专利名称：连续退火设备中钢带的急速冷却装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在对钢带连续地进行热处理的连续退火设备(炉)中，通过喷嘴喷射气体以高冷却能力将钢带急速冷却的装置。
背景技术：
如目前所公知的，连续退火炉具有将钢带连续地加热、均热及冷却、在随后根据需要进行过时效处理的工序。在此，为了使钢带的特性满足要求，在加热温度(退火温度)及均热时间以外，如何冷却该钢带也很重要。例如，为了使时效性及耐裂性等良好，最好提高冷却速度，随后进行过时效处理。作为进行加热、均热后的钢带的冷却方法，目前采用了各种的冷却介质，根据该冷却介质的选择，冷却钢带的速度也不同。
其中，在利用水作为冷却介质的场合，能够得到很高的冷却速度，能够实现达到超急冷度(超急冷域)的冷却，但由于淬火变形而产生称为冷却复原(ク一リングバツク)的钢带的形状变形成为最大的难点。此外，由于与水的接触，在钢带的表面会产生氧化膜，需要另外的将其去除的设备。从而，不是在经济性上有利的设备。
为了解决前述的问题，有在辊内部通入水或其他冷却介质，使钢带与该被冷却的辊表面接触而冷却的辊冷却方法。该方法具有以下的问题。
即，无法限制通过连续退火炉的钢带全部保持平坦度。从而，在与冷却辊接触时，有局部成为非接触的情况，由于这种非接触造成的钢带的宽度方向的冷却不均，成为钢带形状变形的原因。为此，需要在与冷却辊接触前进行钢带的平坦化处理的装置，这使得设备费用增加。
作为其他的冷却装置，以气体作为冷却介质的冷却方法已经被实际使用，取得了很多经验。这种方法与前述的水冷却及辊冷却相比，冷却速度慢，但相对地能够在宽度方向均匀冷却。作为这种气体冷却的最大难点的、为了提高冷却速度的冷却介质，公开了一种将喷射气体的喷嘴前端尽力靠近钢带来提高热传导率，使冷却速度提高的方法，及采用氢气作为喷射的气体的方法。
作为将喷射的喷嘴的前端接近钢带以提高热传导率的方法，在日本特公平2-16375号公报中公开。该技术为一种减小喷嘴的前端与钢带的距离，使高效率的冷却成为可能的技术。具体为，从设置于冷却气体室(冷却箱)中的该冷却气体室表面突出的喷嘴的长度为100mm-Z以上(Z为从突出喷嘴前端到钢带表面的距离)，设置有使从突出喷嘴喷射的气体与钢带接触后从背部排出的部分。由此，减少了喷射的气体在钢带表面上的滞留，从而可提高钢带宽度方向的冷却均匀性。
此外，将喷嘴的突出高度从50mm-Z到200mm-Z进行各种改变，以进行导出热传递系数的最佳点的实验。然后，作为连续退火炉的冷却区域上使用的冷却装置，根据该实验提出具有最高效率的冷却能力的冷却装置。通过该冷却装置的开发，能够将通常100Kcal/m2hr℃的热传递系数提高到400Kcal/m2hr℃。
但是，仍然希望进一步提高冷却速度，但在使作为通常冷却介质的N295％左右+H25％左右的氛围气体循环的现有的冷却装置中具有极限。
为了解决该问题，考虑使用氢气作为冷却介质。通过使用氢气气体提高冷却能力是老早就被公知的，但由于氢气的危险性未在实际中使用。
这种提高氢气浓度来急速冷却的技术由日本特开平9-235626号公报所公开。该技术为，在急速冷却区域中，冷却气体的氢浓度为30～60％，喷射温度为30～150℃，该喷射的速度为100～150m/秒，提高了向钢带喷射的冷却速度。并且，为了满足这种冷却速度，钢带面与突出的圆孔喷嘴前端的距离为70mm以下。
这样，为了采用氢气开发了具体技术，并正要实用化。
通常，在由N2气为主体的氛围气体所致的冷却上升H2浓度，同时从喷嘴以喷出流速为100～150m/秒向钢带喷射而冷却的方法中，由于喷出流速必须为100～150m/秒，向钢带喷射的气体的量必须为大量的气体。通过这种大量的气体的喷射提高了冷却能力，但由于向钢带喷射后的气体，使钢带宽度方向的温度分布成了问题。这是由于与钢带碰撞的气体回弹，形成沿钢带的气体层同时通过钢带的宽度方向侧部开口流出。
此时，尽管因喷射后形成的气体层在钢带的宽度方向上产生温差，但考虑在上述公开的技术中喷嘴的突出高度为(50mm-Z)～(200mm-Z)，喷射后的气体可以从突出喷嘴的背面流出。
但是，由于需要大量的气体向钢带喷射以将钢带冷却，在上述的范围中虽然有一定的效果，但不能消除钢带的宽度方向的温度差。此外，为了使因高速喷射产生的钢带的颤动(バタツキ)静止，在冷却装置间设置有压滚，限制钢带的颤动，但由于限定了压滚的设置场所，不能达到预期的效果，这就是现状。
发明内容
本发明的目的是提供一种在连续退火的冷却工序中，在具有充分冷却能力的同时，尽可能地消除因高速气体的喷射所产生的钢带的在宽度方向的温度差，并防止钢带的颤动，最大限度地产生压滚效果的冷却装置。
为了实现上述目的，本发明的连续退火设备中钢带的急速冷却装置的特征为，在设置于连续退火设备中的冷却箱的表面上，突出有多个从喷嘴前端到钢带表面的距离保持在50～100mm的喷嘴，在从该突出的喷嘴喷出气体，将行进的钢带冷却的急速冷却装置中，以钢带的最大宽度与从所述冷却箱的表面到钢带的距离满足下述(1)式的方式设置冷却箱，6＜Wmax/H＜13……………………(1)在此，W为钢带的最大宽度(mm)，H为冷却箱表面到钢带的距离(mm)。
此外，本发明的连续退火设备中钢带的急速冷却装置的特征为，在设置于连续退火设备中的冷却箱的表面上，突出有多个从喷嘴前端到钢带表面的距离保持在50～100mm的喷嘴，在从该突出的喷嘴喷出气体，将行进的钢带冷却的急速冷却装置中，将在钢板的边缘部的Re数定义为Re数＝L×V/v，但是，L＝板宽/2V＝板边缘位置的宽度方向平均流速＝Q/HQ＝向板喷射的气体量/2v＝运动粘度系数时，以Re数≤500000的方式设置冷却箱。
附图的简要说明
图1为连续退火炉中急速冷却区域的示意图。
图2为图1的A-A向视图。
图3为急速冷却区域内设置的冷却装置的示意图。
图4为图2的A-A向视图。
图5为H＝175mm的情况下的从突出喷嘴喷出的气体在宽度方向流动的实验图。
图6为H＝275mm的情况下的从突出喷嘴喷出的气体在宽度方向流动的实验图。
图7为钢带的最大板宽与喷射距离的关系图。
图8为从突出喷嘴前端到钢带的距离与热传导率的关系图。
图9为求得抑制钢板颤动的范围用的示意图。
图10为示出有关Re数的变化与钢板的颤动的关系的验证数据的图。
发明的最佳实施方式以下根据附图对本发明的实施例进行详细地说明。
图1为连续退火炉中急速冷却区域的示意图。图2为图1的A-A向视图。图3为急速冷却区域内设置的冷却装置的示意图。图4为图2的A-A向视图。图5、图6为从突出喷嘴喷出的气体在宽度方向流动的实验图。图7为钢带的最大板宽与喷射距离的关系图。图8为从突出喷嘴前端到钢带的距离与热传递系数的关系图。
连续退火炉通常具有被炉壳包围的加热区域、均热区域、设置有急速冷却装置的一次冷却区域、以及过时效区域和与其相连的2次冷却区域构成。钢带在各区域中连续行进以进行处理。
如图1大致所示，本发明的冷却区域中的急速冷却装置设置在装设于炉体1内的运送钢带2的上下的辊3、4之间，在该辊之间具有朝向钢带2的面设置并沿钢带2的流动配置的多段的成对的喷出气体的冷却装置5。并且在该冷却装置5的上下之间以夹持钢带2的方式装设有用于防止钢带2颤动的压滚6、7。
图2为图1的A-A向视图，由冷却装置5向钢带2喷射后的气体从设置在炉体1上的气体吸入口8被吸入，通过热交换机9及循环鼓风机10再次回到冷却装置5，以向钢带2喷射。热交换机9及循环鼓风机10通过循环导管11连接，可使向钢带2喷射的炉内气体循环地使用。
冷却装置5设置有冷却箱12和在该冷却箱12的面向钢带的面侧上设置的带圆孔的突出喷嘴13。该突出喷嘴13采用前述特公平2-16375号公报中公开的突出喷嘴，相对于冷却箱13的表面具有2～4％的喷嘴开孔面积。通过使用该突出喷嘴13，能够使喷嘴前端相对于钢带2接近地设置，能够大幅度地提高冷却能力。此外，通过使喷嘴的开孔面积为2～4％，设定了最有效的冷却能力。
图3及作为图3的B-B向视图的图4为本发明所使用的实验用冷却装置的大致视图，在冷却箱13的面向钢带2的面侧设置有圆孔的突出喷嘴13。突出喷嘴13的开口面积以成为冷却箱12的表面积的2～4％的方式设置，在实验装置中，采用了2.8％。并且以钢带2与冷却箱12表面的距离H＝175mm、突出喷嘴13的高度h＝100mm，以及以H＝275mm、h＝200mm进行实验。此外，气体的喷出速度为120m/sec。图中W为钢带2的板宽度。
该H＝175mm时的实验结果在图5中示出，H＝275mm时的实验结果在图6中示出。图5及图6所示的气体流出的流出图例示了钢带的右半部分。
在图5中，如图5-a所示，喷射于钢带2中央的气体与钢带2碰撞并回弹，沿冷却箱12的表面形成一定层，并向钢带2的边缘部方向流出(黑线所示)。
接着，图5-b示出了向钢带2的右半部分的中央部喷射的气体的流出状况。在图5-b中，向钢带右半部分的中央部喷射的气体与钢带2碰撞后反弹，趋于向冷却箱侧移动，但由于向上述中央部喷射的气体层阻止了碰撞后的气体的反弹，大部分滞留在突出喷嘴前端与钢带之间(z)，并趋于向钢带的边缘部分流出。此后，图5-c为钢带2的边缘部的气体的动向图，判断为，向钢带的边缘部喷射的气体滞留于突出喷嘴与钢带之间(z)，并从边缘部流出。
因此，在以往只规定了突出喷嘴13的高度h和突出喷嘴前端与钢带的喷射距离z的状态下，如图5所示，喷出的气体通过向钢带的中央部喷射的气体阻止了向钢带的边缘部的流出，在边缘部附近喷出后的气体滞流的同时流出。从而可判明，即使如以往那样由突出喷嘴13的高度h和突出喷嘴前端与钢带的距离z决定冷却箱12的距离，也不能消除钢带的宽度方向的温度差，此外，也不能阻止钢带的颤动。
为了解决该问题，以冷却箱12表面与钢带2的距离H为275mm、钢带2与突出喷嘴12前端的距离z为75mm进行了实验。其结果如图6所示。
如图6-a所示，向钢带2的中央部喷射的气体与钢带碰撞后，在冷却箱侧反弹，形成沿冷却箱面的层，从钢带的边缘部流出。
此后，向图6-b所示的钢带右半部分的中央部喷射的气体，在喷射于上述钢带的中央部的气体层的下面形成一定层，从钢带的边缘部流出大半的气体。
此后，向钢带的边缘部喷射的气体如图6-c所示地与钢带碰撞后，通过图6-b所示的气体层的下面从钢带的边缘部流出。
如此，冲突后的气体的流出状况根据冷却箱12表面与钢带2的距离发生变化。
根据以上结果可判明，向钢带喷射的气体在钢带的边缘部滞留时，钢带的边缘部被过冷却，在钢带的宽度方向上造成温度差。此外，考虑因该气体的滞留，边缘部的内压力上升，会发生钢带的颤动(振幅)。并且，由于在连续退火设备的急速冷却区域中，在设备设计中是以最大板宽来设计的，设计了该最大板宽时的冷却装置的能力。为此，通过以要处理(冷却)的最大板宽来设定冷却箱的面与钢带的距离，能够防止向钢带喷射的气体造成钢带的宽度方向的温度差以及气体的滞留造成的钢带的振幅。
图7示出了由钢带的最大板宽W和钢带与冷却箱表面的距离H的关系而产生的钢带的颤动动(振幅)的发生状况，钢带的最大板宽Wmax/从冷却箱表面到钢带之间的距离H的比超过13时，钢带的颤动增大，在6以下，不发生颤动，但由于喷射距离远离钢带，冷却能力被降低。
Wmax/H的范围希望为6～13，最好为6～12，更好为6～11。
钢带的冷却能力由喷嘴的直径(D)和从喷嘴前端到钢带的距离(z)决定。喷嘴的直径通常采用9.2mm。在改变从喷嘴前端到钢带的距离z时的各种冷却流体的热传递系数α(向钢带垂直喷出的流体的碰撞停滞部分)如图8所示(参照第五次日本传热研讨会讲演论文学报(’68-5)p.106)。任一种流体在z/D为5.4～10.8的情况下，α都会变高。即，在通常使用的喷嘴直径(9.2mm)的情况下，能够得到冷却能力好的从喷嘴前端到钢带的距离z希望大致最小为50mm、最大为100mm。
表1为由连续退火设备处理的最大板宽Wmax与从冷却箱到钢带的距离H的关系，一旦决定了处理的板宽的最大值W，可以通过本表设定冷却箱与钢带的距离H。
表1
也能够从其他的角度解释该效果的原因。就规定Wmax/H的范围上限而言，是通过实验结果来决定能够获得抑制板的颤动的范围的。颤动，可通过抑制气体喷射后沿板流动的气体流动，抑制钢板的颤动。
在图9中，在钢板的边缘部中，Re数＝L×V/v但是，在由L＝板宽/2V＝板边缘位置的宽度方向平均流速＝Q/HQ＝向板喷射的气体量/2v＝运动粘度系数决定的Re数变化时，对于钢板颤动的验证，能够得到图10的结果。在图10中，稳定区域为钢板的颤动小的区域，不稳定区域为钢板的颤动多的区域。
由此，通过Re数在500000以下能够抑制钢板的颤动，此外，Re数为500000时，Wmax/H＝2×L/H＝2×Re×v/Q≤13。
表2中示出了其实例。
颤动○无 ×有冷却能力○有 ×无按照表2，在各气体种类、最大板宽中可以说的是在Wmax/H＜13的范围内，不发生颤动(在比13大的值中必然发生)，因此只要遵守Wmax/H＜13的条件就不会发生颤动。另一方面，如果喷嘴的长度h加长，在喷嘴的流体阻力增加，对于向冷却箱12输送冷却气体的风扇需要升压能力大的装置。
从而，尽可能地缩短喷嘴是经济的。此外，考虑到风扇的升压能力的局限性，喷嘴的长度应以200mm左右为限。再者，喷射距离z以50～100为最佳，如果比之大则冷却能力降低。此外，如果冷却箱12与钢带2的距离为300mm以上，则冷却能力降低。
正如上述，由表2可知，在各气体种类、最大板宽中，不降低冷却能力的Wmax/H的范围要求为Wmax/H＞6。
产业上的可利用性本发明就在连续退火设备的急速冷却区域中设备配置，根据被处理的钢带的最大板宽设定冷却箱的设置位置，能够抑制由急冷导致板宽方向的温度差，能够减轻抑制钢带颤动的压滚的负荷。由于如此地不是与突出喷嘴相关的导出在急速冷却区域的问题点，而是能够决定被处理的钢带的最大板宽以及从冷却箱的表面到钢带的距离，能够简化设备的设计。
权利要求
1.一种连续退火设备中钢带的急速冷却装置，其特征为，在设置于连续退火设备中的冷却箱的表面上，突出有多个从喷嘴前端到钢带表面的距离保持在50～100mm的喷嘴，在从该突出的喷嘴喷出气体，将行进的钢带冷却的急速冷却装置中，以钢带的最大宽度与从所述冷却箱的表面到钢带的距离满足下述(1)式的方式设置冷却箱，6＜Wmax/H＜13……………………(1)在此，W为钢带的最大宽度(mm)，H为冷却箱表面到钢带的距离(mm)。
2.一种连续退火设备中钢带的急速冷却装置，其特征为，在设置于连续退火设备中的冷却箱的表面上，突出有多个从喷嘴前端到钢带表面的距离保持在50～100mm的喷嘴，在从该突出的喷嘴喷出气体，将行进的钢带冷却的急速冷却装置中，将在钢板的边缘部的Re数定义为Re数＝L×V/v，但是，L＝板宽/2V＝板边缘位置的宽度方向平均流速＝Q/HQ＝向板喷射的气体量/2v＝运动粘度系数时，以Re数≤500000的方式设置冷却箱。
全文摘要
本发明的目的为提供一种在连续退火的冷却工序中，在具有充分冷却能力的同时，尽可能地消除因高速气体喷射所产生的钢带的宽度方向的温度差，并防止钢带的颤动，最大限度地产生压滚效果的冷却装置。其中，在设置于连续退火设备中的冷却箱的表面上，突出有多个从喷嘴前端到钢带表面的距离保持在50～100mm的喷嘴，在从该突出的喷嘴喷出气体，将行进的钢带冷却的急速冷却装置中，以钢带的最大宽度Wmax(mm)与从所述冷却箱的表面到钢带的距离H(mm)满足下述(1)式的方式设置冷却箱，6＜Wmax/H＜13…(1)。
文档编号C21D1/56GK1494598SQ0280583
公开日2004年5月5日 申请日期2002年4月2日 优先权日2001年4月2日
发明者大串圭二, 若林久干, 干 申请人:新日本制铁株式社会