CN107532270A - 用于反应控制的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在运行穿过炉(1)的钢带(5)上控制表面反应的方法，所述炉依次包括第一部分(2)、第二部分(3)和第三部分(4)，在第二(3)和第三(4)部分中的气氛分别是氧化和还原的，其中在第一部分(2)中，气氛是轻微氧化的以潜在地形成铁氧化物层，其中H2含量低于2％，O2含量低于0.1％以及H2O或CO2、或H2O+CO2含量高于0.03％，并且优选地，高于0.035％，百分比以体积为单位来表达。

Description

用于反应控制的方法及装置
技术领域
本发明涉及用于控制在连续电镀(galvanizing，镀锌)或退火生产线(line)中输送的钢带(steel strip)上的表面反应的装置和方法。
背景技术
高强度钢种通常包括高含量的元素如硅、锰和铬(以wt为单位，分别通常为0.5至2％、1.5至6％、0.3至1％)，使得它们难以涂覆，这是因为在先于在电镀浴(galvanizingbath，镀锌浴)中的浸渍的退火期间形成那些元素的氧化物层。当淹没在浴中时，这种氧化物层危害钢表面的润湿能力。因此，获得未涂覆区域和涂层的较差附着力。
众所周知的是，通过调节通过退火炉的气氛，可以改善钢带的表面质量并因而改善表面的润湿性。例如，专利US 8,636,854公开了被分成具有不同气氛的三个区的退火炉。在第一区中，在含有至少2％H2的还原气氛中，将带加热高达至高于(superior to)750℃的温度。在氧化条件下操作的第二区中，铁表面被转化成铁氧化物层，以及在还原条件下操作的第三区中，先前形成的氧化物层被还原。这种方法和用于进行这种方法的炉具有若干缺点，其可以总结如下：
-在铁表面的氧化以前的还原气氛会增加合金元素的外部氧化的风险。当氧化发生在高温如750℃下时，情况尤其是如此，这是因为，在高于600℃时，元素如锰开始显著氧化。
-氧化区，即第二区，位于没有特定壳体(casing)的炉内。由于氧化室必须承受的高温以及可以用来分开各区的最终设备，它导致很多技术问题。此外，当氧化部分是在主炉内时，很难控制片材的氧化状态，这是因为不能看见表面。因此，无法安装测量系统。
存在这样的炉，其包括位于分开的壳体中的若干区。作为例子，专利US 4,183,983公开了具有三个物理分离部分的炉。存在第一直接火焰区，其中调节燃料-空气比以提供由燃烧引起的气体的必要的还原性。存在具有低还原气氛的第二区，其具有少于6％氢气，以及最后，存在第三区，其中在还原条件下冷却带。如上所述，在第一区中加热期间所使用的还原条件不适用于合金钢。此外，通过调节燃料-空气比进行操作的直接火焰炉不允许微调控制表面反应的参数。
附图说明
基于示例性附图，下面将更详细地描述本发明。本发明不限于示例性实施方式。在本发明的实施方式中，本文描述和/或说明的所有特征可以单独使用或以不同的组合加以组合。通过阅读以下详细说明并参考附图，本发明的各种实施方式的特点和优点将变得明显的，其中上述附图说明如下：
图1示意性地表示根据本发明的包括三个分开的部分的退火炉。还示意性地示出通过不同部分的进出流。
图2示出根据本发明的控制装置，其用于调节在第二部分中即在氧化部分中气氛的参数。
发明内容
本发明涉及用于控制在运行穿过炉的钢带上的表面反应的方法，所述炉依次包括(comprising successively，连续包括)第一部分(section，段)、第二部分和第三部分，在第二和第三部分中的气氛分别是氧化和还原的，其中在第一部分中，气氛是氧化性的以潜在地(potentially)形成铁氧化物层，所述气氛具有H2含量低于2％、O2含量低于0.1％以及H2O或CO2、或H2O+CO2含量高于0.03％，以及优选高于0.035％，百分比以体积为单位来表达。
根据特别优选的实施方式，根据本发明的方法进一步公开了以下特点的至少一种或合适的组合：
-在第一部分中的露点被控制并且范围为-50至-15℃，以及优选为-30至-15℃；
-在第一部分中在600和750℃之间加热带，优选在650和750℃之间，以及更优选在650和700℃之间；
-在第一部分中CO+CO2的浓度受到控制，并且，按体积计，维持低于2％；
-在第二部分中，注入氧化剂介质和惰性气体的混合物，所述氧化剂介质是氧气，以及，按体积计，在混合物中氧气的浓度是0.1至5％以及优选0.5至2％；
-对于带的每侧，以范围为50至300Nm3/h的流量，注入混合物；
-在第二部分中，将带的温度维持为500至700℃；
-带在第二部分中的停留时间是1至10秒；
-在第三部分中，带被加热到高达750至870℃的温度；
-在第三部分中，按体积计，将H2的浓度调节为3％至30％，以及优选为5至20％；
-在第三部分中，露点被控制为-50至-5℃，以及优选为-20至-10℃；
本发明还涉及用于进行如上所述的方法的炉，所述炉包括分别位于不同壳体中的第一部分、第二部分和第三部分，每个部分设有控制装置，其中第一部分提供有装置，其用于控制露点、H2含量和CO含量。
根据特定实施方式，炉的第一部分包括电阻加热、感应加热或辐射管加热器。
具体实施方式
本发明旨在提供这样的方法，其具有调节的工艺参数以获得用于合金钢的优化的润湿性。为此，已专门开发了炉。此炉具有不同部分，各自位于不同的壳体中，所述壳体包括用来仔细控制气氛的装置。炉致力于退火涂覆有液态金属的钢片材，所述液态金属包含Zn、Al或上述两者以各种比例的组合，其中以高于0.1％的比例添加Mg和Si。根据本发明的炉还可以用于没有热浸镀设施(hot-dip galvanizing，热浸镀锌设施)的连续退火线。
如图1所示，此炉包括三个明确界定的部分，其由有效的密封装置分开。明确界定的是指，每个部分位于壳体中，所述壳体具有其本身的热绝缘材料、加热组件(如果需要)和控制装置，后者是用于控制露点、氢气含量、氧气含量、一氧化碳含量和温度的装置。
第一部分是经典的加热部分，其包括加热元件和辊。它是借助于本领域技术人员众所周知的技术所设计。在这个部分中，至关重要的是，具有轻微氧化的气氛以限制合金元素的外部氧化的风险以及潜在地开始形成Fe氧化物(在一些情况下)。为此，H2含量低于2％，O2水平低于0.1％，但H2O或CO2含量或H2O和CO2(H2O+CO2)的总和是高于0.03％，以及优选高于0.035％，以获得这种轻微氧化的气氛。依据H2、露点和CO来控制气氛，其余为惰性气体。它受控于低于2％的H2含量(如上所述)、-50至-15℃的露点，以及优选-30至-15℃。通过注入具有给定比例的氢气的H2+N2的混合物，以及通过最终注入蒸汽(如果需要)，来调节那些目标值。将CO和CO2的总和(CO+CO2)维持低于2％以避免在此部分中的燃烧。将带加热到600至750℃的温度，优选650至750℃，以及更优选650至700℃，所述温度是通过高温计测量的。
在第二部分中，注入O2和N2的混合物以在钢片材的表面上形成受控的铁氧化物层。O2的浓度范围为0.1至5％，但优选为0.5至2％。这部分可以具有各种形状如U形，其规定使用1或2个调低辊(turn down roll)，或是直的而没有任何辊。计算此室的长度以具有1至10秒的带的停留时间。此室可以包括加热元件(如果需要)，但它是绝热的。可以通过如在文件EP 15162341中描述的特定装置，在此室中，注入主要基于氧气但还可以包含CO2的氧化剂介质。在每侧上分别地注入这种气氛。它可以是新鲜的或再循环的、冷或热的。优选地，通过风扇来再循环注入流。通过风扇来抽吸来自室的反应的气氛，通过添加一些空气(依据所期望的氧化剂含量)的装置来调节氧化剂含量。通过加热元件，优选调节此惰性气体+氧化剂混合物的温度范围为500至700℃，以及最后在带的每侧上注入限定流量。注入的体积取决于室大小，但通常高于50Nm3/h以及优选为100至300Nm3/h/侧(对于2米宽室)。用于控制在第二部分中的气氛参数的装置的实例示于图2。为了最小化在炉的第一和第三部分中氧化剂的逃逸，密封系统优选组成自两对辊并借助于在两对之间气氛的注入和提取。因为此部分具有自己的全壳体，所以易于在带的每侧上安装装置以测量在运行片材上的氧化物厚度。控制装置可以进一步包括扫描系统来检查氧化物厚度是否是均匀的。
炉的第三部分类似于第一部分并具有加热带至所期望的温度的目标，优选为750至870℃。在这个部分中的气氛组成自这样的气体，其能够还原在第二室中形成的铁氧化物。经典的做法是使用与惰性气体混合的H2。H2的浓度是在3和30％之间可调节的，优选在5和20％之间，其取决于旨在的还原动力学。当处理高强度钢时，在这个部分中的露点被控制在-50和-5℃之间，其中优选范围为-20至-10℃。在这个部分中，惰性+H2气体的进出流的控制是基于以下测量结果：在每个部分中的压力、H2含量和露点，以及用来让气氛逃逸并促进最终稀释的各种阀门的开口。最后，将此部分的气氛从为冷却部分的炉的第四部分分开，其是通过气门或类似对的辊或挡板来限制这种气氛与接下来的部分的那些气氛的交换。
尽管已经在附图和前面的描述中详细地示出和描述了本发明，但这样的说明和描述将被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的。可以理解的是，在以下权利要求的范围内，普通技术人员可以进行改变和修改。尤其是，本发明涵盖来自上述和下文描述的不同实施方式的特点的任何组合的进一步的实施方式。
在权利要求中使用的术语应被解释为具有与前述描述一致的最广泛的合理解释。例如，在引入元件中，冠词“一个”或“该”的使用不应被解释为不包括多个元件。同样，“或”的列举应被解释为包容性的，以致“A或B”的列举不排除“A和B”，除非从上下文或前述描述中清楚仅意图A和B中的一个。
参考符号
(1)退火炉
(2)第一部分
(3)第二部分
(4)第三部分
(5)带或片材
(6)密封辊

Claims (13)

1.用于控制在运行穿过炉(1)的钢带(5)上的表面反应的方法，所述炉依次包括第一部分(2)、第二部分(3)和第三部分(4)，在第二(3)和第三(4)部分中的气氛分别是氧化的和还原的，其中，在所述第一部分(2)中，气氛是轻微氧化的以潜在地在所述带(5)上形成铁氧化物层，所述气氛具有低于2％的H2含量；低于0.1％的O2含量以及高于0.03％、并且优选高于0.035％的H2O或CO2、或H2O+CO2含量，所有百分比以体积表示。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第一部分(2)中的露点受到控制并且范围为-50至-15℃，并且优选地，-30至-15℃。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述第一部分(2)中在600至750℃之间、优选在650至750℃之间、并且更优选在650至700℃之间加热所述带(5)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述第一部分(2)中CO+CO2的浓度受到控制，并且按体积计，维持低于2％。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述第二部分(3)中，注入氧化剂介质和惰性气体的混合物，所述氧化剂介质是氧气，并且按体积计，在所述混合物中氧气的浓度在0.1至5％之间，并且优选在0.5至2％之间。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，对于所述带(5)的每侧，以范围从50至300Nm3/h的流量注入所述混合物。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述第二部分(3)中，将所述带(5)的温度维持在500至700℃之间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述带(5)在所述第二部分(3)中的停留时间为1至10秒。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述第三部分(3)中，将所述带(5)加热到高达750至870℃的温度。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述第三部分(3)中，按体积计，将H2的浓度调节为3％至30％，并且优选5至20％。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述第三部分(3)中，将露点控制为-50至-5℃，并且优选-20至-10℃。
12.一种用于进行根据前述权利要求中任一项所述的方法的炉(1)，所述炉(1)包括定位于不同壳体中的第一部分(2)、第二部分(3)和第三部分(4)，每个部分设置有控制装置，其中所述第一部分(2)设置有用于控制露点、H2含量和CO含量的装置。
13.根据权利要求12所述的炉(1)，其中，所述第一部分(2)包括电阻加热、感应加热或辐射管加热器。
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