專利名稱：氣體噴射冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于涉及氣體噴射(gas jet)冷卻裝置的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在連續(xù)退火爐內(nèi)用于鋼帶的氣體噴射冷卻裝置。
背景技術(shù)：
JP-A No.116724/1987描述了在連續(xù)退火爐內(nèi)用于鋼帶的氣體噴射冷卻裝置。為了防止吹到鋼帶上的氣體流量減弱，在該文中所描述的在連續(xù)退火爐內(nèi)用于鋼帶的氣體噴射冷卻裝置被這樣配置該鋼帶和噴嘴的尖端之間的距離不可超過70mm，從風箱的前表面伸出的噴嘴的長度b不可低于(100-a)mm，因此在氣體吹到該鋼帶上之后，該氣體能夠排放到退火爐內(nèi)的自由空間(該空間不包括爐內(nèi)的該鋼帶與噴嘴的尖端面之間的空間)中；結(jié)果，吹到該鋼帶上之后的氣體對經(jīng)過其它噴嘴的氣體流的干擾較小。注意，在本文中用術(shù)語“冷卻氣體室”來描述風箱。
由于JP-A No.116724/1987所描述的在連續(xù)退火爐內(nèi)用于鋼帶的氣體噴射冷卻裝置被配置為在鋼帶和噴嘴的尖端之間的距離不可超過70mm，從風箱的前表面伸出的噴嘴的長度b不可低于(100-a)mm，鋼帶和風箱的前表面之間的距離不低于100mm，因此，中間插入鋼帶的相對的風箱之間的距離不低于200mm，相應地該冷卻室必須要大。請注意，在本文中用術(shù)語“爐腔”描述冷卻室。
當冷卻室的尺寸增大時，冷卻室的每單位冷卻長度的絕緣體的質(zhì)量也增大，因此它的熱容量增大，從而冷卻室內(nèi)的溫度的響應度(熱慣性)減小。結(jié)果，當預期機械性能彼此不同的鋼帶被連續(xù)地處理，在前的鋼帶和后續(xù)的鋼帶之間的冷卻條件不同時，每個鋼帶的預期冷卻終端溫度的控制力降低，而且每個產(chǎn)品的機械性能幾乎不能保證。此外，出現(xiàn)的另一個問題是，引起冷卻室的構(gòu)造費用增大。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述情況建立了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種在連續(xù)退火爐內(nèi)用于鋼帶的氣體噴射冷卻裝置，其改進了現(xiàn)有技術(shù)的上面提到的問題，即使當鋼帶和風箱的前表面之間的距離較短且冷卻室的尺寸較小，也能夠快速而均勻地冷卻鋼帶；換句話說，提供一種在連續(xù)退火爐內(nèi)用于鋼帶的氣體噴射冷卻裝置，其能夠確保鋼帶快速而均勻的冷卻的能力，另外，其能夠縮短鋼帶與風箱的前表面之間的距離，因此減小冷卻室的尺寸。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的發(fā)明人進行了認真地研究，最終取得了本發(fā)明。本發(fā)明使得達到上述目的成為可能。
被建立的達到了上述目的本發(fā)明涉及一種氣體噴射冷卻裝置，該氣體噴射冷卻裝置的構(gòu)造如下按照第一個發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置，包括冷卻室；風箱，所述風箱被設(shè)置在所述冷卻室內(nèi)，位于將要被冷卻的金屬帶的兩側(cè)，其間插入所述金屬帶，為了冷卻所述金屬帶，所述風箱通過噴嘴向?qū)⒁焕鋮s的金屬帶吹送冷卻氣體；和用于冷卻從所述冷卻室引入的氣體、然后將被冷卻的氣體作為冷卻氣體供給所述風箱的裝置，其中，在每一個所述風箱上的噴嘴的尖端和將要被冷卻的金屬帶之間的距離(h)不大于所述噴嘴的直徑(d)的十倍，在將要被冷卻的金屬帶的運行方向上，每一個所述風箱的長度(L)不大于將要被冷卻的金屬帶的寬度(W)的三分之二。
按照第二個發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置是按照第一個發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置，其中在每一個所述風箱上的所述噴嘴由一組圓形或者多邊形的孔構(gòu)成；所述孔被配置成格形圖案或者交錯圖案。
按照第三個發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置是按照第一個或者第二個發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置，其中在將要被冷卻的金屬帶的運行方向上，在每一個所述風箱上的噴嘴排的數(shù)目不低于4，在將要被冷卻的金屬帶的寬度方向上，噴嘴排的數(shù)目不低于4。
按照第四個發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置是按照第一至第三的任意一個發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置，其中在將要被冷卻的金屬帶的運行方向上，風箱的數(shù)目不低于2，兩個鄰接的風箱之間的間隙(z)與每一個風箱的噴嘴的尖端和將要被冷卻的金屬帶之間的距離(h)的比率(z/h)在1.0至4.0的范圍內(nèi)。
按照第五個發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置是按照第一至第四的任意一個發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置，其中每一個風箱的與將要被冷卻的金屬帶相對的面是平面，在將要被冷卻的金屬帶的寬度方向上，在每一個風箱上的噴嘴的尖端和將要被冷卻的金屬帶之間的距離(h)保持常量，但是在將要被冷卻的金屬帶的運行方向上，所述距離從上游到下游增大。
按照第六個發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置是按照第一至第四的任意一個發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置，其中每一個所述風箱的與將要被冷卻的金屬帶相對的面在將要被冷卻的金屬帶的運行方向上具有凸起形狀，所述面形成彎曲面、包括多個平面的階梯面，或者在將要被冷卻的金屬帶的運行方向上包括兩個或者更多個斜面的面。
按照第七個發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置是按照第一至第六的任意一個發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置，其中每一個風箱的截面具有矩形形狀，所述截面與將要被冷卻的金屬帶的運行方向平行且與該金屬帶垂直，其中，用于提供冷卻氣體的每個風箱的開口在將要被冷卻的金屬帶的運行方向上在風箱的上游端或者下游端被設(shè)置在所述風箱的側(cè)面和背面中的至少一個面上，所述矩形形狀的截面積(A)與風箱的噴嘴開口的面積的總和(S)的比率(A/S)的范圍為1.0至3.0。
按照本發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置使得快速而均勻地冷卻金屬帶成為可能，即使所述金屬帶和風箱的前表面之間的距離較短且冷卻室的尺寸較小。換句話說，能夠確?？焖俣鶆虻乩鋮s金屬帶的能力，此外，能夠縮短金屬帶和風箱的前表面之間的距離，因此減小了冷卻室的尺寸。


圖1是表示一個連續(xù)退火爐的例子的示意圖；圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置的例子的示意圖；圖3是表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的風箱的形狀的例子的一組示意圖；圖3(A)是透視圖；圖3(B)是側(cè)視圖；圖3(C)是前視圖和圖3(D)是頂視圖；圖4是表示根據(jù)本發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置中的風箱的形狀和在鋼帶運行方向上的風箱的配置的例子的一組示意圖；圖4(A)是透視圖；圖4(B)是側(cè)視圖；圖4(C)是前視圖和圖4(D)是頂視圖；圖5是表示從每個風箱的周圍噴射出的氣體的流動(氣體流動)的一組示意圖；圖5(A)是風箱長度L為1/4×W(鋼帶寬度W的四分之一)時的氣體流動圖，圖5(B)是風箱長度L為1/2×W時的氣體流動圖，圖5(C)是風箱長度L為1/1×W時的氣體流動圖；圖6是表示在按照本發(fā)明的例子和對比例的情況下在每個風箱的鋼帶寬度方向上被噴射的氣體的流量的分布(在每個風箱的鋼帶寬度方向上位置和噴射氣體流量之間的關(guān)系)的曲線圖；圖7是表示在按照本發(fā)明的例子和對比例的情況下在每個風箱的鋼帶寬度方向上被噴射的氣體的流量比的分布(在每個風箱的鋼帶寬度方向上位置和被噴射的氣體的流量比之間的關(guān)系)的曲線圖；圖8是表示在按照本發(fā)明的例子和對比例的情況下在每個風箱的鋼帶寬度方向上傳熱系數(shù)比的分布(在每個風箱的鋼帶寬度方向上位置和傳熱系數(shù)比之間的關(guān)系)的曲線圖；圖9是表示每個冷卻風箱的垂直與水平的比率和均勻的冷卻寬度比率之間的關(guān)系的曲線圖；圖10是表示在每個風箱的鋼帶寬度方向上噴射氣體流量的分布的曲線圖(在每個風箱的鋼帶寬度方向上位置和噴射氣體流量之間的關(guān)系)。
圖11是表示下述變量間的關(guān)系的曲線圖鄰接的兩個風箱之間的間隙(z)與鋼帶和噴嘴尖端之間的距離(h)之比率(z/h)；和噴射氣體流量比。
圖12是表示按照本發(fā)明的第五個發(fā)明的風箱的例子的示意圖；圖13是表示按照本發(fā)明的第六個發(fā)明的風箱的例子的一組示意圖；圖14是表示按照本發(fā)明的第七個發(fā)明的風箱的例子的示意圖；圖15是表示通道比(passage ratio)(A/S)和引起的運行成本指數(shù)之間的關(guān)系的曲線圖。
具體實施例方式
當使用連續(xù)退火爐內(nèi)用于鋼帶的氣體噴射冷卻裝置(在下文中偶爾也被稱作“氣體噴射冷卻裝置”)通過氣體冷卻鋼帶時，快速且均勻地冷卻鋼帶極其重要。作為氣體噴射冷卻裝置(連續(xù)退火爐內(nèi)用于鋼帶的氣體噴射冷卻裝置)，一般使用的是這樣一種冷卻裝置，該冷卻裝置配有在冷卻室內(nèi)鋼帶的兩側(cè)設(shè)置的風箱，在風箱中間插入鋼帶，通過噴嘴向鋼帶吹送冷卻氣體，由此冷卻該鋼帶；冷卻從冷卻室引入的氣體，然后將已被冷卻的氣體提供給風箱作為冷卻氣體的裝置。當使用這種氣體噴射冷卻裝置通過氣體冷卻鋼帶時，為了將其快速地冷卻，最好縮短風箱上的噴嘴的尖端和鋼帶之間的距離。然而，為了縮短距離而將風箱的前表面接近鋼帶時，在鋼帶寬度方向上將很難均勻地冷卻鋼帶。
如上述的按照本發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置是在連續(xù)退火爐內(nèi)用于鋼帶的氣體噴射冷卻裝置，該冷卻裝置配備有以在其中插入鋼帶的方式在冷卻室內(nèi)的鋼帶的兩側(cè)放置的風箱，通過噴嘴向鋼帶吹送冷卻氣體，由此冷卻鋼帶，一種冷卻從冷卻室引入的氣體，然后將已被冷卻的氣體提供給風箱作為冷卻氣體的裝置，其特征在于在每一個風箱上的噴嘴的尖端和鋼帶之間的距離(h)不超過噴嘴直徑(d)的十倍；在鋼帶運行方向上每一個風箱的長度(L)不大于鋼帶寬度(W)的三分之二。
由于通過這種方法，每一個風箱上的噴嘴的尖端和鋼帶之間的距離(h)不超過噴嘴直徑(d)的十倍，因此鋼帶能夠快速地被冷卻。
另外，由于在鋼帶運行方向上每一個風箱的長度(L)不大于鋼帶寬度(W)的三分之二，從而能夠使通過噴嘴噴出的冷卻氣體流向鋼帶運行方向的部分增多；且使它的流向鋼帶寬度方向的部分減少。結(jié)果，即使從保證快速冷卻鋼帶的角度考慮，為了縮短每一個風箱的噴嘴的尖端和鋼帶之間的距離h(滿足表達式h≤10d)而如上述使每一個風箱的前表面距離鋼帶較近時，也能夠在鋼帶寬度方向上均勻地冷卻鋼帶。
也就是說，從確?？焖倮鋮s鋼帶的角度考慮，為了實現(xiàn)縮短每一個風箱的噴嘴的尖端和鋼帶之間的距離h的目的，當使每一個風箱的前表面距離鋼帶較近時，很難在鋼帶寬度方向上將鋼帶均勻地冷卻。然而，當在鋼帶運行方向上每一個風箱的長度(L)不大于鋼帶寬度(W)的三分之二時，即使每一個風箱的前表面距離鋼帶較近，也能夠在鋼帶寬度方向上均勻地冷卻鋼帶。在前面提到的現(xiàn)有技術(shù)(JP-A No.116724/1987所公開的氣體噴射冷卻裝置)的情況下，如上述，冷卻裝置被構(gòu)造為噴嘴伸出且在爐內(nèi)形成自由空間(該空間不包括爐內(nèi)的鋼帶與噴嘴的尖端面之間的空間)。相反，在按本發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置的情況下，無論是噴嘴的伸出還是由于爐內(nèi)噴嘴的伸出所形成的自由空間都是不需要的，即使當伸出的噴嘴的長度短或噴嘴不伸出時，鋼帶也能夠在鋼帶寬度方向上被均勻地冷卻。
結(jié)果是，在按本發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置的情況下，伸出的噴嘴的長度可以被縮短或者噴嘴可以不伸出，因而鋼帶和風箱的前表面之間的距離能夠被縮短，從而使得冷卻室的尺寸減小。
因此，即使當鋼帶和風箱的前表面之間的距離短和冷卻室的尺寸小時，按本發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置也能夠快速而均勻地冷卻鋼帶。換句話說，就是能夠確保快速和均勻地冷卻鋼帶的能力，此外，通過縮短鋼帶和風箱的前表面之間的距離，從而縮減了冷卻室的尺寸。
當使用這種方式將冷卻室的尺寸縮減時，冷卻室的每單位冷卻長度所含的絕緣體的質(zhì)量減小，因而它的熱容量減小，從而提高了冷卻室內(nèi)的溫度的響應度(熱慣性)。結(jié)果是，即使當預期機械性能彼此不同的鋼帶被連續(xù)處理時，在前的鋼帶和后續(xù)的鋼帶之間的冷卻條件是不同的，每個鋼帶的預期冷卻終端溫度的控制力提高了，從而每件產(chǎn)品的機械性能可容易地被保證。此外，冷卻室的構(gòu)造成本得以縮減。
在按照本發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置中，指定每一個風箱上的噴嘴的尖端和鋼帶之間的距離(h)不大于噴嘴的直徑(d)的十倍的原因是，如果距離h超過值10d，鋼帶的冷卻速率就降低，因而鋼帶的快速冷卻就不充分。
指定在鋼帶運行方向上每一個風箱的長度(L)不大于鋼帶寬度(W)的三分之二的原因是，如果長度超過2/3×W，在確保了快速冷卻鋼帶的能力的同時就很難確保均勻地冷卻鋼帶的能力。換句話說，原因是，為了確保鋼帶的快速冷卻，如上述的維持每一個風箱的噴嘴的尖端和鋼帶之間的距離h不大于噴嘴直徑d的十倍，這時就使得在鋼帶寬度方向上很難均勻地冷卻鋼帶。
按照本發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置，每一個風箱上的噴嘴的形狀和分布沒有特殊限制，能夠采用各種類型。例如，可配置成每一個風箱上的噴嘴由一組圓的或者多邊形的孔構(gòu)成；這些孔被設(shè)置成格形圖案(latticepattern)或者交錯圖案(第二個發(fā)明)。
在每一個風箱上的噴嘴的數(shù)量沒有特殊限制，可有不同選擇。例如，可配置成在鋼帶運行方向上的噴嘴排數(shù)不小于4；在鋼帶寬度方向上的噴嘴排數(shù)也不小于4(第三個發(fā)明)。在這里所示例的風箱的情況下，由多個穿孔噴射口(jet)引起的被迫對流熱傳輸能夠可靠地得到保證。
當采用下述配置即在鋼帶運行方向上的風箱的數(shù)目不小于2個；在兩個鄰接的風箱之間的間隙(z)和在每一個風箱上的噴嘴的尖端和鋼帶之間的距離(h)之比率(z/h)在1.0至4.0范圍內(nèi)時，能夠更可靠地在鋼帶寬度方向上快速而又均勻地冷卻鋼帶(第四個發(fā)明)。如果比率z/h小于1.0，就使得在鋼帶寬度方向上均勻地冷卻鋼帶的可靠性降低，如果比率z/h超過4.0，快速冷卻鋼帶的可靠性就會降低。相反，當比率z/h在1.0至4.0范圍內(nèi)時，使得在鋼帶寬度方向上更可靠地快速而又均勻地冷卻鋼帶成為可能。
當采用如下配置每一個風箱的與鋼帶相對的表面是平面；在每一個風箱上的噴嘴的尖端和鋼帶之間的距離(h)在鋼帶的寬度方向上保持常量但是在鋼帶運行方向上從上游向下游以增加的方式變化，這時，從噴嘴噴出且吹向鋼帶上的氣體很可能朝向鋼帶運行方向流動。結(jié)果能夠即使當使每一個風箱的前表面與鋼帶更接近時，在鋼帶寬度方向上也能夠更可靠地均勻地冷卻鋼帶；或者在確?？焖俣鶆虻乩鋮s鋼帶的能力的同時使每一個風箱的前表面更接近鋼帶；因此縮減了冷卻室的尺寸(第五發(fā)明)。這種風箱的例子如圖12所示。此處，在圖12中，相對的風箱的前表面之間的中心線表示運行的鋼帶，在鋼帶和風箱的前表面之間的箭頭線示意地表示通過每一個風箱上的噴嘴吹到鋼帶上的冷卻氣體(噴射氣體)的流動和方向。
當采用如下配置每一個風箱的與鋼帶相對的面在鋼帶運行方向上具有凸起形狀；該面形成彎曲面，包括多個平面組成的階梯式的面，或者在鋼帶運行方向上包括兩個或者多個斜面，這時，從噴嘴噴出且吹到鋼帶上的氣體很可能以上述同樣的方式流向鋼帶運行方向，因此能夠得到與上述例子相似的效果(第六個發(fā)明)。這樣的風箱的例子如圖13(A)、13(B)和13(C)所示。此處，在圖13中，相對的風箱的前表面之間的中心線表示運行的鋼帶，在鋼帶和所述風箱的前表面之間的箭頭線示意了在鋼帶運行方向上的流動和吹到鋼帶上之后的氣體的方向。
當采用如下配置每一個風箱的截面(section)具有矩形形狀，該截面與鋼帶運行方向平行且與鋼帶垂直；提供冷卻氣體的每個風箱的開口在鋼帶運行方向上在風箱的上游端或者下游端被設(shè)置在風箱的側(cè)面和/或背面上；矩形形狀的截面積(A)與風箱的噴嘴開口的面積的總和(S)之比率(A/S)在1.0至3.0范圍內(nèi)，此時，在每個風箱內(nèi)的氣體的壓力很可能增加，因此能夠減少由于升壓而產(chǎn)生的費用，降低冷卻室的厚度，提高冷卻室內(nèi)的溫度響應度，當預期機械性能彼此不同的鋼帶被連續(xù)地處理，因此在前的鋼帶和后續(xù)的鋼帶之間的冷卻條件不同時，能減少直到鋼帶的冷卻終端溫度被穩(wěn)定所花費的操作時間，從而降低由操作引起的費用，因而降低了鋼帶的氣體噴射冷卻引起的運行成本(第七個發(fā)明)。
也就是說，當每一個風箱的矩形截面的面積(A)比每個風箱的噴嘴開口的面積的總和(S)小時，在每個風箱內(nèi)從該開口流出的用于向噴嘴提供冷卻氣體的冷卻氣體的流量增大，壓力損失增大，用于提供氣體的壓力增大，因而在每個風箱內(nèi)由氣體升壓而引起的運行成本就增大。相反，當每個風箱的矩形截面面積(A)大于每個風箱的噴嘴開口的面積總和時，從開口流出用于向噴嘴提供冷卻氣體的冷卻氣體的流量減小，壓力損失減小，用于提供氣體的壓力被減小，因此在每個風箱內(nèi)由氣體升壓引起的運行成本也能被減小。然而，每個風箱的矩形截面面積(A)的增大直接地導致每個風箱的厚度的增大，因此使冷卻室的厚度增大。結(jié)果是，當預期機械性能彼此不同的鋼帶被連續(xù)處理，因此在前的鋼帶和后續(xù)的鋼帶之間的冷卻條件不同時，在冷卻室內(nèi)的溫度的響應度降低，直到鋼帶的冷卻終端溫度被穩(wěn)定所花費的操作時間增加。
當每一個風箱的矩形截面面積(A)與每個風箱的噴嘴開口的面積(S)的總和之比率(A/S)的范圍為1.0至3.0時，能夠減少由于每個風箱內(nèi)的氣體壓力的增大所引起的運行成本，減小冷卻室的厚度，提高冷卻室內(nèi)的溫度的響應度，當預期機械性能彼此不同的鋼帶被連續(xù)處理，因此在前的鋼帶和后續(xù)的鋼帶之間的冷卻條件不同時，減少了直到鋼帶的冷卻終端溫度被穩(wěn)定所花費的操作時間，因此減少了由操作引起的費用，從而減少了由該鋼帶的氣體噴射冷卻所引起的運行成本。
上述情形將在下文中結(jié)合附圖來說明。圖15表示通道比與引起的運行成本指數(shù)之間的關(guān)系，所述通道比是風箱的矩形截面面積A與該風箱的噴嘴開口的面積的總和S之比率(A/S)。在圖15中，由氣體升壓而引起的費用(實線)由升壓運行成本指數(shù)(在噴嘴處的升壓被看作1的情況下的相對值)來表示，由冷卻室操作而引起的運行成本(虛線)由冷卻室溫度不穩(wěn)定時間運行成本指數(shù)(當風箱的矩形截面面積A為0時冷卻室穩(wěn)定化所引起的費用被認為是1的情況下的一個相對值)來表示。冷卻裝置引起的運行成本(點劃線)由這兩個指數(shù)(升壓運行成本指數(shù)和冷卻室溫度不穩(wěn)定時間運行成本指數(shù))的總和(總值)來表示。
從圖15可以理解存在一種能夠減小冷卻裝置引起的運行成本(即在鋼帶的氣體噴射冷卻中引起的運行成本)的風箱的形狀，將風箱的矩形截面面積A與該風箱的噴嘴開口的面積的總和S之比率(A/S)控制在1.0至3.0范圍內(nèi)是合理的，由此能夠使該鋼帶的氣體噴射冷卻中引起的運行成本減少。
這種風箱(按照第七個發(fā)明的風箱)的例子如圖14所示。此處，在圖14中，相對的風箱的前表面之間的中心線表示運行的鋼帶，在鋼帶和所述風箱的前表面之間的箭頭線示意了通過每一個風箱上的噴嘴吹到該鋼帶上的冷卻氣體(噴射氣體)的流動和方向。該風箱的端部處(上部)的另外一些箭頭線示例了冷卻氣體被引入所述風箱的端部處的側(cè)面和后面的狀態(tài)。
連續(xù)退火爐的布局的例子如圖1所示。該連續(xù)退火爐由預熱區(qū)、加熱區(qū)、保溫區(qū)、快速冷卻區(qū)、再加熱區(qū)、過時效區(qū)和最終冷卻區(qū)構(gòu)成。在圖1中所示例的連續(xù)退火爐的情況下，按照本發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置包含在快速冷卻區(qū)中。
例如，為了防止鋼帶表面的氧化的進行，將H2的含量在5％至10％之間的H2和N2的混合氣體輸入該退火爐內(nèi)。在這種情況下，冷卻室內(nèi)的氣氛由H2的含量在5％至10％之間的H2和N2的混合氣體組成。
按照本發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置的例子如圖2所示。冷卻室(爐腔)的形狀由爐殼確定。在該冷卻室內(nèi)，用于將冷卻氣體吹到鋼帶上的帶有噴嘴的風箱被設(shè)置在該鋼帶的兩側(cè)，其間插入鋼帶。設(shè)置氣體冷卻器(氣體冷卻裝置)，用于冷卻從冷卻室內(nèi)部通過管道(吸入管道)和風扇(循環(huán)風扇)引入的用于升高氣體壓力的被吹入氣體，由此構(gòu)造再次為所述風箱提供被冷卻的氣體的系統(tǒng)。該系統(tǒng)對應于按照本發(fā)明的噴射氣體冷卻裝置中的“冷卻從冷卻室引入的氣體，然后將被冷卻的氣體提供給風箱作為冷卻氣體的裝置”的例子。此時，該冷卻氣體的組成成分與輸入該退火爐的氣體是一樣的。也就是說，當被輸入退火爐的氣體是H2的含量在5％至10％之間的H2和N2的混合氣體時，該冷卻氣體也是H2的含量在5％至10％之間的H2和N2的混合氣體。
在按照本發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置中，風箱的形狀、在鋼帶運行方向上的配置及其它方面如圖4(A)、4(B)、4(C)和4(D)所示。每一個風箱上的噴嘴不伸出且由設(shè)置在每個風箱前表面上的一組圓孔構(gòu)成，這些孔按照形成交錯圖案的方式配置。在鋼帶運行方向上的風箱的數(shù)量為3。此時，圖4(A)是主要部分的透視圖，圖4(B)是側(cè)視圖，圖4(C)是前視圖，圖4(D)是頂視圖。在圖4(B)中，相對的風箱的前表面之間的中心線表示運行的鋼帶，該鋼帶與風箱的前表面之間的線示意了通過每一個風箱上的噴嘴吹到該鋼帶上的冷卻氣體(噴射氣體)的流動。
為了構(gòu)造利用由多個穿孔噴射口產(chǎn)生的強制對流熱傳輸?shù)睦鋮s系統(tǒng)，由于噴射氣體吹送之后沿著鋼帶流動的氣體也有助于冷卻，因此有必要在鋼帶運行方向上分配多個噴嘴排。更具體而言，由于噴射氣體被吹到該鋼帶之后沿著鋼帶流動的氣體被立即從風箱的前表面排放，利用由多個穿孔噴射口引起的強制對流熱傳輸?shù)睦鋮s系統(tǒng)可這樣配置除了最上面和最下面的排外在最上面的排和最下面的排之間安排不小于兩排噴嘴。為此，至少需要四排或者更多排噴嘴。
前面提到的現(xiàn)有技術(shù)(JP-A No.116724/1987公開的氣體噴射冷卻裝置)的風箱的形狀和其它方面的例子如圖3(A)、3(B)、3(C)和3(D)所示。圖3(A)是主要部分的透視圖，圖3(B)是側(cè)視圖，圖3(C)是前視圖，和圖(D)是頂視圖。在圖3(B)中，相對的風箱的前表面之間的中心線表示運行的鋼帶，從每一個所述風箱的前表面伸出的圓柱形物體表示噴嘴，在所述噴嘴的尖端與鋼帶之間的線示意了通過噴嘴被吹到鋼帶上的冷卻氣體(噴射氣體)流動。在如圖3所示的前述的現(xiàn)有技術(shù)的情況下，所述噴嘴伸出，并在爐內(nèi)形成自由空間(該自由空間不包括該鋼帶與爐內(nèi)噴嘴的尖端面之間的空間)。在前面提到的現(xiàn)有技術(shù)的情況下，由于噴嘴伸出的距離足夠形成這樣的爐內(nèi)自由空間，該鋼帶和所述風箱的前表面之間的距離長，因此冷卻室的尺寸不得不增大。
相反，按照本發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置的情況下，縮短該鋼帶和所述風箱的前表面之間的距離是可能的，從而使得減小該冷卻室的尺寸成為可能。從圖4中也可明顯看出。
在下文說明按照本發(fā)明的例子和對比例。注意，本發(fā)明不受這些例子的限制，可以在符合本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)適當?shù)匦薷暮蛻帽景l(fā)明，那些修改也包括在本發(fā)明的技術(shù)范圍之內(nèi)。
使用如圖1所示的連續(xù)退火爐作為連續(xù)退火爐。氣體噴射冷卻裝置被安裝在該連續(xù)退火爐的快速冷卻區(qū)。使用與圖2所示的同樣的氣體噴射冷卻裝置作為氣體噴射冷卻裝置。使用與圖4所示的同樣的風箱(然而，該噴嘴孔組的分布是變化的)作為該氣體噴射冷卻裝置的風箱。在每一個所述風箱上的噴嘴沒有伸出，且噴嘴由一組設(shè)置在每個風箱前表面上的圓形孔構(gòu)成的，這些孔被配置成交錯圖案。這些噴嘴的間隔(噴嘴與其鄰接的噴嘴之間的距離)為50mm。
如上面說明的由于每個風箱的噴嘴沒有伸出，每個風箱上的噴嘴的尖端和鋼帶之間的距離(h)等于每個風箱的前表面和該鋼帶之間的距離。距離h被置為50mm。在每個風箱上的噴嘴的直徑(d)為10mm。因此，距離h為噴嘴直徑d的5倍，滿足根據(jù)本發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置的要求即距離h不得大于噴嘴直徑d的十倍。所以本例滿足能夠?qū)搸Э焖俚乩鋮s的條件。
每一個風箱的寬度與該鋼帶的寬度(W)一致。寬度W被置為1800mm。所以該鋼帶的寬度和每個風箱的寬度都為1800mm。每個風箱的長度(L)，即在鋼帶運行方向上的長度，在1/6×w，1/3×w，1/2×w，2/3×w，1/1×w間變化，其它方面如表1所示。在那些情況中，包括滿足按照本發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置的條件的情況，即在鋼帶運行方向上每一個風箱的長度L必須不大于鋼帶寬度W的三分之二；也有不滿足上述條件的情況。此處，在表1中，箱長(L)意為每個風箱的長度，即在鋼帶運行方向上每個風箱的長度。垂直與水平比率(L/W)是每個風箱的長度L與每個風箱的寬度W之比率，與在鋼帶運行方向上每個風箱的長度L與該鋼帶寬度W之比率是一致的。
設(shè)置多個這樣的風箱。換句話說，在鋼帶運行方向上設(shè)置的風箱的數(shù)量是變化的。在這種情況下，設(shè)置風箱使得風箱與其鄰接的風箱之間的間隙與每個風箱的前表面和鋼帶之間的距離(即，距離h)之比率(z/h)為2.0，所述距離(h)指在每個風箱上的噴嘴的尖端和鋼帶之間的距離。按照這種方式配置使被吹送后的氣體通過間隙向每個風箱的后部排出。
具有這種風箱的氣體噴射冷卻裝置被操作，考察在鋼帶寬度方向上均勻地冷卻鋼帶的能力和其它方面。在這種情況下，從每個風箱上的噴嘴噴出的冷卻氣體的流量(在每個噴嘴尖端的冷卻氣體的流量)被控制為80m/sec。為了防止鋼帶表面的氧化的進行，將H2的含量在5％至10％之間的H2和N2的混合氣體輸入退火爐。該冷卻室內(nèi)的氣氛由H2的含量在5％至10％之間的H2和N2的混合氣體組成。這就意味著H2的含量在5％至10％之間的H2和N2的混合氣體被用作冷卻氣體。
在下文中對結(jié)果進行說明。圖5表示從每個風箱周圍噴射的氣體的流動圖(通過噴嘴從每個風箱噴射出和被吹到該鋼帶上的冷卻氣體的流動(被吹送后的冷卻氣體的流動))。圖5(A)是風箱長度L為1/4×W(即鋼帶寬度的1/4)時的氣體流動圖，圖5(B)是風箱長度L為1/2×W時的氣體流動圖，圖5(C)是風箱長度L為1/1×W時的氣體流動圖。從圖5可以理解，隨著該風箱長度L的增大，被噴射后的氣體流向該風箱的周圍(與風箱的整個表面相對的鋼帶部分的周圍)且會聚，因此流量增加且在邊緣部分(與風箱的整個表面相對的鋼帶部分的邊緣部分)的噴射氣體流量也增加。此外，噴射氣體流量在該風箱的邊緣部分的四個角部處減弱。
圖6表示在鋼帶寬度方向上在每個風箱的邊緣部分的噴射氣體流量的分布。從圖6可以得出，隨著每個風箱長度L(每個面板長度)的增大，在鋼帶寬度方向上在每個風箱的邊緣的噴射氣體流量增大，在中心部分和邊緣部分之間的流量差異也增大。
圖7表示在鋼帶寬度方向上噴射氣體流量比(鋼帶寬度方向上在每個風箱的邊緣處的噴射氣體流量與鋼帶寬度方向上噴射氣體流量分布的最大流量之比率)的分布。從圖7可以得出，隨著每個風箱長度L(每個面板長度)的增大，在鋼帶寬度方向上的噴射氣體流量比減小，在鋼帶寬度方向上的噴射氣體流量比的差異增大，因此流量的偏差增大。
圖8表示在鋼帶寬度方向上每個風箱的冷卻能力比率(傳熱系數(shù)比)。從圖8中可以得出，為了平衡在鋼帶寬度方向上的溫度分布，有必要將在鋼帶寬度方向上的傳熱系數(shù)的偏差控制在不大于10％的范圍內(nèi)。當每個風箱長度(每個面板長度)L增大時，在鋼帶寬度方向上的傳熱系數(shù)的偏差不超過10％的有效寬度減小。
圖9表示每個風箱的垂直與水平比率和有效寬度比率之間的關(guān)系，其中，在鋼帶寬度方向上中心部分和邊緣部分之間的傳熱系數(shù)的偏差不超過10％?？紤]到鋼帶的曲折，在連續(xù)退火爐內(nèi)的風箱的寬度被設(shè)計為比最大帶寬大約10％至20％(最大帶寬×(1+(0.1至0.2)))。因此，為了使傳熱系數(shù)的偏差不超過鋼帶寬度的10％，所述鋼帶寬度不小于風箱寬度的80％，已證明僅需將每個風箱的垂直與水平比率控制在不超過3/2×W。
當多個風箱被設(shè)置在鋼帶運行方向上時，為了增強冷卻能力，連續(xù)地分配所述風箱且減小間隙Z是適宜的。然而，當風箱間的間隙z被減小，冷卻后的氣體不通過風箱之間向鋼帶運行方向上排放而是向風箱寬度方向上排放。因此，冷卻后的氣體流向鋼帶寬度方向，在寬度方向上的冷卻能力的偏差增加。就此而論，風箱之間的間隙z的影響被研究。結(jié)果如圖10所示。也就是說，圖10表示在鋼帶運行方向上風箱間隙(風箱之間的間隙z)對噴射氣體流量的分布的影響。在此，在圖10所示的情況下，每個風箱的長度L為1200mm(2/3×W)。
從圖10可以得出，當在風箱之間的間隙z為100mm的情況下，噴射氣體流量的分布與使用單個風箱的情況和風箱之間的間隙z為200mm的情況下的分布是不同的，流量局部地降低，總體平均流量也降低。結(jié)果，從中心部分向邊緣部分的冷卻能力沒有降低，有可能局部地形成冷卻點。
然后，研究了以下比率之間的關(guān)系即，風箱之間的間隙z除以風箱上的噴嘴的尖端和鋼帶之間的距離h所得到的比率(z/h)；在風箱邊緣處的平均噴射氣體流量的水平與垂直比率(鋼帶寬度方向上在風箱的邊緣處的平均噴射氣體流量與鋼帶運行方向上在該風箱邊緣處的平均噴不大于1.0時，在鋼帶寬度方向上的噴射氣體流量急劇降低，在鋼帶運射氣體流量之比率)。結(jié)果如圖11所示。從圖11可以得出，當比率z/h行方向上的噴射氣體流量增大，在鋼帶寬度方向上的冷卻能力的偏差相應地增大。另一方面，當比率z/h不小于2.0時，在鋼帶寬度方向上的噴射氣體流量超過在鋼帶運行方向上的噴射氣體流量，且當比率z/h不小于4.0時，噴射氣體流量的水平與垂直的比率為常量。從而，在比率z/h不小于4.0時的風箱間隙z的情況下，僅僅冷卻能力(快速冷卻能力)降低。結(jié)果，為了實現(xiàn)同時均勻而快速的冷卻，確保這樣一種風箱間隙z使得比率z/h的范圍為1.0至4.0是重要的。
使用如圖1所示的連續(xù)退火爐作為連續(xù)退火爐。氣體噴射冷卻裝置被安裝在該連續(xù)退火爐的快速冷卻區(qū)。使用與圖2所示的同樣的氣體噴射冷卻裝置作為氣體噴射冷卻裝置。使用與如圖4所示的同樣的風箱(然而，噴嘴孔組的配置是變化的)作為該氣體噴射冷卻裝置的風箱。每一個所述風箱的噴嘴沒有伸出，并且是由設(shè)置在每個風箱的前表面的一組圓孔構(gòu)成的，這些孔被配置以形成格形圖案。這些噴嘴的間隔(一個噴嘴與其鄰接的噴嘴之間的距離)為50mm。
如上所述，由于每個風箱的噴嘴不伸出，每個風箱上的噴嘴的尖端和鋼帶之間的距離(h)等于每個風箱的前表面和該鋼帶之間的距離。該距離h被置為50mm。在每個鋼帶上的噴嘴的直徑(d)為10mm。因此，距離h為噴嘴直徑d的五倍，這樣滿足按照本發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置的要求，即距離h必須不大于噴嘴直徑d的十倍。從而本發(fā)明滿足使鋼帶快速地冷卻的條件。
每一個風箱的寬度與鋼帶寬度(W)是一致的。寬度W被設(shè)置為1800mm。因此該鋼帶的寬度(W)和每個風箱的寬度都被設(shè)置為1800mm。每個風箱的長度(L)，即在鋼帶運行方向上的長度，被設(shè)置為900mm，即L＝1/2×W。此處的長度L滿足按照本發(fā)明的氣體噴射冷卻裝置的要求，即在鋼帶運行方向上每一個風箱的長度L必須不大于鋼帶寬度W的三分之二。
設(shè)置多個這樣的風箱。在鋼帶運行方向上的風箱的數(shù)量為3。這就意味著在鋼帶的兩側(cè)所放置的風箱的總數(shù)為6。在這種情況下，所述風箱按照風箱間隙z為100mm且比率z/h為2.0(＝100mm/50mm)來配置。
這樣的風箱作為用于氣體噴射冷卻裝置的風箱被安裝在連續(xù)退火爐的快速冷卻區(qū)。然后連續(xù)退火爐啟動且該氣體噴射冷卻裝置被操作。采用該氣體噴射冷卻裝置能夠快速而均勻地冷卻鋼帶。
如上所述，每個風箱上的噴嘴的尖端和鋼帶之間的距離h等于每個風箱的前表面和該鋼帶之間的距離，該距離為50mm。每個風箱的前表面和該鋼帶之間的距離(50mm)短于前面提到的現(xiàn)有技術(shù)(JP-A No.116724/1987披露的氣體噴射冷卻裝置)的距離，更具體地，前者是后者的一半或者更小。
因此，與上面提到的現(xiàn)有技術(shù)的情況相比，即使當鋼帶和每個風箱的前表面之間的距離短且冷卻室的尺寸小時，上述的氣體噴射冷卻裝置也能夠快速而均勻地冷卻鋼帶。換句話說，該氣體噴射冷卻裝置能夠確保鋼帶的快速而均勻的冷卻能力，此外，能夠縮短鋼帶和每個風箱的前表面之間的距離，因此與前面提到的現(xiàn)有技術(shù)的情況相比減小了冷卻室的尺寸。
表1

按照本發(fā)明的連續(xù)退火爐內(nèi)用于鋼帶的氣體噴射冷卻裝置能夠?qū)崿F(xiàn)即使當鋼帶和每個風箱的前表面之間的距離短且冷卻室的尺寸小時，也能夠快速而均勻地冷卻鋼帶；確保鋼帶快速而均勻的冷卻能力；此外，縮短了該鋼帶和每個風箱的前表面之間的距離；因此減小了冷卻室的尺寸。結(jié)果，冷卻室每單位冷卻長度上的絕緣體的質(zhì)量減少，從而熱容量減小，因此，該冷卻室內(nèi)的溫度響應度(熱慣性)得到提高。結(jié)果是，即使當預期機械性能彼此不同的鋼帶被連續(xù)地處理，因而在前的鋼帶和后續(xù)的鋼帶之間的冷卻條件不同時，對每個鋼帶的預期冷卻終端溫度的控制能力得到提高，而且每個產(chǎn)品的機械性能很容易得到保證。冷卻室的構(gòu)造成本能夠進一步地被縮減。在這方面，優(yōu)選其被用作連續(xù)退火爐內(nèi)的用于鋼帶的氣體噴射冷卻裝置。
權(quán)利要求
1.一種氣體噴射冷卻裝置，包括冷卻室；風箱，所述風箱設(shè)置在所述冷卻室內(nèi)并位于將要被冷卻的金屬帶的兩側(cè)，風箱之間插入所述金屬帶，所述風箱通過噴嘴向?qū)⒁焕鋮s的金屬帶吹送冷卻氣體以冷卻金屬帶；和用于冷卻由所述冷卻室引入的氣體、然后將被冷卻的氣體作為冷卻氣體供給所述風箱的裝置，其中，在每一個所述風箱上的噴嘴的尖端和將要被冷卻的金屬帶之間的距離(h)不大于所述噴嘴的直徑(d)的十倍，和在將要被冷卻的金屬帶的運行方向上每一個所述風箱的長度(L)不大于將要被冷卻的金屬帶的寬度(W)的三分之二。
2.如權(quán)利要求1所述的氣體噴射冷卻裝置，其中在每一個所述風箱上的所述噴嘴由一組圓形或者多邊形的孔構(gòu)成；所述孔被配置成格形圖案或者交錯圖案。
3.如權(quán)利要求1所述的氣體噴射冷卻裝置，其中在將要被冷卻的金屬帶的運行方向上在每一個所述風箱上的噴嘴排的數(shù)目不少于4，在將要被冷卻的金屬帶的寬度方向上在每一個所述風箱上的噴嘴排的數(shù)目不少于4。
4.如權(quán)利要求1所述的氣體噴射冷卻裝置，其中在將要被冷卻的金屬帶的運行方向上所述風箱的數(shù)目不少于2，兩個鄰接的風箱之間的間隙(z)與在每一個所述風箱上的噴嘴的尖端和將要被冷卻的金屬帶之間的所述距離(h)之比率(z/h)在1.0至4.0的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的氣體噴射冷卻裝置，其中，每一個所述風箱的與將要被冷卻的金屬帶相對的面是平面型的，在將要被冷卻的金屬帶的寬度方向上在每一個所述風箱上的噴嘴的尖端和將要被冷卻的金屬帶之間的所述距離(h)保持常量，但是在將要被冷卻的金屬帶的運行方向上所述距離從上游到下游是以增大的方式變化的。
6.如權(quán)利要求1所述的氣體噴射冷卻裝置，其中每一個所述風箱的與將要被冷卻的金屬帶相對的面在將要被冷卻的金屬帶的運行方向上具有凸起形狀，所述面形成彎曲面、包括多個平面的階梯面或者在將要被冷卻的金屬帶的運行方向上包括兩個或者多個斜面的面。
7.如權(quán)利要求1所述的氣體噴射冷卻裝置，其中每一個所述風箱的截面具有矩形形狀，所述截面與將要被冷卻的金屬帶的運行方向平行且與將要被冷卻的金屬帶垂直，其中，用于提供所述冷卻氣體的每個風箱的開口在將要被冷卻的金屬帶的運行方向上在所述風箱的上游端或者下游端被設(shè)置在所述風箱的側(cè)面和背面中的至少一個面上，并且，所述矩形形狀的截面面積(A)與所述風箱的噴嘴開口的面積的總和(S)之比率(A/S)在1.0至3.0的范圍內(nèi)。
全文摘要
一種在連續(xù)退火爐內(nèi)的氣體噴射冷卻裝置，配置有設(shè)置在冷卻室內(nèi)鋼帶兩側(cè)的風箱，其通過噴嘴向該鋼帶吹送冷卻氣體以使其冷卻；冷卻從所述冷卻室引入的氣體、然后將被冷卻的氣體提供給所述風箱的裝置，其中所述噴嘴的尖端和所述鋼帶之間的距離不超過所述噴嘴的直徑的十倍；在鋼帶運行方向上每一個所述風箱的長度不大于所述鋼帶的寬度的三分之二。即使當所述鋼帶和每個風箱的前表面之間的距離短且冷卻室的尺寸小于傳統(tǒng)的冷卻室的尺寸時，該氣體噴射冷卻裝置也能夠快速而均勻地冷卻鋼帶。
文檔編號C21D1/667GK1704486SQ200510072650
公開日2005年12月7日 申請日期2005年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月31日
發(fā)明者山下圭一 申請人:株式會社神戶制鋼所