CN114929940A - 包括湿式冷却在内的用于钢的热处理的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于快速冷却金属带材并且在该冷却之后去除带材上存在的残留物的方法和装置，其中所述残留物是在通过针对金属带材的非氧化性液体溶液和针对带材表面上存在的氧化物的剥离性液体溶液，或通过该液体溶液和气体的混合物冷却所述金属带材期间形成的。

Description

包括湿式冷却在内的用于钢的热处理的装置和方法

技术领域

本发明涉及板材产品的退火生产线和热浸镀锌生产线，更具体地涉及配备有非氧化性和剥离性液体冷却区段的连续生产线。它与冶金领域有关，并且涉及钢的热处理和化学反应。

本发明解决的技术问题

由于冷却梯度不足，配备有气冷的生产线无法覆盖所有具有高弹性极限的钢。实际上，通常通过将氮气和氢气的混合物高速吹到产品上而进行的气体冷却可以使1mm厚的钢带实现高达200℃/s的冷却速度。这相对于为获得新一代具有高弹性极限的钢尤其是马氏体钢的所需冶金结构所寻求的梯度是不够的，后者针对1mm厚的钢带通常需要在500℃/s和1000℃/s之间，实际上2000℃/s的冷却速度。

为了获得对新一代钢的热循环足够的冷却梯度，有必要通过将液体或液体和气体的混合物，例如氮气或氮气和氢气的混合物，喷射到带材上来进行液体淬火步骤。在冷却区段使用的流速和压力取决于要处理的钢的类型和要遵守的冷却梯度。冷却阶区段的出口处的带材温度通常在50℃和500℃之间。

然而，水冷引起表面氧化，所述表面氧化在大量存在时通常与随后的涂覆不相容。这种氧化对于高于575℃的所述产品的温度采取FeO、Fe₂O₃和Fe₃O₄的形式，并且对于低于575℃的产品温度采取Fe₂O₃和Fe₃O₄的形式。从那以后，在冷却和涂覆之间实施中间化学剥离区段变得有必要。所述化学剥离区段在投资和操作方面是昂贵的，并且它增加了装置的占用空间。

申请人的FR3014447和FR3064279描述了液体淬火方法，其冷却液对带材是非氧化性的，并且相对于带材表面上存在的氧化物，特别是由待处理的钢中所含的加入元素形成的那些，是剥离性的。该液体例如由软化水和甲酸的混合物组成。它可以通过喷嘴单独地或与气体一起，例如氮气或氮气和氢气的混合物，喷射到带材上。这些方法通过限制氧化物的形成和/或通过直接剥离已经能够在带材表面形成的那些，已证明它们在防止或减少产品表面处氧化物的存在方面的有效性。因此不再需要实施中间剥离区段。

然而，申请人注意到使用非氧化性和剥离性冷却液体导致残留物形成，例如甲酸盐或氢氧化铁，它们仍然存在于带材上。在退火生产线上，所述残留物对生产线出口处的带材提供颜色。它们可能会给金属板的后续使用带来问题，特别是对于旨在用于汽车市场的产品的磷化处理。磷化是喷漆过程的第一步。使金属板进行这种处理，以使随后施加的油漆层在长时段合适地粘附。如果磷化具有故障，则在车辆使用期间存在后续脱离/剥离/腐蚀的风险。良好磷化的条件是金属板应完全清洁，没有任何类型的污染。在浸镀锌生产线上，所述残留物可能是涂层粘附故障的源头，并使这与所寻求的质量水平不相容，特别是符合机动车辆金属板的要求的质量水平。因此，必须去除非氧化性和剥离性冷却液体的所述残留物，以使生产线出口处的带材的表面质量符合客户期望。

此外，与铁相比，新一代钢中存在的加入元素可能非常容易氧化，并污染产品表面，使其与镀锌不相容，因为它们阻碍了涂层的良好粘附。因此，即使在炉气氛具有非常低的露点例如–40℃时，也可以发现产品表面处MnO_x、SiO_x、BO_x、Mn₂SiO₄、MnAl₂O₄和MnB₂O₄的存在。与氧化铁不同，这些氧化物在炉内存在的气氛下不会被还原。这是由通常含有4％的氢气的氮气和氢气的混合物组成。在加热阶段期间添加预氧化可以限制带材表面处这些氧化物的存在。所述预氧化例如在直接火焰预热区段(DFF–直接火焰炉)中通过过量空气驱动的燃烧器进行。它也可以在辐射管加热区段(RTF–辐射管炉)中进行，例如在具有由N₂和O₂的混合物或者实际上N₂和H₂O的混合物组成的氧化气氛的专用室中进行，或通过另一种氧化气氛进行。在所述预氧化期间，在表面上形成氧化铁屏障，防止加入元素向表面迁移；氧气扩散到基体中并氧化这些元素，从而将它们阻挡在钢中。然后氧化铁在炉下游的区段中在还原气氛下被退火。因此，只有最初存在于表面处的加入元素的氧化物，以及已经能够向表面迁移的那些中的有限部分，存在于产品的表面处。

对于某些钢种，在预热或加热区段中进行选择性内部氧化是有利的。它与预氧化的区别在于它仅针对加入元素。它是通过在深处将源自表面的氧原子与加入元素的一些原子结合，从而导致氧化物沉积物形成而获得的。选择性内部氧化通常在专用室中进行，该专用室充分氧化以氧化加入元素，而不是铁。

与水冷相关的所述预氧化或所述选择性内部氧化并不是很重要，因为即使它限制了加热期间由加入元素在表面处形成氧化物，随后的液态水冷却会在表面处产生与浸镀锌法不相容的氧化铁。在这种情况下，将有必要在涂覆之前增加化学剥离区段。

总之，产品的预氧化或选择性内部氧化与湿式非氧化性和剥离性冷却相结合可以防止上述主要缺点。然而，它会导致在产品表面处形成残留物并导致较低的表面质量，例如后续涂层的粘附故障。本发明可以限制所述残留物的形成并处理/消除已经形成并且在液体冷却之后存在于带材表面处的那些。

背景技术

申请人不知道根据现有技术的任何解决了减少所述残留物形成的解决方案，特别是因为在生产中在工业生产线上还没有使用通过非氧化性和剥离性液体来冷却带材。

冷却后，钢种需要过时效处理。这具有使钢经受时效处理以使其从冷却出口处的冶金不平衡状态转变为稳定状态的作用。它是通过将带材在给定温度下保持足够的时间来获得的。根据钢种通常在300℃和600℃之间的过时效温度是要坚持的重要工艺参数。根据钢种，过时效温度下的维持时间通常在15秒到90秒之间。

冷却后，最好不要超过高于过时效温度的温度，所述温度引起钢的不希望冶金转变，这可能会冒着取消浸渍的冶金效果并降低带材的机械性能的风险。过时效室可以包括用于带材的加热装置以使所述带材达到过时效温度装置。在一个变型中，所述加热装置可以定位在过时效温度的上游。所述加热装置可以是快速将带材达到所需温度的感应器。此外，过时效室包括确保带材温度维持的辐射加热元件(火花塞、辐射管或电热带)。过时效室保持在由通常包含约4体积％的氢气的氮气和氢气的混合物组成的氢化气氛下。所述氢气含量可能不足以减少在典型过时效条件下存在于带材上的残留物，或者其可能需要提高过时效温度或延长过时效温度下的停留时间。

在退火生产线中，在过时效区段的出口处，带材冷却至环境温度。在镀锌生产线中，在过时效区段的出口处，根据过时效温度是低于还是高于涂覆温度，可以加热或冷却带材以使其达到涂覆温度。这可以通过浸渍来进行，即，通过将带材浸入包含形成要施加到带材上的涂层的金属或金属合金的浴中，或通过任何其他方式。涂层可以是锌、含锌合金或具有任何其类型。对于浸涂，涂层温度接近其所浸入其中的金属液浴的温度。

发明内容

根据本发明的第一方面，提出一种用于快速湿式冷却金属带材，使其可以限制在连续生产线的快速冷却区段的出口处的金属带材上存在的残留物的量方法，所述残留物是在通过对金属带材是非氧化性并且对带材表面处存在的氧化物是剥离性的液体溶液，或通过这种液体溶液和气体的混合物冷却所述金属带材期间形成的。可以限制带材上存在的残留物的量的方法的特征在于它包括包括快速水冷的第一步，然后是通过对带材是非氧化性的溶液进行快速湿式冷却的第二步。

由于残留物是在通过对带材是非氧化性的溶液进行快速冷却期间形成的，因此在进行水冷的第一步时降低其重要性是有利的。此外，在水冷的第一步期间，由于带材表面处存在具有限制带材氧化的作用的蒸汽膜，水与带材之间的接触受到限制。

根据本发明的第二方面，提出一种用于去除在连续生产线的冷却区段的出口处的金属带材上存在的残留物的方法，该残留物是在通过对金属带材是非氧化性并且对带材表面处存在的氧化物是剥离性的液体溶液，或通过这种液体溶液和气体的混合物冷却所述金属带材期间形成的，以使带材的表面与后续方法(镀锌、磷化、电镀锌等)相容。

根据本发明的方法包括通过使用氢气还原残留物而获得的去除残留物的步骤。

本发明中的“用于去除残留物的步骤”是指氧化剂与还原剂之间的氧化还原反应的还原步骤。

优选地，冷却的第一步将带材冷却到大于或基本等于莱顿弗罗斯特温度的温度。例如，温度在莱顿弗罗斯特温度和增加50℃的所述温度之间。

优选地，冷却的第二步将带材从小于或等于莱顿弗罗斯特温度的温度冷却。该特征允许与冷却结束相结合的带材表面的有效剥离。

对于在50℃至600℃之间的带材温度，还原残留物的步骤可以是15秒到300秒的持续时间。

还原残留物的步骤可以在炉气氛中存在的氢气含量下进行，即不对其进行增加。因此，例如，氢气含量可以保持在4％，其是现有生产线上经常使用的含量。为了获得残留物的有效还原，因此与在较高氢气含量下进行的氧化物的还原相比，有必要延长残留物还原步骤，或在所述步骤期间增加带材的温度，或两者的组合。

有利地，在金属带材处于其氢气含量按体积计为5％至100％、优选大于或等于10％的气氛中时进行残留物还原步骤。

对于残留物还原步骤，可以将其氢气含量按体积计为5％至100％、优选大于或等于10％的氢气或者氢化气氛吹到金属带材上。

吹到金属带材上的氢气或氢化气氛可以具有在500℃和800℃之间的温度。与通过在较低温度下吹入氢气或氢化气氛所获得的相比，吹入气体的所述高温允许还原残留物的步骤的更高有效性。因此可以减少还原步骤的持续时间和/或在所述步骤期间带材的温度。

根据一种可能性，在与金属带材接触时氢气或氢化气氛的吹入速度在10m/s和160m/s之间。

根据本发明的第一方面的用于去除残留物的方法可以进一步包括在布置在冷却区段前方的金属带材的预热区段、加热区段或保温区段中进行的带材表面的预氧化或选择性内部氧化的步骤。

根据本发明的第一方面的用于去除残留物的方法可以在具有用于在熔浴中浸涂金属带材的区段的连续生产线上实施，并且可以进一步包括在残留物还原步骤之后将金属带材加热或冷却到接近浴温的温度的步骤。

氢化气氛例如由氮气和氢气的混合物组成。

根据本发明的第三方面，提出连续处理线用于金属带材的用途，包括通过水或者水和气体的混合物快速冷却所述金属带材的第一步，和通过对金属带材是非氧化性的并且对带材表面处存在的氧化物是剥离性的液体溶液，或使用所述液体溶液和气体的混合物来快速冷却带材的第二步，所述用途进一步包括通过氢气还原残留物的步骤，所述残留物是在带材的快速冷却期间形成的。

根据本发明的第四方面，提出一种用于金属带材的连续处理线，包括用于通过将液体溶液或液体溶液和气体的混合物投射到金属带材上来快速冷却金属带材的区段，包括其中液体溶液为水的第一区域，沿带材行进方向的下游接着是第二区域，其中液体溶液对金属带材是非氧化性的并且对存在于金属带材表面处的氧化物是剥离性的，该生产线进一步包括在带材行进方向上的所述冷却区段的下游的用于还原在冷却期间形成并存在于带材上的残留物的区段，所述还原区段被设计为实施根据本发明的方面的去除方法，或其改进中的一种或多种。

还原区段可包括用于通过氢气还原残留物的装置，包括用于将氢气或氢化气氛吹到金属带材上以使金属带材暴露于其氢气含量为5体积％至100体积％的气氛和500℃和600℃之间的温度的装置。

用于还原残留物的区段可以包括在带材行进方向的入口处的快速加热装置，以使带材达到接近或等于开始还原残留物的化学反应的预定温度的温度。

当该区段中存在的用于加热带材的装置的功率不能使其快速达到该温度时，所述快速加热装置是必要的。实际上，如果加热装置的功率密度低，则必须将达到还原步骤所需温度所需的时间加到带材在该区段的停留时间中。在新生产线上，这将导致该区段长度的延长，并且在现有生产线上，这将导致带材速度的降低。

快速加热装置还使其可以限制带材被带到高于获得所需求冶金所需的温度的时间，从而限制不希望的冶金转变。

根据一种可能性，用于还原残留物的区段形成过时效区段的一部分。

用于还原残留物的区段可以包括将氢气或氢化气氛吹到金属带材上的装置。

根据一个实施方案，根据本发明的第四方面的生产线可进一步包括布置在金属带材的预热区段、加热区段或保温区段中的用于带材表面的预氧化或选择性内部氧化的腔室，所述区段沿带材行进方向定位在快速冷却区段的上游。

根据本发明的另一方面，提出一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括引导根据本发明的第四方面的生产线或其改进中的一种或多种执行根据本发明第一方面的方法的步骤或其改进中的一种或多种。

有利地，在带材处于其氢气含量按体积计大于或等于6％、有利地大于或等于7％、有利地大于或等于8％、有利地大于或等于9％、有利地大于或等于10％的气氛中时进行残留物的还原步骤。

根据本发明的一个实施方案，带材的热和冶金循环可以包括以下步骤中的一个或多个：

·在直接火焰区段DFF中进行带材的预热和预氧化，预氧化旨在在带材表面处形成一层氧化铁，从而限制存在于快速冷却上游的带材表面处的加入元素的氧化物的量。

·在氮气和氢气的还原气氛下，在两个辐射管区段RTF中加热和保温，以在快速冷却前获得所需的冶金，特别是所需的奥氏体比例。在所述加热和所述保温期间，存在于带材表面处的氧化铁逐渐被氢气还原。只要氧化铁层没有完全还原，它就防止加入元素向带材表面迁移。因此在快速冷却开始之前，直到保温结束才完全去除氧化铁层是有利的。如果在保温结束时保留氧化铁，则这些将在冷却期间被剥离。然而，其在保温结束时存在是不希望的，因为剥离产物会污染为冷却而喷洒的溶液。因此有必要更频繁地替换它，从而导致酸和软化水的消耗增加。由加入元素形成的氧化物自身在RTF中没有被还原。

·在冷却区段中使用非氧化性和剥离性液体浸渍，以获得所需的冶金，特别是使部分奥氏体转变为马氏体。所述非氧化性浸渍剥去表面处的可能对镀锌质量有害的氧化物，但会在带材上留下残留物。

·在感应加热区段中将带材重新加热到接近于用于还原带材上存在的残留物的反应的起始温度。

·在过时效区段的入口处，将氢气或氢化气氛吹到带材上以使其温度达到触发还原残留物的反应所需的温度。

·将带材冷却至过时效温度。

·保持在过时效温度下以固定冶金结构，在此期间清洁带材表面(消除浸渍期间形成的和在浸渍出口处存在于带材表面上的残留物)。

对于退火生产线，热循环然后包括将带材冷却至环境温度。

对于浸镀锌生产线，热循环然后包括：

·在感应加热区段或气体冷却区段中将带材重新加热或冷却至涂覆温度。

·通过热浸在锌浴中进行带材的涂覆。

·带材在冷却塔中的最终冷却。

对于锰的情况，以下列出了根据本发明的方法实施的氢气和残留物之间的反应的实例：

·(HCOO)₂Mn+H₂→CO+CO₂+H₂O+Mn

·(HCOO)₂Mn+H₂→2HCOOH+Mn

·HCOOH+H₂→H₂CO+H₂O(甲醛)

·H₂CO+H₂→CH₃OH(甲醇)

铁和其他加入元素也会产生类似的反应。

反应的有效性特别地由带材表面处的薄膜温度、氢气含量、气氛的露点、反应物之间的接触持续时间以及带材表面处的氢气或氢化气氛的流速决定。

为了简化本发明的描述，在下文中将考虑在过时效区段中进行残留物的去除。它也可以在专门用于此功能的区段中执行，特别是如果生产线不包括过时效区段。

根据本发明的一个实施方案，在具有大的过时效区段的生产线上，和/或当在高温下进行过时效处理时，在所述过时效区段中通过将此置于富含氢气的气氛中来实施根据本发明的方法。根据过时效区段中的带材的停留时间和温度，这种气氛具有在5％和100％之间的体积氢气含量。氢气含量优选大于或等于10％。根据在此较高浓度下消除残留物所需的带材的停留时间，整个过时效区段可以保持在这种较高的氢气浓度下，或者仅其一部分可以保持在这种较高的氢气浓度下。在这种配置中，除了通常存在于该区段上的那些之外，没有必要提供用于喷射氢气的特定装置。当过时效温度足以开始残留物还原的化学反应并且该区段中的停留时间足以有消除残留物所需的时间可用时，此解决方案是可行的。因此，本发明的该实施方案限于包括大过时效区段的生产线和/或允许高过时效温度的钢种。它在冷却结束时的温度等于过时效温度(如图4所示)或所述温度低于过时效温度时(如图5所示)同样适用。当温度较低时，首先使带材达到过时效温度，例如通过感应加热。

根据本发明的另一个实施方案，如果过时效温度不足以开始化学反应以还原残留物，则使带材或带材表面处的薄膜达到足以开始化学反应的温度，然后使其达到过时效温度或者返回到过时效温度。有利地，使带材达到足以在过时效区段的入口处开始化学反应的温度。所述较高温度和在该温度下可能的停留时间仅限于开始化学反应所必需的那些，以便不影响带材的冶金和机械性能。关于前面的实施方案，在过时效区段中增加了氢气含量以促进残留物还原。

如图4和6所示，当钢的冶金不需要将带材冷却到低于开始残留物还原的化学反应所需的温度时，有利地在该温度停止带材的冷却。如图5和7至9所示，当钢的冶金需要将带材冷却到低于开始残留物还原的化学反应所需的温度时，首先需要使带材或带材表面处的薄膜达到这个温度。如将在下文中看到的，可以使用根据现有技术的设备或通过根据本发明的专用设备来实现这种恢复到开始化学反应所需的温度。它可以逐步或分阶段实现。根据所应用的加热类型，它可以更快或更慢。

在本发明的说明书的其余部分中，将描述使带材或带材表面处的薄膜达到开始残留物还原的化学反应所需的温度的加热方式的两个实施例。可以使用未描述的其他方式。

使带材达到开始化学反应所需的温度的第一种加热方式是感应加热。它具有允许高功率密度以快速升温的优点。

使带材达到开始化学反应所需的温度的第二种加热方式是对流加热。它包括在高温例如800℃下将氢气或氢气含量在5％和100％之间并且优选大于10％的氢化气氛吹到带材上。该解决方案可以在带材表面处快速达到足以开始化学反应的薄膜温度，而无需使带材的整个厚度达到该温度。混合带材表面附近的气氛也可以加速化学反应。

在一个变型中，返回开始化学反应所需的温度分两步进行，第一步例如通过感应加热，第二步通过如前所述的吹气加热。

吹气装置可以例如包括喷嘴、狭缝、管或包含孔的板。为了简化本发明的描述，下面将仅讨论喷嘴的情况，而这绝不是限制性的。

吹气装置有利地定位在过时效区段的入口处。不过，它仍可以定位在该区段的任何点，对此，在过时效区段下游的剩余长度允许有足够的停留时间来消除残留物。吹气装置可以在带材的宽度上和带材的两个大面中的每一个上包括多个气体射流。射流可以被放置成彼此面对，或在带材的宽度和/或长度上偏移。

可以根据射流的张角以及喷嘴与带材之间的距离来选择同一排的两个喷嘴之间的间距，以覆盖带材的整个宽度，同时限制射流之间的覆盖。它通常可以在50mm和200mm之间。

根据带材的最大行进速度，可以在带材的每一面上放置多排喷嘴。两排喷嘴之间的间距是根据带材的最大行进速度来定义的。它通常可以在50和200mm之间。

射流可以基本上垂直于带材，或者它们在带材的流动方向(下游)或在与带材行进相反的方向(上游)上以可在1°和45°之间的角度倾斜。

优选地，从吹孔到带材的距离通常在40mm和200mm之间。

喷嘴的气体供应速率可以按照喷嘴排，按照喷嘴排对(所述对包括在带材的任一侧上彼此面对定位的两排)或根据任何其他配置来单独控制。

优选地，来自喷嘴的气体逸出速度在10m/s和160m/s之间，并且优选地在80m/s和130m/s之间。

吹到带材上的气体量可以特别根据其温度、其氢气含量、带材的行进速度和带材的薄膜温度来控制。它通常可以是0.5至15kg/m²的带材，例如1至3kg/m²的带材，对于10％氢气、800℃的混合温度、以100m/min行进的1m宽的带材和30s的过时效区段中的停留时间。

可以向喷嘴供应其温度通常在500℃和800℃之间的气体。吹到带材上的气体中的氢气浓度可以特别地与其温度和其吹入速度以及带材上的所寻求的薄膜温度相关联。气体的温度水平和吹入速度越高，它将越低。

吹到带材上的气体的温度导致主要通过对流与其进行热交换。可以控制吹入参数，例如气体温度，从而将吹入气体输入给带材的热量限制到使带材或者带材表面处的薄膜达到和/或保持在所需温度下所需的热量的量。控制过时效区段入口处或其上游的加热装置的加热功率，使得它们提供使带材达到或保持在所需温度下可能所需的附加热量的量。

吹到带材上的气体可以使用再循环风扇进行再循环，该风扇的吸入侧连接到过时效区段，并且其排放侧连接到喷嘴的供应。再循环回路可以包括用于控制气体温度(加热和/或冷却)以使气体在喷嘴排放口处达到所需温度的装置。过时效区段的气氛的部分更新可以连续进行，以在喷嘴排放口处保持所需的氢气浓度。该装置还可以包括使新气体进入该区段的至少一个新的喷射点，该气体在喷嘴的排放口处具有所需的氢气浓度，或具有可能高达100％氢气的更高浓度是可能的。

过时效区段的氢气含量，和/或任选地吹到带材上的气体的氢气含量，也是根据要处理的钢的类型和所寻求的涂层质量来选择的。氢气含量可根据容许的残留残留物量而降低。

根据待处理的钢中存在的加入元素的类型和含量，可能需要在如前所述的冷却上游的加热区段之一中添加预氧化步骤或选择性内部氧化。

附图说明

本发明的其他特征和优点将从阅读下面的描述中变得清楚，为了理解其，将对附图进行参考，其中：

图1是根据本发明的一个实施方案的竖炉镀锌线的纵向局部示意图；

图2是图1的快速冷却区段的放大图；

图3是根据本发明的变体的的快速冷却区段的放大图；

图4是示意性地示出了在带材快速冷却期间作为带材的温度的函数的在带材表面处的交换系数的变化的图；

图5是图1的感应加热区段105和过时效区段106的放大图；

图6是示出了根据本发明方法的第一实施方案的作为时间的函数的带材的温度的图；

图7是示出了根据本发明方法的第二实施方案的作为时间的函数的带材的温度的图；

图8是示出了根据本发明方法的第三实施方案的作为时间的函数的带材的温度的图；

图9是示出了根据本发明方法的第四实施方案的作为时间的函数的带材的温度的图；

图10是示出了根据本发明方法的第五实施方案的作为时间的函数的带材的温度的图；

图11是示出了根据本发明方法的第六实施方案的作为时间的函数的带材的温度的图；

图12是示出了针对镀锌生产线，根据图8所示的根据本发明的方法的第一实施方案的对于3种不同的过时效温度的作为时间的函数的带材的温度的图。

具体实施方式

由于下面描述的实施方案绝不是限制，因此可以特别地设想本发明的变体，所述变体仅包括在下面以与所描述的其他特征隔离的方式描述的特征的选择，如果特征的这种选择足以提供技术优势或将本发明与现有技术区分开。该选择包括至少一个特征，所述特别优选地是功能性的并且没有结构细节，或如果结构细节中的一些单独足以提供技术优势或将本发明与现有技术区分开，则仅具有该部分。

在以下说明书中，具有相同结构或类似功能的元件将通过相同的附图标记来表示。

对于附图中的图1的示意图，可看到金属带材1在其中循环的根据本发明的一个实施方案的竖炉镀锌生产线的纵向示意局部视图。它依次地在带材的行进方向上包括在其中进行带材的预氧化的用于直接火焰预热的区段100、加热区段101、保温区段102、用于缓慢气态冷却的区段103、使用水性液体溶液进行快速冷却的区段104、用于感应加热的区段105、过时效区段106、炉出口区段107和浸镀锌区段108。

参考附图中的图4的示意图，可看到示意性地示出了在带材在区段104中快速冷却期间作为带材的温度的函数的在带材表面处的交换系数的变化的图。X轴示出带材的温度，Y轴示出交换系数。在该图中，从右到左读取带材冷却期间交换系数的进展。直到达到X轴上由字母L表示的温度，由于带材表面处存在蒸汽膜，带材的冷却以稳定模式进行。所述温度L是称为莱顿弗罗斯特的温度。从所述温度L开始并且直到带材达到X轴上由字母N标记的温度，带材的冷却以具有不稳定蒸气膜的过渡模式发生。因此，由于绝缘蒸汽层的破裂，交换系数显著增加。随后，从温度N直到冷却结束，这是在核状沸腾状态下进行的。

莱顿弗罗斯特温度是一个关键点，其取决于许多参数，特别是喷射的特征，诸如所投射的水的表面密度、水滴的速度和直径、喷嘴的网孔大小、喷嘴与带材的距离、流体的温度和类型。所述参数可以针对不同类型的喷射喷嘴通过实验确定，以形成适用于工业生产情况的表格。根据冷却的有效性，莱顿弗罗斯特温度的典型值在200℃和700℃之间。实验数据库使得可以了解与生产线的每个生产情况相关的莱顿弗罗斯特温度的确定。

参考附图中的图2的图，可看到图1的用于通过水性液体溶液进行快速冷却的区段104的放大图。它在入口处包括用于气氛分离的装置5，使其可以防止位于上游的缓慢气态冷却区段103的还原气氛被源自区段104的水蒸气污染。

在所述区段104中，通过设置在带材任一侧上的喷嘴3将液体或液体和气体的混合物投射到带材上来执行带材的冷却。所述冷却区段包括位于带材的两个不同绞线上的两个区域109、110。在所示实施例中，第一绞线下降，第二绞线上升。在一个变体中，第一绞线可能正在上升，第二绞线可能正在下降。

在区域109的下降绞线上，使用水或使用水和气体的混合物对带材进行冷却。区域109中的所述冷却可以使带材达到基本上等于莱顿弗罗斯特温度的温度。在区域110的上升绞线上，冷却是通过液体溶液或所述液体溶液和气体的混合物进行的，所述液体溶液对金属带材是非氧化性并且对带材表面处存在的氧化物是剥离性的。

气氛隔离气闸5布置在定位于区域109的下降绞线和区域110的上升绞线之间的水平绞线上。所述气闸防止区域110的非氧化性液体的蒸气进入区域109和污染存在于所述区域中的水蒸气。在所述气闸中提取的蒸气可以被冷凝，并且所获得的液体可以返回到用于区域110的冷却液体的再循环的回路中。

在气闸5的上游，气刀15使得可以限制带材从区域109带入区域110的水量。所述气刀15以高速将气体吹到带材上，以排出其上存在的水。通过限制水从区域109进入区域110，在区段110中使用的液体溶液的稀释受到限制。

每个区域109、110包括收集箱16，其使得可以在使用未示出的装置，特别是泵，在将水流返回到区域的喷嘴之前收集来自该区域的水流。

在气刀15之前的用于气氛分离的装置5定位在液体冷却区段104的出口处。这些使得可以防止下游感应加热区段105的还原气氛被源自区段104的蒸汽或沿带材携带的水污染。

参考附图中的图3，可看到根据本发明的变体的用于快速冷却的区段104的图示。其中，两个区域109、110布置在同一带材绞线上。所述绞线在所示实施例中下降，但它也可以上升。

感应加热区段105包旨在用于再加热带材的感应器2。过时效阶段106包括布置在所述区段的入口和出口处的其他用于气氛分离的装置5。

用于气氛分离的装置使得可以在每个区段中具有不同的气氛。因此，例如，过时效区段106的气氛可以包含20％的氢气，而布置在上游和下游的所述区段的气氛仅包含4％。用于气氛分离的装置可以是辊子类型的，具有一对面对面地定位在带材任一侧上或更远的辊子。有利地，它们包括两对辊子，并且在两对辊子之间进行敲击以增加气氛分离的有效性。

炉出口区段107包括上升绞线中的气体冷却室和下降绞线中的感应器6。根据过时效温度是高于还是低于带材浸入镀浴7中的温度，带材要么在冷却室中冷却，要么被感应器6加热。

参考附图中的图5的图，可以看到图1的示意放大图，其更详细地示出了用于感应加热的区段105和过时效区段106。所述两个区段包括形成所述区段的气氛的气体混合物的喷射点10、12和排放点11、13。过时效区段包括用于加热带材的装置8、14，所述装置旨在将带材或带材表面处的薄膜达到足以开始残留物还原的化学反应的温度，特别是当过时效温度足以满足此时。加热装置8例如是辐射的或感应的。它选自允许在短的长度上向带材进行大量传热的那些。确实必须能够使带材以限制带材在高于过时效温度的温度下的停留时间的这种方式快速达到开始化学反应所需的温度。加热装置14是对流的。它包括将高温下的气体吹到带材上，例如在800℃下。过时效区段可以仅包括用于加热带材的仅一个单个装置8、14。如果它包括两者，则加热装置8可以在带材的行进方向上定位在加热装置14下游，如图5所示，或定位在其上游。

过时效区段还包括用于冷却带材从而使其可以快速地使带材返回过时效温度的装置9。

参考附图的图6至12的图，可以看到示意性地示出的根据本发明的方法的应用实施例的作为时间的函数的带材的热循环的实施例。在这些图中，带材的温度在Y轴上，时间在X轴上。对于所有这些实施例，将考虑相同的带材规格和相同的带材行进速度。这些图的曲线从一个阶段开始，示出了在区段102中温度TM下的保持M结束，接着是在区段103中缓慢气态冷却RL到温度TRL，然后是在区段104中快速液体冷却RR到温度TRR、区段105中温度TO下的过时效处理O。

在图6的实施例中，钢种和所寻求的冶金结构不需要将带材冷却到过时效温度以下。以同样的方式，它们导致足以开始残留物还原的化学反应的过时效温度TO，并且过时效区段的长度使得带材在过时效区段中的停留时间足以消除残留物。带材在区段104中被冷却至过时效温度TO，并且在过时效区段106中通过该区段的加热装置例如辐射管将其保持在所述温度下。不涉及感应加热区段105。过时效区段的气氛具有适合所述钢和操作条件的氢气含量。其例如为10％，在上游区段105和下游区段107中为4％。

在图7的实施例中，钢种和所寻求的冶金结构需要将带材冷却到小于过时效温度的温度TRR。过时效温度TO仍足以开始残留物还原的化学反应，并且过时效区段的长度使得带材在过时效区段中的停留时间可以消除残留物。带材在区段104中被冷却到温度TRR。加热区段105的感应器使得可以将带材的温度升高回到过时效温度TO，并且在过时效区段106中通过该区段的加热装置将其保持在所述温度。

在图8的实施例中，钢种和所寻求的冶金结构导致不足以开始残留物还原的化学反应的过时效温度。然而，它们不需要将带材冷却到开始化学反应所需的温度TE以下。带材在区段104中被冷却到温度TE，例如400℃。不涉及感应加热区段105。温度TE下的阶段E限于开始化学反应所需的时间段，例如一分钟。根据带材的行进速度，所述阶段可以在带材进入感应加热区段105期间获得，其热绝缘防止带材冷却。如果带材在感应加热区段中的停留时间不足，则阶段E在过时效区段开始时结束。然后进行冷却RE以使带材达到过时效温度TO。具体取决于带材的规格、其移动速度以及TE和TO之间的温差，可以通过控制、尤其是停止布置在过时效区段入口处的加热设备来简单地获得冷却。如果这还不够，冷却装置9可以将带材冷却到温度TO。例如，所述装置包括将适当温度下的气体吹到带材上。然后通过该区段的加热装置将带材保持在过时效温度。

在图9的实施例中，钢种和所寻求的冶金结构导致仍不足以开始化学还原反应的过时效温度。此外，它们需要将带材冷却到开始化学反应所需的温度TE以下。带材因此在区段104中被冷却到温度TRR。感应加热区段105涉及将带材重新加热到温度TE。再一次，温度TE下的阶段E限于开始化学反应所需的时间段。

在图10的实施例中，钢种和所寻求的冶金结构需要将带材冷却到过时效温度TO以下。此外，当通过区段105的感应加热达到所述温度TO时，它们会导致不足以开始化学还原反应的过时效温度。带材在区段104中被冷却到温度TRR。加热区段105的感应器使得可以将带材的温度升高回到小于过时效温度TO的温度TI。在所述第一加热CI之后，第二加热CC可以使带材达到过时效温度。所述加热CC是通过图2中可见的装置14将热气体吹到带材上来进行的，例如在800℃下。这导致带材表面处的薄膜温度至少等于开始残留物还原的化学反应所需的温度TE，而带材的核心可以保持在较低的温度。因此没有必要使带材达到高于过时效温度的温度以开始这些反应。

图11的实施例与图10的实施例接近。不同之处在于过时效温度TO显著较低。第二加热CC也是通过装置14将热气体吹到带材上来进行的。这导致带材表面处的薄膜温度至少等于开始残留物还原的化学反应所需的温度TE，而带材的核心仅达到低于TE的温度TS，但在这种情况下，所述温度高于过时效温度TO。如图8的实施例一样，然后进行冷却RE以使带材达到过时效温度。

图12示出了根据镀锌生产线的过时效温度的三个热循环实施例。实线所示的第一实施例对应于图6的情况，即过时效温度T01低于带材必须浸入镀浴中的温度TI。带材在炉出口区段107中通过感应器6从T01加热到TI。对于这3个实施例，在离开镀浴后，冷却FC使带材达到环境温度。虚线所示的第二实施例对应于过时效温度T02等于带材必须浸入镀浴中的温度TI的情况。带材简单地通过炉出口区段107而不被加热或冷却。一连串十字形状所示的第三实施例对应于过时效温度T03高于带材必须浸入镀浴中的温度TI的情况。带材在炉出口区段107中从T03冷却至TI。这种冷却是通过将气体吹到带材上来进行的，例如氮气和氢气的混合物。

当然，本发明不限于上述实施方案，并且在不脱离本发明的范围的情况下，可以对所述实施方案进行多种改进。此外，根据各种组合，本发明的各种特征、类型、变体和实施方案可以相互关联，只要它们不是相互不兼容或排斥的。

Claims (13)

1.用于对在连续生产线上行进的金属带材(1)在所述生产线的区段(104)中进行的快速冷却和用于在所述生产线的区段(106)中去除在所述快速冷却期间形成的残留物的方法，其特征在于所述方法包括水冷或者使用水和气体的混合物进行冷却的第一步骤，接着是使用对所述带材呈非氧化性并且对所述带材的表面处存在的氧化物呈剥离性的液体溶液或者使用所述液体溶液和气体的混合物进行冷却的第二步骤，所述第二步骤导致在所述带材的表面处存在残留物，接着是通过用氢气还原所述残留物而获得的去除残留物的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述冷却的第一步骤将所述带材冷却到大于或等于莱顿弗罗斯特温度的温度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述冷却的第二步骤将所述带材从小于或等于莱顿弗罗斯特温度的温度进行冷却。

4.根据前述权利要求之一所述的方法，其中当所述金属带材(1)处于50℃至600℃的温度下并持续15秒到300秒的时间段时，执行所述去除残留物的步骤。

5.根据前述权利要求之一所述的方法，其中在所述金属带材(1)处于其氢气含量为5体积％至100体积％、优选大于或等于10体积％的气氛中时进行所述去除残留物的步骤。

6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在所述带材的预热区段(100)或所述带材的加热区段(101)或所述带材的保温区段(102)中进行的所述金属带材(1)的表面的预氧化或选择性内部氧化的步骤，所述区段(100、101、102)根据所述带材的行进方向布置在所述带材的快速冷却区段(104)上游。

7.根据权利要求1所述的方法，其在具有用于在熔浴(7)中浸涂金属带材(1)的区段(108)的连续生产线上实施，所述方法进一步包括在所述去除残留物的步骤之后加热所述带材的步骤或者冷却所述带材的步骤以使所述带材达到接近浴温的温度。

8.用于金属带材(1)的连续处理生产线，其包括用于快速冷却所述带材的区段(104)和用于去除在使用对所述带材呈非氧化性并且对所述带材的表面处存在的氧化物呈剥离性的液体溶液或者使用所述液体溶液和气体的混合物来冷却所述带材期间形成的残留物的区段(106)，所述快速冷却和去除残留物的区段能够实施根据权利要求1至7之一所述的用于冷却和用于去除残留物的方法。

9.根据前一权利要求所述的生产线，其中所述用于去除残留物的区段(106)包括在所述带材的行进方向上的入口处的快速加热装置(14)，以使所述带材达到接近或等于引发用于还原残留物的化学反应的预定温度的温度。

10.根据权利要求8或9所述的生产线，其中所述用于去除残留物的区段(106)形成过时效区段的一部分。

11.根据权利要求8至10之一所述的生产线，其中所述用于去除残留物的区段包括将氢气(14)或氢化气氛吹到所述金属带材(1)上的装置。

12.根据权利要求11所述的生产线，其进一步包括布置在所述金属带材(1)的预热区段(100)、加热区段(101)或保温区段(102)中的用于所述带材的表面的预氧化或选择性内部氧化的腔室，所述区段布置在所述快速冷却区段(104)在所述带材的行进方向上的上游。

13.计算机程序产品，其包括使根据权利要求8至12之一所述的生产线执行根据权利要求1至7之一所述的方法的步骤的指令。

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