專利名稱：一種帶鋼表面火焰清洗方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬表面清洗技術(shù)，具體涉及一種帶鋼表面火焰清洗方法及裝置。
背景技術(shù)：
軋制后帶鋼表面通常粘附著許多軋制油、機(jī)油、鐵末等污物。為保證帶鋼表面質(zhì)量，在帶鋼進(jìn)入熱處理爐前或涂鍍前需要將表面清洗干凈。帶鋼的表面清潔程度會(huì)顯著影響帶鋼成品的表面質(zhì)量，例如表面未完全揮發(fā)的油脂，退火后會(huì)殘留形成碳化物，不但影響外觀，而且使鋅層附著力差；固體顆粒殘留物則會(huì)造成表面壓痕及表面劃傷。目前，常規(guī)的帶鋼清洗方法通常是化學(xué)清洗、電解清洗和物理清洗的組合。常規(guī)帶鋼表面清洗工藝是:帶鋼首先經(jīng)過(guò)堿液噴洗+堿液刷洗的化學(xué)清洗段、再經(jīng)電解清洗、而后進(jìn)入熱水刷洗和熱水清洗，最后經(jīng)干燥后完成清洗過(guò)程，進(jìn)入熱處理爐進(jìn)行退火處理。實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)帶鋼表面情況，也有僅采用電解清洗+熱水刷洗+熱水漂洗+干燥的組合。其中化學(xué)清洗主要利用皂化作用和乳化作用來(lái)去除表面殘油；電解清洗主要依靠電化學(xué)作用，在電流作用下作為電極的帶鋼析出大量氣體，促使油污離開(kāi)帶鋼表面；物理清洗主要依靠外力除去帶鋼表面的油污。上述清洗方法存在如下缺點(diǎn): I)需要復(fù)雜的清洗段，工藝設(shè)備復(fù)雜，對(duì)于機(jī)組速度高的生產(chǎn)線，清洗段較長(zhǎng)；2)需要消耗大量的堿液、水等，排放大量的廢水，容易造成環(huán)境污染。3)能耗高；4)清洗完畢帶鋼為常溫，需要在后面工序進(jìn)一步加熱。帶鋼表面的油脂也可在高溫條件下進(jìn)行清洗，高溫條件下進(jìn)行表面清洗存在以下兩種機(jī)制:a.乳化分解:油脂溫度升高，超過(guò)乳化油特征分解溫度后，乳化油分解并蒸發(fā)；b.氧化分解:油脂經(jīng)高溫氧化后，形成氣態(tài)產(chǎn)物。以上兩種機(jī)制都會(huì)使帶鋼表面形成氣態(tài)分解物，因此總體的清理效果還取決于分解物的排除效果，分解物排除越干凈，帶鋼表面分解物濃度越低，越利于乳化或氧化分解的進(jìn)行。通常情況下，氧化分解是通過(guò)燃燒反應(yīng)完成的，因此乳化分解的速度遠(yuǎn)低于氧化分解的速度。常規(guī)的輻射管加熱爐中，由于爐內(nèi)是還原性氣氛，氧化分解的機(jī)制不存在，主要依靠乳化分解作用。由于乳化分解速度很慢，而且?guī)т搶挾确较驕囟炔荒鼙ＷC均勻，通常會(huì)出現(xiàn)退火完成后表面仍有油污殘留或清理不均勻。常規(guī)的直火加熱爐中，火焰直接加熱帶鋼時(shí)，油脂的乳化分解和氧化分解兩種機(jī)制并存，可以利用火焰清洗帶鋼表面油脂，但直火清洗對(duì)燒嘴有特殊的要求。常規(guī)直火加熱的燒嘴布置為:燒嘴的火焰平行于帶鋼，燃燒沿帶寬方向發(fā)展，從火焰根部到端部，火焰溫度、煙氣成分存在非常大的差別。這種燒嘴的主要缺點(diǎn)是:
I)帶鋼寬度方向溫度差別大，寬度方向清洗效果差別大。2)煙氣沿帶鋼表面平行流動(dòng)，傳熱與傳質(zhì)系數(shù)低，油脂和鐵屑的清洗效果差。3)難以適應(yīng)帶鋼寬度尺寸變化的要求。美國(guó)專利US4242154公開(kāi)了一種生產(chǎn)鍍層鋼板的預(yù)熱和清洗系統(tǒng)。該系統(tǒng)生產(chǎn)線為水平布置，帶鋼先經(jīng)過(guò)采用直接火焰預(yù)熱段，在預(yù)熱段中帶鋼被加熱，并且通過(guò)火焰直接清除帶鋼表面的殘留物；然后進(jìn)入還原段，在還原段內(nèi)氣氛為高濃度的氫氣，通過(guò)氫氣還原預(yù)熱段加熱后表面形成的氧化層。這種系統(tǒng)基本可以實(shí)現(xiàn)帶鋼的加熱與表面清洗，但卻忽略了這樣的事實(shí):I)由于在預(yù)熱段未對(duì)氣氛進(jìn)行限制，表面氧化生成氧化膜，與常規(guī)的退火線比較，需要專門增加還原段還原預(yù)熱段生成的氧化膜；2)還原段內(nèi)要采用高濃度的氫氣進(jìn)行還原，還原段的安全性要求高，H2消耗大；3)帶鋼表面先氧化后還原，通過(guò)這種方式還原得到疏松的海綿鐵，經(jīng)過(guò)后續(xù)的鍍鋅工序，極易引起表面鍍層的脫落。4)沒(méi)有提出對(duì)直火清洗燒嘴的型式和功能的具體要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種帶鋼表面火焰清洗方法及裝置，采用直接火焰完成帶鋼表面清洗和均勻加熱，通過(guò)控制火焰氣氛實(shí)現(xiàn)無(wú)氧化加熱，并利用高溫沖擊火焰的燃燒與沖擊作用，清洗帶鋼表面的殘油與殘鐵。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:—種帶鋼表面火焰清洗方法，生產(chǎn)線為水平布置或者垂直布置，帶鋼進(jìn)入帶鋼熱處理爐，帶鋼熱處理爐包括入口密封、煙氣預(yù)熱段、直火清洗預(yù)熱段、出口密封和加熱段；帶鋼經(jīng)入口密封進(jìn)入煙氣預(yù)熱段，在煙氣預(yù)熱段經(jīng)自直火清洗預(yù)熱段過(guò)來(lái)的煙氣逆流換熱，然后進(jìn)入直火清洗預(yù)熱段，直火清洗預(yù)熱段內(nèi)布置有若干燒嘴，燒嘴噴出高溫沖擊火焰，帶鋼在高溫沖擊火焰的燃燒與沖擊作用下，將帶鋼溫度加熱到300-400°C，實(shí)現(xiàn)均勻加熱并清洗帶鋼表面的殘油與殘鐵，最后經(jīng)出口密封進(jìn)入加熱段；其中，煙氣預(yù)熱段布置少量補(bǔ)燃燒嘴，主要供入空氣，將直火清洗預(yù)熱段排過(guò)來(lái)的煙氣中未燃盡的燃料完全燃燒，不供入燃料或少提供燃料，在煙氣預(yù)熱段，帶鋼主要依靠直火清洗預(yù)熱段過(guò)來(lái)的煙氣加熱，充分利用煙氣的余熱；直火清洗預(yù)熱段為主供熱區(qū)，矩形爐膛的寬面上沿帶鋼寬度布置多個(gè)燒嘴，燒嘴噴口為狹縫型，形成均勻的條形火焰，垂直于帶鋼表面，構(gòu)成帶鋼單面或者雙面加熱。進(jìn)一步，所述的燒嘴為箱形結(jié)構(gòu)，噴口呈狹縫型，噴口寬度為B，噴口到帶鋼的距離為H，則有H/B = 5 15，空燃比η = 0.8 1.0。所述的燒嘴為預(yù)混型燒嘴，即燃料和空氣在進(jìn)入燒嘴前通過(guò)混合器混合；預(yù)混氣經(jīng)連接管進(jìn)入燒嘴的混風(fēng)室，通過(guò)內(nèi)部壓力平衡后從噴口均勻噴出。本發(fā)明帶鋼表面火焰清洗裝置，其為一帶鋼熱處理爐，爐體設(shè)入口密封、煙氣預(yù)熱段、直火清洗預(yù)熱段、出口密封和加熱段；爐體直火清洗預(yù)熱段的矩形爐膛的寬面上面或/和下面沿帶鋼寬度布置多個(gè)燒嘴，燒嘴噴口為狹縫形，可形成均勻的條形火焰。

又，所述的燒嘴為箱形結(jié)構(gòu)，噴口呈狹縫型，噴口寬度為B，噴口到帶鋼的距離為H，則有Η/Β = 5 15，空燃比η = 0.8 L O。
所述的爐體煙氣預(yù)熱段的矩形爐膛的寬面上面或/和下面沿帶鋼寬度布置布置若干補(bǔ)燃燒嘴。本發(fā)明通過(guò)采用燒嘴及其布置方式來(lái)實(shí)現(xiàn)帶鋼均勻加熱，通過(guò)控制火焰氣氛實(shí)現(xiàn)無(wú)氧化加熱，同時(shí)利用高溫沖擊火焰的燃燒與沖擊作用，清洗帶鋼表面的殘油與殘鐵。熱處理爐的爐膛為矩形截面，爐膛四周襯有耐火材料。帶鋼從入口密封進(jìn)入爐內(nèi)，根據(jù)帶鋼的運(yùn)行方向，爐膛的寬面與帶鋼表面平行，爐膛的窄面對(duì)應(yīng)帶鋼的邊部。煙氣預(yù)熱段不供入燃料或少提供燃料，布置少量補(bǔ)燃燒嘴，主要供入空氣，將直火清洗預(yù)熱段排過(guò)來(lái)的煙氣中未燃盡的燃料完全燃燒。因此在煙氣預(yù)熱段帶鋼主要還是依靠直火清洗預(yù)熱段過(guò)來(lái)的煙氣加熱，這樣可充分利用煙氣的余熱。直火清洗預(yù)熱段5產(chǎn)生的煙氣流到到煙氣預(yù)熱段后經(jīng)排放口排出。本發(fā)明燒嘴具有以下幾個(gè)特點(diǎn):1)燒嘴為燃?xì)饪諝忸A(yù)混型；2)燒嘴為狹縫型，形成均勻的條形火焰；3)燒嘴形成的沖擊火焰垂直于帶鋼表面；4)在帶鋼寬度可布置多個(gè)燒嘴。燒嘴按燒嘴噴口長(zhǎng)邊方向和帶鋼寬度方向一致安裝，并沿帶鋼寬度方向?qū)ΨQ布置，根據(jù)最大寬度設(shè)計(jì)需求數(shù)量的燒嘴，這樣燒嘴工作時(shí)就會(huì)形成如圖5中所示的在帶鋼表面上投影為跟帶鋼寬度方向一致的長(zhǎng)條形火焰，火焰集中而且均勻，有利于帶鋼表面清洗和均勻加熱。生產(chǎn)中可以以整個(gè)帶鋼寬度方向剛好被火焰覆蓋為準(zhǔn)，對(duì)稱開(kāi)啟/關(guān)閉邊部的燒嘴來(lái)適應(yīng)不同寬度帶鋼的工藝需求，或調(diào)整燒嘴燃燒負(fù)荷滿足不同厚度帶鋼加熱。寬帶鋼時(shí)，燒嘴工作的數(shù)量多，窄帶鋼時(shí)，燒嘴工作的數(shù)量少；厚帶鋼時(shí)，燒嘴的負(fù)荷大，薄帶鋼時(shí)，燒嘴的負(fù)荷小。通過(guò)這樣的安裝和調(diào)節(jié)的方法可以很容易實(shí)現(xiàn)火焰沿帶鋼帶鋼寬度方向均勻分布，達(dá)到帶鋼寬度方向加熱均勻和表面清理目的。通過(guò)直接火焰實(shí)驗(yàn)得到的帶鋼表面油脂的清洗效果與火焰清洗終點(diǎn)溫度的關(guān)系曲線如圖6所示，從圖中可以看出，帶鋼經(jīng)該方法處理后，特別是在終點(diǎn)溫度300-400°C時(shí)帶鋼表面油脂顯著降低。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:I)在一個(gè)工藝段中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了帶鋼的預(yù)熱與表面清洗；可取消傳統(tǒng)化學(xué)清洗、電解清洗和物理清洗的組合，或者大幅簡(jiǎn)化其功能。2)在直接火焰清洗段能控制氧化，避免專門設(shè)置還原段。3)火焰清洗燒嘴形成預(yù)混型沖擊火焰，可大幅提高升溫速度，使帶鋼表面溫度迅速達(dá)到油脂的乳化分解溫度；由于火焰垂直于帶鋼表面，加快了油脂燃燒速度；通過(guò)沖擊火焰，提高了傳質(zhì)系數(shù)，使油脂燃燒后的氣體和鐵屑迅速脫落帶鋼表面。4)燃料和助燃空氣經(jīng)過(guò)預(yù)混，空燃比小于或接近1，形成還原氣氛的煙氣，實(shí)現(xiàn)無(wú)氧化加熱。5)燒嘴的預(yù)混沖擊型，火焰長(zhǎng)度短，當(dāng)H/B < 15，可保證火焰到達(dá)帶鋼表面前已完成燃燒，接觸帶鋼的煙氣中沒(méi)有自由氧存在。6)燒嘴沿帶鋼寬度方向?qū)ΨQ布置，生產(chǎn)中可根據(jù)帶鋼的寬度和厚度需要，對(duì)稱開(kāi)啟/關(guān)閉邊部燒嘴或降低燃燒負(fù)荷，操控方便；能保證帶鋼寬度方向的均勻升溫、均勻燃燒，實(shí)現(xiàn)均勻清理油污。

本發(fā)明的有益效果:
采用本發(fā)明提出的帶鋼表面火焰清洗的方法與裝置，既可以通過(guò)沖擊火焰均勻地加熱帶鋼，又可以利用高溫火焰的燃燒與沖擊作用清洗帶鋼表面的殘油與殘鐵，同時(shí)可以通過(guò)控制爐內(nèi)氣氛實(shí)現(xiàn)無(wú)氧化加熱。另外，由于采用本發(fā)明技術(shù)可以達(dá)到清洗帶鋼表面的目的，可以在新建或改造連續(xù)退火線時(shí)將常規(guī)生產(chǎn)工藝中的清洗段去掉，或者采用簡(jiǎn)化的有特殊要求的清洗段，極大地節(jié)約占用空間，降低投資和使用成本。


圖1為本發(fā)明帶鋼表面火焰清理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的A-A剖視圖。 圖3為圖1的B-B剖視圖。圖4為本發(fā)明帶鋼表面火 焰清理燒嘴示意圖。圖5為本發(fā)明帶鋼表面火焰清理燒嘴X向示意圖。圖6為本發(fā)明帶鋼表面油脂的清洗效果與火焰清洗終點(diǎn)溫度的關(guān)系曲線圖。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1 圖5，本發(fā)明帶鋼表面火焰清洗裝置，其為一帶鋼熱處理爐，爐體10設(shè)入口密封1、煙氣預(yù)熱段2、直火清洗預(yù)熱段3、出口密封4 ;爐體直火清洗預(yù)熱段3的矩形爐膛的寬面上面或/和下面沿帶鋼寬度布置多個(gè)燒嘴5，燒嘴5噴口為可形成均勻的條形火焰得狹縫長(zhǎng)條型。又，所述的燒嘴5為箱形結(jié)構(gòu)，噴口 51呈狹縫型，噴口寬度為B，噴口到帶鋼的距離為H，則有H/B = 5 15，空燃比η = 0.8 1.0。所述的爐體煙氣預(yù)熱段2的矩形爐膛的寬面上面或/和下面沿帶鋼寬度布置布置若干補(bǔ)燃燒嘴6。本發(fā)明的帶鋼表面火焰清洗方法，生產(chǎn)線為水平布置或者垂直布置，帶鋼100經(jīng)入口密封I進(jìn)入煙氣預(yù)熱段2，在煙氣預(yù)熱段2經(jīng)自直火清洗預(yù)熱段3過(guò)來(lái)的煙氣逆流換熱，然后進(jìn)入直火清洗預(yù)熱段3，直火清洗預(yù)熱段3內(nèi)布置有若干燒嘴5，燒嘴5噴出高溫沖擊火焰，帶鋼100在高溫沖擊火焰的燃燒與沖擊作用下，將帶鋼100溫度加熱到300-400°C，實(shí)現(xiàn)均勻加熱并清洗帶鋼100表面的殘油與殘鐵，最后經(jīng)出口密封4進(jìn)入加熱段；其中，煙氣預(yù)熱段2布置少量補(bǔ)燃燒嘴6，主要供入空氣，將直火清洗預(yù)熱段3排過(guò)來(lái)的煙氣中未燃盡的燃料完全燃燒，不供入燃料或少提供燃料，在煙氣預(yù)熱段2，帶鋼100主要依靠直火清洗預(yù)熱段3過(guò)來(lái)的煙氣加熱，充分利用煙氣的余熱；直火清洗預(yù)熱段3為主供熱區(qū)，矩形爐膛的寬面上沿帶鋼寬度布置多個(gè)燒嘴5，燒嘴5噴口為狹縫長(zhǎng)條型，形成均勻的條形火焰7，垂直于帶鋼100表面，構(gòu)成帶鋼單面或者雙面加熱。進(jìn)一步，所述的燒嘴5為箱形結(jié)構(gòu)，噴口呈狹縫長(zhǎng)條型，噴口寬度為B，噴口到帶鋼的距離為H，則有H/B = 5 15，空燃比η = 0.8 1.0。所述的燒嘴5為預(yù)混型燒嘴，即燃料和空氣在進(jìn)入燒嘴前通過(guò)混合器混合；預(yù)混氣經(jīng)連接管進(jìn)入燒嘴的混風(fēng)室，通過(guò)內(nèi)部壓力平衡后從噴口均勻噴出。帶鋼產(chǎn)品已在家電、電器、汽車制造以及建筑中得到廣泛應(yīng)用，隨著用戶需求的提高，對(duì)帶鋼的表面質(zhì)量和板形的要求也越來(lái)越高。帶鋼熱處理生產(chǎn)中特別是高等級(jí)帶鋼的退火處理中，帶鋼表面清洗程度和加熱是否均勻跟帶鋼產(chǎn)品的表面質(zhì)量和板形的好壞息息相關(guān)。本發(fā)明提出的帶鋼表面火焰清理方法與裝置可實(shí)現(xiàn)帶鋼表面清洗和無(wú)氧化均勻加熱，是保證帶鋼成品表面質(zhì)量和板形的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。在新建或改造連續(xù)熱處理線時(shí)應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)，可以提高帶鋼表面清潔度和帶鋼板形，甚至可以取消現(xiàn)有傳統(tǒng)工藝清洗段，極大地節(jié)約占用空間，降低投資和使用成本。本發(fā)明技術(shù)適用于水平布置或垂直布置熱處理爐，可用于熱鍍鋅、熱鍍鋁鋅或連續(xù)退火生產(chǎn)線，同時(shí)也適用于其它需要表面清洗和均勻加熱的場(chǎng) 合。
權(quán)利要求
1.一種帶鋼表面火焰清洗方法，生產(chǎn)線為水平布置或者垂直布置，帶鋼進(jìn)入帶鋼熱處理爐，帶鋼熱處理爐包括入口密封、煙氣預(yù)熱段、直火清洗預(yù)熱段、出口密封和加熱段；帶鋼經(jīng)入口密封進(jìn)入煙氣預(yù)熱段，在煙氣預(yù)熱段經(jīng)自直火清洗預(yù)熱段過(guò)來(lái)的煙氣逆流換熱，然后進(jìn)入直火清洗預(yù)熱段，直火清洗預(yù)熱段內(nèi)布置有若干燒嘴，燒嘴噴出高溫沖擊火焰，帶鋼在高溫沖擊火焰的燃燒與沖擊作用下，將帶鋼溫度加熱到300-40(TC，實(shí)現(xiàn)均勻加熱并清洗帶鋼表面的殘油與殘鐵，最后經(jīng)出口密封進(jìn)入加熱段；其中，煙氣預(yù)熱段布置少量補(bǔ)燃燒嘴，主要供入空氣，將直火清洗預(yù)熱段排過(guò)來(lái)的煙氣中未燃盡的燃料完全燃燒，不供入燃料或少提供燃料，在煙氣預(yù)熱段，帶鋼主要依靠直火清洗預(yù)熱段過(guò)來(lái)的煙氣加熱，充分利用煙氣的余熱；直火清洗預(yù)熱段為主供熱區(qū)，矩形爐膛的寬面上沿帶鋼寬度布置多個(gè)燒嘴，燒嘴噴口為狹縫型，形成均勻的條形火焰，垂直于帶鋼表面，構(gòu)成帶鋼單面或者雙面加熱。
2.如權(quán)利要求1所述的帶鋼表面火焰清洗方法，其特征是，所述的燒嘴為箱形結(jié)構(gòu)，噴口呈狹縫型，噴口寬度為B，噴口到帶鋼的距離為H，則有H/B = 5 15，空燃比η = 0.8 1.0。
3.如權(quán)利要求1所述的帶鋼表面火焰清洗方法，其特征是，所述的燒嘴為預(yù)混型燒嘴，即燃料和空氣在進(jìn)入燒嘴前通過(guò)混合器混合；預(yù)混氣經(jīng)連接管進(jìn)入燒嘴的混風(fēng)室，通過(guò)內(nèi)部壓力平衡后從噴口均勻噴出。
4.帶鋼表面火焰清洗裝置，其特征在于，其為一帶鋼熱處理爐，爐體設(shè)入口密封、煙氣預(yù)熱段、直火清洗預(yù)熱段、出口密封和加熱段；爐體直火清洗預(yù)熱段的矩形爐膛的寬面上面或/和下面沿帶鋼寬度布置多個(gè)燒嘴，燒嘴噴口為狹縫形，可形成均勻的條形火焰。
5.如權(quán)利要求4所述的帶鋼表面火焰清洗裝置，其特征在于，所述的爐體煙氣預(yù)熱段的矩形爐膛的寬面上面或/和下面沿帶鋼寬度布置布置若干補(bǔ)燃燒嘴。
6.如權(quán)利 要求4所述的帶鋼表面火焰清洗裝置，其特征在于，所述的燒嘴為箱形結(jié)構(gòu)，噴口呈狹縫長(zhǎng)條型，噴口寬度為B，噴口到帶鋼的距離為H，則有Η/Β = 5 15，空燃比η =0.8 LO0
全文摘要
一種帶鋼表面火焰清洗方法及裝置，帶鋼進(jìn)入帶鋼熱處理爐，帶鋼熱處理爐包括入口密封、煙氣預(yù)熱段、直火清洗預(yù)熱段、出口密封和加熱段；帶鋼經(jīng)入口密封進(jìn)入煙氣預(yù)熱段，在煙氣預(yù)熱段經(jīng)自直火清洗預(yù)熱段過(guò)來(lái)的煙氣逆流換熱，然后進(jìn)入直火清洗預(yù)熱段，直火清洗預(yù)熱段內(nèi)布置有燒嘴，燒嘴噴出高溫沖擊火焰，帶鋼在高溫沖擊火焰的燃燒與沖擊作用下，將帶鋼溫度加熱到300-400℃，實(shí)現(xiàn)均勻加熱并清洗帶鋼表面的殘油與殘鐵，最后經(jīng)出口密封進(jìn)入加熱段；燒嘴噴口為狹縫型，形成均勻的條形火焰，垂直于帶鋼表面，構(gòu)成帶鋼單面或者雙面加熱。本發(fā)明通過(guò)控制火焰氣氛實(shí)現(xiàn)無(wú)氧化加熱，并利用高溫沖擊火焰的燃燒與沖擊作用，清洗帶鋼表面的殘油與殘鐵。
文檔編號(hào)C21D9/56GK103225016SQ201310153430
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月27日
發(fā)明者劉華飛, 李俊, 馬新建, 劉益民 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司