CN111793739B - 一种气垫炉气雾协同淬火系统及运行方法 - Google Patents

一种气垫炉气雾协同淬火系统及运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属热处理领域，公开了一种气垫炉气雾协同淬火系统及运行方法，包括淬火区、淬火风机及调雾装置，淬火区内布置有上下对称或交错布置的气雾淬火喷嘴，带材悬浮于上下气雾淬火喷嘴之间。气雾淬火喷嘴由气体喷嘴和水雾喷嘴组成，其中气体喷嘴通过配风风道连接在淬火风机出口处，水雾喷嘴通过气力输送管道连接在调雾装置出风口上。所述系统可以在水淬和气淬之间灵活控制带材冷却速率，防止带材表面残留液滴的产生，保证带材均匀冷却，获得理想的带材冷却工艺曲线，降低带材不合格率，提高生产效率。

Description

一种气垫炉气雾协同淬火系统及运行方法
技术领域
本发明属于金属热处理领域，特别涉及一种气垫炉气雾协同淬火系统及运行方法。
背景技术
连续式气垫炉在金属带材热处理和玻璃加工等行业应用广泛，它通过非接触的方式实现带材的加热和退火处理过程，具有生产效率高，带材表面划伤率低，金属性能好等优点。为了满足不同领域制造业对材料硬度、强度、韧性及抗疲劳强度的高标准要求，带材淬火过程需采用不同的降温控制工艺，以获得理想的冷却温度梯度，通常采用的方式有水淬火、气淬火以及水气分区结合等方式。
传统的水淬火过程为单独的一个分区，高压高速的水雾冲击热铝板，从而实现铝板的快速冷却。传统的空气淬火过程为另一个分区，高速空气冲击铝板，从而实现铝板的冷却。但分区处理时的冷却速率会有两个极端，在单纯的水淬火区，水量较大，带材的冷却速率是单纯空气冷却速率的一个数量级以上。想降低水萃取的冷却速率只能通过控制水压进行调节，并且调节幅度较小；同时，想提高空气淬火区的冷却速率也只能通过增大风量以提高传热系数，并且相应系统阻力增加较大，运行能耗过高，冷却速度提高不大。因此，气垫炉在退火过程中面临着水淬区降速降不下去，气淬区升速升不上来的问题。有研究人员提出了智能气水淬火方式(见专利CN110431242A)，这种方式通过水喷嘴将高速液滴喷向带材表面，同时结合气体喷嘴，实现带材冷却梯度的智能控制，但是喷嘴喷出的液滴颗粒大小分布偏差较大，不易控制，并且，离散布置的喷嘴在带材表面的覆盖面积不均匀，如果发生不完全蒸发，则存在金属表面上形成液滴的风险。这些液滴或残留的水不均匀地冷却金属带，会造成金属局部冷却强度不一致，金属性能降低。
发明内容
本发明的目的是，提供一种气垫炉气雾协同淬火系统及运行方法，以便可以在水淬和气淬之间灵活控制带材冷却速率，并且均匀地冷却金属带材，获得想要的金属热处理温度梯度，提高生产效率。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种气垫炉气雾协同淬火系统，包括淬火区、淬火风机及调雾装置，淬火区内布置有上下对称或交错布置的气雾淬火喷嘴，带材悬浮于上下气雾淬火喷嘴之间。
优选地，所述气雾淬火喷嘴由气体喷嘴和水雾喷嘴组成，其中气体喷嘴通过配风风道连接在淬火风机出口处，水雾喷嘴通过气力输送管道连接在调雾装置出风口上。
优选地，所述调雾装置进风口接在气力输送风机出口上，其内部设置有水雾发生器。水雾发生器可调节水雾产生量，水雾通过气力输送管道送入水雾喷嘴内，用于调节带材的冷却速率，气力输送速度大于4m/s。
优选地，所述水雾发生器产生的水雾液滴平均粒径不大于120微米；液滴过大，气力输送过程流经弯折部位和孔板时，液滴容易碰壁收集，到达带材的水雾量达不到预定降温幅度，如果液滴过小，气力输送过程中液滴自身提前蒸发，输送气体降温，低温输送气体对带材的冷却也有一定促进作用，但不如带材表面液滴直接相变换热效果好。
优选地，所述水雾喷嘴布置在气体喷嘴内侧，与气体喷嘴之间形成狭窄的气体流通通道，即两侧喷口，喷口内设计气流速度约为15-80m/s之间；
优选地，所述水雾喷嘴由水雾管道制作而成，水雾管道上开有水雾喷口；
优选地，所述水雾管道通过支撑板、喷口内撑或肋板固定在气体喷嘴内侧折弯板上；
优选地，所述水雾管道截面形状为圆形、半圆形、椭圆型、翼型、正方形、长方形、梯形或其它多边形形状；
优选地，所述水雾喷口为圆形、三角形、正方形或其它多边形状；
优选地，所述水雾管道上的相邻水雾喷口为交叉错排方式；
优选地，所述气体喷嘴内侧并排设置1至5根水雾管道；
优选地，若所述水雾管道设置为圆管形状，则所述水雾喷口开口方向与垂直带材方向夹角α取值范围为0～45°；
优选地，若所述水雾喷嘴由并排设置的多组水雾管道构成，则相邻水雾管道间留有狭缝，即为中心喷口，喷口内设计气流速度约为10-50m/s之间；
一种气雾协同淬火系统运行方法：
首先，开启淬火风机，保持气雾淬火喷嘴中的气体喷嘴正常运行，以形成满足淬火区带材漂浮的条件；其次，按常规方法导入带材，使得带材在上下气雾淬火喷嘴的吹拂下稳定向前运行；第三，根据带材热处理工艺温度曲线的要求和加热区的升温能力，确定带材运行速度；第四，根据带材降温梯度确定带材需要达到的降温速率，由降温速率要求和带材运行速度，通过气垫炉配套的工艺设计计算软件得到降温所需的水雾量；第五，开启气力输送风机；第六，调节水雾发生器功率，产生所需要水雾量；最后，水雾发生器所产生的水雾由气力输送管道送入水雾管道，经水雾喷嘴与气体喷嘴的高速气流混合加速，吹至带材表面并迅速蒸发吸热，带走带材内部热量，实现带材的可控降温过程。
本发明所提供一种气垫炉气雾协同淬火系统及方法，可以在水淬和气淬之间灵活控制带材冷却速率，防止带材表面残留液滴的产生，保证带材均匀冷却，获得理想的带材冷却工艺曲线，降低带材不合格率，提高生产效率。
附图说明
图1：一种气垫炉气雾系统淬火系统原理图；
图2：一种气垫炉气雾系统淬火系统气雾淬火喷嘴布置；
图3：气垫炉气雾淬火喷嘴结构设计方案；
图4：气垫炉气雾淬火喷嘴圆形喷雾管道及喷雾孔设计方案；
图5：气垫炉气雾淬火喷嘴多边形喷雾管道及喷雾孔设计方案；
1-淬火区、2-带材、3-气雾淬火喷嘴、3a-气体喷嘴、3a1-两侧喷口、3a2-支撑板、3a3-中心喷口、3a4-喷口内撑、3a5-肋板、3b-水雾喷嘴、3b1-水雾管道、3b2-水雾喷口、4-淬火风机、5-配风管道、6-调雾装置、7-气力输送风机、8-水雾发生器、9-气力输送管道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
实施例一：
如图1、图2、图3所示，一种气垫炉气雾协同淬火系统，包括淬火区1、淬火风机4及调雾装置6，淬火区1内布置有上下对称或交错布置的气雾淬火喷嘴3，带材2悬浮于上下气雾淬火喷嘴3之间。气雾淬火喷嘴3由气体喷嘴3a和水雾喷嘴3b组成，其中气体喷嘴3a通过配风风道5连接在淬火风机4出口处，水雾喷嘴3b通过气力输送管道9连接在调雾装置6出风口上。
调雾装置6进风口接在气力输送风机7出口上，其内部设置有水雾发生器8。采用水雾发生器8调节水雾产生量，产生的水雾通过气力输送管道9送入水雾喷嘴3b内，用于调节带材2的冷却速率，气力输送速度设计为5m/s。水雾发生器8产生的水雾液滴平均粒径设定为30微米；
水雾喷嘴3b布置在气体喷嘴3a内侧，由并排设置的2组圆形水雾管道3b1构成，相邻水雾管道3b1中间留有狭缝，即为中心喷口3a2，喷口内设计气流速度约为30m/s；2组水雾管道3b1与气体喷嘴3a之间形成狭窄的气体流通通道，即两侧喷口3a1，喷口内设计气流速度约为40m/s；
水雾喷嘴3b由水雾管道3b1制作而成，通过支撑板3a2固定在气体喷嘴3a内侧折弯板上。水雾管道3b1上开有两派交错排列的圆形水雾喷口3b2，水雾喷口3b2开口方向与垂直带材方向夹角α取值范围为30°；
一种气雾协同淬火系统运行方法：
首选，开启淬火风机4，保持气雾淬火喷嘴3中的气体喷嘴3a正常运行，以形成满足淬火区带材2正常漂浮的条件；其次，按常规方法导入带材2，使其在上下气雾淬火喷嘴3的吹拂下稳定向前运行；第三，根据带材热处理工艺温度曲线的要求和加热区的升温能力，确定带材运行速度；第四，根据带材降温梯度确定带材需要达到的降温速率，由降温速率要求和带材运行速度，通过气垫炉配套的工艺设计计算软件得到降温所需的水雾量；第五，开启气力输送风机7；第六，调节水雾发生器8的功率，产生所需要水雾量；最后，水雾发生器8所产生的水雾由气力输送管道9送入水雾管道3b1，经水雾喷嘴3b与气体喷嘴3a的高速气流混合加速，吹至带材2表面并迅速蒸发吸热，带走带材内部热量，实现带材的可控降温过程。
实施例二：
实施例二同实施例一类似，不同之处在于：
如图2所示，上下侧气雾淬火喷嘴分别选用不同的形式，联合使用。
实施例三：
实施例三同实施例一类似，不同之处在于：
如图3和图5所示，水雾管道3b1设计为四边形，水雾喷口3b2开在顶面上，水雾喷口3b2为交错布置的槽孔形状。
实施例四：
实施例四同实施例一类似，不同之处在于：
如图3和图5所示，水雾管道3b1迎风面设计近似为翼型前缘面，水雾喷口3b2开在背风面两侧，水雾喷口3b2为交错布置的圆形或槽孔形状。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种气垫炉气雾协同淬火系统，其特征在于：包括淬火区(1)、带材(2)、气雾淬火喷嘴(3)、淬火风机(4)、配风风道(5)、调雾装置(6)和气力输送管道(9)，淬火区(1)内布置有上下对称或交错布置的多个气雾淬火喷嘴(3)，带材(2)悬浮于上下气雾淬火喷嘴(3)之间；
所述气雾淬火喷嘴(3)由气体喷嘴(3a)和水雾喷嘴(3b)组成，其中气体喷嘴(3a)通过配风风道(5)连接在淬火风机(4)出口处，水雾喷嘴(3b)通过气力输送管道(9)连接在调雾装置(6)出风口上；
所述水雾喷嘴(3b)由水雾管道(3b1)制作而成，水雾管道(3b1)上开有多个水雾喷口(3b2)；
所述水雾管道(3b1)通过支撑板(3a2)、喷口内撑(3a4)或肋板(3a5)固定在气体喷嘴(3a)内侧折弯板上。
2.根据权利要求1所述的一种气垫炉气雾协同淬火系统，其特征在于：所述系统还包括气力输送风机(7)；所述调雾装置(6)进风口接在气力输送风机(7)出口上，其内部设置有水雾发生器(8)；水雾发生器(8)可调节水雾产生量，水雾通过气力输送管道(9)送入水雾喷嘴(3b)内，气力输送速度大于4m/s。
3.根据权利要求2所述的一种气垫炉气雾协同淬火系统，其特征在于：所述水雾发生器(8)产生的水雾液滴平均粒径不大于120微米。
4.根据权利要求1或2所述的一种气垫炉气雾协同淬火系统，其特征在于：所述水雾喷嘴(3b)布置在气体喷嘴(3a)内，与气体喷嘴(3a)之间形成的两侧喷口(3a1)作为气体流通通道，喷口内设计气流速度为15-80m/s。
5.根据权利要求1所述的一种气垫炉气雾协同淬火系统，其特征在于：所述水雾管道(3b1)上的相邻水雾喷口(3b2)排列方式为交叉错排。
6.根据权利要求1所述的一种气垫炉气雾协同淬火系统，其特征在于：所述水雾管道(3b1)设置为圆管形状，则所述水雾喷口(3b2)开口方向与垂直带材方向夹角α取值范围为0～45°。
7.根据权利要求1所述的一种气垫炉气雾协同淬火系统，其特征在于：所述水雾喷口(3b2)由并排设置的多组水雾管道(3b1)构成，则相邻水雾管道间留有狭缝，作为中心喷口(3a3)，中心喷口内设计气流速度为10-50m/s。
8.一种气雾协同淬火系统运行方法，应用于权利要求1-7中任一权利要求所述的气垫炉气雾协同淬火系统，其特征在于：所述方法包括：
第一，开启淬火风机(4)，保持气雾淬火喷嘴(3)中的气体喷嘴(3a)正常运行，以形成满足淬火区(1)带材(2)漂浮的条件；
第二，按常规方法导入带材，使得带材在上下气雾淬火喷嘴(3)的吹拂下稳定向前运行；
第三，获取带材的运行速度和降温速率；
第四，根据所述带材的运行速度和降温速率，确定带材降温所需的水雾量；
第五，开启气力输送风机(7)；
第六，调节水雾发生器(8)功率，产生所需的水雾量；
最后，水雾发生器(8)所产生的水雾由气力输送管道(9)送入水雾管道(3b1)，经水雾喷嘴(3b)与气体喷嘴(3a)的高速气流混合加速，吹至带材(2)表面并蒸发吸热，带走带材内部热量，实现带材的降温过程。
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