域3之前，这些燃烧器借助允许它们的各自火焰冲击板4的表面快速地把它们加热到所需要的温度轮廓。
为了获得足够的功率，因此，有利地，DFI燃烧器101可以被补充有辅助的DFI燃烧器13，这些辅助的DFI燃烧器13的火焰14被布置成在沿着方向T的其它位置上冲击板4的表面，而不是DFI燃烧器102的火焰。在这种情况下，下面这些是重要的，即与相应加热板4表面上的其它位置相比，上述借助DFI燃烧器火焰103来局部加热这些位置更加有效力，从而实现如上所述的抵销成品表面上的“台架痕迹”。
下面这些是优选的，即这种可能的补充DFI燃烧器13由氧化剂来驱动，该氧化剂包括至少85%的氧，更好为至少95%的氧，及以至少200m/s的速度、较好以1马赫的速度、最优选以1.5马赫的速度供给该氧化剂。借助强湍流，这将产生所谓的“无火焰”燃烧，在进行这种无火焰燃烧时，没有可看得见的火焰，作为补充DFI燃烧器13进行加热的结果，这于是减小了板4表面上的局部温度梯度。
作为DFI燃烧器102的补充或者除了DFI燃烧器102之外，DFI燃烧器104也可以如此地布置，即它们的各自火焰105在轨设备101上方的位置上冲击板4的相应上侧，因此在火焰105到达板4上侧上的相应位置时，板4下侧的加热部分已经与轨设备101相接触。
为了获得板4上侧表面的高功率和局部加热精确的、限定好的部分，因此下面是优选的，DFI燃烧器104由氧化剂来驱动，该氧化剂包括至少85%氧，更好为至少95%氧。
图2a、2b和3、3b各示出了其他优选实施例，在这些实施例中，DFI燃烧器204或者304分别以这样的方式相对于工业炉1是固定的，即，它们的各自火焰205、305从下方冲击金属板4的下侧表面。在与上述相类似的方式中，火焰205、305在这样的位置上冲击金属板4的表面，即该位置沿着横向T相应于这样的位置：在该位置上，金属板4和轨设备201或者301之间相应地已经布置或将被布置接触点。
根据图2a、2b，轨设备201包括一个或者几个台架，这些台架被布置来支撑板4，相对于纵向L，至少一个被弯曲或者以别的方式倾斜布置，因此在金属板4下侧和台架之间所形成的接触表面沿着纵向L在横向T上以不同的位移定位。因此，当板4相对于台架沿着方向L向前运动时，所述的台架在沿着方向T的不同位置上将局部冷却板4。
这将导致，至少一个DFI燃烧器204可以固定在炉1内，并且因此它的火焰205在下面这样的位置上从下面冲击金属板4的下侧表面，即该位置已经或者将与台架接触。在图2a和2b中，燃烧器204被布置成它们局部加热板4下侧表面上的这样位置，即当该轨设备201在炉1的端部分中变宽时，该位置随后将与轨设备201接触。可以实现：轨设备201以相同方式可以被布置成变窄，或者沿着方向T平行地移动。还可以实现，在炉1的端部分之前，台架也可以被布置成加宽、变窄或者沿着方向T以任何其它方式移动，及在这种情况下DFI燃烧器可以被布置在所述移动的下游。在后面这种情况下，这种DFI燃烧器因此加热了先前与台架(skid)相接触的位置。
如从图2a、2b中清楚地知道那样，这些燃烧器204可以与DFI燃烧器202以及相关的上述那种火焰203结合使用，具有较高的切割速度和较高的氧含量，以在加热区域2中快速加热板4。
图3a和3b示出了另一个优选实施例，在该实施例中，排出设备被布置来把金属板4从工业炉1中卸载，即从轨设备301上的位置卸载到一些其他类型的输送系统中，从而进一步输送到滚压步骤8。卸载还可以包括板4线路的方向改变。
排出设备包括呈爪、叉或者类似形状的接触装置306，该接触装置被布置成，在卸载期间在这样的一些位置上从下面支撑金属板4，即这些位置被如此地布置，它们沿着横向T在轨设备301的台架下游端处不会叠置，当金属板4离开轨设备301时，这些台架正支撑着金属板4。例如这可以借助与轨设备301的台架在炉1的端部处的情况相比接触装置306被布置有更窄空间(例如图3b所示)或者更宽空间来获得。
最后，至少一个DFI燃烧器304固定在工业炉1端部的下游并且在这样的一位置上处于轨设备301的至少一个台架的延长部分中，即该位置沿着横向T与台架下游终端的位置相对应。来自DFI燃烧器304的火焰305在这个位置上被布置成冲击金属板4的下侧表面，由此借助台架所获得的局部冷却如上述那样被抵销。
还是在这个实施例中，有利的是，具有相应火焰303的DFI燃烧器302可以用来在加热区域2内进行快速加热。
在上面描述了一些优选实施例。但是，对于本领域普通技术人员来讲显而易见的是，在没有脱离本发明基本理念的情况下，对所描述的实施例可以进行许多改进。
例如，有利的是，在图1a、1b、2a、2b和3a、3b所示的实施例分别结合，例如使用图1a和1b所示类型的、其火焰加热板上侧的两个燃烧器和图2a、2b和/或3a、3b所示类型的、其火焰加热板下侧的燃烧器。根据具体工作条件，按这种方式，局部冷却这些台架的负面效果可以逐步抵销。
此外，在其上输送每个板的轨设备可以以许多不同方式来设计，在这些方式中，这些图中所示的变形是用来示例的。
后续处理步骤不必是滚压步骤，或者在炉和滚压步骤之间可以具有辅助的中间处理步骤。
而且，在炉中可以使用比上述加热区域和温度均衡区域更多的区域，该炉也不是必需为逆流型。
因此，本发明不局限于所描述的实施例，而是在所附权利要求的范围内可以改变。

Claims (12)

1.一种加热金属板(4)的方法，沿着垂直于横向(T)的纵向(L)输送该金属板通过工业炉(1)，在该工业炉内该金属板(4)被加热，然后，该金属板(4)在轨设备(101；201；301)上从工业炉(1)被输送出来至后续处理步骤(8)，其特征在于，使来自至少一个DFI(“直接火焰冲击”)燃烧器(102、104；204；304)的火焰（103、105；205；305）在至少一个位置上冲击金属板(4)的第一表面的一部分，该至少一个位置与金属板(4)下侧表面上的点相对应，该点在该金属板(4)通过该工业炉(1)期间已经构成、构成或者将构成金属板(4)的下侧表面和轨设备(101；201；301)之间的接触点，及由通过与轨设备(101；201；301)相接触的金属板(4)的局部冷却所产生的、金属板(4)中的温度梯度因此借助使用DFI燃烧器(102、104；204；304)的局部加热而被抵销。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使至少一个DFI燃烧器(102、104)固定在工业炉(1)内，从而使它的火焰(103、105)在这样的位置上从上面冲击金属板(4)的上侧表面，即该位置竖直地位于金属板(4)下侧上的点上方，该点已构成、构成或者将构成金属板(4)和轨设备(101)之间的接触点。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对于沿着横向(T)在金属板(4)和轨设备(101)之间的每个接触点，使各DFI燃烧器(102)如此地布置，即它的相应火焰(103)在各位置上冲击金属板(4)的上侧表面，该各位置位于金属板(4)下侧表面上的各点的上方，该点构成或者将构成金属板(4)的下侧和轨设备(101)之间的接触点。
4.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，使工业炉(1)包括至少一个布置在上游的加热区域(2)和布置在下游的温度均衡区域(3)，及使DFI燃烧器(102)如此地布置，即它的火焰(103)在设置于加热区域(2)内的位置上冲击金属板(4)的表面。
5.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，使至少一个DFI燃烧器(204；304)相对于工业炉(1)固定地布置，从而使得它的火焰(205；305)在这样的位置上从下面冲击在金属板(4)的下侧表面，即该位置沿着所述的横向(T)与已布置或者将布置于金属板(4)和轨设备(201；301)之间的接触点的位置相对应。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，使沿着台架纵向在支撑金属板(4)的轨设备(201)中的该台架中的至少一个和金属板(4)下侧之间的接触表面沿着横向(T)以不同的位移定位，及使其火焰冲击在金属板(4)下侧表面上的该至少一个DFI燃烧器(204)固定在工业炉(1)内。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，排出设备被布置来从工业炉(1)中卸载金属板(4)，从而进一步输送到处理步骤(8)，使该排出设备包括接触装置(306)，在卸载期间，这些接触装置被布置成在一些位置上支撑金属板(4)，这些位置被布置成，在金属板(4)离开轨设备(301)时，它们沿着横向(T)不与支撑金属板(4)的轨设备(301)的台架的下游端相重叠，及其火焰冲击金属板(4)下侧表面的该至少一个DFI燃烧器(304)沿着横向(T)固定地布置在工业炉(1)的下游和所述台架的延伸部分内。
8.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，使DFI燃烧器(102、104；204；304)的火焰(103、105；205；305)具有椭圆形横截面，该椭圆形横截面的长轴长于它的短轴并且平行于纵向(L)。
9.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，使DFI燃烧器(102、104；204；304)由包括至少85%氧的氧化剂来驱动。
10.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，使工业炉(1)是连续的推杆型炉或者连续的步移梁式炉。
11.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，使金属板(4)的厚度为至少10cm。
12.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，金属板(4)在后续处理步骤(8)中被滚压。
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