DE69833424T2

DE69833424T2 - Verfahren und vorrichtung zum wärmebehandeln mittels gasstrahl

Info

Publication number: DE69833424T2
Application number: DE69833424T
Authority: DE
Inventors: HirohisałNippon Steel Corporation KAWAMURA; NorichikałNippon Steel Corporation NAGIRA; MutsuołNippon Steel Corporation SHIRAGA; JyunichiłNippon Steel Corporation HAYASHI; YoshihirołNippon Steel Corporation SERIZAWA; MasanoriłNippon Steel Corporation SHIMADA; KouichiłNippon Steel Corporationł46- WAKI; HisamotołNippon Steel Corporation WAKABAYASHI; KeijiłNippon Steel Corporationł46-59 OOGUSHI
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2018-03-14
Also published as: WO1998041661A1; KR20000011032A; BR9804782A; CN1219206A; CN1083896C; KR100293139B1; EP0911418A1; EP0911418A4; EP0911418B1; DE69833424D1; TW404982B

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Wärmebehandlungsverfahren und eine Wärmebehandlungsvorrichtung zum Erwärmen, Abkühlen oder Trocknen eines Stahlbands durch Blasen eines Gasstrahls auf das Stahlband.
HINTERGRUND DER TECHNIK
Herkömmlich ist eine Wärmebehandlungsvorrichtung zum Erwärmen oder Abkühlen eines Stahlbands durch Blasen eines Gasstrahls auf das Stahlband vorgesehen. Da aber Gas als Wärmemedium zur Durchführung der Wärmeübertragung in einer herkömmlichen Wärmebehandlungsvorrichtung verwendet wird, ist der Wärmeübertragungskoeffizient α gering. Daher kann die herkömmliche Wärmebehandlungsvorrichtung nicht unbedingt eine ausreichend hohe Leistung bereitstellen, so daß ein Bedarf an hoher Erwärmungs- oder Abkühlungsgeschwindigkeit, die aus metallurgischer Sicht erreicht werden muß, nicht erfüllt werden kann. Beispielsweise wurde von den Erfindern eine in der JP-B-2-16375 offenbarte Abkühlungsvorrichtung zum Abkühlen eines Stahlbands durch Blasen eines Gasstrahls auf das Stahlband vorgeschlagen. Bei dieser Abkühlungsvorrichtung zum Abkühlen eines Stahlbands wird angenommen, daß der Wärmeübertragungskoeffizient in einem Bereich von α ≤ 400 kcal/m²h°C liegt. Liegt der Wärmeübertragungskoeffizient in diesem Bereich, ist es möglich, eine Abkühlungsgeschwindigkeit von 100 °C/s zu erreichen, wenn die Dicke des Stahlbands 0,6 mm beträgt. Beträgt aber die Dicke des Stahlbands 1,0 mm, läßt sich tatsächlich aber nur eine Abkühlungsgeschwindigkeit von 60 °C/s erreichen. Muß ein höherer Wärmeübertragungskoeffizient erzielt werden, kommt deshalb ein Walzenabkühlungsverfahren zum Einsatz, bei dem eine wassergekühlte Walze in festen Kontakt mit einem Stahlband gebracht wird, oder es wird alternativ ein Gas-Wasser-Abkühlungsverfahren verwendet, bei dem Gas und Wasser miteinander gemischt werden und ein Stahlband durch die Mischung abgekühlt wird. Gleichwohl ist das o. g. Walzenabkühlungsverfahren nachteilig, da die Walze in festen Kontakt mit dem Stahlband kommen muß. Es ist schwierig, die wassergekühlte Walze gleichmäßig mit dem Stahlband in Kontakt zu bringen. Daher kann das Stahlband nicht gleichmäßig abgekühlt werden, was eine Beeinträchtigung eines Profils des Stahlbands verursacht. Andererseits ist das Gas-Wasser-Abkühlungsverfahren nachteilig, da eine Oberfläche des Stahlbands durch in Wasser enthaltenen gelösten Sauerstoff oxidiert wird, da in diesem Verfahren Wasser zur Kühlung verwendet wird. Bei Gebrauch dieses Gas-Wasser-Abkühlungsverfahrens wird es daher notwendig, das Band nach Abschluß der Wärmebehandlung einer erneuten Säurereinigung zu unterziehen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Zur Erhöhung des Wärmeübertragungskoeffizienten in der Wärmebehandlungsvorrichtung zum Erwärmen oder Abkühlen eines Stahlbands durch Blasen eines Gasstrahls auf das Stahlband ist bevorzugt, die Strömungsgeschwindigkeit von Gas zu steigern, das auf das Stahlband geblasen wird. In Übereinstimmung mit dem im Rahmen der Erfindung durchgeführten Experiment stellte man fest, daß der Wärmeübertragungskoeffizient proportional zu einer Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit von auf das Band geblasenem Gas wesentlich erhöht werden kann. Allerdings erhöht sich ein Druckverlust in der Rohrleitung stark in Übereinstimmung mit der Steigerung der Gasströmungsgeschwindigkeit, und es wird notwendig, ein Gebläse mit sehr hoher Kapazität bereitzustellen, um einen vorbestimmten Wärmeübertragungskoeffizienten zu erhalten.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Leistungsmenge zu reduzieren, die für eine Wärmebehandlungsvorrichtung zur Durchführung von Wärmebehandlung an einem Stahlband durch Blasen eines Gasstrahls auf das Stahlband erforderlich ist, während die Erwärmungsgeschwindigkeit oder Abkühlungsgeschwindigkeit hoch bleibt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Wärmebehandlungsvorrichtung der Erfindung zur Durchführung von Wärmebehandlung an einem Stahlband durch Blasen eines Gasstrahls auf das Stahlband gemäß der Beschreibung in den nachfolgenden Punkten (1) bis (4) gekennzeichnet.

(1) Ein Verfahren zur Durchführung von Wärmebehandlung an einem Stahlband durch Blasen eines Gasstrahls auf das Stahlband aus einer Düse, die von einer ebenen Fläche eines Sammlers in einer Höhe h von der Fläche senkrecht vorsteht, wobei die Auslaßöffnung der Düse einen Abstand z vom Stahlband bis 70 mm hat, um das Stahlband durch Blasen des Gasstrahls zu erwärmen, abzukühlen oder zu trocknen, ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Ungleichung W/4 ≤ h erfüllt ist, wobei W eine Gasmenge (Gasmengendichte), die auf eine Flächeneinheit geblasen wird, in m³/min·m² ist und h in mm ausgedrückt ist.
(2) Eine das Verfahren der Erfindung durchführende Wärmebehandlungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Walzeneinsatzraum, in dem Stützwalzen in regelmäßigen Abständen in Laufrichtung des Stahlbands abwechselnd angeordnet sind, in einem Gasblasraum vorgesehen ist, in dem die Düsen zum Blasen von Gasstrahlen angeordnet sind, um zu verhindern, daß das Stahlband flattert; und Düsen zum Blasen von Gasstrahlen im Walzeneinsatzraum auf der Gegenseite zur Walzeneinsatzseite im Hinblick auf das Stahlband angeordnet sind, um den Gasblasraum zu verlängern.
(3) Die Wärmebehandlungsvorrichtung kann ferner dadurch gekennzeichnet sein, daß ein Walzeneinsatzraum, in dem Stützwalzen in regelmäßigen Abständen in Laufrichtung des Stahlbands abwechselnd angeordnet sind, in einem Gasblasraum vorgesehen ist, in dem die Düsen zum Blasen von Gasstrahlen angeordnet sind, um zu verhindern, daß das Stahlband flattert; die Stützwalzen im Fall von Abkühlung des Stahlbands gekühlt sind; und die Stützwalzen im Fall von Erwärmung oder Trocknung des Stahlbands erwärmt sind.
(4) Die Wärmebehandlungsvorrichtung kann ferner dadurch gekennzeichnet sein, daß ein Wärmetauscher zum Abkühlen von Gas mindestens auf der Stromabwärtsseite eines Gasverdichters, z. B. eines Gebläses, angeordnet ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm einer Beziehung zwischen der Gasmengendichte und dem Wärmeübertragungskoeffizienten und zeigt auch einen Bereich des im Rahmen der Erfindung durchgeführten Experiments.
2(a), 2(b), 2(c) und 2(d) sind Ansichten, die jeweils eine Düse der Wärmebehandlungsvorrichtung der Erfindung zur Durchführung von Wärmebehandlung an einem Stahlband durch Blasen eines Gasstrahls zeigen.
3(a) und 3(b) sind Ansichten, die jeweils einen Zustand eines Gasstrahls an einem vorderen Ende einer Düse zeigen.
4 ist ein Diagramm einer Wärmeübertragungskennlinie einer Düse.
5 ist ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Verhältnis einer Projektionsfläche eines Prallkörpers zu einer Querschnittfläche einer Düse und einem Wärmeübertragungskoeffizienten an einer Position unmittelbar unter der Düse.
6 ist ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Verhältnis von Prallplattenlänge/Düsendurchmesser und einem Wärmeübertragungskoeffizienten unmittelbar unter der Düse.
7 ist eine Ansicht einer Positionsbeziehung zwischen einer Düse und einem Stahlband.
8(a) und 8(b) sind Ansichten, die jeweils eine herkömmliche Düse zeigen.
9 ist eine Ansicht eines Beispiels für die Wärmebehandlungsvorrichtung der Erfindung, in der eine Öffnung zum Freisetzen von Gas zur Rückseite vorgesehen ist.
10(a), 10(b) und 10(c) sind Ansichten, die jeweils ein Beispiel für die Düsenanordnung der Wärmebehandlungsvorrichtung der Erfindung zeigen.
11 ist eine Ansicht einer Beziehung zwischen einer Öffnungsabschnittsfläche S1 und einer Düsenöffnungsfläche S2 einer Wärmebehandlungsvorrichtung zur Durchführung von Wärmebehandlung an einem Stahlband durch Blasen eines Gasstrahls.
12 ist ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Verhältnis einer Fläche des Öffnungsabschnitts zu einer Fläche der Düsenöffnung und einem Verhältnis des Wärmeübertragungskoeffizienten einer Wärmebehandlungsvorrichtung zur Durchführung von Wärmebehandlung an einem Stahlband durch Blasen eines Gasstrahls.
13(a) und 13(b) sind Ansichten, die jeweils eine Gasströmung in einer Wärmebehandlungsvorrichtung zur Durchführung von Wärmebehandlung an einem Stahlband durch Blasen eines Gasstrahls zeigen.
14 ist eine Ansicht eines Abschnitts, in dem eine aufsteigende Gasströmung zwischen den Kühldüsen in einer Wärmebehandlungsvorrichtung zur Durchführung von Wärmebehandlung an einem Stahlband durch Blasen eines Gasstrahls erzeugt wird.
15(a) und 15(b) sind Ansichten, die jeweils einen Aufbau der Düsenperipherie einer Wärmebehandlungsvorrichtung der Erfindung zur Durchführung von Wärmebehandlung an einem Stahlband durch Blasen eines Gasstrahls zeigen.
16 ist ein Diagramm eines Einflusses auf den Wärmeübertragungskoeffizienten durch das Verhältnis einer Düsenvorstandlänge h zu einem Düseninnendurchmesser D in einer Wärmebehandlungsvorrichtung zur Durchführung von Wärmebehandlung an einem Stahlband durch Blasen eines Gasstrahls.
17 ist eine Ansicht einer Beziehung zwischen dem Gasblassammler ohne Öffnungsabschnitt und der Düse in einer Wärmebehandlungsvorrichtung zur Durchführung von Wärmebehandlung an einem Stahlband durch Blasen eines Gasstrahls.
18 ist ein Diagramm einer Beziehung zwischen der Gasmengendichte und dem Verhältnis des Wärmeübertragungskoeffizienten, wenn eine Düsenvorstandlänge h in einer Wärmebehandlungsvorrichtung zur Durchführung von Wärmebehandlung an einem Stahlband durch Blasen eines Gasstrahls geändert wird.
19 ist eine Ansicht einer Anordnung der Stützwalze und der Gasblasvorrichtung in einer herkömmlichen Wärmebehandlungsvorrichtung zur Durchführung von Wärmebehandlung an einem Stahlband durch Blasen eines Gasstrahls.
20 ist eine Ansicht einer Anordnung der Stützwalze und der Gasblasvorrichtung in einer Wärmebehandlungsvorrichtung der Erfindung zur Durchführung von Wärmebehandlung an einem Stahlband durch Blasen eines Gasstrahls.
21 ist eine Querschnittansicht des Vorschub- und Rückzugmechanismus sowie des Erwärmungs- und Abkühlungsmechanismus einer Stützwalze in einer Wärmebehandlungsvorrichtung zur Durchführung von Wärmebehandlung an einem Stahlband durch Blasen eines Gasstrahls.
22(a) ist eine Ansicht einer Anordnung des herkömmlichen Wärmetauschers in einer Wärmebehandlungsvorrichtung zur Durchführung von Wärmebehandlung an einem Stahlband durch Blasen eines Gasstrahls.
22(b) ist eine Ansicht einer Anordnung des Wärmetauschers in einer Wärmebehandlungsvorrichtung der Erfindung zur Durchführung von Wärmebehandlung an einem Stahlband durch Blasen eines Gasstrahls.
23 ist ein Diagramm einer Beziehung zwischen dem Gebläseleistungsverhältnis und der Gasblastemperatur, wenn ein Stahlband in einer Wärmebehandlungsvorrichtung zur Durchführung von Wärmebehandlung an einem Stahlband durch Blasen eines Gasstrahls abgekühlt wird.
AM STÄRKSTEN BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM
Im folgenden wird die Erfindung näher erläutert. In diesem Zusammenhang wurden im Rahmen der Erfindung Untersuchungen auf verschiedenen Gebieten durchgeführt, um die Probleme zu lösen. In der Erfindung wurden Probleme unter den Aspekten von Düsenausbildung, Gasabgabe, Verhältnis der wirksamen Gasblaslänge und Blasgastemperatur gelöst, die nachstehend nacheinander erläutert werden.
Um zunächst bezüglich der Düsenausbildung den Düsendurchmesser und die Düsenteilung zu optimieren, wurden verschiedene Experimente durchgeführt, und die Ergebnisse der Experimente wurden miteinander verglichen. Als Ergebnis der Experimente wurde nachgewiesen, daß der Düsendurchmesser und die Düsenteilung gemäß der Festlegung in der von den Erfindern vorgeschlagenen JP-B-2-16375 auch dann am wirksamsten waren, wenn die Gasströmungsgeschwindigkeit erhöht wurde. 1 zeigt einen Bereich des im Rahmen der Erfindung durchgeführten Experiments und einen Bereich des im Rahmen der JP-B-2-16375 durchgeführten Experiments. Aus 1 geht hervor, daß eine Beziehung zwischen der Gasmengendichte und dem Wär meübertragungskoeffizienten auch in einem Bereich auf einer Verlängerungslinie im Diagramm liegt, in dem der Wärmeübertragungskoeffizient nicht 400 kcal/m³h°C unterschreitet, und daß Probleme im Hinblick auf die Gasabfuhr vermieden werden.
Ein Staupunkt, der bei Kollision eines Gasstrahls mit einem Objekt zustande kommt, beeinträchtigt den Wärmeübertragungskoeffizienten. Bekanntlich ist daher das Erleichtern von Turbulenz an diesem Staupunkt ein Weg zur Erhöhung des Wärmeübertragungskoeffizienten von Gas, das aus der Düse ausgestoßen wird. Zum Beispiel offenbart gemäß 8(a) und 8(b) die JP-U-61-40155 einen Aufbau, bei dem eine Prallplatte 3 oder eine Spiralleitung 6 in der Düse 1 angeordnet ist, um eine turbulente Strömung zu erleichtern.
Um aber die Querprallplatte 3 gemäß der Beschreibung in der JP-U-61-40155 anzuordnen, muß die Düsenlänge lang sein, damit zwei oder drei Prallplatten in der Düse angeordnet sein können. Daher ist es schwierig, eine große Anzahl von Düsen mit einem solchen Aufbau industriell zu fertigen. Ist die Spiralleitung 6 in die Düse wie zuvor beschrieben eingebaut, wird Gas verwirbelt und durch eine Zentrifugalkraft ausgestoßen. Daher ist dieser Aufbau nicht effektiv.
Wie zuvor beschrieben, ist die Turbulenzstärke in der Mitte der Gasströmung gering. Um also den Wärmeübertragungskoeffizienten wirksam zu erhöhen, ist es notwendig, eine Turbulenzstärke in der Gasströmungsmitte zu steigern. Erfindungsgemäß wurde als Einrichtung zur Erleichterung von Turbulenz in der Gasströmungsmitte, die sich aus industrieller Sicht leicht praktisch umsetzen läßt, von den Erfindern ein Aufbau vorgeschlagen, bei dem ein Prallkörper 2 oder eine Prallplatte 3 in der Mitte des vorderen Endes der Düse 1 gemäß 2 angeordnet ist. Infolge dieses Aufbaus der Düse 1 bildet sich gemäß 3(a) und 3(b) eine turbulente Strömung 5, in der sich eine Wirbelreihe entwickelt, am hinteren Ende des Prallkörpers 2 oder der Prallplatte 3. Daher wird es möglich, eine turbulente Strömung im Mittelbereich der Gasströmung 4 zu erzeugen. In diesem Zusammenhang ist der Querschnitt des Prallkörpers 2 nicht auf einen Kreis beschränkt, sondern der Querschnitt des Prallkörpers 2 kann zu einem Polygon oder einer anderen Form ausgebildet sein.
Zweitens erfolgten im Rahmen der Erfindung Untersuchungen zu einem Verfahren zur Abfuhr von Abgas, das aus der Düse ausgestoßen wird. Wie zuvor beschrieben, kann zur Erhöhung des Wärmeübertragungskoeffizienten eine Strömungsgeschwindigkeit von Gas gesteigert werden, das auf ein Stahlband geblasen wird. Anders gesagt kann eine auf das Stahlband geblasene Gasmenge erhöht werden. Wird aber die Gasabfuhr nicht ausreichend durchgeführt, verbleibt einmal auf das Stahlband geblasenes Gas auf einer Oberfläche des Stahlbands und stört neues Gas, das auf das Stahlband geblasen wird. Als Ergebnis läßt sich der Wärmeübertragungskoeffizient nicht stark erhöhen. Im Diagramm von 1 bezeichnet eine durchgezogene Linie ein Beispiel, in dem die Gasabfuhr in gutem Zustand erfolgt, und eine gestrichelte Linie bezeichnet ein Beispiel, in dem die Gasabfuhr in keinem guten Zustand durchgeführt wird. Erfolgt die Gasabfuhr in keinem guten Zustand, ist eine Erhöhung des Wärmeübertragungskoeffizienten in einem Bereich beeinträchtigt, in dem die Gasmengendichte höher als ein vorbestimmter Wert ist. Aus diesen Gründen ist es zur effektiven Erhöhung des Wärmeübertragungskoeffizienten sehr wichtig, Gas störungsfrei abzuführen, das auf ein Stahlband geblasen wurde. Um die o. g. Probleme zu lösen wurden im Rahmen der Erfindung die im folgenden beschriebenen zwei Lösungen erarbeitet.
Als Ergebnis der Gasströmungsuntersuchung nach der Gaskollision mit einem Stahlband wurde festgestellt, daß ein Gasstrahl, der aus der Düse ausgestoßen war, mit einem Stahlband kollidierte und entlang einer Oberfläche des Stahlbands strömte, wonach er mit einem Gasstrahl kollidierte, der aus der Nachbardüse ausgestoßen war, und dann so in eine Richtung strömte, daß Gas vom Stahlband getrennt werden konnte. Dieser aufsteigende Gasstrom, der zwischen den Düsen aufstieg, wurde im schraffierten Abschnitt in 14 erzeugt. Eine Strömungsgeschwindigkeit bzw. -rate dieses aufsteigenden Gasstroms betrug 20 bis 40 % der Strömungsgeschwindigkeit bzw. -rate des aus der Düse 1 ausgestoßenen Gasstrahls.
Daher ist erfindungsgemäß ein Öffnungsabschnitt oder ein Zwischenraum vorgesehen, aus dem Gas abgeführt wird und dessen Fläche ausreichend groß ist, um einen aufsteigenden Abfuhrgasstrom zu erzeugen, nachdem ein aus einer Düse ausgestoßener Gasstrahl mit einem aus einer Nachbardüse ausgestoßenen Gasstrahl kollidiert. In diesem Zusammenhang zeigt 12 eine Beziehung zwischen einer Öffnungsabschnittsfläche S1 und einer Düsenöffnungsfläche S2.
Nachdem gemäß 13(a) ein aus der Düse 1 ausgestoßener Gasstrahl mit dem Stahlband 7 kollidiert ist, strömt er auf dem Stahlband 7, wonach er mit einem aus der Nachbardüse ausgestoßenen Gasstrahl kollidiert und aufsteigt. Gemäß 13(a) strömt dieser aufsteigende Strom zu einem Endabschnitt des Stahlbands in Breitenrichtung, wenn keine Zwangslüftung durchgeführt wird. Daher wird dieser aufsteigende Strom nicht ausreichend abgeführt. Somit kehrt er an einer Oberfläche des Gasblassammlers 8 um und wird mit einem aus der Düse 1 ausgestoßenen Gasstrahl gemischt. Als Ergebnis steigt die Temperatur des aus der Düse 1 ausgestoßenen Gasstrahls, wenn das Stahlband abgekühlt werden muß, und fällt, wenn das Stahlband erwärmt werden muß. Daher ist es unmöglich, eine vorbestimmte Erwärmungs- oder Abkühlungskapazität zu erhalten. Da Gas zwischen dem Stahlband 7 und dem Blassammler 8 verbleibt, ist eine Strömungsgeschwindigkeit einer bahnenförmigen Gasströmung auf dem Stahlband 7 verringert. Dadurch ist die Abkühlungskapazität an der Peripherie des Kollisionsabschnitts des aus der Düse 1 ausgestoßenen Gasstrahls beeinträchtigt.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Öffnungsabschnitt 10 zwischen den Gasblassammlern 8 gemäß 13(b) vorgesehen. Der aufsteigende Strom fließt in diesen Öffnungsabschnitt 10. Somit erreicht der aus der Düse 1 ausgestoßene Gasstrahl eine Oberfläche des Stahlbands, während er kaum durch den aufsteigenden Gasstrom beeinflußt wird, der zurückgekehrt ist. Daher läßt sich das Stahlband wirksam abkühlen oder erwärmen. Da kein Gas zwischen dem Stahlband 7 und dem Gasblassammler 8 verbleibt, kann Gas ungestört am Stahlband 7 entlang strömen. Damit läßt sich eine Beeinträchtigung der Abkühlungs- oder Erwärmungskapazität von Gas mildern.
Ein Beispiel für den Aufbau der Düsenperipherie der Wärmebehandlungsvorrichtung der Erfindung ist in 15 gezeigt. Gemäß 15(a) ist die Düse 1 eine vorstehende Düse, deren vorderes Ende stärker als der vordere Endabschnitt des Gasblassammlers 8 vorsteht. Daher wird bei Gasabfuhr aus dem Öffnungsabschnitt 10 ein Anteil des aus der Düse 1 ausgestoßenen Gasstrahls daran gehindert, direkt abgeführt zu werden, ohne mit dem Stahlband zu kollidieren. Obwohl im Beispiel gemäß 15(b) das vordere Ende der Düse 1 auf gleicher Höhe wie die vordere Endfläche des Gasblassammlers 8 liegt, ist ein Profil des vorderen Endabschnitts des Gasblassammlers 8 zulaufend, d. h. eine Querschnittfläche des Gasdurchgangs reduziert sich allmählich in Gasblasrichtung. Daher ist ein Eintrittsabschnitt von Abfuhrgas bzw. Abgas zwischen den Gasblassammlern 8 zulaufend. Somit ist es möglich, daß ein Abschnitt im Abfuhrgasdurchgang, dessen Fläche am kleinsten ist, als Öffnungsabschnitt im Fall gemäß 15(a) gilt. Folglich läßt sich der gleiche Effekt wie mit dem Aufbau gemäß 15(a) vorsehen.
Im folgenden wird das zweite Gasabfuhrverfahren erläutert, durch das Gas störungsfrei abgeführt werden kann. Gemäß dem ersten Gasabfuhrverfahren wird Gas zur Rückseite der Düsen durch den Öffnungsabschnitt zwischen den Gasblassamlern freigesetzt. Allerdings ist das erste Gasabfuhrverfahren dahingehend nachteilig, daß der Gasblassammler durch den Raum des Öffnungsabschnitts in mehrere Abschnitte aufgeteilt ist. Aus diesen Gründen sind die Anlagenkosten erhöht, obwohl das erste Gasabfuhrverfahren ideal ist. Daher entfällt gemäß dem zweiten Gasabfuhrverfahren der mit der Rückseite der Düse kommunizierende Öffnungsabschnitt, und die Düse steht um eine geeignete Vorstandhöhe vor. Das heißt, ist die Düsenvorstandhöhe h gemäß 17 gewährleistet, ist eine gegenseitige Beeinflussung mit Blasgas beseitigt, und kein Gas verbleibt, da ein Raum, in den Gas freigesetzt wird, nicht an der Rückseite der Düse gebildet ist, sondern in Parallelrichtung zum Stahlband. Dieses Verfahren wurde von den Erfindern bereits in der JP-B-2-16375 vorgeschlagen. Gemäß dieser JP-B-2-16375 ist der Abstand Z vom Stahlband zum vorderen Ende der Düse so festge legt, daß er einen Wert von höchstens 70 mm hat, und eine Düsenvorstandlänge h ist so festgelegt, daß sie einen Wert von mindestens (100 – Z) mm hat. Wie zuvor beschrieben, sind die o. g. Werte aber unter der Annahme bestimmt, daß ein Schätzbereich des Wärmeübertragungskoeffizienten α ≤ 400 kcal/m²h°C beträgt. Diesmal wurden Experimente zu einem Bereich durchgeführt, in dem der Wärmeübertragungskoeffizient höher als der o. g. Wert war, und man kam zu folgenden Ergebnissen: Die Festlegung, daß die Düsenvorstandlänge h mindestens (100 – Z) mm beträgt, ist in Übereinstimmung mit einer Zunahme der Gasmenge unzureichend. Wird der Bewertung kein Ausdruck für die Menge (Dichte) W von Blasgas je Flächeneinheit in m³/min·m² zugefügt, ist es unmöglich, einen geeigneten Bewertungsbezug vorzunehmen. Das heißt, im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, daß es physikalisch wichtig ist, einen Gasabfuhrraum in Übereinstimmung mit einer zu verblasenden Gasmenge festzulegen.
Daher wurde im Rahmen der Erfindung ein Experiment durchgeführt, in dem die Düsenvorstandhöhe h geändert und ein erwärmtes Stahlblech abgekühlt wurde, so daß die Beziehung zwischen der Gasmengendichte und dem Verhältnis des Wärmeübertragungskoeffizienten ermittelt wurde. In diesem Fall wurde das Verhältnis des Wärmeübertragungskoeffizienten als Verhältnis des Wärmeübertragungskoeffizienten festgelegt, wenn ein Wärmeübertragungskoeffizient als Bezugswert bestimmt war. Diese Beziehung ist in 18 gezeigt. Beträgt gemäß 18 die Düsenvorstandhöhe h 200 mm, steigt das Verhältnis des Wärmeübertragungskoeffizienten im wesentlichen proportional zu einer Dichtezunahme einer Gasmenge. Ist die Düsenvorstandhöhe h klein, ist eine Zunahme des Verhältnisses des Wärmeübertragungskoeffizienten ab einer bestimmten Dichte einer Gasmenge unterdrückt, und ausgestoßenes Gas verbleibt und stört neu ausgestoßenes Gas. Diese Tendenz tritt in einem Bereich auf, in dem die Gasmengendichte gering ist, wenn die Düsenvorstandhöhe h klein ist. Aus der o. g. Beziehung läßt sich der folgende Ausdruck erhalten: W/4 ≤ h, wobei W die Dichte einer Gasmenge in m³/min·m² und h die notwendige Düsenvorstandhöhe in mm ist.
In diesem Zusammenhang wird für die Gasmengendichte W natürlich eine Berechnung mit der maximalen Gasmengendichte so durchgeführt, daß die Funktion in allen Leistungsbereichen der Vorrichtung effektiv aufgezeigt werden kann. Bezüglich der Düsenvorstandhöhe h ist es möglich, die kleinste Höhe gemäß der o. g. Grundlage zu ermitteln. Ist aber die Höhe h unnötig verlängert, steigt ein Druckverlust in der Düse, und die Herstellungskosten der Vorrichtung nehmen zu. Daher ist bevorzugt, die kleinste Höhe auszuwählen, die nötig ist.
Drittens wurden im Rahmen der Erfindung Untersuchungen zu einem Verhältnis der wirksamen Gasblaslänge durchgeführt. Gewöhnlich ist bei Abkühlung die Abkühlungsgeschwindigkeit als Δt/T °C/s festgelegt, wobei eine Abkühlungstemperaturdifferenz Δt °C und eine zur Abkühlung erforderliche Zeitperiode T s ist. Bei Erwärmung ist die Erwärmungsgeschwindigkeit auf die gleiche Weise wie die Abkühlungsgeschwindigkeit festgelegt. Aus metallurgischer Sicht sind die Abkühlungs- und Erwärmungsgeschwindigkeit von Bedeutung. Um die Abkühlungs- und die Erwärmungsgeschwindigkeit zu erhöhen, kam im Rahmen der Erfindung die Anlage zustande. Um in der Wärmebehandlungsvorrichtung zur Durchführung von Wärmebehandlung durch Blasen eines Gasstrahls die Erwärmungsgeschwindigkeit oder Abkühlungsgeschwindigkeit zu erhöhen, wurde ein Abstand zwischen der Düse und dem Stahlband reduziert, so daß eine Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit von Gas, das aus der Düse ausgestoßen wurde, weitgehend verhindert werden konnte. Um Verziehen und Flattern eines Stahlbands zu unterdrücken, wurden die Stützwalzen 16, 17 mit dem Stahlband 7 in einem bestimmten Abstand gemäß 19 in Kontakt gebracht, so daß Verziehen und Flattern des Stahlbands korrigiert werden konnten und sich ein Abstand zwischen der Düse 1 und dem Stahlband 7 reduzieren ließ.
Aus Gründen der Betriebsdurchführung sind aber diese Stützwalzen 16, 17 mit Walzenstützvorrichtungen 18, 19 versehen, so daß diese Stützwalzen bzw. -rollen 16, 17 im Betrieb vorgeschoben und zurückgezogen werden können. Infolge dessen ist es notwendig, Stützwalzen-Einsatzräume in der Vorrichtung bereitzustellen, und es ist unmöglich, Gas in diese Räume zu blasen, d. h. die Stützwalzen-Einsatzräume werden aus Sicht der Wärmebehandlung zu einem nutzlosen Bereich. Infolge der Existenz dieser Räume sind die Erwärmungs- und Abkühlungsgeschwindigkeit teilweise gesenkt, was unter metallurgischem Aspekt nachteilig ist. Wichtig ist, eine mittlere Erwärmungsgeschwindigkeit oder eine mittlere Abkühlungsgeschwindigkeit in der Metallurgie zu erhöhen. Um diese Werte zu steigern, ist es effektiv, den Wirkungsgrad des Gasblasraums zu erhöhen, und ferner ist es wirksam, den Stützwalzen-Einsatzraum möglichst zu verkleinern.
In 19 ist ein wirksames Gasblaslängenverhältnis festgelegt als Verhältnis der Länge, in der Gas tatsächlich ausgeblasen wird, zur Länge L1 vom Beginn bis zum Ende des Gasblasens. Im herkömmlichen Fall einer Durchlaufglühvorrichtung zum Durchlaufglühen eines Stahlbands betrug das wirksame Abkühlungslängenverhältnis etwa 80 %. Um die o. g. Bedingungen zu verbessern, wurden im Rahmen der Erfindung Untersuchungen zu einem Verfahren angestellt, in dem Erwärmung und Abkühlung auch im Stützwalzen-Einsatzraum erfolgt. Der Stützwalzen-Einsatzraum gemäß 19 ist in zwei Seiten aufgeteilt. Eine ist eine Seite, auf der die Walze eingesetzt wird, und die andere ist eine Seite, die entgegengesetzt zum Stahlband liegt, wobei auf dieser Seite keine Walze angeordnet ist. Ist eine Verlängerung 22 der Gasblasvorrichtung auf der Seite angeordnet, auf der keine Walze gemäß 20 angeordnet ist, läßt sich diese Seite zu einem Gasblasraum umrüsten. Auf der Seite, auf der die Walze angeordnet ist, ist eine Walzenstützvorrichtung zum Vorschieben und Zurückziehen der Stützwalze 16, 17 angeordnet. Daher ist es schwierig, die Gasblasvorrichtung auf dieser Seite anzuordnen. Auch wenn die Gasblasvorrichtung auf dieser Seite angeordnet ist, ist es schwierig, die Gasblasvorrichtung an ein Stahlband anzunähern. Daher ist der Wirkungsgrad gesenkt. Folglich kam im Rahmen der Erfindung eine Vorrichtung zustande, in der die Stützwalze selbst erwärmt oder abgekühlt wird, um so Walzenerwärmung oder Walzenabkühlung durchzuführen. Dadurch kann der Stützwalzen-Einsatzbereich, der herkömmlich ein nutzloser Bereich im Hinblick auf Erwärmung oder Abkühlung war, sehr klein gestaltet werden, und auch im Walzeneinsatzbereich kann Erwärmung oder Abkühlung durchgeführt werden. Infolge dessen wird es möglich, die mittlere Erwärmungs- oder Abkühlungsgeschwindigkeit zu erhöhen.
Viertens wurden im Rahmen der Erfindung Untersuchungen zur Optimierung der Blasgastemperatur beim Abkühlen eines Stahlbands durchgeführt. Allgemein besteht eine Tendenz, daß der Leistungsbedarf eines Gebläses zurückgeht, wenn die Blasgastemperatur sinkt. Wird aber die Blasgastemperatur auf einen Wert verringert, der einen vorbestimmten Wert unterschreitet, ist zur Blasgastemperatursenkung eine Temperaturdifferenz zwischen dem im Wärmetauscher verwendeten Kältemittel und dem Blasgas reduziert. Obwohl ein Druckverlust im Wärmetauscher erhöht ist, wird daher die Blasgastemperatur nicht so stark verringert. Dagegen steigt dadurch der Leistungsbedarf für das Gebläse. Im Rahmen der Erfindung wurde die Blasgastemperatur näher untersucht. Als Ergebnis wurde folgendes festgestellt: Die geeignetste Blasgastemperatur, d. h. ein Punkt, an dem der Leistungsbedarf für das Gebläse am kleinsten wird, lag etwa in einem bereich von 60 °C bis 200 °C. Außerdem wurde im Rahmen der Erfindung festgestellt, daß dieser Punkt in Übereinstimmung mit dem Wärmeübertragungskoeffizienten, der Stahlbandtemperatur auf der Eintrittsseite der Wärmebehandlungsvorrichtung, der Stahlbandtemperatur auf der Abgabeseite der Wärmebehandlungsvorrichtung und der Temperatur des im Wärmetauscher verwendeten Kältemittels schwankte. Ferner wurde im Rahmen der Erfindung ein Bereich näher untersucht, in dem der Wärmeübertragungskoeffizient hoch ist. Als Ergebnis der Untersuchungen wurde folgendes festgestellt: Im Bereich, in dem der Wärmeübertragungskoeffizient hoch war, war der geeignetste Punkt zu einer geringen Blasgastemperaturseite verschoben, vergleicht man ihn mit dem herkömmlichen Bereich, in dem der Wärmeübertragungskoeffizient gering war, und die Blasgastemperatur beeinflußte stark den Leistungsbedarf für das Gebläse, was 23 zeigt.
Daher wurden im Rahmen der Erfindung Untersuchungen zu einem Verfahren angestellt, durch das die Blasgastemperatur wirksam verringert werden kann. In einer Wärmebehandlungsvorrichtung, in der ein Stahlband abgekühlt wird, wenn ein nicht oxidierendes Gas zirkuliert und auf das Stahlband geblasen wird, kommt gewöhnlich ein Wärmetauscher, in dem Wasser als Kältemittel verwendet wird, in einem Abkühlungsverfahren zur Gasabkühlung zum Einsatz. Aus Sicht des Schutzes des Gebläses vor Wärme ist der Wärmetauscher herkömmlich auf der Eintrittsseite des Gebläses angeordnet. Um in diesem Fall die Blasgastemperatur zu senken, kann die Kapazität des Wärmetauschers erhöht werden. Sinkt aber eine Temperaturdifferenz zwischen Kältemittel und Gas, ist der Wärmetauscherwirkungsgrad beeinträchtigt, und ein Druckverlust steigt, wenn Gas im Wärmetauscher fließt. Ungeachtet der Zunahme des Druckverlusts wird aber die Blasgastemperatur nicht verringert. Wird also gemäß 23 die Blasgastemperatur zu stark gesenkt, steigt dagegen der Leistungsbedarf für das Gebläse. Daher zielte man im Rahmen der Erfindung auf eine Erhöhung der Blasgastemperatur im Fall einer Druckerhöhung des Blasgases durch das Gebläse ab. Dementsprechend kam im Rahmen der Erfindung eine Anordnung zustande, in der der Wärmetauscher auf der Abgabeseite des Gebläses angeordnet ist. Das heißt, statt mehr Wärmetauscher auf der Eintrittsseite des Gebläses anzuordnen, werden mehr Wärmetauscher auf der Abgabeseite des Gebläses angeordnet. Dadurch kann eine Temperaturdifferenz zwischen Gas und Kältemittel erhöht werden, so daß sich der Wärmetauscherwirkungsgrad steigern läßt. Infolge dieser Anordnung kann auch im Fall des gleichen Wärmeübertragungskoeffizienten (α) die gleiche Blasgastemperatur durch eine Gebläseleistung erhalten werden, die geringer als die der herkömmlichen Anordnung ist. Besonders bei steigender Druckzunahme des Gebläses, so daß die Gasblasgeschwindigkeit auf ein Stahlband erhöht werden kann, kann der Effekt erheblich sein, da die Gastemperatur am Gebläse stark erhöht ist.
BEISPIELE
Im folgenden werden Beispiele nacheinander erläutert. Zunächst wird eine an der Düse befestigte Prallplatte nach stehend erläutert. Wärmeübertragungskennwerte einzelner Düsen gemäß 2(a) und 2(b) wurden untersucht, wobei ein Prallkörper 2 an einer einzelnen Düse gemäß 2(a) befestigt war und eine Prallplatte 3 an einer einzelnen Düse gemäß 2(b) befestigt war. In diesem Fall diente Luft als Kältemittel zur Kühlung. Ein Düsendurchmesser betrug 10,5 mm, eine Geschwindigkeit von aus der Düse ausgestoßener Luft betrug 150 m/s, und ein Abstand vom vorderen Ende der Düse zum abzukühlenden Objekt betrug 50 mm.
Die Kennlinie der Düse, an deren vorderen Ende der o. g. Prallkörper befestigt war, wurde bei Kühlung eines Blechs mit hoher Temperatur mit dieser Düse untersucht. In 4 ist das Untersuchungsergebnis gezeigt. Der Wärmeübertragungskoeffizient war an einer Position unmittelbar unter der Düsenmitte gemäß 4 erhöht.
Was den Prallkörper betrifft, so ist ein Verhältnis der Projektionsfläche des Prallkörpers zum Querschnitt der Düse unter der o. g. Abkühlungsbedingung in 5 gezeigt. Gemäß 5 kann für die Erhöhungswirkung des Wärmeübertragungskoeffizienten gesorgt werden, wenn das Verhältnis der Projektionsfläche des Prallkörpers zum Querschnitt der Düse mindestens 3 % beträgt. Liegt das Verhältnis der Projektionsfläche des Prallkörpers zum Querschnitt der Düse nicht unter 12 %, ist ein Druckverlust am vorderen Ende der Düse erhöht, der durch Einbau des Prallkörpers hervorgerufen wird. Daher ist der Leistungsbedarf für das Gebläse erhöht. Somit ist eine Anordnung, in der das Verhältnis der Projektionsfläche des Prallkörpers zum Querschnitt der Düse nicht unter 12 % liegt, unwirtschaftlich. Aus diesen Gründen wurde das Verhältnis der Projektionsfläche des Prallkörpers zum Querschnitt der Düse so bestimmt, daß es 3 bis 12 % beträgt.
Gleichermaßen wurde für die Prallplatte, deren Dicke kleiner als 3 % des Querschnitts der Düse war, die Länge der Platte in Axialrichtung der Düse untersucht. Als Ergebnis der Untersuchung wurde nachgewiesen, daß der Wärmeübertragungskoeffizient erhöht war, wenn die Länge der Platte mindestens 50 % bezogen auf den Düsendurchmesser betrug. Lag hinsichtlich der Dicke der Prallplatte die Dicke nicht unter 3 %, er höhte sich ein Druckverlust von Blasgas aufgrund der Länge der Prallplatte in Axialrichtung der Düse verglichen mit dem zuvor beschriebenen Prallkörper. Um also den Leistungsbedarf für das Gebläse zu reduzieren, ist vorteilhaft, daß die Dicke der Prallplatte unter 3 % liegt.
Als zweites wird ein Beispiel für das Gasabfuhrverfahren im folgenden beschrieben, durch das Gas ungestört aus der Düse ausgestoßen wird. 9 ist eine Querschnittansicht der Wärmebehandlungsvorrichtung der Erfindung. Vorgesehen sind Düsen 1, die gegenüber dem Stahlband 7 vorstehen, das in Pfeilrichtung läuft. Gasstrahlen werden aus den Düsen 1 auf das Stahlband 7 ausgeblasen, so daß das Stahlband 7 wärmebehandelt werden kann. In diesem Fall kommt diese Wärmebehandlungsvorrichtung als Erwärmungsvorrichtung zum Einsatz, wenn das Blasgas erwärmt ist, und die Wärmebehandlungsvorrichtung kommt als Abkühlungsvorrichtung zum Einsatz, wenn das Blasgas abgekühlt ist. Um die Oxidation des Stahlbands zu verhindern, ist in vielen Fällen die Wärmebehandlungskammer 12 mit einer nicht oxidierenden Atmosphäre gefüllt, in der Wasserstoff mit Stickstoff gemischt ist. Aber auch bei Verwendung eines solchen Gases wie Luft läßt sich die gleiche Wirkung vorsehen. Die in 9 gezeigten Pfeile stellen Gasströme dar.
Gas wird kontinuierlich vom Gebläse 9 zugeführt. Danach wird das Gas zu den aufgeteilten Gasblassammlern 8 über einen Gasverteilungssammler (nicht gezeigt) geführt. Ein Gasstrahl, der aus jeder Düse 1 ausgestoßen wurde und mit dem Stahlband 7 kollidiert ist, entzieht dem Stahlband 7 Wärme. Danach wird der Gasstrahl zurückgelenkt und aus dem Öffnungsabschnitt 10 abgeführt. Das heißt, Gas wird zur Rückseite der Düse 1 im Hinblick auf das Stahlband 7 abgeführt. Nach der Gasabfuhr wird es über den Ansauggassammler 11 wieder zum Gebläse 9 transportiert. Durch das Gebläse 9 wird der Druck des Gases erhöht, wonach es wieder zugeführt wird.
Wenngleich in 9 nicht gezeigt, ist eine Vorrichtung zur Gaserwärmung oder -abkühlung vor oder nach dem Gebläse 9 angeordnet. In der Anordnung gemäß 9 wird nur Gas, das den Öffnungsabschnitt 10 über den Ansauggassammler 11 passiert hat, wieder im Umlauf geführt, obwohl es möglich ist, Gas aus einem Abschnitt der Wärmebehandlungskammer abzusaugen, ohne den Ansauggassammler 11 bereitzustellen. In diesem Fall kollidiert ein aus jeder Düse 1 ausgestoßener Gasstrahl mit dem Stahlband 7, wonach er den Öffnungsabschnitt nur unter der Kraft eines aufsteigenden Stroms durchläuft, der durch einen Gasstrahl gebildet ist, der zurückgelenkt wurde. In 9 ist der Querschnitt des Gasblassammlers 8 rechtwinklig. Aus Gründen der Herstellung des Gasblassammlers 8 kann aber der Querschnitt des Gasblassammlers 8 kreisförmig, elliptisch oder polygonal sein, oder der Querschnitt des Gasblassammlers 8 kann alternativ eine kombinierte Form haben.
10 ist eine Ansicht einer Anordnung der Düsen 1 und der Gasblassammler 8, wobei die Ansicht auf die Seite des Stahlbands blickt. Gemäß 10(a) können die Düsen 1 zickzackartig angeordnet sein. Ferner können gemäß 10(b) Sätze von Düsen 1 zickzackartig angeordnet sein, wobei sich jeder Satz von Düsen 1 aus 3 bis 7 Reihen von Düsen 1 zusammensetzt. Ist ein Gasblassammler für jede Düsenreihe angeordnet, steigen die Anlagenkosten. Ist gemäß 10(c) ein Gasblassammler für mehrere Düsenreihen angeordnet, läßt sich daher die Anzahl von Öffnungsabschnitten reduzieren. In diesem Fall besteht aber eine Möglichkeit, daß die Gasabfuhr nicht vollständig durchgeführt werden kann. Folglich ist es notwendig, die Düsenvorstandhöhe h in Übereinstimmung mit einer Fläche des Öffnungsabschnitts einzustellen.
Mit Hilfe der Wärmebehandlungsvorrichtung der Erfindung gemäß 9 und 10 wurde ein Stahlband 7, dessen Dicke 1,0 mm betrug, durch Blasen eines Gasstrahls abgekühlt, wobei ein Mischgas aus Stickstoff und Wasserstoff als Kältemittel verwendet wurde. In diesem Fall war die Vorstandlänge h der Kühldüse auf 20 mm eingestellt. In 12 ist ein Verhältnis des Wärmeübertragungskoeffizienten dargestellt, wenn ein Verhältnis der Fläche des Öffnungsabschnitts zur Fläche der Düsenöffnung unter der Bedingung einer konstanten Gebläseleistung geändert wurde. In Tabelle 1 sind der Düsendurchmesser, die Düsenteilung und andere Faktoren gezeigt. Im Diagramm von 12 wird eine Abkühlungskapazität zur Abkühlung des Stahlbands anhand des mittleren Wärmeübertragungskoeffizien ten in Breitenrichtung des Stahlbands bewertet. Das Ergebnis eines Vergleichsbeispiels ist an den Punkten gezeigt, an denen Verhältnisse der Öffnungsabschnittsfläche zur Düsenöffnungsfläche 0, 3,4 und 17,3 betragen. Ist in diesem Fall das Flächenverhältnis 0, sind alle Öffnungsabschnitte geschlossen. Das Ergebnis des Beispiels ist in einem Bereich von dem Punkt gezeigt, an dem das Verhältnis der Fläche des Öffnungsabschnitts zur Fläche der Düsenöffnung 5,8 beträgt, bis zu dem Punkt, an dem das Verhältnis der Fläche des Öffnungsabschnitts zur Fläche der Düsenöffnung 15,7 beträgt. In einem Bereich von dem Punkt, an dem das Verhältnis 5 beträgt, bis zu dem Punkt, an dem das Verhältnis 17 beträgt, ist das Verhältnis des Wärmeübertragungskoeffizienten des Beispiels höher als das des Vergleichsbeispiels. Das heißt, beträgt das Verhältnis der Fläche des Öffnungsabschnitts zur Fläche der Düsenöffnung 5 bis 17, ist die Abkühlungskapazität zum Abkühlen eines Stahlbands durch Blasen eines Gasstrahls erhöht.
Tabelle 1
Bevorzugt ist, daß die Vorstandlänge h der Düse 1 höchstens das 5-fache des Innendurchmessers D der Düse 1 beträgt. Grund dafür ist, daß der Wärmeübertragungskoeffizient gemäß 16 erheblich sinkt, wenn die Vorstandlänge h der Düse 1 das 5-fache des Innendurchmessers D der Düse übersteigt. Man nimmt an, daß der Grund für die erhebliche Verringerung des Wärmeübertragungskoeffizienten darin besteht, daß bei großer Düsenvorstandlänge h die Strömungsgeschwindigkeit von Gas verringert ist, bis ein aufsteigender Gasstrom den Öffnungsabschnitt 10 zwischen den Gasblassammlern 8 erreicht, wenn die Düsenvorstandhöhe h groß ist, so daß es schwierig wird, Gas abzuführen.
Als nächstes wird ein Beispiel dargestellt, in dem Gas abgeführt wird, während der Öffnungsabschnitt des Gasblassammlers entfällt und die Düsenvorstandhöhe h auf einen geeigneten Wert eingestellt ist. Gezeigt ist dieses Beispiel in 17. In dieser Anordnung sind keine Öffnungen zwischen den Düsen 1 vorgesehen, und der Gasblassammler 8 ist zu einem kastenförmigen Gasblassammler ausgebildet, in dem eine bestimmte Anzahl von Düsen angeordnet ist. In diesem Zusammenhang ist es bezüglich des Abstands Z zwischen dem vorderen Ende der Düse und dem Stahlband 7 gemäß der Offenbarung in der JP-B-2-16375 üblich, diesen Abstand Z auf einen Wert von höchstens 70 mm einzustellen.
Im folgenden wird gemäß 17 ein Gasstrom 14 erläutert. Nachdem ein Gasstrahl aus der Düse 1 ausgestoßen wurde, kollidiert er mit dem Stahlband 7. Danach strömt der Gasstrahl am Stahlband 7 entlang. In kurzer Zeit kollidiert der Gasstrahl mit einem aus einer Nachbardüse ausgestoßenen Gasstrahl. Daher strömt der Gasstrahl in Gegenrichtung zur Richtung des aus der Düse ausgestoßenen Gasstrahls, d. h. der Gasstrahl strömt vom Stahlband 7 zum Gasblassammler 8. Anschließend kollidiert dieser Gasstrahl mit dem Gasblassammler und strömt am Gasblassammler entlang. In kurzer Zeit durchläuft dieser Gasstrahl einen zwischen dem Gasblassammler 8 und dem Stahlband 7 eingefügten Bereich und wird nach außen abgeführt. Ist hierbei die Dichte des Gases gering, fließt ein am Gasblassammler entlangströmender Gasstrom in einem Bereich der Düsenvorstandhöhe h. Ist aber die Dichte des Gases erhöht, ist dieser Bereich nicht ausreichend groß, so daß der Gasstrom, der bereits mit dem Stahlband kollidiert ist, in einen Bereich zwischen dem Stahlband 7 und dem vorderen Ende der Düse 1 strömt. In diesem Zustand wird der Gasstrom, der einmal mit dem Stahlband kollidiert ist, in einen aus der Düse ausgestoßenen Gasstrom einbezogen. Beispielsweise ist bei Abkühlung des Stahlbands ein aus der Düse ausgestoßener Gasstrahl abgekühlt, aber wenn ein Gasstrom mit hoher Temperatur, der bereits mit dem Stahlband kollidiert ist, in den aus der Düse ausgestoßenen Gasstrahl einbezogen wird, erhöht sich die Temperatur des mit dem Stahlband kollidierenden Gasstrahls, so daß der Abkühlungswirkungsgrad verringert ist. Ist in diesem Zusammenhang bezüglich des Gasblassammlers die Höhe h der Düse so bestimmt, daß sie nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, kann Gas störungsfrei abgegeben werden, aber der Gasblassammler kann geeignet aufgeteilt sein, so daß Räume zwischen den aufgeteilten Gasblassammlern gebildet sein können und Gas durch die Räume abgegeben werden kann. Ist insbesondere die Breite des Stahlbands groß oder die Länge des Gasblassammlers in Längsrichtung groß, d. h. ist die Größe des Gassammlers groß, so ist es wirksam, den Gasblassammler aufzuteilen.
Drittens wird ein Beispiel dargestellt, in dem ein Verhältnis der wirksamen Gasblaslänge erhöht ist. 19 ist eine Ansicht einer herkömmlichen Wärmebehandlungsvorrichtung zur Durchführung von Wärmebehandlung durch Blasen eines Gasstrahls. das Stahlband 7 und die Düse 1 liegen in dieser Anordnung nahe aneinander, so daß der Wirkungsgrad eines Gasstrahls erhöht sein kann. Um zu verhindern, daß die Düse mit dem Stahlband in Kontakt kommt, wenn das Stahlband flattert oder sich verzieht, wird auf das Stahlband abwechselnd durch die linke Stützwalze 16 und die rechte Stützwalze 17 gedrückt. Allerdings wird kein Gas in den linken Stützwalzen-Einsatzraum 23 und den rechten Stützwalzen-Einsatzraum 24 geblasen. Obwohl also eine Abkühlung oder Erwärmung im Bereich L1 erfolgt, gehören zum Bereich L1 nutzlose Abschnitte, in denen keine Abkühlung oder Erwärmung durchgeführt wird. Als Ergebnis ist es unmöglich, eine hohe Abkühlungs- oder Erwärmungsgeschwindigkeit zu erhalten. Das heißt, die herkömmliche Wärmebehandlungsvorrichtung befindet sich in einem Zustand, in dem das Verhältnis der wirksamen Gasblaslänge klein ist.
Anhand von 20 wird im folgenden ein Beispiel für die Erfindung erläutert. In der Anordnung gemäß 20 wurde eine Verlängerung 22 der Gasblasvorrichtung auf der Gegenseite zur Stützwalze im Hinblick auf das Stahlband 7 bereitgestellt. Infolge dieser Anordnung war die Länge L2 von der Anfangsposition zur Endposition des Gasblasens verkürzt. Die Ist-Gasblaslänge gemäß 19 ist die gleiche wie die Ist-Gasblaslänge gemäß 20, aber vergleicht man die Länge L1 mit der Länge L2, ist die Länge L2 kürzer als die Länge L1, d. h. das Verhältnis der wirksamen Gasblaslänge wurde erhöht. In diesem Fall wurde eine zur Erwärmung oder Abkühlung erforderliche Zeitperiode um (L1 – L2)/V Sekunden verkürzt, wobei eine Bewegungsgeschwindigkeit des Stahlbands 7 V m/s ist. Für die Erwärmungs- oder Abkühlungsgeschwindigkeit ist es möglich, die Erwärmungs- oder Abkühlungsgeschwindigkeit demgemäß zu erhöhen. Bei Anwendung der Erfindung auf eine tatsächliche Durchlaufglühvorrichtung zum Durchlaufglühen eines Stahlbands stieg in diesem Zusammenhang das Verhältnis der wirksamen Gasblaslänge von 82 % auf 90 %.
Wie zuvor beschrieben, läßt sich bei Erwärmung oder Abkühlung der Stützwalze die Erwärmungs- oder Abkühlungskapazität erhöhen, so daß die Erwärmungs- oder Abkühlungsgeschwindigkeit weiter beschleunigt werden kann. Da es aber wie zuvor beschrieben in der Wärmebehandlungsvorrichtung, in der die Stützwalzen direkt mit einem Stahlband in Kontakt gebracht sind, um Erwärmung oder Abkühlung durchzuführen, allgemein schwierig ist, die Walzen in gleichmäßigen Kontakt mit dem Stahlband zu bringen, ist die Wärmebehandlungsvorrichtung dahingehend nachteilig, daß die Temperatur des Stahlbands ungleichmäßig wird. Gemäß einem im Rahmen der Erfindung durchgeführten Experiment betragen aber die Durchmesser der Stützwalzen gewöhnlich höchstens 300 mm, d. h. Stützwalzendurchmesser sind gewöhnlich klein. Daher ist ein Flächendruck der Stützwalze höher als der einer verbreitet verwendeten Heiz- oder Kühlwalze, deren Durchmesser 1000 mm beträgt, wobei der Flächendruck als Druck festgelegt ist, mit dem das Stahlband an die Walze gedrückt wird. Daher wurde festgestellt, daß keine Probleme im Hinblick auf ungleichmäßige Temperatur im Fall von Erwärmung oder Abkühlung verursacht wurden.
21 ist eine Querschnittansicht des rechten Stützwalzenabschnitts. In diesem Zusammenhang ist der Aufbau des linken Stützwalzenabschnitts im wesentlichen mit dem des rechten Stützwalzenabschnitts identisch. Daher wird hier nur die rechte Stützwalze erläutert. In diesem Beispiel ist die Stützwalze eine wassergekühlte Walze. Gemäß 21 ist die rechte Stützwalze 17 zwischen beiden Seitenwänden der Wärmebehandlungskammerwand 13 angeordnet und wird durch Lager 26 drehbar gelagert, die an den Seitenwänden in Längsrichtung gleiten können. In diesem Fall sind die Gasblassammler und die Düsen in einem Zwischenraum links vom Stahlband 7 angeordnet, aber in der Zeichnung zur Vereinfachung nicht gezeigt. Ein Ende der Stützwalze 17, deren Inneres zu einem Mantelaufbau ausgebildet ist, ist mit einem Motor 27 zum Drehen der Stützwalze verbunden. Andererseits hat ein auf der Gegenseite angeordnetes Lager 29 einen Drehgelenkaufbau, und ein Wasserzuflußrohr 28 sowie ein Abflußrohr 29 sind mit dem Drehgelenk verbunden. In diesem Fall ist das Lager 26 so angeordnet, daß es gleiten kann. Daher kann das Lager 26 durch einen Motor zum Bewegen der Stützwalze über eine Kraftübertragungswelle 31 und einen Verteiler 32 vorgeschoben und zurückgezogen werden.
Durch diesen Aufbau kann Kühlwasser der rechten Stützwalze 17 über das Wasserzuflußrohr 28 zugeführt werden, und Abwasser wird durch das Abflußrohr 29 nach außen abgegeben. In dieser Erläuterung dient die Stützwalze als Kühlwalze, aber bei Gebrauch von erwärmtem Fluid ist es möglich, die Stützwalze als Heizwalze zu verwenden. Auch bei Abkühlung ist es möglich, anderes Fluid als Wasser zu verwenden. Bei Erwärmung kann statt Fluid der Walze elektrischer Strom zugeführt werden, so daß die Walze als elektrisch beheizte Walze zum Einsatz kommen kann. Möglich ist die Steuerung einer Erwärmungs- oder Abkühlungskapazität durch Steuern einer Temperatur oder Menge von zuzuführendem Fluid oder durch Steuern eines der Walze zuzuführenden elektrischen Stroms.
Viertens wird ein Beispiel dargestellt, in dem die Gasblastemperatur wirksam verringert ist. 22(a) ist eine Ansicht eines herkömmlichen Beispiels für die Wärmebehandlungsvorrichtung, in der ein nicht oxidierendes Gas im Umlauf geführt und ein nicht oxidierender Gasstrahl auf ein Stahlband geblasen wird, so daß das Stahlband abgekühlt werden kann. In 22(a) bezeichnet die Bezugszahl 7 ein Stahlband, das ein abzukühlendes Objekt darstellt. Das Stahlband 7 wird in nicht oxidierendem Gas (nicht gezeigt) innerhalb der Wärmebehandlungskammerwand 13 abgekühlt. Die Bezugszahl 9 bezeichnet ein Gebläse zum Ansaugen und Einblasen des nicht oxidierenden Gases in der Wärmebehandlungskammer. Dieses Gebläse 9 saugt Gas aus der Wärmebehandlungskammer über einen Kanal 34 an. In der Mitte dieses Kanals 34 ist ein Wärmetauscher 35 zum Abkühlen von Gas vorgesehen, und das so abgekühlte Gas wird durch das Gebläse 9 aufgeladen. Das so aufgeladene Gas wird erneut in die Wärmebehandlungskammer über den Kanal 34 eingeleitet und auf das Stahlband 7 über den Gasblassammler 8 und die Düse 1 geblasen. Daher kann das Stahlband 7 schnell abgekühlt werden. Um bezüglich der Position des Wärmetauschers 35 gemäß der herkömmlichen Anordnung das Gebläse 9 vor Wärme zu schützen, nachdem Gas in der Wärmebehandlungskammer durch den Wärmetauscher abgekühlt wurde, wird es durch das Gebläse angesaugt. Das heißt, der Wärmetauscher ist auf der Stromaufwärtsseite des Gebläses angeordnet. In der herkömmlichen Wärmebehandlungsvorrichtung ist ein Schätzbereich des Wärmeübertragungskoeffizienten zur Abkühlung eines Stahlbands gering. Daher ist die Strömungsgeschwindigkeit am Düsenende nicht hoch. Folglich ist kein hoher Aufladedruck für das Gebläse erforderlich, und die Zunahme der Gastemperatur ist im Gebläse gering. Aus diesen Gründen kommt es im praktischen Einsatz nicht zu Problemen. Wird aber der Wärmeübertragungskoeffizient beim Abkühlen eines Stahlbands erhöht, wird es notwendig, die Strömungsgeschwindigkeit am Düsenende zu steigern, und ein hoher Aufladedruck ist für das Gebläse erforderlich. Aus diesen Gründen kann eine im Aufladeverfahren bewirkte Temperaturerhöhung nicht vernachlässigt werden. Als Ergebnis kann der Abkühlungswirkungsgrad gesteigert werden, wenn auch der Wärmetauscher 35 nach dem Gebläse 9 gemäß 22(b) angeordnet ist, d. h. der Abkühlungswirkungsgrad läßt sich erhöhen, wenn der Wärmetauscher 35 auch auf der Stromabwärtsseite des Gebläses 9 angeordnet ist. Das heißt, ist ein Temperaturabnahmebetrag von Atmosphärengas so eingestellt, daß er konstant ist, kann eine Kapazität des Wärmetauschers in der Anordnung von 22(b) kleiner als die des Wärmetauschers in der Anordnung von 22(a) sein.
Dadurch ist ein Druckverlust im Wärmetauscher reduziert, und eine Kapazität des Gebläses kann kleiner sein. In diesem Zusammenhang sind in der Anordnung von 22(b) Wärmetauscher vor und nach dem Gebläse angeordnet. Werden aber im Gebläse keine Probleme aus Sicht der Wärmebeständigkeit verursacht, kann der stromaufwärts angeordnete Wärmetauscher entfernt werden, und der Wärmetauscher kann nur auf der Stromabwärtsseite angeordnet sein.
GEWERBLICHE VERFÜGBARKEIT
Erfindungsgemäß ist es in der Wärmebehandlungsvorrichtung zum Erwärmen, Abkühlen oder Trocknen eines Stahlbands durch Blasen eines Gasstrahls auf das Stahlband möglich, den Wärmeübertragungskoeffizienten durch Erleichtern von Turbulenz in der Mitte des Gasstrahls zu erhöhen, es ist ferner möglich, Gas störungsfrei abzuführen, das auf das Stahlband geblasen wurde, und es ist möglich, die gegenseitige Störung dieses abgeführten Gases mit neu auf das Stahlband geblasenem Gas zu verhindern. Infolge dessen kann der Wärmeübertragungskoeffizient erhöht werden.
Erfindungsgemäß kann in der Wärmebehandlungsvorrichtung zum Erwärmen, Abkühlen oder Trocknen eines Stahlbands durch Blasen eines Gasstrahls auf das Stahlband die Länge nutzloser Laufteilstücke in den Einsatzräumen der rechten und linken Walzen verkürzt sein, d. h. die Länge von Teilstücken kann verkürzt sein, die nicht zur Erwärmung, Abkühlung oder Trocknung eines Stahlbands beitragen. Daher kann die Gesamtlänge der Wärmebehandlungsvorrichtung reduziert sein. Infolge dessen ist es möglich, eine Zeitperiode zum Erwärmen, Abkühlen oder Trocknen eines Stahlbands zu verkürzen, so daß die Erwärmungsgeschwindigkeit, Abkühlungsgeschwindigkeit oder Trocknungsgeschwindigkeit zum Erwärmen, Abkühlen oder Trocknen eines Stahlbands erhöht sein kann. Weiterhin ist der Wärmetauscher zur Abkühlung von Gas auf der Abgabeseite eines Gasverdichters, z. B. eines Gebläses, angeordnet. Daher wird es möglich, die Temperatur von Blasgas wirksam zu senken. Als Ergebnis kann der Abkühlungswirkungsgrad erhöht sein, und der Leistungsbedarf für einen Gasverdichter, z. B. ein Gebläse, läßt sich reduzieren.
Somit ist es möglich, eine aus metallurgischer Sicht erforderliche Erwärmungs- oder Abkühlungsgeschwindigkeit zu gewährleisten, ohne ein Gebläse oder einen Kanal mit übermäßig hoher Kapazität bereitzustellen. Außerdem läßt sich die Länge der Vorrichtung verkürzen. Daher kann die Vorrichtung kompakt gestaltet werden, und eine Leistungsstärke des Gebläses läßt sich gegenüber der des Gebläses der herkömmlichen Anordnung stark verkleinern. Somit läßt sich aus Sicht der Betriebskosten ein großer Vorteil realisieren. Gemäß dem Abkühlungssystem der Erfindung erfolgt ferner die Abkühlung, ohne daß Probleme mit ungleichmäßiger Temperatur eines Stahlbands verursacht werden und ohne daß es zur Beeinträchtigung eines Profils des Stahlbands und Oxidation einer Oberfläche des Stahlbands kommt, die im Abkühlungsverfahren mit Gas und Wasser auftreten und bei der Walzenabkühlung des herkömmlichen Abkühlungssystems bewirkt werden, bei dem der Wärmeübertragungskoeffizient α ≤ 400 kcal/m²h°C beträgt. Daher ist es möglich, die Qualität des Stahlbands zu verbessern, und es braucht keine Säurereinigungsvorrichtung zum Entfernen eines Oxidfilms vorgesehen zu sein. Somit kann die Vorrichtung vereinfacht sein.

1: Düse
2: Prallkörper
3: Prallplatte
4: Gasstrahl
5: turbulente Strömung
6: Spiralleitung
7: Stahlband
8: Gasblassammler
9: Gebläse
10: Öffnungsabschnitt
11: Ansauggassammler
12: Wärmebehandlungskammer
13: Wärmebehandlungskammerwand
14: Gasstrom
15: obere Transportwalze
16: linke Stützwalze
17: rechte Stützwalze
18: linke Walzenstützvorrichtung
19: rechte Walzenstützvorrichtung
20: untere Transportwalze
21: Gasblasvorrichtung
22: Verlängerung der Gasblasvorrichtung
23: linker Stützwalzen-Einsatzraum
24: rechter Stützwalzen-Einsatzraum
25: Gasblasraum
26: Lager
27: Stützwalzen-Antriebsmotor
28: Wasserzuflußrohr
29: Abflußrohr
30: Balg
31: Übertragungswelle
32: Verteiler
33: Stützwalzen-Rückzugsmotor
34: Kanal
35: Wärmetauscher

Claims

Verfahren zum Durchführen von Wärmebehandlung an einem Stahlband durch Blasen eines Gasstrahls auf das Stahlband aus einer Düse (1), die von einer ebenen Fläche eines Sammlers (8) in einer Höhe h von der Fläche senkrecht vorsteht, wobei die Auslaßöffnung der Düse (1) einen Abstand z vom Stahlband bis 70 mm hat, um das Stahlband (7) zu erwärmen, abzukühlen oder zu trocknen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ungleichung W/4 ≤ h erfüllt ist, wobei W eine Gasmenge (Gasmengendichte), die auf eine Flächeneinheit geblasen wird, in m³/min·m² ist und h in mm ausgedrückt ist.
Wärmebehandlungsvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei ein Walzeneinsatzraum (23, 24), in dem Stützwalzen (16, 17) in regelmäßigen Abständen in Laufrichtung des Stahlbands (7) abwechselnd angeordnet sind, in einem Gasblasraum (25) vorgesehen ist, in dem die Düsen (1) zum Blasen von Gasstrahlen angeordnet sind, um zu verhindern, daß das Stahlband (7) flattert; und Düsen zum Blasen von Gasstrahlen im Walzeneinsatzraum auf der Gegenseite zur Walzeneinsatzseite im Hinblick auf das Stahlband (7) angeordnet sind, um den Gasblasraum (25) zu verlängern.
Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Stützwalzen (16, 17) bei Abkühlung des Stahlbands (7) gekühlt sind und die Stützwalzen (16, 17) bei Erwärmung oder Trocknung des Stahlbands (7) erwärmt sind.
Wärmebehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei ein Wärmetauscher (35) zum Abkühlen von Gas mindestens auf der Stromabwärtsseite eines Gasverdichters, z. B. eines Gebläses (9), angeordnet ist.