專利名稱：具有m形帶材處理隧道的退火設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于金屬帶材的連續(xù)退火的退火設備，所述金屬帶材被引導穿過所述設備。通過焊接或以其他方式將以卷形式供應的帶材連接，并稍后重卷，使得金屬帶材在處理段連續(xù)。
背景技術：
已知金屬帶材的退火，尤其是冷軋金屬帶材(例如，不銹鋼帶材)的所謂光亮退火在帶有加熱和冷卻工位的連續(xù)退火工藝中進行，其中用含氫保護氣體來保護帶材。對于BA(光亮退火)品質(zhì)不銹鋼帶材，此工藝通常在豎直取向的爐中進行。然后，引導帶材以恒定速度穿過豎直爐，同時僅在爐的頂側和/或底側引導帶材經(jīng)過輥上方。這樣無接觸地引導帶材穿過爐是為了防止在退火階段損壞熱的帶材表面。
用于例如不銹鋼帶材的光亮退火的爐填充有保護氣體作為保護氣氛(保護介質(zhì))，其通常包含70-100vol%的H2，剩余為N2，或者偶爾填充有露點低于-40攝氏度的氬。需要保護氣體是為了驅(qū)散空氣，否則空氣會引起爐內(nèi)部處理的金屬帶材的氧化和變色。然而，這種保護氣體極易爆炸，因此需要極其安全的措施。另外，光亮退火工藝需要極低露點的氣氛，因此需要極其氣密的爐，因為甚至滲透少量空氣也會使露點條件變差，進而導致帶材表面的氧化和變色。為了這些安全和工藝原因，所有現(xiàn)有的豎直光亮退火爐均為倒置U型，U形的開放端處于其底部，在倒置U的底部處的腿部的下外端處帶有特殊的密封件。在過去的50多年，即，從20世紀50年代后期豎直光亮退火爐被首次設計起到現(xiàn)在，每一種豎直光亮退火爐均具有這種倒置U形形狀，以便確保極易爆炸的保護氣體被向上鎖在爐的倒置U形形狀內(nèi)部。即使帶材入口和出口的密封件之一出現(xiàn)故障或損壞，由于保護氣體重量比周圍空氣輕，保護氣體仍將困在倒置U形形狀的內(nèi)部。對此需要指出的是，即使沒有這樣的故障，帶材入口和出口的密封件有時也需要在被輸送至設備中的帶材材料中的加厚焊縫經(jīng)過期間暫時打開非常短的時間段(通常約10秒)，這主要是為了防止損壞密封件。根據(jù)生產(chǎn)率，帶材卷之間的焊縫通常按照1/2-2小時的間隔出現(xiàn)。另外，在帶材過度偏離中心線的情況下需要進行校正時，也可能需要暫時打開密封件。在這樣的暫時打開期間，也需要保護氣體自然地留在設備內(nèi)部，并且防止空氣進入設備。光亮退火設備的示例例如可見EP 0914481。該設備包括倒置U形帶材處理隧道，兩條豎直腿部經(jīng)由頂部輥室(軋室)彼此連接。豎直指向上的腿部，即在退火期間帶材穿過其沿向上方向被引導的腿部，通過遮蔽的入口滑槽形成，在其上部設置有預加熱工位。豎直指向下的腿部，即在退火期間帶材穿過其沿向下方向被引導的腿部，在其上部具有馬弗爐(muffle)型加熱工位，在其下部具有冷卻工位。入口滑槽、馬弗爐型加熱工位和冷卻工位基本上氣密地彼此連接。入口滑槽的下端和冷卻工位的下端分別形成帶材入口和帶材出口，它們均設置有保護氣體封閉件。對于這種類型的設備，在退火期間，帶材主要以向下帶材輸送方向被加熱和冷卻。
光亮退火設備的另一示例可見EP 0675208。該設備也包括倒置U形帶材處理隧道，兩個腿部經(jīng)由頂部輥室彼此連接。豎直指向上的腿部現(xiàn)在在其下部通過馬弗爐型加熱工位形成，中部為耐火材料型加熱工位，上部為冷卻工位。豎直指向下的腿部形成屏蔽的排出滑槽。同樣，馬弗爐和耐火材料型加熱工位、冷卻工位和排出滑槽基本上氣密地彼此連接，馬弗爐型加熱工位和排出滑槽的下端形成帶材入口和出口，它們均設置有保護氣體封閉件。在退火期間，帶材完全以向上帶材輸送方向被加熱和冷卻。在兩個示例中，從加熱工位出來的帶材在相同的腿部中向下在冷卻工位中利用強制氣體循環(huán)冷卻(所謂的噴射冷卻)。加熱工位和冷卻工位均填充有保護氣體。將帶材冷卻至足夠低的溫度，以能夠?qū)⑼嘶饚Р谋┞队诳諝?，而不會由于接觸空氣而導致帶材表面的變色或其他損傷。在兩個示例中，帶材入口和出口需要氣體封閉件，例如橡膠涂覆輥或高強度纖維(fibre stroke)，以便最小化或基本上防止含氫保護氣體的損耗。這非常重要，因為含H2保護氣體的任何泄漏會立即引起爆炸或著火，從而導致危險情形。另外，氣體封閉件能夠在退火期間保持加熱工位處于足夠的過壓下，以防止泄漏點處進入空氣。 兩個示例的缺點在于，其最大建筑高度受限，因此生產(chǎn)能力也受限。兩種設備的特征在于，主要的加熱和冷卻行為在設備的同一個向上或向下的腿部中進行。將設備的這一腿部構建得太高會導致在該腿部中，一定量帶材的自重懸于其最熱點下面，從而在熱的帶材中引起高張力。這在EP 0675208中尤其成問題，因為帶材在加熱工位的上部，即腿部的上半部，達到其最熱點，因此該最熱點不得不承載許多帶材的自重，再加上為了使帶材正確行進和引導而可能需要的任何附加帶材張力。對于EP 0675208的馬弗爐型加熱工位，這樣的建筑高度限制也適用，但由于熱馬弗爐材料的自重從其頂端馬弗爐的熱點處向下垂下，從馬弗爐的最大高度將處于超過馬弗爐的最大容許熱應力的某一高度。兩個示例的另一缺點在于，在退火工藝期間下落的任何顆粒可能滯留在入口或出口氣體封閉件中，這可能導致對必須經(jīng)過封閉件的帶材表面的損壞。對于耐火材料型加熱工位，這些顆?？赡苡蓮募訜峁の坏母魺岽u剝落的磚灰或磚粒形成。在加熱期間，這些隔熱磚經(jīng)受由緊密地安裝在隔熱磚前面的電加熱元件的強熱輻射引起的劇烈熱膨脹和收縮。例如,如果加熱工位中需要達到1200C的溫度，則電加熱元件本身可達到約1700C的溫度。從隔熱磚剝落的磚灰或磚粒最終會下落在氣體封閉件中。對于馬弗爐型加熱工位，這些顆?？赡苡稍谳^早階段附著到馬弗爐壁或其他內(nèi)部零件上以及其在某些時候會剝落并下落到封閉件中的顆粒形成。這些早期駐留的顆?？赡苡赏ǔ５膲m粒形成，或者由帶材材料的組分形成，其在較早階段在退火期間從帶材材料蒸發(fā)出來，然后在加熱或冷卻工位的較冷表面零件處升華。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服一個或多個上述缺點和/或提供可用的替代方式。具體地講，本發(fā)明旨在提供一種有效且安全操作的退火設備，通過該退火設備可實現(xiàn)高生產(chǎn)能力、高退火品質(zhì)和/或低生產(chǎn)成本。更具體地講，本發(fā)明的主要目的在于提供一種全新類型的用于光亮退火的爐，其生產(chǎn)能力顯著高于現(xiàn)有技術的倒置U型設計的豎直爐中可實現(xiàn)的生產(chǎn)能力，并且還通過降低爆炸風險來提高此類設備的安全性。
這一目的通過根據(jù)權利要求1所述的退火設備來實現(xiàn)。所述退火設備包括入口滑槽、帶有加熱裝置的加熱工位、帶有冷卻裝置的冷卻工位和排出滑槽。所述入口滑槽、加熱工位、冷卻工位和排出滑槽依次設置，并基本上氣密地彼此連接。它們一起限定M形縱向蜿蜒的基本上氣密的帶材處理隧道，所述帶材處理隧道填充有保護氣體，并具有四個豎直指向的腿部，所述腿部利用第一頂部輥室、下側轉向段和第二頂部輥室彼此連接。各頂部輥室具有至少一個輥，以用于將帶材從設置于其下方的一個腿部引導至另一腿部。所述隧道在入口滑槽和排出滑槽的下端處具有帶材入口和帶材出口，所述帶材入口和帶材出口均設置有保護氣體封閉件。入口滑槽沿著第一個腿部延伸。加熱工位和冷卻工位沿著第二個腿部，以及沿著下側轉向段并沿著第三個腿部延伸。排出滑槽沿著第四個腿部延伸。設置帶材進料裝置和帶材排出裝置，以用于在退火工藝期間使帶材作為兩個頂部輥室之間的自由懸掛環(huán)沿著第二腿部、下側轉向段和第三腿部連續(xù)引導。在退火期間，金屬帶材經(jīng)由入口處的氣體封閉件連續(xù)進入設備中，隨后沿著向上的方向朝著第一頂部輥室行進過入口滑槽。在經(jīng)過頂部輥室之后，帶材作為自由懸掛環(huán)向下然后向上穿過加熱工位和冷卻工位朝著第二頂部輥室行進。在加熱工位中，根據(jù)退火的帶材材料的類型，使帶材達到其所需的退火目標溫度，具體地講，介于800-1200C的溫度。在冷卻工位中，使帶材的溫度降低至可接受的較低溫度以便于其被引導至第二頂部輥室的輥上方，具體地講，降低至介于80-230C的溫度，而不會扭曲或損壞。在經(jīng)過第二頂部輥室之后，帶材向下穿過排出滑槽(其可在排出之前在排出滑槽處進一步冷卻)，以經(jīng)由出口處的氣體封閉件離開設備。因此整個設備的特征在于M形狀，實際處理區(qū)中的帶材，即處于兩個頂部輥室之間的帶材處于M形狀內(nèi)，在其自重的影響下成自由下垂環(huán)(鏈式線)垂下，而在下側轉向點中沒有被引導經(jīng)過某種輥上方。在入口和排出滑槽中，帶材分別豎直向上和向下行進。所述M形狀結合沿其具體設置的滑槽和工位提供許多重要的優(yōu)點。首先，通過構建具有顯著更長的加熱和冷卻長度的設備，可大大增加生產(chǎn)能力和/或降低生產(chǎn)成本。與在相同豎直通道中進行加熱和冷卻的已知爐結構中可實現(xiàn)的相比，第二和第三腿部一起提供可沿其進行臨界退火加熱和冷卻的更長的可用長度。其次，由于該M形狀，可獲得不同的入口和排出滑槽，其將實際加熱和冷卻工位與入口和出口處的氣體封閉件分離。帶材入口和出口有利地設置在第一和第四腿部的下外端處，位于比在上端限定第 二和第三腿部的頂部輥室低的水平面處。因此，即使氣體封閉件之一出現(xiàn)故障或破裂，第二和第三腿部的加熱和冷卻段內(nèi)部、以及第一和第四腿部的入口和排出滑槽內(nèi)部的高爆炸性、重量輕的保護氣體仍有利地被自然地困在其中。在特定實施例中，本發(fā)明M形爐的目的在于在第一(入口)和第四(出口)腿部中使用低H2百分比的保護氣體，以減少穿過密封件逃逸的H2的量，并將第二和第三腿部的高H2百分比處理段與穿過密封件的空氣滲透分離。這一措施顯著降低了在密封件處著火的風險和爆炸危險。隔熱磚灰或磚?；蛘邚募訜岷?或冷卻工位落下的其他顆粒不再被夾帶在氣體封閉件(密封件)中，因此不再導致對帶材表面的損壞。這有助于提高退火工藝的品質(zhì)并消除由于這樣的原因在氣體封閉件中損壞的帶材所導致的損耗。入口和出口的氣體封閉件中以及頂部輥室中的帶材張拉損失不再對熱處理部分中的帶材張力有影響，因為帶材僅通過其自重呈自由環(huán)下垂。由于頂部輥室之間沒有設置附加的帶材張力，所以實際處理區(qū)中的帶材的最熱點中的張力將處于較低值。帶材的最熱點可有利地沿著第二或第三腿部的高度設置在比帶材的轉向點高的相對低的高度處。因此，在懸于其下方的帶材的重量的影響下，該最熱點中的帶材張力仍較低。自由懸掛環(huán)使得在帶材停止或速度改變期間帶材能夠自由地熱膨脹或收縮，而不會引起帶材斷裂的直接風險，也無需對此熱膨脹/收縮采取特殊的構造措施。針對已知倒置U型光亮退火爐可設計的最大高度為約80-85m。高于這一高度，懸于其最熱點下方的帶材的重量可能在熱帶材中形成如此大的應力，而使帶材可能變形，致使其無用。根據(jù)產(chǎn)品組合，這將此類倒置U型爐設計可實現(xiàn)的最大生產(chǎn)能力有效限制為約110, 000-150, 000t/ao如今，通過根據(jù)本發(fā)明的新M形狀設計，生產(chǎn)能力可顯著增加至現(xiàn)有技術可實現(xiàn)的生產(chǎn)能力的約兩倍。以新M形狀退火設備可預期的這樣的高生產(chǎn)率和帶材速度，單獨的入口滑槽(即，M的第一腿部)可有利地用于在帶材進入第二腿部(在第二腿部處其將被快速加熱至高 溫)之前，清除/減少在經(jīng)過帶材入口處的密封件之后仍附著在帶材表面的空氣分子層。如果沒有在帶材達到高退火溫度之前削弱或移除這一非常薄的空氣層，則帶材表面會易于在退火工藝中氧化和變色，這是不可接受的。帶材在下側轉向段的無接觸轉向?qū)Φ诙偷谌炔恐械膸Р男螤钣蟹€(wěn)定化影響，因為帶材在轉向點中趨向于基本上平坦地伸展。由于設備的M形狀，不再需要在設備的最低點處設置入口和/或出口的氣體封閉件。可在第一和第四腿部的比第二和第三腿部之間延伸的轉向段的最低點高一些的水平面處設置氣體封閉件。因此，可通過(例如)設置在封閉件上游或下游足夠大距離處的轉向輥的有效控制來改善帶材穿過氣體封閉件的行進。需要指出的是，具有帶材的自由懸掛中心環(huán)的M形狀爐設計未被出版物公開，也不存在工業(yè)應用公開。盡管倒置U形狀爐設計熟知用于光亮退火，但在本領域中正常U形狀爐設計(帶材可被引導作為在兩個頂部輥室之間的自由懸掛環(huán))還已知用于除光亮退火之外的其他用途，類似例如利用直吹燃燒器的明火退火。參見例如JP-51109204和NL-1013752。然而，這些已知的U形狀爐設計并未結合成M形狀的處理隧道，更重要的是，不適用于光亮退火。這尤其是因為U形爐并非構建用于容納含H2的高爆炸性保護氣體。如果這樣的爐填充含H2保護氣體，當它在結合其直吹燃燒器使用時會立即燃燒/爆炸。即使與間接加熱器一起使用時，在其頂部具有開口的U形爐中仍將形成許多H2爆炸危險。輕的H2氣體會容易地沿向上方向經(jīng)由存在于U形狀的腿部的上端的帶材入口和出口逃逸。因此，高度易燃的H2氣體會容易地從爐內(nèi)部逃逸到周圍空氣中，并且空氣會進入容納H2的爐中，取代逃逸的H2。在頂部具有帶材入口和出口的情況下，由于熱的爐的爐身作用，下側爐段中的微小泄漏將帶來空氣進入H2爐氣氛中的風險。如果帶材入口和出口的頂部密封件出現(xiàn)故障，或者這些密封件意外地長時間處于打開，則會迅速導致非常危險的情形，因為大量H2氣體由于其與周圍空氣相比重量輕而將自然地逃逸并流出到環(huán)境中，幾乎立即就會導致著火或爆炸危險。綜上所述，U形爐的爆炸和著火危險是光亮退火所完全不可接受的，監(jiān)管安全機構不會同意這樣的設計。因此，本發(fā)明的在第一和第四腿部中具有專用入口和出口隧道的M形處理隧道為光亮退火設備提出全新的方案。在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，加熱工位至少沿著第二腿部的一部分延伸，而冷卻工位至少沿著第三腿部的一部分延伸。因此，下側轉向段可用于加熱被引導經(jīng)過其的金屬帶材，或者用于在帶材充分退火之后已經(jīng)(提早)開始緩慢冷卻帶材。這有助于提高設備的能力和/或退火工藝的品質(zhì)。在根據(jù)本發(fā)明的特定實施例中，加熱工位被設置為不僅沿著第二腿部延伸，而且還沿著下側轉向段并沿著第三腿部的下部延伸。冷卻工位被設置為沿著第三腿部的上部延伸。由于沿其可進行帶材的加熱和冷卻的帶材處理隧道的長度更大，所以有利地能夠進一步增加生產(chǎn)能力和/或降低生產(chǎn)成本。另外，沿著第三腿部的下部的加熱工位一部分的高度可被選擇為使得與冷卻工位的過渡段可有利地設置于帶材已經(jīng)開始變陡且接近豎直的自由懸掛環(huán)的一部分中。這顯著使帶材無意中撞 上該過渡段和/或冷卻工位壁的機會最小化。另外，這可使得該過渡段的開口相比于第三室內(nèi)部的隧道寬度急劇減小。這樣細長的過渡段有助于防止朝著冷卻工位的熱損失。在替代實施例中，加熱工位就在下側轉向段之后結束，冷卻工位在下側轉向段之后立即開始。在結合沿著第一腿部的上部和/或第二腿部的上部延伸的預加熱工位的設置使用時這尤其可能，因為這樣的話在經(jīng)過沿其設置的加熱工位時仍可在同一個腿部中使帶材達到其所需的退火溫度。例如，如果第二腿部的上部用于這樣的預加熱工位，則預加熱工位可構建為噴射預加熱工位，其包括向帶材吹送熱氣體的通風機，從而將其預加熱至高達850攝氏度的溫度。然后，第二腿部中的位于其下面的加熱工位(例如，馬弗爐型加熱工位)可用于將帶材加熱至高達1100攝氏度或更高的溫度。然后，第三腿部可有利地整個用于使帶材在經(jīng)過第二頂部輥室上方之前冷卻回至可接受的較低溫度，例如150攝氏度。然后，還可將下側轉向段用作(軟)冷卻段，在其中可已經(jīng)(提早)開始使退火帶材逐漸冷卻。加熱工位可由單個或多個加熱室形成。然而，優(yōu)選地，加熱工位包括至少三個分離的加熱室。沿著第二腿部延伸的第一室，沿著下側轉向段延伸的第二室，以及沿著第三腿部的下部延伸的第三室。這些不同的加熱室利用基本上氣密的柔性連接件，具體地講，柔性(不銹鋼)波紋管來彼此分離。通過將加熱工位分成三個室，各室可包括其自己的一套加熱裝置和/或其自己類型的加熱裝置和構造，并且可更好地防止加熱工位段之間的相互作用。例如，第二室可保持在比第一和第三室相對低的溫度下。用于該第二室的隔熱和加熱裝置的選擇對于能夠在退火工藝中維持低露點而言變得不那么關鍵。由于在第一和第二之間以及第二和第三室之間的過渡段處沒有加熱能量損失，這些氣密柔性連接件可構造有相對大的通道，使得帶材可自由地穿過這些過渡段，而不會由于撞在其上而損壞。從優(yōu)選較熱的第一和/或第三室朝著第二室輻射的任何熱有助于加熱該第二室。由于第一室中帶材的移動/變形(由帶材中的軋制張力的回火引起的鼓脹或翹曲)，會在帶材的寬度上開始出現(xiàn)帶材溫度差。通過將第二室的溫度選擇為更接近帶材在第一室的末端所達到的溫度，可減小這樣的帶材溫度差。這有助于使帶材能夠在第三室的末端在其整個寬度上達到更好的溫度均勻度。第一、第二和第三加熱室可為馬弗爐型或耐火材料型。所有類型的組合均是可以的。這一選擇可取決于該設備的具體建筑位置中的能源成本、所需帶材退火溫度、或者用戶的偏好。耐火材料型加熱室能夠獲得更高的生產(chǎn)能力，但需要特別高純度A1203級耐熱磚的隔熱層，其加熱并調(diào)節(jié)至處理所需的低露點條件或者再次冷卻需要花費較長時間。馬弗爐型加熱室可更快速地加熱至其低露點條件并再次冷卻，因為保護氣體僅與馬弗爐直接接觸，而不與圍繞馬弗爐的爐隔熱層(例如，陶瓷纖維)直接接觸。第二加熱室優(yōu)選為耐火材料型，由加熱裝置在退火工藝期間直接朝著帶材輻射熱。通過第二室的較低操作溫度，例如，該第二室可整體或大部分用隔離纖維覆蓋并用標準Cr/Ni電阻加熱元件加熱，或者用輻射管加熱。這能夠快速加熱并冷卻和/或調(diào)節(jié)該第二室。這樣能夠快速加熱和/或冷卻第二室在帶材斷裂的情況下是有益的。如果帶材斷裂，其自由下落到加熱工位沿著下側轉向段延伸的那部分的底部(在這種情況下，第二室的底部)。通過適當驅(qū)動頂部輥室的輥來定位斷裂的帶材的兩端，可使得帶材兩端均處于加熱工位的底部中。通過在該底部設置帶鎖門，可簡單并快速地將帶材兩端再次連接在一起。另外，所述底部可設置有帶有氣體封閉件的特殊接納段，以形成閘門。該閘門有助于在打開 帶鎖門以便于將斷裂的帶材重新連接時防止保護氣體逃逸并防止加熱工位的剩余部分暴露于空氣。在一個變型中，入口滑槽的上部設置有另一保護氣門，使得在入口滑槽的下部與帶材入口附近的保護氣體封閉件一起形成保護氣體的閘門。類似地，排出滑槽的上部也可設置有另一保護氣門，使得在排出滑槽的下部與帶材出口附近的保護氣體封閉件一起形成保護氣體的閘門。所述閘門使得能夠用與加熱和冷卻工位的實際處理區(qū)中所用的保護氣體不同類型的保護氣體來填充入口和/或排出滑槽。例如，與實際處理區(qū)中所需相比，滑槽中的保護氣體的氫含量較低，露點較高，而在加熱和冷卻工位中，需要氫含量高(大部分為70-100%H2，剩余為N2)和露點非常低(具體地講，低于-40C)的保護氣體。滑槽中使用低H2含量的保護氣體節(jié)省成本并提高設備的安全性，因為在正常退火處理以及短時間打開入口和/或出口氣體封閉件期間，滑槽中的較低H2含量的保護氣體著火或爆炸的危險性均較低。還可通過氣體凈化和調(diào)節(jié)系統(tǒng)使保護氣體在加熱和冷卻工位中循環(huán)以便將其保持在正確條件下，而無需對滑槽中的氣體如此做。如果帶材在其入口或出口封閉件中向一側偏離，則可能有必要暫時打開封閉件以將帶材重置于其正確(中心)位置。如果帶材的焊縫需要經(jīng)過封閉件，則也可能有必要這樣暫時打開封閉件。由于設置了閘門，并且H2含量較低的保護氣體存在于其中，與用與加熱和冷卻工位中所用相同的爆炸性且昂貴的高等級保護氣體填充滑槽的情況相比，有利的是，暫時打開封閉件的問題較小。在從屬權利要求中說明進一步有利的實施例。本發(fā)明還涉及根據(jù)權利要求18或19所述的退火設備的應用。


下面參照附圖更詳細地說明本發(fā)明，其中圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的退火設備的第一實施例，其具有兩個馬弗爐型和一個耐火材料型加熱室；圖2示出圖1的變型，其在第一腿部的上部具有預加熱工位；圖3示出圖1的另一變型，其具有一個馬弗爐型和兩個耐火材料型加熱室；圖4示出圖1的另一變型，其在第二腿部的上部具有預加熱工位。
具體實施例方式在圖1中，退火設備整體給予標號I。設備I包括M形處理隧道，其依次由入口滑槽2、第一頂部輥室3、第一馬弗爐型加熱室4、第二耐火材料型加熱室5、第三馬弗爐型加熱室6、靜止冷卻段7、噴射冷卻段8、第二頂部輥室9和排出滑槽10限定。在退火工藝期間，帶材14通過帶材進料裝置和帶材排出裝置的適當致動基本上以連續(xù)速度穿過隧道，以便于帶材在特定時間段內(nèi)以特定所需退火溫度退火，隨后向下再次冷卻。帶材進料和排出裝置可設置在入口的上游和出口的下游，例如可由從動輥形成。入口滑槽2限定M形狀的第一腿部，并在其入口 17處設置有氣體封閉件16，在其上部設置有氣門(gas gate) 18。氣體封閉件包括一組輥，帶材能夠基本上氣密地在所述輥之間穿過它們以進入滑槽。氣體封閉件16和氣門18之間形成的閘門(sluice)填充有保護氣體。例如，氣門18可由機械裝置(輥)或空氣動力裝置(氣刀)形成。頂部輥室3、9各包括一組引導輥20、21，其將帶材14從豎直向上行進引導至豎直 向下行進。引導輥優(yōu)選連接至驅(qū)動裝置，所述驅(qū)動裝置每當需要時驅(qū)動其旋轉。第一加熱室4限定M形狀的第二腿部并包括長圓柱形馬弗爐24，所述馬弗爐24通過隔熱套管25包封，加熱裝置(燃燒器)設置在隔熱套管25中以從外部加熱馬弗爐24。馬弗爐因此能夠間接加熱穿過其的帶材14。由于馬弗爐24達到非常高的溫度，其將在縱向方向上顯著膨脹。馬弗爐24利用膨脹段26 (具體地講，根據(jù)EP 0914481的平衡膨脹段)來向上自由膨脹。馬弗爐24的下側利用氣密柔性不銹鋼波紋管27連接至第二加熱室5。該波紋管27也能夠承擔馬弗爐24的膨脹。第二加熱室5限定M形狀的下側轉向段并包括隔熱壁，電加熱元件安裝在其前面。加熱元件因此能夠直接加熱經(jīng)過其的帶材14。在其底部，室5設置有閘門28，該閘門28具有帶鎖門29。該閘門包括例如通過合適的輥或活動門形成的氣體封閉件30。如果需要，可在底部設置防護輥或另一類型的帶材捕捉裝置，其在正常退火處理期間不必與帶材接觸。在其上側，室5利用氣密柔性不銹鋼波紋管31連接至第三加熱室6。第三加熱室6限定M形狀的第三腿部的下部，具體地講，第三腿部的長度的約一半，并包括長圓柱形馬弗爐34，所述馬弗爐34通過隔熱套管35包封，加熱裝置設置在其中以從外部加熱馬弗爐34。同樣在馬弗爐34的下側通過波紋管31承擔膨脹。馬弗爐34也利用膨脹段(具體地講，根據(jù)EP 0914481的平衡膨脹段)來向上自由膨脹。室4、5和6 —起形成加熱工位，沿其總長度能夠使帶材14很好地獲得其所需的退火處理。帶材14的最熱點HP出現(xiàn)在第三加熱室6的末端。靜止冷卻段7和噴射冷卻段8一起形成冷卻工位，沿其總長度能夠使退火帶材14很好地再向下冷卻至低于第二頂部輥工位中容許的最大溫度(具體地講，低于250C)的溫度排出滑槽9限定M形狀的第四腿部，并在其出口 37處設置有氣體封閉件36，在其上部設置有氣門38。所述氣體封閉件包括一組輥，帶材能夠基本上氣密地在所述輥之間穿過它們以離開滑槽。氣體封閉件36和氣門38之間形成的閘門填充有保護氣體。例如，氣門38可由機械裝置(輥)或空氣動力裝置(氣刀)形成。在排出滑槽9的上部設置有噴射冷卻型的后冷卻工位40。氣門38就設置在該后冷卻工位40下方。
頂部輥室3、加熱室4、5、6、靜止冷卻段7、噴射冷卻段8、頂部輥室9和后冷卻工位40全部氣密地構造，并且全部氣密地彼此連接，使得它們可填充有適用于所需退火工藝的保護氣體，例如H2、H2/N2、氬等。入口滑槽3和排出滑槽9中所用的保護氣體被選擇為不同于加熱和冷卻工位中所用的保護氣體，具體地講，較低含量的H2。圖2中示出一種變型，其中入口滑槽3的上部設置有噴射預加熱型的預加熱工位45。使用來自第一和第三加熱室4、6的燃燒器的煙氣(flue gas)間接加熱預加熱工位45。例如，這些煙氣的熱可利用氣體換熱器傳遞給循環(huán)穿過預加熱工位的保護氣體。因此，可進一步降低成本。圖3中示出另一種變型，其中第三加熱室6現(xiàn)在是耐火材料型，其具有隔熱壁50，電加熱元件安裝在其前面。圖4中示出另一種變型，其中沿著M形處理隧道的第二腿部的上部設置噴射預加熱型的預加熱工位60。預加熱工位60與沿著第二腿部的下部設置的第一馬弗爐型加熱室 61呈一直線地設置。第二耐火材料型加熱室62限定M形狀的下側轉向段。M形狀的第三腿部現(xiàn)在整個由冷卻工位形成。該冷卻工位包括靜止冷卻段63和噴射冷卻段64。噴射預加熱工位60如帶有保護氣體的其他設備段一樣操作，并且利用強制對流將其熱傳遞給帶材。此實施例的優(yōu)點在于，不再需要第二馬弗爐型加熱室。這使得設備的構造更簡單且更便宜。帶材在預加熱段甚至可預加熱至400-800攝氏度之間的溫度，這取決于所需退火工藝、總成本和支出值。有利的是，與馬弗爐型加熱器相比，對流型預加熱能夠更快速地加熱帶材。因此，僅在第一腿部的長度內(nèi)，仍可達到所需的高退火溫度。下側轉向段現(xiàn)在可有利地用作純均熱(soaking)段或用作緩慢冷卻段(均僅需要限制的容量)。當期望對馬弗爐型加熱室61進行維護時，可將預加熱段60移到旁邊，使得可在豎直方向上提起馬弗爐。在所示實施例中，第三和第四腿部被構造為比第一和第二腿部略短，使得預加熱工位60可被移到旁邊，同時移至第三和第四腿部上方。然而，如果需要第三和第四腿部更長，則也可使預加熱工位60朝另一方向移位。除了所示實施例之外，許多變型也是可能的。例如，滑槽、加熱室和其他零件的形狀和尺寸可變化。另外，可使用其他類型和數(shù)量的加熱工位和/或冷卻工位。代替主要向上膨脹的馬弗爐，其也可被安裝為使得其主要沿向下方向膨脹。退火設備優(yōu)選用于具有早前提及的BA品質(zhì)的不銹鋼帶材的光亮退火。然而，其也可用于所謂2B品質(zhì)軋制的不銹鋼帶材的準光亮退火。通過根據(jù)本發(fā)明的設備，即使使用的保護氣體比BA品質(zhì)所用的保護氣體更不嚴格(更低％H2和更高露點)，也可對這樣的2B級帶材退火，使得可完全或部分地消除進一步的酸洗處理?？蓪⒌诙敳枯伿抑械膸Р臏囟染S持在相對高的溫度，例如150-200C，并使用在該溫度下不損壞帶材的特殊設計的轉向輥。還可通過帶材在排出滑槽中的進一步冷卻并將該熱量輸送給進入入口滑槽的帶材，在入口滑槽和排出滑槽之間獲得對流熱交換。這也可幫助節(jié)省能源。因此，根據(jù)本發(fā)明，獲得一種退火設備，其不僅提高了安全性和退火品質(zhì)，而且同時與現(xiàn)有技術的豎直光亮退火設備(倒置U型)通常每年70，000-130，000噸相比，通過該設備在具有兩個馬弗爐型加熱室的實施例能夠達到每年200，000-230，000噸的生產(chǎn)能力，在具有兩個耐火材料型加熱室的實施例中甚至能夠達到每年300，000噸或更大的生產(chǎn)能力。
權利要求
1.一種退火設備，其用于引導穿過所述設備的金屬帶材的連續(xù)退火，包括 -入口滑槽； -帶有加熱裝置的加熱工位； -帶有冷卻裝置的冷卻工位； 所述入口滑槽、所述加熱工位和所述冷卻工位依次設置，并基本上氣密地彼此連接，使得它們限定縱向蜿蜒的基本上氣密的帶材處理隧道，所述帶材處理隧道將填充有保護氣體，并具有豎直指向的隧道部分，所述隧道部分利用頂部輥室彼此連接，所述頂部輥室具有至少一個輥，以用于將所述帶材從一個豎直指向的隧道部分引導至另一個豎直指向的隧道部分， 所述隧道在其相應的外端具有帶材入口和帶材出口，所述帶材入口和帶材出口均設置有保護氣體封閉件， 其特征在于 所述設備還包括排出滑槽，所述排出滑槽在所述冷卻工位的下游并基本上氣密地連接至所述冷卻工位， 所述入口滑槽、頂部輥室的第一個、所述加熱工位、所述冷卻工位、頂部輥室的第二個和所述排出滑槽一起限定M形蜿蜒的隧道，所述隧道具有四個腿部，所述腿部經(jīng)由兩個頂部輥室和下側轉向段彼此連接，其中 -所述入口滑槽沿著第一個腿部延伸； -所述加熱工位和所述冷卻工位沿著第二個腿部、所述下側轉向段和第三個腿部延伸； -所述排出滑槽沿著第四個腿部延伸， 其中設置帶材進料裝置和帶材排出裝置，以用于在退火工藝期間使作為自由懸掛環(huán)的所述帶材在所述兩個頂部輥室之間連續(xù)引導穿過沿著所述第二腿部、所述下側轉向段和所述第三腿部延伸的所述加熱和冷卻工位。
2.根據(jù)權利要求1所述的退火設備，其特征在于，所述加熱工位至少沿著所述第二腿部的一部分延伸，并且所述冷卻工位至少沿著所述第三腿部的一部分延伸。
3.根據(jù)權利要求2所述的退火設備，其特征在于，所述加熱工位還沿著所述下側轉向段延伸。
4.根據(jù)前述權利要求中的一項所述的退火設備，其特征在于，所述冷卻工位沿著基本上整個所述第三腿部延伸。
5.根據(jù)權利要求3所述的退火設備，其特征在于，所述加熱工位還沿著所述第三腿部的下部延伸，并且所述冷卻工位沿著所述第三腿部的上部延伸。
6.根據(jù)權利要求3-5中的一項所述的退火設備，其特征在于，所述加熱工位包括至少兩個分離的加熱室 -第一室，其沿著所述第二腿部延伸， -第二室，其沿著所述下側轉向段延伸， 所述室利用基本上氣密的柔性連接件彼此分離。
7.根據(jù)權利要求5和6所述的退火設備，其特征在于，所述加熱工位還包括 -第三室，其連接至所述第二室并沿著所述第三腿部的下部延伸。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的退火設備，其特征在于，所述加熱室利用基本上氣密的柔性波紋管彼此分尚。
9.根據(jù)前述權利要求6-8中的一項所述的退火設備，其特征在于，所述第二加熱室是耐火材料型，所述加熱裝置在退火工藝期間直接朝著所述帶材輻射熱。
10.根據(jù)前述權利要求中的一項所述的退火設備，其特征在于，還包括 -預加熱工位，其沿著所述第一腿部的上部和/或所述第二腿部的上部延伸。
11.根據(jù)前述權利要求中的一項所述的退火設備，其特征在于，所述入口滑槽的上部設置有另一保護氣門，使得在所述入口滑槽的下部處與帶材入口附近的保護氣體封閉件一起形成保護氣體的閘門。
12.根據(jù)前述權利要求中的一項所述的退火設備，其特征在于，所述排出滑槽的上部設置有另一保護氣門，使得在所述排出滑槽的下部處與帶材出口附近的保護氣體封閉件一起形成保護氣體的閘門。
13.根據(jù)前述權利要求中的一項所述的退火設備，其特征在于，沿著所述第一腿部延伸的所述入口滑槽在其上部包括預加熱工位。
14.根據(jù)權利要求13所述的退火設備，其特征在于，所述入口滑槽在所述預加熱工位的上游和下游設置有保護氣門。
15.根據(jù)前述權利要求中的一項所述的退火設備，其特征在于，沿著所述第四腿部延伸的所述排出滑槽在其上部包括后冷卻工位。
16.根據(jù)權利要求15所述的退火設備，其特征在于，所述排出滑槽在所述后冷卻工位的下游設置有保護氣門。
17.根據(jù)前述權利要求中的一項所述的退火設備，其特征在于，所述加熱工位沿著所述下側轉向段延伸的部分設置有帶鎖門。
18.一種前述權利要求中的一項所述的退火設備針對金屬帶材退火的應用，包括以下步驟 -用防護性保護氣體填充所述M形蜿蜒隧道； -通過引導所述金屬帶材穿過所述M形隧道，同時在所述加熱工位中將金屬帶材加熱，然后在所述冷卻工位中將所述金屬帶材冷卻，來對所述金屬帶材進行退火。
19.根據(jù)權利要求18所述的針對不銹鋼帶材的光亮退火的應用，其特征在于，所述保護氣體包含至少50%H2，并且其中所述加熱工位被加熱至至少850攝氏度的溫度，以便將其中的不銹鋼帶材加熱至至少700攝氏度的溫度。
20.根據(jù)權利要求18或19所述的應用，其特征在于，與所述第二和第三腿部中的高H2百分比氣體分開，所述第一和第四腿部中存在低H2百分比的保護氣體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種退火設備，其用于引導穿過所述設備的金屬帶材的連續(xù)退火，包括入口滑槽2、第一頂部輥室3、加熱工位4、5、6、冷卻工位7、8、第二頂部輥室9和排出滑槽10，它們一起限定M形蜿蜒的隧道，所述隧道具有四個腿部，所述腿部經(jīng)由兩個頂部輥室和下側轉向段彼此連接。入口滑槽沿著第一個腿部延伸，加熱工位和冷卻工位沿著第二個腿部、所述下側轉向段和第三個腿部延伸，排出滑槽沿著第四個腿部延伸。設置帶材進料裝置和帶材排出裝置，以用于在退火工藝期間使作為自由懸掛環(huán)的所述帶材在兩個頂部輥室之間連續(xù)引導穿過加熱和冷卻工位。
文檔編號C21D9/573GK103025898SQ201180029333
公開日2013年4月3日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權日2010年6月14日
發(fā)明者L·A·勒伊特 申請人:安德里茨熱技公司