CN1327144A - 使热处理室在控制气体下安全工作的方法 - Google Patents

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Abstract

一种使热处理室安全工作在气体下的方法,所述室包括一个快速冷却金属带的室,该金属带利用若干个导辊从上游室运转到下游室,其中,快速冷却室充有氢含量高的气体,金属带利用至少一个压力平衡管和若干个位于各个室之间的气塞而被限制在快速冷却室中,室之间的气体压力利用控制气体流过气塞的速率的管子来进行平衡。

Description

使热处理室在控制气体下安全工作的方法
本发明涉及使热处理室在控制气体下安全工作的方法。尤其地，它涉及使处理室安全工作在含氢量高的气体下的方法。
根据本发明的另一个方面，它还涉及热处理设备，尤其地它涉及这样的一种热处理设备(如在用来进行连续热处理或者喷涂金属带的立式炉领域内所遇到的室)。
进行连续热处理的高炉如退火炉或者喷涂炉包括一个或者多个下面的区域：预热、加热、浸泡、慢速冷却和快速冷却。
这些区域中的每一个可以用精确的加热和冷却速度来加热该带、保持它的温度或者冷却它，并且以借助于与要处理的材料相一致的合金处理循环所限制出的精确次数来进行。
最近产生的新的钢牌号需要新的处理循环、用新的加热速度和冷却速度来形成。
这些新循环所规定的这种较高冷却速度可以借助于提高吹到带中的冷却气体的压力来得到，或者借助于优化吹风的几何形状来得到，从而得到最大的气体/带交换系数。用在含氢量较小的目前设备表明，冷却时所能得到的最大速度对于厚度为0.8mm的带而言大约为60℃/秒，如果超过这个速度，那么设备尺寸大小、风扇所吸收的功率和设备的费用变得太大，或者过大的气体吹动速度引起带的位置不稳定。为了得到这些冷却速度，还可以限制该作业线的速度，但是相应地，这限制了它的生产率，并且使得这个技术无利润。
为了提高冷却区域的性能，需要使用含氢量较高(最高达100％)的气体，从而大大地提高交换系数，该交换系数对于厚度为0.8mm的带而言可以产生大约80到200℃/秒或者更大的冷却速度，这些在标准作业线速度时适合于所得到的处理循环。
可以使氢的百分比浓度增加到这种值的该控制方法由于这种气体的特性(特别是这种气体的曝光性能)提出了主要问题；尤其地，在整个作业线中使用这种气体是不可能的，在该作业线中，与带的进入区域和出口区域内的空气接触将必然伴有该设备的操作安全性的主要危险。因此需要把利用较高的氢内含物来工作的区域限制到快速冷却区域中，并且使该区域与该作业线的邻近区域隔开，在这里减少的氢内含物足够用于处理过程并且确保了该作业线的工作安全性。
工作安全性一定得确保：
-在该作业线的标准或者稳定工作期间；
-在作业线速度或者带规格改变期间，或者当发生事故如作业线关闭或者带破裂时。
这些作业线的工作条件导致了室内的压力改变，该变化借助于大量膨胀或者含有大量氢的气体进行收缩被放大从而可以使气体从一个室流到另一个室。这改变了气体的成分，并且如果没有控制含氢量较高的区域，那么必然伴有很大的危险。
得到这种冷却或者加热速度增减率的操作方法形成了本申请人所提交的法国专利申请No.2746112的主题。
借助于实现本发明目的的方法和实现这种方法的设备所提供的解决方案相应地解决了这些安全问题，同时符合有关气体交换控制的需要。在这个作业线处于标准工作期间、或者当它的速度变化时或者要处理的带规格变化时、或者当发生生产事故时(如作业线关闭或者带破裂时)，这些需要还可以优化热处理设备的操作，并且减少了控制气体(特别是氢)的消耗。
因此，本发明涉及一种能使热处理室安全工作在气体下的方法，所述室包括用来快速冷却金属带的室，该金属带借助于若干导辊从上游室运转到下游室，该方法的特征在于，借助于至少一个压力平衡管和若干气塞的帮助使所述带限制在快速冷却室内，其中气塞设置在各个室之间，借助于控制流过所述气塞的气体流动速度，这些室之间的气体压力借助于压力平衡管来平衡。
参照示出图解性实施例(这些实施例没有任何限制性特征)的附图，从下面所给出的描述中可以看出，本发明的其它特征和优点是显而易见的。在这些附图中：
图1是实施本发明方法的热处理设备的第一实施例的侧视图的剖视图。
图2是实施本发明方法的热处理设备的第二实施例的侧视图的剖视图。
图3是实施本发明方法的热处理设备的第三实施例的侧视图的剖视图。
图4是实施本发明方法的热处理设备的第四实施例的侧视图的剖视图。
图5是实施本发明方法的热处理设备的第五实施例的侧视图的剖视图。
图6是实施本发明方法的热处理设备的第六实施例的侧视图的剖视图。
图7是实施本发明方法的热处理设备的第七实施例的侧视图的剖视图。
图8是与图7相同的视图，它示出了本发明的变型。
根据实施本发明方法的热处理设备的第一实施例(参照图1)，这个设备包括用来连续处理金属带1的立式炉，该金属带1在导辊3上方从上游室2运动到下游室7。
用5表示的快速冷却室配置有现有技术的冷却装置(在图中未示出)，从而把气体吹到带表面。
借助于公知技术的密封装置4a和4b(如气塞、具有瓣阀(f1ap)的气塞、具有滚子的气塞、气帘或者其它装置)把快速冷却室5从上游室2和下游室7中分开。
根据本发明的一个有利特征，这个特征是，把用来进行热处理、特别如快速冷却的一部分带限定在管子6内。管子6设置在快速冷却室5内，并且充满了具有较高含氢量的控制气体。
根据本发明的另一个有利特征，设置在冷却室5内的管子6还可以确保室2和7之间可以连通，从而平衡压力。
借助于通过气塞4a和4b来控制气体的泄漏率使含量高、特别是含氢量高的室5内保持压力。
含氢量高的这种泄漏可以在室2和7的气体中得到稀释，从而起着为这些室充满氢的作用。
气体喷射被限制在这部分高炉内从而充满该区域5，而区域2和7借助于控制气塞4a和4b的泄漏流速来充满。
借助于传感器和调节装置来控制室2、5、6和7的氢压力和含量，而该调节装置调节气体充满量从而把各种室内的各种气体的这些压力和成分保持在所需要的值上。
根据实施本发明方法的热处理设备的第二实施例(参照图2)，这个设备不同于图1所示的在于：快速冷却室5暴露于控制气氛中，并且还包括金属带的上升运转和下降运转。
这个结构意味着，气塞4a和4b必须放置在同一高度上，从而使气塞的上游和下游处的气体压力相同(相同的气柱气量)。把冷却设备配给到一个或者两个运转上，或者沿着带的第二运转安装不同的或者辅助加热-冷却设备。
为了在气塞4a和4b处平衡密封室5内的气体压力，把平衡管8加入到该设备中。
以与热处理设备的第一实施例相同的方法，管子6封闭了密封室5，从而绕着它形成了室，该室连接到室2和室7中。因此，管子6使这些室内的气体形成连通并且有助于平衡这些压力。
在图2中可以看到，含氢量较高的区域是死端，平衡管子6和8使得气塞4a和4b的两侧处于相同的压力下。这种布置限制了这个设备的区域5和邻近区域2和7之间的气体流动。这限制了在这些区域之间的气体流动的源，因此限制了为保持这种平衡所需要的充满气体、特别是氢的流动速率。
改善室5和邻近室2和7之间的气体分离的质量，从而可以把更多的氢用在室5内，因此所得到的交换系数和冷却速率比现有技术中所得到的大得多。
接近设置在设备中心和管子8的上部处的零件9特别用于安装给带吹冷风的设备(管子、控制阀等)。如果这种结构允许，那么这个零件可以省去，然后该室5可以如图3所示一样来形成。
根据实施本发明方法的热处理设备的第三实施例(参照图4)，这个设备包括用来连续处理金属带1的立式炉，该金属带1在导辊3上方从上游室2运动到下游室7。
用5表示的快速冷却室配置有现有技术的冷却装置(在图中未示出)，从而把气体吹到带表面。
借助于公知技术的密封装置4a和4b(如气塞、具有瓣阀(f1ap)的气塞、具有滚子的气塞、气帘或者其它装置)把快速冷却室5从上游室2和下游室7中分开。
如图4所看到的一样，密封气塞4a和4b分别水平地设置在快速冷却室5的上游处和下游处，并且使得沿着接近水平的方向限制出管子6是可能的，而该管子6使邻近室2和7连通，因此如前面实施例的情况一样有利于平衡这些室内的气压。
同样地，借助于平衡管子8的帮助可以实现气塞4a和4b与室5的下部之间的连通。
如第二实施例的情况一样，并且如果用来把气体吹到带表面的元件的结构允许这样，那么带的上升运转和下降运转可以结合在单个室内，如图3所示。
根据实施本发明方法的热处理设备的第四实施例(参照图5)，这个设备包括用来使冷却室内的含氢量较高的气体安全的装置。为此，这个设备包括用来平衡处理作业线中的室内各个位置之间的压力的三个管子。
含氢量较高的室5安装有第一平衡管子8，从而在隔开的气塞4a和4b处保持相同的压力。第二平衡管子10用来把这些气塞的压力保持在相同大小上。
最后，第三平衡管子6可以使上游室和下游室2和7的压力保持相同大小并且气流在这些上游区域和下游区域之间可以进行自由循环，而不会扰乱气塞和含氢量较高的室5的压力状态。
可以连续地测量各个室内的压力和内含物、特别是氢压力和氢内含物，在这些室内可以充满合适的气体，从而使氢压力和内含物保持不变。在每个区域或者在压力平衡管内可以形成用来排出气体的位置，从而可以在两个区域之间排出干扰其内气体的附加流(parasitic f1ow)。
在喷射氮从而重新产生含氢量较低的气体之后，从含氢量较高的室中所排出的气体可以在该作业线之外进行处理或者可以直接用在这个作业线中。这个过程可以使这个作业线所消耗的氢总量明显减少。
根据实施本发明方法的热处理设备的第五实施例(参照图6)，这个设备的设计与图5所示的相同(它具有三个压力平衡管)，但是不同之处在于：它包括使从含氢量较高的室排出的气体可以进行再循环的装置。
第一管子11a和11b连接到用来排出含氢量较高的气体的位置上，该位置最好设置成邻近气塞4a和4b。排出装置(例如风扇12a和12b)输送所述气体，并且通过第二管子16a和16b把它送到区域13a或者13b中从而排出到设备外部，或者把它输送到区域14a、14b中从而使它与充满(top-up)的气体混合物(特别是氮)进行稀释，从而得到这样的气体：该气体的含氢量被降低到与上游区域2和下游区域7的含氢量相一致的值，在这些区域中，稀释过的气体喷射位置定为15a和15b。
应当明白，采用这些气体再循环装置是为了在室5的各个位置处或者气塞4a和4b的各个位置上能够收集含氢量较高的气体流，从而在室5和邻近室2、7之间限制气体交换。
再循环装置还可以回收含氢量较高的气体流从而把它们稀释到与上游和下游区域的气体相一致的值上。
这些回收的气流在各个位置处可以喷射到该设备的上游或者下游区域中，从而保持它们的压力不变和限制充满气体流喷射到该设备中，从而有利于使该设备安全，同时减少这个作业线所消耗的含氢总量。
一方面，这些再循环装置可以确保含氢量较高的室5的气体与邻近室的气体分离开，另一方面，可以回收所排出的有关气流。
因此，包括该作业线处于瞬时工作期间在内，可以保持快速冷却室5处于压力不变。一方面，回收所排出的气流可以限制充满流(top-up flow)该充满流是借助于生产控制元件来进行输送，另一方面，在所述作业线进行工作期间可以减少生产这种气体的费用。
这些再循环装置还可以省去安装在该作业线上的气体混合控制元件，该控制元件借助于把氢喷射到快速冷却区域5中及借助于排出装置12a、12b和混合装置14a、14b来取代它，从而可以：
-回收从这些区域的各个位置中所排出的气流；
-把它们稀释到较低含氢量，从而可以重新喷射到该设备的其它区域中。
因此可以实现气体在快速冷却区域5内的分离，而不会损失从各个区域中排出的气流。这减少了该设备的操作费用。
根据实施本发明方法的热处理设备的第六实施例(参照图7)，这个设备总体上与前面的那些相同，其区别在于：它具有一个气压平衡室17。
气塞4a和4b和它们的压力平衡管6充分延伸从而构成这个气压平衡室17，后者一方面借助于气塞19a和19b与含氢量较高的室5分开，另一方面它借助于气塞18a与上游室分开及借助于气塞18b与下游室7分开。压力平衡管6把上游室和下游室连接在一起。气体排出、稀释和再喷射装置与第五实施例中所描述的一样，并且以12、13、14、15和16示意性地表示。
室17的容积可以减少室5与上游室2和下游室7之间的压力变化，并且借助于气体喷射装置或者排出装置来补偿这些压力变化。
根据实施本发明方法的热处理设备的第七实施例(参照图8)，如果处于含氢量较高的气体作用下的室设置在作业线的端部并且在下游处没有其它室，那么这个设备总体上与第六种设备(参照图7)相同，其区别在于：下游室被省掉了，并且带21的出口设置在室2内从而使它与氢浓度较高的区域相隔开。
上面所描述的本发明具有许多优点：
-含氢量高的室与邻近室分开使得借助于安装压力平衡管子来限制在这些室之间的气体流动或者混杂成为可能；
-在该作业线的工作条件发生变化期间或者在生产事故期间，回收在设备的各个位置处所排出的气流可以使这些气流重新喷射到该作业线中，因此减少了各种类型气体的设备的消耗；
-由于可以更好地控制含氢量较高的室的隔离，因此可以使用大于50％的H2浓度，最好是75％，因此可以提高交换系数，从而得到迄今为止借助于现有技术所公知的设备所不能实现的冷却率；
-借助于减少该作业线的氢消耗来实现减少带的处理费用；
-在生产事故期间，补偿这些室内的压力差可以减少该作业线的各种室内的气体进行混杂；
-借助于保持各个室内的气体/带交换系数可以得到质量更好的处理产品，这是由于可以保持该作业线的各个区域内的氢浓度；
-省去了中心气体混合控制元件，并且用设置在设备中的混合元件来取代它，这可以使从区域5的密封装置中排出的、含氢量高的气流进行再循环，并且对它们进行稀释之后重新喷射到该设备的各个区域。
当然，应当知道，本发明不局限于上面所描述和示出的图示实施例，而是包括了它的所有变型。

Claims (8)

1.一种使热处理室安全工作在气体下的方法，所述室包括用来快速冷却金属带(1)的室(5)，该金属带借助于若干导辊(3)从上游室(2)运转到下游室(7)，其特征在于，借助于至少一个压力平衡管(6、8、10)和若干气塞(4a、4b、16a、16b、18a、18b)的帮助使所述带(1)限制在快速冷却室(5)内，而气塞设置在各个室之间，借助于控制流过所述气塞(4a、4b、16a、16b、18a、18b)的气体流动速度，这些室(2、5、7)之间的气体压力借助于管子(6、8、10)来平衡。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：位于邻近气塞(4a、4b、16a、16b、18a、18b)的排出点处，从含氢量较高的室(5)所排出的气体进行再循环，再循环装置(12a、12b)输送所述气体，并且通过管子(11a、11b、16a、16b)把它送到区域(13a、13b)，从而排出到该设备的外部。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：位于邻近气塞(4a、4b、16a、16b、18a、18b)的排出点处，从含氢量较高的室(5)所排出的气体进行再循环，再循环装置(12a、12b)输送所述气体，并且通过管子(11a、11b、16a、16b)把它送到区域(14a、14b)，从而使它与气体充满混合物(gas top-up mixture)进行稀释，从而得到这样的气体：该气体的气体含量、尤其是氢含量降低到与上游区域(2)和下游区域(7)的氢含量相一致的值。
4.如权利要求1到3任一所述的方法，其特征在于：在设备的上游区域(2)或者下游区域(7)的各个位置处喷射回收的气流，从而使它们的压力保持不变，并且限制气体充满流(gas top-up flow)喷射到该设备中。
5.如权利要求1到4任一所述的方法，其特征在于：在气塞(4a、4b、16a、16b、18a、18b)或者室(5)的各个位置上收集含氢量较高的气体流，从而限制气体在室(5)和邻近室(2、7)之间进行交换。
6.一种用来实现权利要求1到5任一所述方法的设备，其特征在于：它包括位于快速冷却室(5)的入口和出口之间的压力平衡管(6)。
7.一种用来实现权利要求1到5任一所述方法的设备，其特征在于：它包括位于设置在快速冷却室(5)的入口处的气塞(4a)和设置在所述室(5)的出口处的气塞(4b)之间的压力平衡管(8)。
8.一种用来实现权利要求1到5任一所述方法的设备，其特征在于：它包括位于气塞(4a、4b)之间的平衡管(10)。
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