CN114026259B - 用于将气体吹送到行进条带的表面上的冷却装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于将气体吹送到行进条带(2)的表面上的气体吹送器装置(1)，该气体吹送器装置包括：中空箱形式的集气室(3)，该集气室用于容纳气体并且包括两个侧表面(31)、后表面(32)、以及与后表面(32)相反的前表面(33)，前表面(33)呈现有在前表面(33)处突出的多个管状喷嘴(4)并且具有在使用中面向行进条带(2)的气体出口孔口，所有的出口孔口优选地在平行于条带平面的平面中；气体进气管(5)，该气体进气管用于为集气室(3)进送气体；其特征在于，所有的管状喷嘴(4)具有相同的长度，所述长度被定义为喷嘴的气体入口与气体出口之间的长度。

Description

用于将气体吹送到行进条带的表面上的冷却装置
技术领域
本发明涉及一种用于将气体吹送到行进条带、优选金属条带的表面上的冷却装置。本发明特别地涉及一种气体吹送器装置，该气体吹送器装置允许在通过冷却装置的通道中获得改善的条带温度均匀性。
本发明特别地适用于涉及用于处理钢条带或铝条带的工业生产线的技术领域，在这些工业生产线使用至少一个冷却腔室，这些工业生产线比如是热处理生产线或涂覆生产线、特别是连续退火生产线或电镀生产线。
背景技术
在热处理生产线或涂覆生产线中、以及在金属条带必须被冷却的其他领域中，已知使用气体吹送器装置将气体吹送到行进金属条带的一个或两个面上，以便冷却所述金属条带。此外，为了始终获得较好的成品，一直需要改善行进条带的稳定性和温度均匀性。
在车辆制造中减少CO2的推动下，钢生产商和汽车设计者要求非常高强度的钢，从而允许既减轻车辆的重量，又具有一定的塑性伸长。实际上，目前的市场需要具有完全马氏体等级以及复杂相和淬火的钢、以及分割结构。此外，必须严格限制钢合金元素，以确保可靠的点焊，而且降低钢制造成本。在这些条件下，需要提供高冷却速率直至马氏体起始温度(Ms温度)、以及过程结束时的精确且均匀的温度，因为上述等级要求只有一部分奥氏体转变为马氏体。
还众所周知的是，气体冷却要求在条带表面上的高水平湍流，以减小边界层的厚度。这意味着每平方米的被吹送气体的量及其速度应随着期望的冷却速率而增加。因此，循环冷却气体所需的电消耗高，这对运行成本具有影响。
例如，在连续退火生产线中，冷却条带的传统方式是使用喷嘴在条带上驱动冷气体。主要地，现今的气体吹送器装置包括两个中空箱或集管，每个箱或集管设置有指向条带的面的多个喷嘴。喷嘴可以是设置在箱中的槽，或者是倒圆的管状喷嘴。这些喷嘴也可以具有各种形状，不仅是严格意义上的“倒圆的”，而且也可以是方形的或甚至是更奇特的形状。
还众所周知的是，对于限定的传热系数，管状喷嘴需要较少的能量(由气流与入口压力的乘积估计)。
文件US 2011/018178 A1公开了一种装置，该装置包括至少一个分配腔室，该至少一个分配腔室具有用于提供多股气体射流的管状喷嘴。该文件的目的是提供一种系统，该系统用于通过吹送气体或水/气体混合物来对行进条带的温度起作用，在经过冷却或加热区域的通道中引起条带的有限振动，即使在高吹送压力下也是如此。喷嘴被布置成使得气体射流对条带的表面的冲击分布在二维网络的节点处，并且射流对条带的一个面的冲击不与射流对另一个面的冲击相反。气体或水/气体混合物的射流可以垂直于条带的表面，或者可以与条带的表面的法线形成角度。喷嘴在距分配腔室一定距离处延伸，其方式使得为返回气体或水/气体混合物在与条带平面平行的方向中的流动留有自由空间。
文件US 6,054,095 A描述了一种用于在连续条带热处理过程的竖直路径中冷却条带的冷却系统，其中冷却喷嘴设置在被布置成与条带的两个表面紧密相对的冷却集管的表面上。每个冷却喷嘴被倾斜，其方式使得射流的中心线相对于在条带表面上的位置处的法线倾斜。
文件EP 1 655 383 B1(提及一种由诸位发明人命名为
Figure BDA0003427171480000021
的装置)涉及一种方法和一种装置，用于改善钢或铝的热处理线的吹气冷却腔室或吹气冷却部段的冷却能力或质量、和/或通过减少冷却产生的振动来改善产品质量。气体或空气的射流被抛向在所述腔室或部段中移动的条带的每个面。气体或空气的射流从装配到管状喷嘴的吹气管中喷出，这些管状喷嘴横向于条带的运动方向彼此以一定距离进行布置，所述射流通过在与条带的平面和条带的运动方向垂直的平面中基本上朝向所述条带的边缘倾斜、以及在垂直于条带的平面和平行于条带的运动方向的平面中在条带的上游或下游倾斜而被导向条带的相关面。
由于每平方米金属板材的高流量，气体在撞击条带后的排出不得受到限制。如果不是这样的话，由于集气室与条带之间产生的压力，条带可能会颤动。为此，已经提出了多种不同的设计。特别地，文件FR 2 925 919 A1(以下命名为
Figure BDA0003427171480000022
)中提出的设计是非常有效的，并且允许显著地改善吹送器装置外部的气体侧向地沿循管之间的路径排出。结果表明，这种设计显著地降低条带的振动，同时也降低针对限定的热移除的电消耗。在文件FR 2 925 919 A1中公开的/>
Figure BDA0003427171480000023
设计是一种用于将气体吹送到行进条带的表面上的装置，该装置包括至少一个集气室(或中空箱)，该至少一个集气室装配有指向条带的面的多个管状喷嘴。在指向条带的面的一侧上，中空箱呈现外形P的表面，该外形沿至少一个给定方向关于垂直于条带的平面并且平行于条带的运动方向的中平面对称地变化。优选地，外形P根据横向于条带的行进方向的方向而变化，并且从条带看是凸的，以便有利于被吹送气体的均匀横向速度。更优选地，外形P是二面角外形，但是更一般地可以是具有倒圆的侧面的凸外形。喷嘴在其根部处紧固到变化的外形的表面，其方式为它们各自的轴线在连接点处基本上正交于所述变化的外形。此外，喷嘴具有各自的长度，这些长度被选择为使得出口孔口位于基本上平行于条带的平面的公共平面中。
在
Figure BDA0003427171480000031
的设计中，针对限定的热移除的低条带振动水平与供应各种管的集气室的总体设计以及选定的管长度有关。通过这样的设计，由于可用的高截面，气体可以不受限制地侧向地逸出。此外，由于气流对钢条带的倾斜冲击，气体吹送遵循非常稳定的路径。如果气体垂直于板材被吹送，由于情况完全对称，流动变得不稳定。因此，由于这两个特征，集气室与条带之间产生的压力非常低且不波动。这使得条带振动的激励源消失。
不幸的是，一些实验表明这种装置存在许多缺点。当在退火后用于将条带冷却直至500℃-150℃时，
Figure BDA0003427171480000032
显示出条带较差的温度均匀性以及有限的冷却能力。在条带的宽度上观察到高于10℃的温度差异。关于冷却速率，在5％H2混合在惰性气体(通常为N2)中的情况下，在1mm的厚度上可以达到最高60℃/秒。还观察到，边缘的冷却速率低于中心的冷却速率，这导致边缘处的温度比条带的中心处的温度高。这进一步导致条带的宽度上的张力不均匀，因为热的部分比冷的部分长。因此，边缘可能更容易振动，因为它们具有非常低的张力，此外由于长度差异，它们形成波浪形状。此外，波的振幅随着条带的宽度上的温度差异而增加。
发明目的
本发明旨在提供一种气体吹送器装置，该气体吹送器装置不存在上述现有技术系统的缺点，并且优化吹送的热和气流方面两者，同时最小化条带在行进期间的振动。
特别地，本发明旨在提供一种气体吹送器装置，该气体吹送器装置适用于在制造最新的非常高强度钢、需要非常高的冷却速率的情况下的退火生产线。
特别地，本发明的目标是允许在通过冷却装置的通道中获得行进条带的改善的温度均匀性。特别地，本发明旨在提供一种冷却装置，该冷却装置允许沿条带的宽度获得改善的热梯度，同时保持被吹送气体最小化条带的振动的良好处置，以便获得更好的成品和有限的电消耗。
发明内容
本发明首先涉及一种用于将气体吹送到行进条带的表面上的气体吹送器装置，该气体吹送器装置包括：
-中空箱形式的集气室，该集气室用于容纳气体并且包括两个侧表面、后表面、以及与该后表面相反的前表面，该前表面具有凸型的外形、相对于与该条带的平面垂直的中平面对称，使得所述前表面的中间脊位于距该条带的平面的最小距离处，该前表面进一步呈现有在该前表面突出的多个管状喷嘴并且具有在使用中面向该行进条带的气体出口孔口，所有这些出口孔口优选地在平行于该条带平面的平面中；
-气体进气管，该气体进气管用于为该集气室进送气体；
其特征在于，所有这些管状喷嘴具有相同的长度，所述长度被定义为喷嘴的气体入口与气体出口之间的长度，使得这些管状喷嘴的根部或入口不可避免地位于该集气室内部。
根据本发明的优选实施例，该装置进一步由以下特征中的一个或由它们的适当组合来限定：
-该凸型的外形是二面角外形或带有侧向倒圆的侧面的外形；
-所述前表面的中间脊相对于该条带的行进方向平行或倾斜；
-该前表面的二面角外形的每个面的斜率具有角度，该角度介于相对于该条带的平面逐渐趋于0°的值与30°之间、优选地在5°与30°之间、且更优选地在5°与15°之间；
-该前表面的二面角外形的每个面的最小斜率为5毫米/米；
-这些喷嘴在没有连接的情况下穿过该前表面内的孔口，并且具有连接到该集气室内的内部连接板的根部；
-在该前表面处突出的这些喷嘴具有的纵向轴线朝向该装置的外部倾斜；
-这些喷嘴具有的纵向轴线在该二面角外形的同一侧上相互平行；
-这些喷嘴具有的纵向轴线垂直于该二面角外形的同一侧；
-这些喷嘴具有的纵向轴线关于该二面角外形的同一侧的法线倾斜；
-相邻喷嘴之间的间距介于50mm与200mm之间、优选地在50mm与140mm之间；
-这些喷嘴的直径介于10mm与25mm之间、优选地在10mm与16mm之间；
-根据该集气室的宽度，这些喷嘴的长度介于150mm与600mm之间、优选地在250mm与450mm之间；
-相邻喷嘴与该集气室的相交部之间的间距是可变的，以便在该条带上具有气体冲击点的恒定节距；
-这些喷嘴是管状的，并且所述喷嘴的入口孔口存在带有圆锥形扩口孔的自由端；
-这些喷嘴的纵向轴线相对于凸的前表面正交；
-这些喷嘴的纵向轴线相对于该行进条带的平面正交；
-该集气室沿其宽度使用分隔板被分成不同的部段，以便允许调节所述部段中的每一个中的气体流量；
-该集气室包括加强或加固部，以限制该集气室几何形状由于吹送气体的内部压力引起的变化。
本发明还涉及一种冷却设备，该冷却设备包括两个如上公开的气体吹送器装置，其特征在于，在使用中，该条带在两个气体吹送器装置的集气室之间行进，使得气体被同时吹送到该行进条带的两个面上。
附图说明
图1示意性地表示了现有技术的普通气体吹送装置(比如
Figure BDA0003427171480000051
)，
图2和图3示意性地表示了根据本发明的冷却装置的特定实施例，该冷却装置旨在将气体吹送到行进条带上。
在附图中，金属条带的行进方向垂直于附图的平面。
附图标记
1 冷却装置(气体吹送装置)
2 条带
3 集气室(或冷却集管、中空箱)
31 集气室的侧表面
32 集气室的后表面
33 集气室的前表面
34 前表面的中间脊
4 喷嘴
5 吹送气体进气管
6 分隔板
7 内部连接板
本发明优选实施例说明
在详细的模拟和分析后，诸位发明人发现在
Figure BDA0003427171480000052
设计的冷却部段的出口处的不均匀条带温度的问题是由于喷嘴长度的变化引起的。对于集气室中的限定的压力，质量流量随管长度而减少。这意味着，对于相同的集气室压力，中心喷嘴具有的雷诺数高于位于边缘处的喷嘴的雷诺数。因此，条带的边缘处的冷却效率比中心的冷却效率差。
本发明允许避免冷却部段的出口处条带温度的不均匀性。为此，且如图2和图3所展示，本发明的冷却装置1包括多个喷嘴4，该多个喷嘴设置在供应有气体的集气室3中、具有相同的长度，所述集气室如
Figure BDA0003427171480000061
中那样进行设计。
根据优选实施例，本发明的集气室3呈中空箱形式，包括两个侧表面31、后表面32和前表面33。后表面32连接到吹送气体进气管5，并且与后表面32相反的前表面33设置有多个喷嘴4。
前表面33被认为是有效表面，因为它面向行进条带2。一般地，在本发明的范围内，将考虑任何凸表面，以便向被吹送气体提供更均匀的横向速度。通常，此表面33可以呈现简单的二面角外形，所述外形优选地根据相对于条带的移动方向的横向方向来考虑(该外形也可以相对于条带的移动方向来考虑)。二面角外形是对称的并且具有凸型，使得此表面33的中间或中脊34对应于到条带2的平面的最小距离。这种特殊的几何形状允许由于改善的对高气体流量的处理而减少条带振动，这是因为气体可能由于可用的高截面而不受限制地侧向逸出。中(中间)脊34可以平行于条带的行进方向。然而，根据一些实施例，中脊34可以围绕条带的行进方向倾斜2度至3度。这样允许防止喷嘴与行进方向的任何对准。
根据本发明，如图2和图3中所展示，设置在前表面33中的多个喷嘴4具有相同的长度。以这种方式，在集气室的整个宽度上使用相同的管长度，这允许冷却效率在条带的中部中和边缘处基本上相同。这种设计使得冷却部段的出口处的条带温度均匀，因为当气体撞击条带时，质量流量是恒定的并且在装置的所有部件中雷诺数是相同的。
优选地，喷嘴4的出口孔口与行进条带2之间设置的距离在条带的整个宽度上必须相同。也就是说，喷嘴4的所有出口孔口可以位于基本平行于条带2的平面的公共平面中。如果要寻求任何补偿效果，情况也可能不是这样。这样于是有利于所述条带2行进时的良好稳定性，也有利于所述条带2中的温度均匀性。所有喷嘴孔口与条带2的平面之间的相等距离维持了吹送到条带2上的气体所施加的压力的均匀性。为了获得这种特定特征，结合前表面33的二面角外形并且结合喷嘴4的相同长度，喷嘴4可能必须穿过前表面33，如图2和图3中所展示。在
Figure BDA0003427171480000062
中、以及在现有技术的设备中，情况并非如此，在现有技术的设备中每个管状喷嘴经由其根部被紧固、特别是被焊接到集气室的外表面。
在一些实施例中，喷嘴4的纵向轴线的至少一部分在它们之间平行，此部分对应于例如位于二面角外形的同一侧上的所有喷嘴4。注意，在管状喷嘴的情况下，喷嘴的纵向轴线是圆柱轴线。在图2中所表示的实施例中，喷嘴4的纵向轴线相对于前表面33(且因此相对于二面角外形)正交。在图3中所表示的另一实施例中，每个喷嘴4的纵向轴线相对于行进条带2的平面正交，但是不与二面角外形的侧面正交。
在本发明的实施例中，优选地，喷嘴不被焊接到集气室3的外表面。在这种情况下，喷嘴穿过前表面33并且例如以直角紧固到内部板7。避免焊接到二面角外形使得制造更容易，因为在厚度通常约为4mm的板材上焊接壁厚通常约为2mm的管是非常复杂的。
优选地，前表面33的二面角外形的每个面的斜率具有角度，该角度介于相对于条带2的平面可能逐渐趋于0°的值与30°之间、优选地在5°与30°之间、且更优选地在5°与15°之间。
有利地，在冷却设备中提供两个集气室3，条带2可以在这两个集气室之间行进，使得气体可以被同时吹送到行进条带2的两个面上。优选地，两个集气室3具有各自的凸二面角形状的前表面33，并且关于条带2的平面对称。
根据一个实施例，相邻喷嘴4之间的间距或节距可以在50mm与200mm之间、优选地在50mm与140mm之间变化。然而，集气室4内的相邻喷嘴4的相交部之间的间距可以是可变的，以便保证条带上的气体冲击点的均匀节距。
提供管状的喷嘴4也是有利的。优选地，喷嘴直径介于10mm与25mm之间、且更优选地在10mm与16mm之间。优选地，根据集气室的宽度，管状喷嘴的管长度介于50mm与600mm之间、更优选地在250mm与450mm之间。需要一定范围的长度值来补偿集气室的倾斜形状。
优选地，每个管状喷嘴4的入口孔口存在带有圆锥形扩口孔(未示出)的自由端。鉴于压头损失的减少，这些特征提供显著的优点。
集气室3的宽度也可以使用分隔板6被分成不同的部段(参见图2)。然后，这些部段中的每一个的流量可以通过单独的风扇、或者在单个风扇供应的情况下通过节气门来调节。分隔板6也是有利的，以便增强结构。
集气室3还可以包括内部板7，该内部板如图2中所展示，除了附接喷嘴的作用(见上文)之外，该内部板还能够维持和硬化二面角外形的两个面(前面33)。
图3是设计的示例，该示例在使用包含15％H2的气体和60mm的喷嘴至条带距离时，允许达到650W/m2/°K的传热系数。外侧的管长度在前表面33的中心为100mm、在前表面33的边缘上为350mm，而所有的管长度是相等的。

Claims (24)

1.一种用于将气体吹送到行进条带（2）的表面上的气体吹送器装置（1），该气体吹送器装置包括：
- 中空箱形式的集气室（3），该集气室用于容纳气体并且包括两个侧表面（31）、后表面（32）、以及与该后表面（32）相反的前表面（33），该前表面（33）具有凸型的外形、相对于与该条带（2）的平面垂直的中平面对称，使得所述前表面（33）的中间脊（34）位于距该条带（2）的平面的最小距离处，该前表面（33）呈现有在该前表面（33）处突出的多个管状喷嘴（4）并且具有在使用中面向该行进条带（2）的气体出口孔口，所有这些出口孔口在平行于该条带平面的平面中；
- 气体进气管（5），该气体进气管用于为该集气室（3）进送气体；
其特征在于，所有这些管状喷嘴（4）具有相同的长度，所述长度被定义为喷嘴的气体入口与气体出口之间的长度，使得这些管状喷嘴（4）的根部或入口不可避免地位于该集气室（3）内部，这些管状喷嘴（4）在没有连接的情况下穿过该前表面（33）内的孔口，并且具有连接到该集气室（3）内的内部连接板（7）的所述根部。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该凸型的外形是二面角外形或带有侧向倒圆的侧面的外形。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述前表面（33）的中间脊（34）相对于该条带的行进方向平行或倾斜。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，该前表面（33）的二面角外形的每个面的斜率具有角度，该角度介于相对于该条带（2）的平面逐渐趋于0°的值与30°之间。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，该前表面（33）的二面角外形的每个面的斜率具有角度，该角度介于相对于该条带（2）的平面5°与30°之间。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，该前表面（33）的二面角外形的每个面的斜率具有角度，该角度介于相对于该条带（2）的平面5°与15°之间。
7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，该前表面（33）的二面角外形的每个面的最小斜率为5毫米/米。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，从该前表面（33）突出的这些喷嘴（4）具有的纵向轴线朝向该装置的外部倾斜。
9.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，这些喷嘴（4）具有的纵向轴线在该二面角外形的同一侧上相互平行。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，这些喷嘴（4）具有的纵向轴线垂直于该二面角外形的同一侧。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，这些喷嘴（4）具有的纵向轴线关于该二面角外形的同一侧的法线倾斜。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，相邻喷嘴（4）之间的间距介于50 mm与200mm之间。
13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，相邻喷嘴（4）之间的间距在50 mm与140mm之间。
14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，这些喷嘴（4）的直径介于10 mm与25 mm之间。
15.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，这些喷嘴（4）的直径在10 mm与16 mm之间。
16.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，根据该集气室的宽度，这些喷嘴（4）的长度介于150 mm与600 mm之间。
17.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，根据该集气室的宽度，这些喷嘴（4）的长度在250 mm与450 mm之间。
18.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，相邻喷嘴（4）与该集气室（3）的相交部之间的间距是可变的，以便在该条带（2）上具有气体冲击点的恒定节距。
19.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，这些喷嘴（4）是管状的，并且所述喷嘴（4）的入口孔口存在带有圆锥形扩口孔的自由端。
20.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，这些喷嘴（4）的纵向轴线相对于该凸的前表面（33）正交。
21.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，这些喷嘴（4）的纵向轴线相对于该行进条带（2）的平面正交。
22.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该集气室（3）沿其宽度使用分隔板（6）被分成不同的部段，以便允许调节所述部段中的每一个中的气体流量。
23.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该集气室（3）包括加强或加固部，以限制该集气室几何形状由于吹送气体的内部压力引起的变化。
24.一种冷却设备，包括两个根据权利要求1至23中任一项所述的气体吹送器装置（1），其特征在于，在使用中，该条带（2）在该两个气体吹送器装置（1）的集气室（3）之间行进，使得气体被同时吹送到该行进条带（2）的两个面上。
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