CN108504851A - 一种金属带卷高温热处理用罩式炉及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属带卷高温热处理用罩式炉，包括炉台、炉板和炉罩，其特征在于，炉台中心顶端设置有凸起层，凸起层包干若干个凸起件，炉板设置在凸起层的顶端，若干个凸起件之间夹设有由凸起层外缘至中心的导气通道，炉板中心设置有透气孔，导气通道与透气孔连通；炉台内嵌设有竖向的保护气管，保护气管与气源相通，保护气管的顶端连通设置有至少两根支管，支管倾斜向上发散且呈同旋向的螺旋状。改进的方案可增加保护气与金属带卷内层带体的接触几率，改善内层带体表面的通风状态，提高热处理的成材率；与现有技术中的平缓气流相比能减少能耗。本发明还公开了金属带卷高温热处理用罩式炉在金属带卷高温热处理中的应用，金属带卷包括硅钢卷。
Description
技术领域
本发明涉及钢卷热处理设备领域，具体涉及一种金属带卷高温热处理用罩式炉及应用。
背景技术
高温退火是决定取向硅钢表面质量优劣的关键工艺，取向硅钢高温退火工艺主要在台车式炉或罩式炉内完成。
现有技术中罩式炉主要由外罩、内罩和炉台三部分组成，根据工艺要求的不同，有些罩式炉没有内罩，或者在三部分的基础上加装冷却罩。炉台主要由钢结构、砌体组成，主要起着承重和保温的作用；内罩扣设在炉台上方，其作用在于将烟气流动空间与工件所处的可控气氛流动空间隔开；外罩同样扣设在炉台上方并包覆在内罩的外部，外罩上通常设置有卸压孔，利用与卸压孔相连通的泄压阀调节内罩、外罩及炉台组合成的密封腔中的压强，进而达到调节内罩与炉台围合成的热处理腔中保护气压强的目的。罩式炉中还配合设置有加热元件和保护气体引入组件，加热元件通常设置在炉台上，也有一些加热元件设置在外罩上，或者同时设置；保护气体引入组件中的保护气管连通气源和热处理腔。
以硅钢带的热处理为例，在非活化状态下，氮气可用作保护加热，防止钢件的氧化、脱碳，氮基气氛中加入少量氢气使气氛具有还原性，避免了硅钢在热处理过程中被氧化。
现有技术中罩式炉的进气如CN205856551U和CN206173408U所述的，前一方案中罩式炉内预埋有中心管和侧管，中心管穿设在钢卷内芯，侧管突出设置在钢卷外周与炉罩之间区域，中心管和测管顶部均设置有进排气嘴，便于在加热、保温及冷却阶段采用不同的进气方式（中进侧排和侧进中排）。后一方案炉底设置有循环风机，通过风嘴加强热处理腔的气流循环，但是风嘴的排列和形状决定了后一方案的结构进行加快气流的上升速率，不能改变上升气流的方向。后一方案中热处理腔内气流循环由于前一方案，但硅钢热处理温度高达1200℃左右，超出了循环风机的工作耐温范围。另外，钢卷直接放置在炉板上，由于自重钢卷与炉板之间呈密封状态，钢卷中水蒸汽无法及时排出，容易在钢卷底边局部形成水印。
因此，有必要对现有技术中的硅钢片热处理用罩式炉结构进行改进。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种金属带卷高温热处理用罩式炉，至少两根气管的作用在于布气，使钢卷内芯的气流呈螺旋上升状，加剧罩式炉内空气的流动，加速升温和冷却速率，节约能耗，提升金属带卷的高温热处理效果。
实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种金属带卷高温热处理用罩式炉，包括炉台、炉板和炉罩，其特征在于，炉台中心顶端设置有凸起层，凸起层包干若干个凸起件，炉板设置在凸起层的顶端，若干个凸起件之间夹设有由凸起层外缘至中心的导气通道，炉板中心设置有透气孔，导气通道与透气孔连通；炉罩密封扣设在炉板外缘的炉台上；
炉台内嵌设有竖向的保护气管，保护气管与气源相通，保护气管的顶端连通设置有至少两根支管，支管倾斜向上发散且呈同旋向的螺旋状。
保护气经由保护气管进入支管中，经由支管的导向作用，金属带卷内芯中气流螺旋上升，并在炉罩顶端与金属带卷顶端之间向外扩散，最终经由金属带卷外周与炉罩之间的区域和凸起件之间的导气通道，回流至金属带卷内芯中形成气流循环。进一步的，支管的数量为三根。支管的数量过多会导致管体结构制造难度加大。
优选的技术方案为，支管在保护气管的顶端外周均匀分布。
常用的保护气管材质可选范围为310S不锈钢、2848W不锈钢、耐高温陶瓷。其中310S不锈钢材质在硅钢带处理温度1200℃下呈软化状态，均匀分布不仅可以保证保护气管的重心稳定，进而保证其使用寿命，还能保证所形成的螺线上升气流呈竖向而非略倾斜的状态，从而确保上升气流在炉罩顶面与金属带卷顶面之间的均匀分布。
优选的技术方案为，支管为第一圆锥螺旋管或第一圆柱螺旋管，支管的固定端与保护气管连接；保护气管的中心轴与支管的固定端中心轴交点切线之间所夹钝角为110～150°。
优选的技术方案为，支管包括首尾连接的过渡管段和螺旋管段，螺旋管段为第二圆柱螺旋管或第二圆锥螺旋管，过渡管段的一端与保护气管连接，保护气管的中心轴与过渡管段的中心轴之间所夹钝角为110～150°。
优选的技术方案为，第一圆锥螺旋管或螺旋管段的螺旋角为30～60°。进一步的，支管的出气端面积小于进气端面积。
优选的技术方案为，炉板顶面呈发散状设置有若干条透气槽，透气槽的至少一端突出于炉板金属带卷环形接触区设置。部分进入金属带卷内层带体表面的下行气流直接经由透气槽排出至金属带卷内芯和/或金属带卷外周与炉罩侧壁之间的区域。
炉板金属带卷环形接触区为金属带卷压射在炉板上的位置，透气槽的至少一端突出于炉板金属带卷环形接触区设置，包括以下三种情况：一是透气槽的一端突出于炉板金属带卷环形接触区外缘设置，另一端位于炉板金属带卷环形接触区内；二是透气槽的一端突出于炉板金属带卷环形接触区内缘设置，另一端位于炉板金属带卷环形接触区内；三是透气槽的两端分别突出于炉板金属带卷环形接触区内缘和外缘。透气槽的形状包括但不限于直线形。
优选的技术方案为，透气槽弧线状，炉板顶面内弧线的旋向与第一圆锥螺旋管或螺旋管段的旋向相同。与直线形的透气槽相比，弧线状的透气槽与金属带卷相邻带层之间的间隙接触量大，在热处理腔中气流快速循环的条件下，进入透气槽中的保护气量增加，加快金属带卷中水蒸汽的排出，同时向相邻金属带层间引入更多的保护气体，使金属带卷中内层带体的热处理效果与外层带体的热处理效果趋于一致，改善铁损，提高成材率。
优选的技术方案为，通气槽的槽口宽度为2～5mm，通气槽的槽深为2～5mm。通气槽的宽度取决于硅钢片才热处理温度下的状态，硅钢材质呈软化状态时，通气槽的槽口宽度和槽深过大，则不利于硅钢卷侧边的平滑形态。
为了保证保护气管与炉台之间的密封，避免高温气体的溢出导致能量损耗增加，优选的技术方案为，炉台包括基板和固定设置在基板上的炉台本体，保护气管穿设在基板和炉台本体中，保护气管与基板底面之间焊接密封连接，保护气管的底端通过导管与气源连接。
本发明的另一目的在于提供上述金属带卷高温热处理用罩式炉在金属带卷高温热处理中的应用，金属带卷包括硅钢卷，热处理温度不小于1000℃。
本发明的优点和有益效果在于：
该金属带卷高温热处理用罩式炉在炉台中预埋保护气管，并且在保护气管顶端设置兼具分流和导向作用的至少两根支管，至少两根支管喷射的气流相互影响并在金属带卷内芯形成螺旋上升状的气流，加剧气流的混合和循环，气流上行至炉罩顶端内表面时，经由炉罩的导向，气流以一定流速进入金属带卷层间隙以及金属带卷与炉罩侧壁之间的区域，然后经由凸起层的导气通道和炉板的透气孔回流至金属带卷内芯中，形成保护气循环；
采用上述保护气管，可增加保护气与金属带卷内层带体的接触几率，改善内层带体表面的通风状态，提高热处理的成材率；
与现有技术中的平缓气流相比，气流加速循环有助于加速升温和冷却过程，减少能耗。
附图说明
图1是本发明金属带卷高温热处理用罩式炉实施例1的剖视图；
图2是图1中保护气管与支管的连接结构示意图；
图3是实施例1的使用状态图；
图4是实施例1中炉台的俯视图；
图5是实施例2中保护气管与支管的连接结构示意图；
图6是实施例2中炉板的俯视图；
图7是实施例3中炉板的俯视图；
图8是实施例3中金属带卷高温热处理用罩式炉的剖视图；
图9是图8中A的局部放大图；
图10是实施例3的使用状态图。
图中：1、炉台；11、基板；12、炉台本体；2、炉板；3、凸起层；4、保护气管；5、气源；6、支管；61、过渡管段；62、螺旋管段；7、透气槽；8、炉罩；a、凸起件；b、导气通道；c、透气孔；d、金属带卷。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1-4所示，实施例1的金属带卷高温热处理用罩式炉，包括炉台1、炉板2和炉罩8，炉台1顶端设置有若干个凸起件a组合成凸起层3，炉板2设置在凸起层3的顶端，若干个凸起件a之间夹设有导气通道b，炉板2中心设置有透气孔c，导气通道b与透气孔c连通；炉罩8密封扣设在炉板2外缘的炉台2上；
炉台1内嵌设有竖向的保护气管4，保护气管4与气源5相通，保护气管4的顶端连通设置有至少两根支管6，支管6倾斜向上发散且呈同旋向的螺旋状。支管6为第一圆锥螺旋管，支管6的固定端与保护气管4连接；保护气管4的中心轴与支管6的固定端中心轴交点切线之间所夹钝角为100°。第一圆锥螺旋管30°。
支管6在保护气管的顶端外周均匀分布。
实施例1中的支管数量为2。
实施例1中的凸起件a为若干个顶面为扇形的柱状凸起，凸起层3的中心空置，导气通道b夹设在若干个凸起件a之间呈发散状。
凸起件满足在凸起层的外缘与内缘形成导气通道即可，包括但不限于实施例1中的若干个顶面为扇形的柱状凸起。
实施例2
如图5-6所示，实施例2与实施例1的区别在于，支管数量为3；
支管6包括首尾连接的过渡管段61和螺旋管段62，螺旋管段62为圆柱螺旋管，过渡管段61的一端与保护气管4连接，保护气管4的中心轴与过渡管段61的中心轴之间所夹钝角为110°。圆柱螺旋管也可以为圆锥螺旋管。实施例2保护气管4的中心轴与过渡管段61的中心轴所夹钝角的角度可放大至150°。过渡管段61为直管。
螺旋管段62的螺旋角为30～60°。
实施例1和2保护气管4与炉台1之间的密封采用耐火材料填充密封。
炉板2顶面呈发散状设置有6条直线型的透气槽7，透气槽7的一端突出于炉板金属带卷d环形接触区内缘设置。
过渡管段的长度取决于金属带卷内芯的底面直径，以不干涉金属带卷的上料为准。
实施例3
如图7-10所示，实施例3与实施例2的区别在于，炉板2顶面呈发散状设置有若干条透气槽7，透气槽7的两端均突出于炉板2金属带卷d环形接触区内缘和外缘设置。
透气槽7弧线状，炉板2顶面内弧线的旋向与螺旋管段的旋向相同。
炉台1包括基板11和固定设置在基板上的炉台本体12，保护气管4穿设在基板11和炉台本体12中，保护气管4与基板11底面之间焊接密封连接，保护气管4的底端依次通过法兰、导管法兰、导管与气源5连接。
通气槽的槽口宽度为2～5mm，通气槽的槽深为2～5mm。
实施例1-3实际使用时，罩式炉加热组件。炉罩与炉台之间的密封结构通常采用砂封，也有采用砂封水封相结合的密封结构。加热组件可嵌设在炉台凸起件之间，还可设置在炉罩的内表面，上述的炉罩、加热组件与炉台、炉板之间的位置关系和连接关系可根据现有技术中公开文献具体设置。
实施例1热处理过程中的气流循环为：保护气经由保护气管4引导上升并分流至支管6中，两支管6出气端的气流相互作用形成螺旋上升气流，上升气流遇炉罩顶面改变气流方向为下行，一部分气流进入金属带卷d的内层带体表面，并经由内层带体与炉板2之间的间隙流入相邻带体间隙或者滞留在内层带体表面，另一部分气流经由金属带卷d外周与炉罩侧壁之间的区域，最终经凸起层的导气通道和透气孔，回流至金属带卷d的内芯中，并且在支管6气流的带动作用下再次形成螺旋上升气流；
实施例2与实施例1气流循环区别在于，进入金属带卷d的内层带体表面的气流经由透气槽向金属带卷d内芯区域出气，该部分气流同样在支管6气流的带动作用下再次形成螺旋上升气流；
实施例3与实施例2的气流循环基于实施例2，区别还在于，进入金属带卷d外周与炉罩侧壁之间的区域的部分气流经由透气槽的一端进入透气槽中，并经由透气槽的另一端排出至金属带卷d内芯区域。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种金属带卷高温热处理用罩式炉，包括炉台、炉板和炉罩，其特征在于，炉台中心顶端设置有凸起层，凸起层包干若干个凸起件，炉板设置在凸起层的顶端，若干个凸起件之间夹设有由凸起层外缘至中心的导气通道，炉板中心设置有透气孔，导气通道与透气孔连通；炉罩密封扣设在炉板外缘的炉台上；
炉台内嵌设有竖向的保护气管，保护气管与气源相通，保护气管的顶端连通设置有至少两根支管，支管倾斜向上发散且呈同旋向的螺旋状。
2.根据权利要求1所述的金属带卷高温热处理用罩式炉，其特征在于，支管在保护气管的顶端外周均匀分布。
3.根据权利要求2所述的金属带卷高温热处理用罩式炉，其特征在于，支管为第一圆锥螺旋管或第一圆柱螺旋管，支管的固定端与保护气管连接；保护气管的中心轴与支管的固定端中心轴交点切线之间所夹钝角为110～150°。
4.根据权利要求2所述的金属带卷高温热处理用罩式炉，其特征在于，支管包括首尾连接的过渡管段和螺旋管段，螺旋管段为第二圆柱螺旋管或第二圆锥螺旋管，过渡管段的一端与保护气管连接，保护气管的中心轴与过渡管段的中心轴之间所夹钝角为110～150°。
5.根据权利要求3或4所述的金属带卷高温热处理用罩式炉，其特征在于，第一圆锥螺旋管或螺旋管段的螺旋角为30～60°。
6.根据权利要求1所述的金属带卷高温热处理用罩式炉，其特征在于，炉板顶面呈发散状设置有若干条透气槽，透气槽的至少一端突出于炉板金属带卷环形接触区设置。
7.根据权利要求6所述的金属带卷高温热处理用罩式炉，其特征在于，透气槽弧线状，炉板顶面内弧线的旋向与第一圆锥螺旋管或螺旋管段的旋向相同。
8.根据权利要求7所述的金属带卷高温热处理用罩式炉，其特征在于，通气槽的槽口宽度为2～5mm，通气槽的槽深为2～5mm。
9.根据权利要求1所述的金属带卷高温热处理用罩式炉，其特征在于，炉台包括基板和固定设置在基板上的炉台本体，保护气管穿设在基板和炉台本体中，保护气管与基板底面之间焊接密封连接，保护气管的底端通过导管与气源连接。
10.权利要求1至9中任意一项所述的金属带卷高温热处理用罩式炉在金属带卷高温热处理中的应用，金属带卷包括硅钢卷。
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