專利名稱：加熱金屬帶的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將金屬帶或其他可纏繞的金屬物體加熱到一升高的溫度，而不會(huì)使在空氣中在所述升高的溫度下會(huì)氧化的所述金屬物體氧化，其中該金屬物體通過(guò)至少局部由隔熱及非導(dǎo)電材料制成的氣密加熱室傳送到加熱部分中，同時(shí)借助于位于所述加熱室外側(cè)的橫向磁通量感應(yīng)加熱元件在加熱室的至少兩個(gè)相對(duì)壁的作用下通過(guò)橫向磁通量感應(yīng)加熱而加熱，該加熱室內(nèi)包含保護(hù)性非氧化氣體或氣體混合物。
本發(fā)明也涉及一種用于將金屬帶或其他可纏繞的金屬物體加熱到一升高的溫度，而不會(huì)使在空氣中在所述升高的溫度下會(huì)氧化的所述金屬物體氧化的裝置，其中所述裝置包括氣密加熱室，通過(guò)該加熱室金屬物體穿過(guò)，所述加熱室至少局部由隔熱及非導(dǎo)電材料制成，并包含保護(hù)性非氧化氣體，所述加熱室在其端部具有用于金屬物體的入口和出口，且其中橫向磁通量感應(yīng)加熱元件彼此相對(duì)地位于加熱室的外側(cè)，用于隨著金屬物體被傳送過(guò)該加熱室，在通過(guò)加熱室的兩個(gè)相對(duì)壁的磁通量感應(yīng)加熱元件的作用下橫向磁通量感應(yīng)加熱所述金屬物體。
此外，本發(fā)明涉及一種形成用于熱處理金屬帶或其他可纏繞的金屬物體的整體爐的生產(chǎn)流水線，包括進(jìn)入端和排出端；沿從進(jìn)入端到排出端的生產(chǎn)流水線延伸的用于物體的通道，所述通道相對(duì)于外界環(huán)境封閉；該生產(chǎn)流水線還包括用于將金屬帶或其他可纏繞的金屬物體加熱到一升高的溫度，而不會(huì)使在空氣中在所述升高的溫度下會(huì)氧化的所述金屬物體氧化的裝置，其中所述裝置包括氣密加熱室，通過(guò)該加熱室金屬物體穿過(guò)，所述加熱室形成所述封閉通道的一部分，并至少局部由隔熱及非導(dǎo)電材料制成，并包含保護(hù)性非氧化氣體，其中橫向磁通量感應(yīng)加熱元件彼此相對(duì)地位于加熱室的外側(cè)，用于隨著金屬物體被傳送過(guò)該加熱室，在通過(guò)加熱室的兩個(gè)相對(duì)壁的磁通量感應(yīng)加熱元件的作用下橫向磁通量感應(yīng)加熱所述金屬物體；以及一冷卻部分，該冷卻部分包括所述加熱室下游的冷卻室，所述冷卻室也形成所述封閉通道的一部分。
背景技術(shù)：
各種類型的金屬和合金帶在它們冷軋、冷拉或冷延展時(shí)會(huì)硬化。因此，它們需要加熱并退火以便被重新結(jié)晶。這具體涉及不銹鋼帶，但一般對(duì)于各金屬都適用。傳統(tǒng)上，使用連續(xù)退火爐，該爐采用在加熱室內(nèi)的燃料或輻射電子加熱，金屬帶穿過(guò)該加熱室以通過(guò)傳導(dǎo)及/或輻射而被加熱。加熱速率相對(duì)低，由此爐的總長(zhǎng)相應(yīng)地要較長(zhǎng)。
在現(xiàn)有技術(shù)中也公知對(duì)于加熱金屬帶和其他金屬物體采用感應(yīng)加熱。在原理上，存在兩種型式的感應(yīng)加熱技術(shù)；軸向感應(yīng)加熱(AIH)和橫向磁通量感應(yīng)加熱(TFIH)。
AIH通過(guò)使電流通過(guò)圍繞要被加熱的金屬纏繞但不接觸的導(dǎo)線而起作用。電流在金屬中感應(yīng)出磁流，從而金屬被加熱。為了以這種方式加熱，金屬必須基本上是磁性的，從而，諸如銅、鋁和奧氏體不銹鋼的金屬不容易用這種技術(shù)加熱。
TFIH采用位于要被加熱的金屬相對(duì)側(cè)的相對(duì)極的電磁鐵。磁場(chǎng)穿過(guò)金屬的作用使金屬加熱。在這種情況下，金屬要是導(dǎo)電的，但不需是磁性的。從而，銅、鋁和不銹鋼也可以通過(guò)這種技術(shù)來(lái)加熱。用于加熱金屬帶的TFIH的使用在GB 2,155,740A、US-A-4,585,916、EP 0,246,660、EP0,346,547 B1和EP 0,667,732 A2中公開(kāi)。
用于生產(chǎn)冷軋或最終退火的不銹鋼帶的設(shè)備一般包括至少兩個(gè)退火部分、初步退火部分和一光亮退火部分。在初步退火部分內(nèi)，熱軋卷材被熱處理，以使其在隨后的冷軋過(guò)程中容易成形。由于例如熱軋奧氏體鋼帶將具有從熱軋工藝遺留下來(lái)的鐵鱗表面層，這足以使該鋼帶在向大氣(空氣)開(kāi)口的連續(xù)退火爐中于適宜的溫度下退火。跟著這個(gè)過(guò)程的是去除熱軋鐵鱗和由退火工藝形成的鐵鱗的去鱗操作。在清洗和干燥后，鋼帶即處于適于冷軋的條件。
對(duì)于表面關(guān)鍵性的中間退火和最終退火，在此需要較高程度的表面反射率，需要防止金屬帶表面氧化。這是在包含保護(hù)性、非氧化氣體的連續(xù)組合爐中實(shí)現(xiàn)的。這種爐可以采用借助于保護(hù)性氣體的傳導(dǎo)或借助于來(lái)自金屬容器的間接輻射熱的間接輻射加熱，該金屬容器包含保護(hù)性氣體并在外側(cè)加熱。這些現(xiàn)有技術(shù)的方法的主要缺點(diǎn)在于輻射加熱，尤其是經(jīng)由氣體媒介的輻射加熱為一較慢的過(guò)程。由于貫穿金屬帶厚度而提高其溫度到理想的加熱溫度需要的時(shí)間并為了保持足夠大的生產(chǎn)率，因此這種類型的退火爐一般相對(duì)較長(zhǎng)，從而這種爐的資金花費(fèi)相對(duì)大。盡管存在這些缺點(diǎn)，這種類型的退火爐普遍在新的裝置中采用，同時(shí)TFIH技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用基本上已經(jīng)局限于非鐵工業(yè)，一般用于將銅和鋁帶材料加熱到中度溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠克服上述缺點(diǎn)的方法和一種裝置和生產(chǎn)流水線。于是，本發(fā)明提出了一種如上述限定的方法，其中要被加熱的金屬物體為已經(jīng)被冷軋為表面反射率較高的不銹鋼物體；該冷軋的不銹鋼物體通過(guò)所述加熱室并在所述加熱室內(nèi)被加熱到700到1200℃之間的工藝溫度；該冷軋的不銹鋼物體保持在700與1200℃之間的工藝溫度足夠長(zhǎng)時(shí)間以用于鋼完全重新結(jié)晶；并然后被熱處理的金屬物體在一氣密冷卻部分內(nèi)被直接從工藝溫度快速冷卻到低于600℃的溫度，其中非氧化氣體穿過(guò)該氣密冷卻部分。
在上述溫度范圍內(nèi)，例如，奧氏體不銹鋼可以在1050-1200℃范圍內(nèi)的溫度下被連續(xù)退火，對(duì)于每個(gè)階段的溫度的精確選擇取決于其具體的化學(xué)性質(zhì)。相反，冷軋奧氏體不銹鋼可以在700-800℃的范圍內(nèi)在加熱室內(nèi)被軟化，同樣取決于它們的具體化學(xué)性質(zhì)。
保護(hù)性氣體原理上可以是在退火溫度下不氧化要被加熱的金屬或是反應(yīng)性氣體，但是包含適宜的氫氣或氣體還原氣體或氣體混合物，例如，混合有氮?dú)饣驓鍤獾臍錃狻?br> 本發(fā)明已經(jīng)首先對(duì)于光亮退火寬度一般可從200mm到1500mm變化的不銹鋼帶而進(jìn)行研究。本發(fā)明的目的是具有不同寬度，但最寬和最窄可能的(conceivable)金屬帶之間的比不超過(guò)2∶1的金屬帶可以在該裝置中加熱。因此，加熱容器被制得如此寬以便可以在加熱生產(chǎn)線中容納要被加熱的最寬金屬帶。此外，為了實(shí)現(xiàn)橫向磁通量感應(yīng)加熱元件的較好的加熱效率，感應(yīng)器應(yīng)定位在靠近或鄰近加熱室或容器的寬側(cè)，冷卻通道可以設(shè)置在加熱室壁和感應(yīng)器之間。感應(yīng)器表面也可以通過(guò)覆蓋非導(dǎo)電的隔熱材料而防止過(guò)熱。
如上面所理解的，在垂直于金屬帶平面的方向上加熱室相對(duì)窄。該尺寸的值取決于要被加熱的金屬帶的物理特性，但應(yīng)盡可能小以使由感應(yīng)器的加熱最有效。由于用橫向磁通量感應(yīng)加熱可達(dá)到的熱量輸入速率較高，加熱室的長(zhǎng)度與采用傳統(tǒng)熱源的爐相比較短。由于加熱室的尺寸與傳統(tǒng)加熱的退火爐相比較小，所需的保護(hù)性氣體的體積相應(yīng)地小，提高了工藝成本效果(costefficiency)。
加熱室的結(jié)構(gòu)可以是具有用于金屬帶的進(jìn)、出口的管閉爐(muffle))或容器，在該加熱室中隔熱構(gòu)件(板)至少跨過(guò)平行于金屬帶表面的加熱室，加熱室垂直于金屬帶表面的尺寸相對(duì)小。一般地，其具有大致矩形的橫截面，而該形狀也可以為伸長(zhǎng)的橢圓或其他橫截面。
根據(jù)涉及前述的裝置的本發(fā)明的一方面，包含在所述加熱室內(nèi)的保護(hù)性氣體至少主要包括氫氣，其中包括所述外腔室和位于加熱室外側(cè)彼此相對(duì)的所述橫向磁通量加熱元件的組件封閉在一氣密容器中，該容器包含防爆的氣體，在包含氫氣的加熱室事故破裂情況下能夠用于安全護(hù)罩。
根據(jù)涉及生產(chǎn)流水線的本發(fā)明的另一方面，封閉的通道也包括所述進(jìn)入端和所述加熱室之間的進(jìn)入部分和所述冷卻室和所述排出端之間的排出部分，其中至少一個(gè)氣體導(dǎo)管連接到所述進(jìn)入部分上，而至少一個(gè)氣體導(dǎo)管連接到所述排出部分上，以用于從保護(hù)性氣體源由新鮮的保護(hù)性氣體補(bǔ)充整體爐內(nèi)保護(hù)性氣體的損失，并用于保持爐內(nèi)的正壓力，以防止空氣進(jìn)入系統(tǒng)。也提出了各種措施控制及/或使通過(guò)加熱室的氣體流動(dòng)最小化。
此外，根據(jù)生產(chǎn)流水線的另一方面，當(dāng)用于加熱金屬帶時(shí)，該生產(chǎn)流水線包括至少一個(gè)用于記錄金屬帶邊緣相對(duì)TFIH元件及/或相對(duì)于位于TFIH元件和加熱室之間加熱爐兩側(cè)上的擋板的橫向位置的傳感器；來(lái)自所述至少一個(gè)傳感器的輸出信號(hào)傳送于其中并在其中轉(zhuǎn)換信號(hào)的控制單元；以及由所述控制單元根據(jù)被傳送到控制單元并在此轉(zhuǎn)換的所述信號(hào)控制的運(yùn)動(dòng)裝置，該運(yùn)動(dòng)裝置用于移動(dòng)TFIH元件和/或位于TFIH元件和加熱室之間的擋板，以保持金屬帶邊緣相對(duì)于TFIH元件及/或相對(duì)于擋板的適宜的橫向位置。
也可以的是，在本發(fā)明的生產(chǎn)流水線中，將TFIH元件與傳統(tǒng)的加熱單元組合為一預(yù)加熱部分，在此，為了溶解在鋼微結(jié)構(gòu)內(nèi)的不理想的金相，并/或?yàn)榱双@得材料的理想特性，需要非常長(zhǎng)的均熱處理。
此外，在本發(fā)明的生產(chǎn)流水線中，也可以通過(guò)輻射加熱元件將TFIH元件與傳統(tǒng)的電子加熱組合成附加的或輔助的傳統(tǒng)光亮退火爐部分，該部分接著TFIH光亮退火部分或可以在后者之前。
如本發(fā)明所采用的，TFIH主要為一種快速加熱方法。然而，這并不排除根據(jù)本發(fā)明方法的可構(gòu)想的變型的TFIH也可以有利地用于需要控制金屬加熱速率的應(yīng)用中。從而，對(duì)于薄規(guī)格金屬帶，可能需要更緩慢的升溫速率以控制溫度而避免變形。這可以通過(guò)多個(gè)感應(yīng)器的慎重考慮的選擇而予以實(shí)現(xiàn)，即，低功率感應(yīng)器將金屬帶相對(duì)慢地加熱到所決定的最終溫度的中途，隨后通過(guò)一個(gè)或多個(gè)大功率感應(yīng)器，用于加熱周期的剩余階段。就加熱速率而言，對(duì)于這種應(yīng)用，術(shù)語(yǔ)逐漸比快速更適宜，盡管該加熱比傳統(tǒng)加熱單元所達(dá)到的速率快得多。
交流電被施加到感應(yīng)器或各感應(yīng)器。對(duì)于鐵類材料，頻率可以為200Hz到3000Hz或更高之間的任何值，且額定功率可高到3MW或更高。該選擇取決于金屬帶或其他物的尺寸，或理想生產(chǎn)率的需要。
本發(fā)明也可以用于與退火相關(guān)工作之外的其他加熱用途，但其主要優(yōu)點(diǎn)為空間受限的地方及/或傳統(tǒng)加熱元件成本高的地方。
本發(fā)明的其他特征和方面將從以下其實(shí)施例的描述和所附的權(quán)利要求書得以明白。


參照附圖將對(duì)本發(fā)明詳細(xì)描述，其中圖1示意性地示出了根據(jù)第一優(yōu)選實(shí)施例的本發(fā)明的原理；圖2示意性地示出了沿圖1中的線II-II取得的TFIH剖面；圖3示意性示出了加熱生產(chǎn)線，其中TFIH部分與更普通型的輔助光亮退火部分相組合；圖4示意性示出了在外部容器內(nèi)采用閉爐的TFIH部分的實(shí)施例；圖5示意性示出了采用與外部容器整合的加熱室的TFIH部分的實(shí)施例；
圖6詳細(xì)示出了生產(chǎn)流水線的實(shí)施例，其中可以采用本發(fā)明的方法；以及圖7以較大比例示出了生產(chǎn)流水線的局部，其中設(shè)備的一些細(xì)節(jié)只示意性的示出。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性地示出了光亮退火流水線，其可以包括到用于生產(chǎn)具有高度表面反射率的不銹鋼帶的冷軋?jiān)O(shè)備中。圖1所示的光亮退火流水線包括用于展開(kāi)冷軋不銹鋼帶2的開(kāi)卷絞盤1、清除油漬單元3、進(jìn)入部分4、橫向磁通量感應(yīng)加熱(TFIH)部分5、冷卻部分6、在冷卻部分6之后以細(xì)長(zhǎng)的腔室(通道)形式的排出部分11、以及重新纏卷機(jī)10，該重新纏卷機(jī)將光亮退火的鋼帶裝載。此外，該流水線還包括用于將使用過(guò)并被加熱過(guò)的保護(hù)性氣體在重復(fù)使用循環(huán)之前加以冷卻的熱交換器7、用于將冷卻過(guò)的、再循環(huán)的保護(hù)性氣體吹入冷卻部分6的風(fēng)扇8、用于使鋼帶2前進(jìn)而通過(guò)流水線的運(yùn)動(dòng)裝置(電機(jī))9、以及多個(gè)未由附圖標(biāo)記表示的導(dǎo)引及拉伸輥。應(yīng)理解的是，該流水線也可以包括附屬設(shè)備，諸如剪切及焊接單元、撐套器、拉伸輥等，以及用于連續(xù)傳送鋼帶及保護(hù)性氣體通過(guò)光亮退火流水線的傳統(tǒng)或非傳統(tǒng)裝置。這些附屬設(shè)備由附圖標(biāo)記A1和A2表示并指出。
在光亮退火部分5，在金屬帶2的每一側(cè)上設(shè)置了TFIH元件15和16，而在兩個(gè)TFIH元件之間，設(shè)置了閉爐17形式的爐腔室，金屬帶2通過(guò)該閉爐17傳輸。閉爐17沿TFIH部分4的整個(gè)長(zhǎng)度延伸并伸出TFIH元件15和16的端部。
現(xiàn)在同時(shí)參照?qǐng)D2，根據(jù)本實(shí)施例的閉爐17包括矩形橫截面的相對(duì)平坦的管。兩個(gè)較寬的側(cè)壁18和19分別面對(duì)TFIH元件15和16。寬的側(cè)壁18和19的內(nèi)表面的寬度超過(guò)要在退火流水線中加工的任何金屬帶2的最大寬度。與側(cè)壁18和19成直角的端部分別被標(biāo)識(shí)為20和21。較寬的側(cè)壁18和19的內(nèi)表面之間的距離盡可能小，以使金屬帶2通過(guò)閉爐17傳送而不接觸閉爐的壁，該值可以為25-200mm，優(yōu)選地是只為35-60mm。
根據(jù)本實(shí)施例的閉爐由片狀隔熱及非導(dǎo)電陶瓷材料制成，盡管其他隔熱和非導(dǎo)電材料也可以采用?？梢詷?gòu)想的是，如果所選擇的陶瓷材料允許的話，閉爐可以鑄造或由噴鍍技術(shù)加工。為了使閉爐具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，端部20和21可以制成比面對(duì)TFIH元件15和16的較寬的側(cè)壁18和19明顯厚。也可以在較寬的側(cè)壁18和19的外側(cè)和/或內(nèi)側(cè)設(shè)置加固裝置以通過(guò)肋或疊層結(jié)構(gòu)用于加強(qiáng)的目的。閉爐的更簡(jiǎn)便的橫截面形式為伸長(zhǎng)的橢圓形，尤其是在采用噴鍍技術(shù)制造閉爐的時(shí)候。
理想地是，閉爐應(yīng)為氣密的。然后，可以將該組件(閉爐和感應(yīng)器)封閉在氣密的殼體中，該殼體包含在閉爐事故破裂或空氣滲透過(guò)閉爐情況下作為安全屏障的防爆氣體。在該殼體形式設(shè)計(jì)時(shí)，包含感應(yīng)器的外部可以包含保護(hù)性氣體。在任何構(gòu)建方法情況下，環(huán)繞閉爐或退火室的氣體應(yīng)包含與退火室中所存在的相同的氣體。如果這種氣體在退火溫度下若暴露于空氣具有固有的爆炸性，那么除了對(duì)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)爐的普通安全措施外，以惰性氣體快速、全面沖洗閉爐是可取的。
閉爐17的矩形入口24以氣密方式連接到第一進(jìn)入管狀部分4。該進(jìn)入管4可以由鋼板制成，并具有矩形橫截面，但尺寸大于閉爐的尺寸。該進(jìn)入管4在其入口處具有諸如密封輥或氈制密封墊26的裝置，以便防止空氣進(jìn)入爐中。閉爐17的矩形出口25以氣密方式連接到冷卻部分6中的冷卻室27上，在冷卻室27處早期被冷卻的保護(hù)性氣體被足夠快地引向金屬帶的兩個(gè)表面，以完成金屬帶退火過(guò)程所需的速率冷卻金屬帶，一般對(duì)于不銹鋼該速率為100℃/s。用于冷卻和再循環(huán)冷卻氣體的裝置一般為熱交換器7，如需要的話，由致冷器來(lái)增強(qiáng)其效果。該氣體通過(guò)布置在分支管道23中的風(fēng)扇8循環(huán)過(guò)冷卻室27并通過(guò)熱交換器7。
該結(jié)構(gòu)的剩余部分包括由與進(jìn)入管4類似結(jié)構(gòu)的管構(gòu)成的排出部分11，該排出部分11又用裝置28中止，以防止空氣進(jìn)入系統(tǒng)。
雖然在整體爐的進(jìn)入端和排出端設(shè)置了密封件26和28，不能完全避免氣體損失。這種損失由從未示出的保護(hù)性氣體源通過(guò)導(dǎo)管31和32分別引入進(jìn)入和排出部分4和11的新鮮保護(hù)性氣體來(lái)補(bǔ)充。更便捷的是，從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看，應(yīng)沒(méi)有任何氣體流過(guò)閉爐/加熱室17。如果不能滿足的話，至少應(yīng)該控制流過(guò)閉爐17的氣體較少以減輕金屬帶被氣體冷卻，并促進(jìn)穿過(guò)閉爐的金屬帶2快速及均勻地加熱。因此，在入口部分4及在閉爐17的進(jìn)入口和排出口24和25附近的冷卻部分中各自的氣壓應(yīng)相等或受控，閉爐在所述進(jìn)入和排出口之間應(yīng)沒(méi)有任何氣體入口和出口。因此，可以分別在所述進(jìn)入和排出口24和25附近設(shè)置氣壓傳感器33和34。所述傳感器33和34連接到未示出的控制單元，以用于將測(cè)量的氣壓值傳送到所述控制單元，用于調(diào)節(jié)通過(guò)導(dǎo)管31和32而到達(dá)進(jìn)入和排出部分4和11的新鮮保護(hù)性氣體的流動(dòng)，以便維持氣壓平衡，或控制在閉爐17進(jìn)入和排出側(cè)的壓力差，其中流過(guò)閉爐的氣流可以被控制為較低或最低。與閉爐的進(jìn)入和排出口24和25相鄰處也設(shè)置了輥35和36，該輥導(dǎo)引金屬帶，并也助于減小氣體運(yùn)動(dòng)。
圖1和2所示的光亮退火流水線和設(shè)備按以下方式工作。假設(shè)已經(jīng)被冷軋為高度表面反射率的不銹鋼帶2從絞盤1展開(kāi)，并在其進(jìn)入TFIH部分5的進(jìn)入管4的入口之前在去除油漬單元3內(nèi)去除油漬。當(dāng)金屬帶進(jìn)入TFIH部分5的閉爐17中時(shí)，其在橫向磁通量感應(yīng)元件15、16的作用下，并通過(guò)存在于閉爐內(nèi)的熱的、靜止的保護(hù)性氣體而被立即加熱到理想的退火溫度，對(duì)于不銹鋼帶該溫度可以在700到1200℃范圍內(nèi)，并在閉爐中維持該溫度足夠長(zhǎng)時(shí)間以用于鋼完全重新結(jié)晶。閉爐17的典型的長(zhǎng)度為2m。由于熱的金屬帶被適用的氫氣或可能的氮?dú)饣驓鍤饧?或任何惰性氣體構(gòu)成的保護(hù)性氣體保護(hù)，熱金屬帶的表面不會(huì)氧化，而在接觸空氣或其他氧化氣體情況下，在該溫度下其會(huì)氧化。
當(dāng)金屬帶已經(jīng)被適宜地加熱，其進(jìn)入冷卻部分6，在此金屬帶在冷卻室27內(nèi)通過(guò)圍繞要被冷卻的金屬帶的預(yù)先冷卻的保護(hù)性氣體降溫，以便熱失去率至少為100℃每秒，對(duì)于奧氏體不銹鋼，降溫到600℃以下，該保護(hù)性氣體由風(fēng)扇8通過(guò)兩個(gè)傾斜的氣體進(jìn)入腔37和38吹到金屬帶表面上。當(dāng)金屬帶從冷卻部分6中排出時(shí)，其通過(guò)接著冷卻部分6的長(zhǎng)通道11，并失去熱量，直到其以不超過(guò)100℃的溫度排出到大氣中為止。最后，金屬帶被纏繞到重新纏卷機(jī)10上。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，在TFIH部分5和冷卻部分6之間設(shè)置了附加的或輔助的、傳統(tǒng)的光亮退火部分5A。這種結(jié)構(gòu)提供了對(duì)于重新結(jié)晶較慢的合金在退火溫度徐熱的額外時(shí)間。在這種情況下，氣壓傳感器33和34適宜地分別位于爐17的進(jìn)入口的附近及輔助光亮退火部分5A的排出口的附近，以便防止保護(hù)性氣體流過(guò)兩個(gè)加熱部分5和5A，而保持在閉爐17和輔助加熱部分5A內(nèi)的氣體靜止。對(duì)于其他方面，該設(shè)備與參照?qǐng)D1和2所描述的類似或相同。
如上所述，可以將TFIH組件(感應(yīng)器15、16及閉爐17)封閉在包含防爆氣體的殼體內(nèi)，該氣體將用于在閉爐事故破裂情況下的安全屏障。這種結(jié)構(gòu)也可以用于冷卻感應(yīng)器15、16，否則感應(yīng)器會(huì)存在由于來(lái)自寬的閉爐壁18、19的熱輻射而損害的危險(xiǎn)，圖4和圖5示出了兩個(gè)實(shí)施例。
根據(jù)圖4，由帶防火村的鋼制成的外殼體40封閉感應(yīng)器15和16以及閉爐17。在外殼體40內(nèi)側(cè)的空間41充有防爆氣體，例如氮?dú)?，閉爐包含保護(hù)性氣體，該保護(hù)性氣體可以是氫氣，即，該氣體如果混合有空氣會(huì)爆炸。也可以提供措施以用于在空間41內(nèi)循環(huán)防爆氣體，空間41內(nèi)該防爆氣體流尤其被導(dǎo)引通過(guò)感應(yīng)器15、16和閉爐17之間的間隙42、43。在外殼體40內(nèi)的防爆氣體適宜地通過(guò)冷卻系統(tǒng)循環(huán)，該冷卻系統(tǒng)包括風(fēng)扇和熱交換器，與參照前面的冷卻部分6所描述的類似。
根據(jù)圖5，在TFIH部分內(nèi)的加熱室被標(biāo)識(shí)為17′。加熱室17′由兩個(gè)形成加熱室17′寬側(cè)壁的板18′和19′制成，所述板18′和19′在外殼體40的兩相對(duì)端壁之間延伸并與它們連接。加熱室17′形成外殼體40的隔板，分隔各自包含感應(yīng)器15和感應(yīng)器16的兩個(gè)腔室41A和41B。兩個(gè)腔室41A和41B充有防爆氣體，例如氮?dú)?，其循環(huán)以用于冷卻感應(yīng)器和加熱室17′的壁18′和19′的外表面。同樣在這個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)中可以包括具有一個(gè)或多個(gè)致冷器的熱交換器和風(fēng)扇。
圖6所示的生產(chǎn)線和整體爐原理上基于在前面參照?qǐng)D1和圖2所述的概念。相同的附圖標(biāo)記用于相應(yīng)的零件。
現(xiàn)在參照?qǐng)D6和圖7，構(gòu)造用于不銹鋼帶退火的生產(chǎn)線包括爐進(jìn)入拉緊器(bridle)50、爐進(jìn)入操縱裝置51、設(shè)計(jì)好的入口密封輥52(圖7)，帶有用于引入新鮮保護(hù)性氣體的通道31和第一阻斷門80的進(jìn)入部分4、一對(duì)爐進(jìn)入石墨輥53(圖7)，包含與前述相同類型的閉爐17的加熱部分5，TFIH元件15，16在閉爐17的每一側(cè)，一對(duì)輸出石墨輥54(圖7)、帶有閥控排出管84的頂部操縱單元56、通道11、在排出端帶有用于提供新鮮保護(hù)性氣體的導(dǎo)管32和第二阻斷門81的排出部分57，一對(duì)排出密封輥58、爐排出操縱裝置59、以及爐排出拉緊器60。支撐框架總地由62標(biāo)識(shí)。
石墨輥53、54的主要目的是限制從閉爐17內(nèi)的橫向磁通量感應(yīng)加熱的金屬帶2分別向石墨輥53和54上游和下游的較冷區(qū)域的氣體運(yùn)動(dòng)和輻射熱損失。石墨輥53和54也用于導(dǎo)引金屬帶2處于閉爐17的壁18和19(圖1)之間的中心處。然而，該輥不接觸金屬帶；輥和金屬帶之間最小間隙為2mm，因此它們對(duì)爐之內(nèi)的金屬帶的張力沒(méi)有影響。這是由爐排出拉緊器60控制的。石墨輥53、54分別由速度受控DC電機(jī)63和64驅(qū)動(dòng)。該電機(jī)被控制成輥的圓周速度與帶的速度相同。這是為了確保如果金屬帶與輥接觸，或金屬帶與輥接觸時(shí)，二者以相同速度運(yùn)動(dòng)，而不會(huì)發(fā)生金屬帶刮傷。石墨作為輥的材料也同樣有利于該目的，但也可以使用其他材料。輥的材料，不論其是石墨或其他選取的熱阻輥材料，比鋼帶柔軟，因此，在輥故障的情況下，輥會(huì)受到損壞，但不是該金屬帶。
從純經(jīng)濟(jì)的角度，在閉爐17內(nèi)的氣體應(yīng)是靜止的，以避免由于氣體流過(guò)閉爐造成的熱損失。然而，也理想的是在閉爐內(nèi)的氣體保持干燥并潔凈，并同時(shí)維持氣體的還原能力。因此參照?qǐng)D6所述的整體閉爐基于爐內(nèi)的氣體連續(xù)交換而設(shè)計(jì)。在本發(fā)明的爐中，新鮮氣體通過(guò)在爐的進(jìn)入和排出部分內(nèi)的導(dǎo)管31和32進(jìn)入，同時(shí)被污染的或“消耗的”，或換句話說(shuō)“用過(guò)的”氣體被處理以從爐內(nèi)以受控的速率通過(guò)在整體爐的頂部56內(nèi)的閥控排出管84排出。這意味著，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，實(shí)現(xiàn)了一定量的受控新鮮氣流通過(guò)閉爐17，并且穿過(guò)閉爐的氣體的方向與要被加熱的金屬帶的方向相同，即，從冷的進(jìn)入端向熱的排出端。進(jìn)入入口的新鮮氣體隨著其通過(guò)閉爐向閉爐的排出端移動(dòng)而由來(lái)自金屬帶的輻射而被連續(xù)加熱，其中，避免了任何由于氣體流過(guò)閉爐而帶來(lái)的不希望的、有害的加熱金屬帶的冷卻。
通過(guò)控制氣流，爐也被保持在若干英寸水柱的正壓力，或至少5″wg，以防止空氣進(jìn)入系統(tǒng)。
在加熱部分5的頂部，在閉爐17和輸出石墨輥54之間，設(shè)置了第一傳感器67和第二傳感器68。在作為掃描式高溫計(jì)67的第一傳感器中，轉(zhuǎn)動(dòng)的反射鏡組件安裝在傳感頭內(nèi)側(cè)，而傳感頭固定到爐外側(cè)，正好高于加熱室17并正好低于輸出石墨輥。在爐一側(cè)具有一貫穿狹縫，以便對(duì)應(yīng)其轉(zhuǎn)動(dòng)60°，反射鏡指向爐的內(nèi)側(cè)。由熱金屬帶發(fā)出的紅外線被反射鏡反射到也裝在傳感頭內(nèi)側(cè)的紅外探測(cè)器上，其中金屬帶距反射鏡的距離使得金屬帶的寬度可以被反射鏡的每次轉(zhuǎn)動(dòng)看到。探測(cè)器然后提供處理信號(hào)到控制單元69中的計(jì)算機(jī)中，其顯示關(guān)于熱金屬帶的溫度狀況的各種信息。
橫向磁通量感應(yīng)加熱優(yōu)選地將能量集中在金屬帶邊緣，這會(huì)在邊緣處產(chǎn)生不期望的高溫，除非采取特定的預(yù)防措施以通過(guò)相對(duì)金屬帶位置精確定位感應(yīng)器15和16并/或通過(guò)在感應(yīng)器15、16和閉爐17之間提供遮蓋板72、73以控制提供到邊緣上的能量來(lái)避免該情況。感應(yīng)器15、16和/或遮蓋板72、73橫向可移動(dòng)，即，分別通過(guò)運(yùn)動(dòng)裝置74、75和/或76、77平行于與帶運(yùn)動(dòng)方向垂直的帶的表面。運(yùn)動(dòng)裝置包括被控制單元69根據(jù)從掃描式高溫計(jì)67傳送到控制單元69的關(guān)于帶邊緣位置的信息而控制的電機(jī)，以便感應(yīng)器15、16的位置由電機(jī)74、75調(diào)整，以與帶邊緣位置匹配，并/或使遮蓋板72、73精確地與帶邊緣隨動(dòng)，以便避免帶邊緣過(guò)熱。
第二傳感器68為中心線高溫計(jì)，其是與掃描式高溫計(jì)類似的一種設(shè)備，但他不使用旋轉(zhuǎn)反射鏡。該裝置被設(shè)定為通過(guò)陶瓷管在與掃描式高溫計(jì)相同的垂直高度但在帶的相對(duì)面觀察帶垂直中心線上的點(diǎn)。其具有在感應(yīng)器能力控制系統(tǒng)之內(nèi)的監(jiān)控功能，能量控制由圖7中的標(biāo)記79示意性地示出。感應(yīng)器15、16的能量需求作為將金屬帶的溫度從進(jìn)入溫度提高的理想的退火溫度所需的能量量而計(jì)算。該系統(tǒng)然后將其轉(zhuǎn)化為能量范圍，并通過(guò)監(jiān)控電壓、電流和頻率來(lái)控制該范圍。
在進(jìn)入和排出部分4、57，風(fēng)門(blast gate)80、81在進(jìn)入或排出密封輥52、58區(qū)域著火情況下工作。該門關(guān)閉以防止大氣進(jìn)入整體爐中，由于密封輥在著火的情況下將必定失效，因此可減小爆炸的危險(xiǎn)。同樣在該可能的情況下，中斷通過(guò)導(dǎo)管31、32提供新鮮保護(hù)性氣體。
本發(fā)明不局限于前述的實(shí)施例，并可以構(gòu)想出各種變形。在所描述的實(shí)施例中，金屬帶垂直向上通過(guò)加熱室，但也可以在相反的方向，在該情況下將冷卻部分設(shè)置在加熱室下方。也可以構(gòu)想不同于前述類型高溫計(jì)的氣體傳感器用于探測(cè)金屬帶相對(duì)感應(yīng)器和/或相對(duì)遮蓋板的橫向位置，并用于控制被加熱金屬物體隨其離開(kāi)加熱爐的熱量。
權(quán)利要求
1.一種將金屬帶或其他可纏繞的金屬物體加熱到一升高的溫度，而不會(huì)使在空氣中在所述升高的溫度下會(huì)氧化的所述金屬物體氧化的方法，其中，金屬物體通過(guò)爐室(17)進(jìn)入加熱部分(5)，同時(shí)通過(guò)位于所述包含保護(hù)性非氧化氣體或其他混合物的爐室外側(cè)的橫向磁通量加熱元件(15、16)由橫向磁通量加熱(TFIH)加熱，其中該爐室至少局部由隔熱及非導(dǎo)電材料制成，其特征在于，a)所述金屬物體為已經(jīng)被冷軋到很高程度表面反射率的不銹鋼；b)所述冷軋不銹鋼物體穿過(guò)所述爐室并在所述室內(nèi)被加熱到700到1200℃之間的工藝溫度；c)所述冷軋不銹鋼物體保持在所述700和1200℃之間的溫度足夠長(zhǎng)時(shí)間以用于鋼完全重新結(jié)晶；以及d)所述熱處理的金屬物體然后在非氧化氣體穿過(guò)的氣密冷卻部分(6、27)內(nèi)從工藝溫度直接快速冷卻到低于600℃的溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，金屬物體在所述工藝溫度下被退火，并且被退火的金屬物體以至少100℃/s的速率在所述冷卻部分內(nèi)冷卻。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述爐室(17)內(nèi)的所述保護(hù)性氣體被保持大致靜止。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)性氣體在受控速率下以與金屬物體穿過(guò)所述爐室相同的方向流過(guò)爐室(17)。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，金屬物體在垂直方向通過(guò)所述爐室。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)性氣體至少主要包括還原氣體或氣體混合物。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述金屬物體為金屬帶，且所述金屬帶邊緣相對(duì)TFIH元件(15、16)及/或相對(duì)位于TFIH元件和加熱室之間加熱爐兩側(cè)上的遮蓋板(72、73)的橫向位置通過(guò)至少一個(gè)傳感器(67)探測(cè)，且來(lái)自所述至少一個(gè)傳感器的輸出信號(hào)用于控制運(yùn)動(dòng)裝置(74、75、76、77)，該運(yùn)動(dòng)裝置用于移動(dòng)TFIH元件及/或遮蓋板，以維持金屬帶邊緣相對(duì)TFIH元件和/或相對(duì)遮蓋板的理想的橫向位置。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述金屬物體沿通道穿過(guò)殼體，所述殼體包括進(jìn)入部分、其內(nèi)金屬物體被加熱的所述爐室、其內(nèi)被加熱的物體被冷卻的冷卻部分、以及排出部分，新鮮保護(hù)性氣體以受控速率被引入到爐室(17)上游的所述殼體中，并且被用過(guò)的保護(hù)性氣體以受控速率從所述冷卻室(27)的下游的殼體排出，使保護(hù)性氣體在與金屬物體在爐室相同的方向上以受控速率流過(guò)爐室。
9.一種用于將金屬帶或其他可纏繞的金屬物體加熱到一升高的溫度，而不會(huì)使在空氣中在所述升高的溫度下會(huì)氧化的所述金屬物體氧化的裝置，其中所述裝置包括氣密加熱室(17)，通過(guò)該加熱室金屬物體穿過(guò)，所述加熱室至少局部由隔熱及非導(dǎo)電材料制成，并包含保護(hù)性非氧化氣體，所述加熱室在其端部具有用于金屬物體和所述保護(hù)性非氧化氣體的入口(24)和出口(25)，且其中橫向磁通量感應(yīng)加熱(TFIH)元件(15、16)彼此相對(duì)地位于加熱室的外側(cè)，用于隨著金屬物體被傳送過(guò)該加熱室，在通過(guò)加熱室的兩個(gè)相對(duì)壁(18、19)的磁通量感應(yīng)加熱元件的作用下橫向磁通量感應(yīng)加熱所述金屬物體，其特征在于，包含在所述加熱室內(nèi)的保護(hù)性氣體至少基本包含氫氣，且包括所述外部腔室(17)和彼此相對(duì)地位于所述腔室外側(cè)的所述磁通量感應(yīng)加熱元件(15、16)的組件被封閉在氣密殼體(40)中，該氣密殼體包含防爆氣體，其能夠用作包含氫氣的加熱室意外破裂情況下的安全屏障。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述外殼體(40)充有惰性氣體。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述外殼體(40)充有氮?dú)狻?br> 12.如權(quán)利要求9-11中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，用于在所述外殼體(40)內(nèi)側(cè)空間(41)內(nèi)循環(huán)防爆氣體的設(shè)備。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述循環(huán)氣體的氣流被導(dǎo)引通過(guò)感應(yīng)器(15、16)和包含所述氫氣的加熱室(17)之間存在的間隙(42、43)。
14.如權(quán)利要求12或13所述的裝置，其特征在于，在外殼體內(nèi)循環(huán)的防爆氣體通過(guò)冷卻系統(tǒng)循環(huán)。
15.如權(quán)利要求9-14中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，外殼體(40)由帶防火村的鋼制成。
16.如權(quán)利要求9-15中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，爐室為閉爐型式。
17.一種形成用于熱處理金屬帶的整體爐的生產(chǎn)流水線，包括進(jìn)入端和排出端；沿從進(jìn)入端到排出端的生產(chǎn)流水線延伸的用于金屬帶的通道，所述通道相對(duì)于外界環(huán)境封閉；該生產(chǎn)流水線還包括用于將金屬帶在爐室(17)內(nèi)加熱到升高的溫度的裝置，其特征在于，所述爐室為閉爐爐室(17)，橫向磁通量感應(yīng)加熱(TFIH)元件(15、16)沿平行于金屬帶表面的那些閉爐壁(18、19)而位于閉爐爐室外側(cè)閉爐兩側(cè)上，所述生產(chǎn)流水線包括至少一個(gè)用于記錄金屬帶邊緣相對(duì)于TFIH元件(15、16)和/或相對(duì)于位于TFIH元件和所述爐室(17)之間爐室的兩側(cè)上的遮蓋板(72、73)的橫向位置的傳感器(67)；來(lái)自所述至少一個(gè)傳感器的輸出信號(hào)提供給其并在其內(nèi)轉(zhuǎn)換輸出信號(hào)的控制單元(69)；以及被所述控制單元(69)根據(jù)傳送到所述控制單元并在那轉(zhuǎn)換的所述信號(hào)控制的運(yùn)動(dòng)裝置(74、75、76、77)，該運(yùn)動(dòng)裝置用于移動(dòng)TFIH元件和/或位于TFIH元件和爐室之間的遮蓋板，以保持金屬帶相對(duì)于TFIH元件和/或相對(duì)于遮蓋板的橫向位置。
18.如權(quán)利要求17所述的生產(chǎn)流水線，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器(67)位于爐室的下游、爐室和冷卻部分(6)之間。
19.如權(quán)利要求18所述的生產(chǎn)流水線，其特征在于，所述傳感器(67)為掃描式高溫計(jì)。
20.如權(quán)利要求19所述的生產(chǎn)流水線，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器位于爐室和排出密封元件(54)之間，該密封元件(54)位于爐室和冷卻部分之間。
21.一種形成用于熱處理金屬帶的整體爐的生產(chǎn)流水線，包括進(jìn)入端和排出端；沿從進(jìn)入端到排出端的生產(chǎn)流水線延伸的用于金屬帶的通道，所述通道相對(duì)于外界環(huán)境封閉；該生產(chǎn)流水線還包括用于將金屬帶在爐室(17)內(nèi)加熱到升高的溫度的裝置，其特征在于，所述封閉的通道也包括所述進(jìn)入端和所述爐室之間的進(jìn)入部分(4)、爐室外側(cè)、沿平行于金屬帶表面的爐室壁(18，19)在爐室兩側(cè)上的橫向磁通量加熱元件(15、16)、爐部分下游的冷卻部分(6)、以及所述冷卻部分和所述排出端之間的排出部分(57)，其中至少一個(gè)進(jìn)氣管道(31)連接到所述進(jìn)入部分上，而至少一個(gè)進(jìn)氣管道(32)連接到所述排出部分上，以用于通過(guò)來(lái)自保護(hù)性氣體源的新鮮保護(hù)性氣體補(bǔ)充從整體爐內(nèi)損失的保護(hù)性氣體，同時(shí)爐室沿爐室的金屬帶進(jìn)入和排出口(24、25)之間的爐室沒(méi)有任何氣體進(jìn)入或排出開(kāi)口。
22.如權(quán)利要求21所述的生產(chǎn)流水線，其特征在于，所述封閉的通道還包括冷卻部分(6)下游的排氣管道(84)，用于用過(guò)的保護(hù)性氣體從整體爐內(nèi)排出，且設(shè)置了控制裝置以控制用過(guò)的保護(hù)性氣體通過(guò)所述排氣管道(84)的排出速度。
23.一種用于熱處理金屬帶的生產(chǎn)流水線，包括進(jìn)入端和排出端；沿從進(jìn)入端到排出端的生產(chǎn)流水線延伸的用于金屬帶的通道，所述通道相對(duì)于進(jìn)入端和排出端之間的外界環(huán)境封閉；其中生產(chǎn)流水線包括，在金屬帶傳送方向上的至少一個(gè)進(jìn)入部分(4)；具有用于加熱金屬帶的裝置的加熱部分，所述裝置包括至少局部由隔熱及非導(dǎo)電材料制成的爐室(17)以及爐室外側(cè)、沿平行于金屬帶表面的爐室壁(18、19)在爐室兩側(cè)上的橫向磁通量加熱元件(15、16)；包括冷卻室(27)的冷卻部分；以及排出部分，其中所述進(jìn)入和排出端之間的單元形成用于熱處理金屬帶的整體爐，所述整體爐充有非氧化保護(hù)氣體，且其中包括電機(jī)(9)的運(yùn)動(dòng)裝置設(shè)置在排出端的下游，用于使金屬帶通過(guò)生產(chǎn)流水線，其特征在于，其包括至少一個(gè)垂直部分，其中金屬帶被設(shè)置成垂直傳輸而沒(méi)有傾斜，且所述爐室(17)和所述冷卻室(27)形成所述垂直部分的一部分。
24.如權(quán)利要求23所述的生產(chǎn)流水線，其特征在于，在所述加熱部分內(nèi)的所述爐室長(zhǎng)度為1-4m，優(yōu)選地為1.5-3m。
25.如權(quán)利要求23或24所述的生產(chǎn)流水線，其特征在于，在所述加熱部分內(nèi)的所述爐室在面對(duì)要被加熱的金屬帶的相對(duì)側(cè)壁之間的內(nèi)壁寬度為25-100mm，優(yōu)選地是35-60m。
26.如權(quán)利要求23-25中任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)流水線，其特征在于，冷卻室直接或間接連接到在所述加熱部分內(nèi)的所述爐室的出口上。
27.如權(quán)利要求23-26中任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)流水線，其特征在于，所述爐室包括閉爐。
全文摘要
本發(fā)明涉及將金屬帶或其他可纏繞的金屬物體加熱到高溫，金屬物體通過(guò)爐室(17)進(jìn)入加熱部分(5)同時(shí)通過(guò)位于所述包含保護(hù)性非氧化氣體或其他混合物的加熱室外側(cè)的橫向磁通量加熱元件(15、16)加熱，該爐室至少局部由隔熱及非導(dǎo)電材料制成。所述金屬物體為已經(jīng)被冷軋到很高程度表面反射率的不銹鋼；所述冷軋不銹鋼物體穿過(guò)所述爐室并在所述室內(nèi)被加熱到700到1200℃之間的工藝溫度；所述冷軋不銹鋼物體保持在所述700和1200℃之間的溫度足夠長(zhǎng)時(shí)間以用于鋼完全重新結(jié)晶；所述熱處理的金屬物體然后在非氧化氣體穿過(guò)的氣密冷卻部分(6、27)內(nèi)從工藝溫度直接快速冷卻到低于600℃的溫度。
文檔編號(hào)C21D8/02GK1408028SQ0080436
公開(kāi)日2003年4月2日 申請(qǐng)日期2000年2月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月1日
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