专利名称：气体喷射冷却装置的制作方法
技术领域：
本发明属于涉及气体喷射(gas jet)冷却装置的技术领域，尤其涉及一种在连续退火炉内用于钢带的气体喷射冷却装置。
背景技术：
JP-A No.116724/1987描述了在连续退火炉内用于钢带的气体喷射冷却装置。为了防止吹到钢带上的气体流量减弱，在该文中所描述的在连续退火炉内用于钢带的气体喷射冷却装置被这样配置该钢带和喷嘴的尖端之间的距离不可超过70mm，从风箱的前表面伸出的喷嘴的长度b不可低于(100-a)mm，因此在气体吹到该钢带上之后，该气体能够排放到退火炉内的自由空间(该空间不包括炉内的该钢带与喷嘴的尖端面之间的空间)中；结果，吹到该钢带上之后的气体对经过其它喷嘴的气体流的干扰较小。注意，在本文中用术语“冷却气体室”来描述风箱。
由于JP-A No.116724/1987所描述的在连续退火炉内用于钢带的气体喷射冷却装置被配置为在钢带和喷嘴的尖端之间的距离不可超过70mm，从风箱的前表面伸出的喷嘴的长度b不可低于(100-a)mm，钢带和风箱的前表面之间的距离不低于100mm，因此，中间插入钢带的相对的风箱之间的距离不低于200mm，相应地该冷却室必须要大。请注意，在本文中用术语“炉腔”描述冷却室。
当冷却室的尺寸增大时，冷却室的每单位冷却长度的绝缘体的质量也增大，因此它的热容量增大，从而冷却室内的温度的响应度(热惯性)减小。结果，当预期机械性能彼此不同的钢带被连续地处理，在前的钢带和后续的钢带之间的冷却条件不同时，每个钢带的预期冷却终端温度的控制力降低，而且每个产品的机械性能几乎不能保证。此外，出现的另一个问题是，引起冷却室的构造费用增大。
发明内容
考虑到上述情况建立了本发明，本发明的目的是提供一种在连续退火炉内用于钢带的气体喷射冷却装置，其改进了现有技术的上面提到的问题，即使当钢带和风箱的前表面之间的距离较短且冷却室的尺寸较小，也能够快速而均匀地冷却钢带；换句话说，提供一种在连续退火炉内用于钢带的气体喷射冷却装置，其能够确保钢带快速而均匀的冷却的能力，另外，其能够缩短钢带与风箱的前表面之间的距离，因此减小冷却室的尺寸。
为了实现上述目的，本发明的发明人进行了认真地研究，最终取得了本发明。本发明使得达到上述目的成为可能。
被建立的达到了上述目的本发明涉及一种气体喷射冷却装置，该气体喷射冷却装置的构造如下按照第一个发明的气体喷射冷却装置，包括冷却室；风箱，所述风箱被设置在所述冷却室内，位于将要被冷却的金属带的两侧，其间插入所述金属带，为了冷却所述金属带，所述风箱通过喷嘴向将要被冷却的金属带吹送冷却气体；和用于冷却从所述冷却室引入的气体、然后将被冷却的气体作为冷却气体供给所述风箱的装置，其中，在每一个所述风箱上的喷嘴的尖端和将要被冷却的金属带之间的距离(h)不大于所述喷嘴的直径(d)的十倍，在将要被冷却的金属带的运行方向上，每一个所述风箱的长度(L)不大于将要被冷却的金属带的宽度(W)的三分之二。
按照第二个发明的气体喷射冷却装置是按照第一个发明的气体喷射冷却装置，其中在每一个所述风箱上的所述喷嘴由一组圆形或者多边形的孔构成；所述孔被配置成格形图案或者交错图案。
按照第三个发明的气体喷射冷却装置是按照第一个或者第二个发明的气体喷射冷却装置，其中在将要被冷却的金属带的运行方向上，在每一个所述风箱上的喷嘴排的数目不低于4，在将要被冷却的金属带的宽度方向上，喷嘴排的数目不低于4。
按照第四个发明的气体喷射冷却装置是按照第一至第三的任意一个发明的气体喷射冷却装置，其中在将要被冷却的金属带的运行方向上，风箱的数目不低于2，两个邻接的风箱之间的间隙(z)与每一个风箱的喷嘴的尖端和将要被冷却的金属带之间的距离(h)的比率(z/h)在1.0至4.0的范围内。
按照第五个发明的气体喷射冷却装置是按照第一至第四的任意一个发明的气体喷射冷却装置，其中每一个风箱的与将要被冷却的金属带相对的面是平面，在将要被冷却的金属带的宽度方向上，在每一个风箱上的喷嘴的尖端和将要被冷却的金属带之间的距离(h)保持常量，但是在将要被冷却的金属带的运行方向上，所述距离从上游到下游增大。
按照第六个发明的气体喷射冷却装置是按照第一至第四的任意一个发明的气体喷射冷却装置，其中每一个所述风箱的与将要被冷却的金属带相对的面在将要被冷却的金属带的运行方向上具有凸起形状，所述面形成弯曲面、包括多个平面的阶梯面，或者在将要被冷却的金属带的运行方向上包括两个或者更多个斜面的面。
按照第七个发明的气体喷射冷却装置是按照第一至第六的任意一个发明的气体喷射冷却装置，其中每一个风箱的截面具有矩形形状，所述截面与将要被冷却的金属带的运行方向平行且与该金属带垂直，其中，用于提供冷却气体的每个风箱的开口在将要被冷却的金属带的运行方向上在风箱的上游端或者下游端被设置在所述风箱的侧面和背面中的至少一个面上，所述矩形形状的截面积(A)与风箱的喷嘴开口的面积的总和(S)的比率(A/S)的范围为1.0至3.0。
按照本发明的气体喷射冷却装置使得快速而均匀地冷却金属带成为可能，即使所述金属带和风箱的前表面之间的距离较短且冷却室的尺寸较小。换句话说，能够确保快速而均匀地冷却金属带的能力，此外，能够缩短金属带和风箱的前表面之间的距离，因此减小了冷却室的尺寸。
图1是表示一个连续退火炉的例子的示意图；图2是表示根据本发明的气体喷射冷却装置的例子的示意图；图3是表示根据现有技术的风箱的形状的例子的一组示意图；图3(A)是透视图；图3(B)是侧视图；图3(C)是前视图和图3(D)是顶视图；图4是表示根据本发明的气体喷射冷却装置中的风箱的形状和在钢带运行方向上的风箱的配置的例子的一组示意图；图4(A)是透视图；图4(B)是侧视图；图4(C)是前视图和图4(D)是顶视图；图5是表示从每个风箱的周围喷射出的气体的流动(气体流动)的一组示意图；图5(A)是风箱长度L为1/4×W(钢带宽度W的四分之一)时的气体流动图，图5(B)是风箱长度L为1/2×W时的气体流动图，图5(C)是风箱长度L为1/1×W时的气体流动图；图6是表示在按照本发明的例子和对比例的情况下在每个风箱的钢带宽度方向上被喷射的气体的流量的分布(在每个风箱的钢带宽度方向上位置和喷射气体流量之间的关系)的曲线图；图7是表示在按照本发明的例子和对比例的情况下在每个风箱的钢带宽度方向上被喷射的气体的流量比的分布(在每个风箱的钢带宽度方向上位置和被喷射的气体的流量比之间的关系)的曲线图；图8是表示在按照本发明的例子和对比例的情况下在每个风箱的钢带宽度方向上传热系数比的分布(在每个风箱的钢带宽度方向上位置和传热系数比之间的关系)的曲线图；图9是表示每个冷却风箱的垂直与水平的比率和均匀的冷却宽度比率之间的关系的曲线图；图10是表示在每个风箱的钢带宽度方向上喷射气体流量的分布的曲线图(在每个风箱的钢带宽度方向上位置和喷射气体流量之间的关系)。
图11是表示下述变量间的关系的曲线图邻接的两个风箱之间的间隙(z)与钢带和喷嘴尖端之间的距离(h)之比率(z/h)；和喷射气体流量比。
图12是表示按照本发明的第五个发明的风箱的例子的示意图；图13是表示按照本发明的第六个发明的风箱的例子的一组示意图；图14是表示按照本发明的第七个发明的风箱的例子的示意图；图15是表示通道比(passage ratio)(A/S)和引起的运行成本指数之间的关系的曲线图。
具体实施例方式
当使用连续退火炉内用于钢带的气体喷射冷却装置(在下文中偶尔也被称作“气体喷射冷却装置”)通过气体冷却钢带时，快速且均匀地冷却钢带极其重要。作为气体喷射冷却装置(连续退火炉内用于钢带的气体喷射冷却装置)，一般使用的是这样一种冷却装置，该冷却装置配有在冷却室内钢带的两侧设置的风箱，在风箱中间插入钢带，通过喷嘴向钢带吹送冷却气体，由此冷却该钢带；冷却从冷却室引入的气体，然后将已被冷却的气体提供给风箱作为冷却气体的装置。当使用这种气体喷射冷却装置通过气体冷却钢带时，为了将其快速地冷却，最好缩短风箱上的喷嘴的尖端和钢带之间的距离。然而，为了缩短距离而将风箱的前表面接近钢带时，在钢带宽度方向上将很难均匀地冷却钢带。
如上述的按照本发明的气体喷射冷却装置是在连续退火炉内用于钢带的气体喷射冷却装置，该冷却装置配备有以在其中插入钢带的方式在冷却室内的钢带的两侧放置的风箱，通过喷嘴向钢带吹送冷却气体，由此冷却钢带，一种冷却从冷却室引入的气体，然后将已被冷却的气体提供给风箱作为冷却气体的装置，其特征在于在每一个风箱上的喷嘴的尖端和钢带之间的距离(h)不超过喷嘴直径(d)的十倍；在钢带运行方向上每一个风箱的长度(L)不大于钢带宽度(W)的三分之二。
由于通过这种方法，每一个风箱上的喷嘴的尖端和钢带之间的距离(h)不超过喷嘴直径(d)的十倍，因此钢带能够快速地被冷却。
另外，由于在钢带运行方向上每一个风箱的长度(L)不大于钢带宽度(W)的三分之二，从而能够使通过喷嘴喷出的冷却气体流向钢带运行方向的部分增多；且使它的流向钢带宽度方向的部分减少。结果，即使从保证快速冷却钢带的角度考虑，为了缩短每一个风箱的喷嘴的尖端和钢带之间的距离h(满足表达式h≤10d)而如上述使每一个风箱的前表面距离钢带较近时，也能够在钢带宽度方向上均匀地冷却钢带。
也就是说，从确保快速冷却钢带的角度考虑，为了实现缩短每一个风箱的喷嘴的尖端和钢带之间的距离h的目的，当使每一个风箱的前表面距离钢带较近时，很难在钢带宽度方向上将钢带均匀地冷却。然而，当在钢带运行方向上每一个风箱的长度(L)不大于钢带宽度(W)的三分之二时，即使每一个风箱的前表面距离钢带较近，也能够在钢带宽度方向上均匀地冷却钢带。在前面提到的现有技术(JP-A No.116724/1987所公开的气体喷射冷却装置)的情况下，如上述，冷却装置被构造为喷嘴伸出且在炉内形成自由空间(该空间不包括炉内的钢带与喷嘴的尖端面之间的空间)。相反，在按本发明的气体喷射冷却装置的情况下，无论是喷嘴的伸出还是由于炉内喷嘴的伸出所形成的自由空间都是不需要的，即使当伸出的喷嘴的长度短或喷嘴不伸出时，钢带也能够在钢带宽度方向上被均匀地冷却。
结果是，在按本发明的气体喷射冷却装置的情况下，伸出的喷嘴的长度可以被缩短或者喷嘴可以不伸出，因而钢带和风箱的前表面之间的距离能够被缩短，从而使得冷却室的尺寸减小。
因此，即使当钢带和风箱的前表面之间的距离短和冷却室的尺寸小时，按本发明的气体喷射冷却装置也能够快速而均匀地冷却钢带。换句话说，就是能够确保快速和均匀地冷却钢带的能力，此外，通过缩短钢带和风箱的前表面之间的距离，从而缩减了冷却室的尺寸。
当使用这种方式将冷却室的尺寸缩减时，冷却室的每单位冷却长度所含的绝缘体的质量减小，因而它的热容量减小，从而提高了冷却室内的温度的响应度(热惯性)。结果是，即使当预期机械性能彼此不同的钢带被连续处理时，在前的钢带和后续的钢带之间的冷却条件是不同的，每个钢带的预期冷却终端温度的控制力提高了，从而每件产品的机械性能可容易地被保证。此外，冷却室的构造成本得以缩减。
在按照本发明的气体喷射冷却装置中，指定每一个风箱上的喷嘴的尖端和钢带之间的距离(h)不大于喷嘴的直径(d)的十倍的原因是，如果距离h超过值10d，钢带的冷却速率就降低，因而钢带的快速冷却就不充分。
指定在钢带运行方向上每一个风箱的长度(L)不大于钢带宽度(W)的三分之二的原因是，如果长度超过2/3×W，在确保了快速冷却钢带的能力的同时就很难确保均匀地冷却钢带的能力。换句话说，原因是，为了确保钢带的快速冷却，如上述的维持每一个风箱的喷嘴的尖端和钢带之间的距离h不大于喷嘴直径d的十倍，这时就使得在钢带宽度方向上很难均匀地冷却钢带。
按照本发明的气体喷射冷却装置，每一个风箱上的喷嘴的形状和分布没有特殊限制，能够采用各种类型。例如，可配置成每一个风箱上的喷嘴由一组圆的或者多边形的孔构成；这些孔被设置成格形图案(latticepattern)或者交错图案(第二个发明)。
在每一个风箱上的喷嘴的数量没有特殊限制，可有不同选择。例如，可配置成在钢带运行方向上的喷嘴排数不小于4；在钢带宽度方向上的喷嘴排数也不小于4(第三个发明)。在这里所示例的风箱的情况下，由多个穿孔喷射口(jet)引起的被迫对流热传输能够可靠地得到保证。
当采用下述配置即在钢带运行方向上的风箱的数目不小于2个；在两个邻接的风箱之间的间隙(z)和在每一个风箱上的喷嘴的尖端和钢带之间的距离(h)之比率(z/h)在1.0至4.0范围内时，能够更可靠地在钢带宽度方向上快速而又均匀地冷却钢带(第四个发明)。如果比率z/h小于1.0，就使得在钢带宽度方向上均匀地冷却钢带的可靠性降低，如果比率z/h超过4.0，快速冷却钢带的可靠性就会降低。相反，当比率z/h在1.0至4.0范围内时，使得在钢带宽度方向上更可靠地快速而又均匀地冷却钢带成为可能。
当采用如下配置每一个风箱的与钢带相对的表面是平面；在每一个风箱上的喷嘴的尖端和钢带之间的距离(h)在钢带的宽度方向上保持常量但是在钢带运行方向上从上游向下游以增加的方式变化，这时，从喷嘴喷出且吹向钢带上的气体很可能朝向钢带运行方向流动。结果能够即使当使每一个风箱的前表面与钢带更接近时，在钢带宽度方向上也能够更可靠地均匀地冷却钢带；或者在确保快速而均匀地冷却钢带的能力的同时使每一个风箱的前表面更接近钢带；因此缩减了冷却室的尺寸(第五发明)。这种风箱的例子如图12所示。此处，在图12中，相对的风箱的前表面之间的中心线表示运行的钢带，在钢带和风箱的前表面之间的箭头线示意地表示通过每一个风箱上的喷嘴吹到钢带上的冷却气体(喷射气体)的流动和方向。
当采用如下配置每一个风箱的与钢带相对的面在钢带运行方向上具有凸起形状；该面形成弯曲面，包括多个平面组成的阶梯式的面，或者在钢带运行方向上包括两个或者多个斜面，这时，从喷嘴喷出且吹到钢带上的气体很可能以上述同样的方式流向钢带运行方向，因此能够得到与上述例子相似的效果(第六个发明)。这样的风箱的例子如图13(A)、13(B)和13(C)所示。此处，在图13中，相对的风箱的前表面之间的中心线表示运行的钢带，在钢带和所述风箱的前表面之间的箭头线示意了在钢带运行方向上的流动和吹到钢带上之后的气体的方向。
当采用如下配置每一个风箱的截面(section)具有矩形形状，该截面与钢带运行方向平行且与钢带垂直；提供冷却气体的每个风箱的开口在钢带运行方向上在风箱的上游端或者下游端被设置在风箱的侧面和/或背面上；矩形形状的截面积(A)与风箱的喷嘴开口的面积的总和(S)之比率(A/S)在1.0至3.0范围内，此时，在每个风箱内的气体的压力很可能增加，因此能够减少由于升压而产生的费用，降低冷却室的厚度，提高冷却室内的温度响应度，当预期机械性能彼此不同的钢带被连续地处理，因此在前的钢带和后续的钢带之间的冷却条件不同时，能减少直到钢带的冷却终端温度被稳定所花费的操作时间，从而降低由操作引起的费用，因而降低了钢带的气体喷射冷却引起的运行成本(第七个发明)。
也就是说，当每一个风箱的矩形截面的面积(A)比每个风箱的喷嘴开口的面积的总和(S)小时，在每个风箱内从该开口流出的用于向喷嘴提供冷却气体的冷却气体的流量增大，压力损失增大，用于提供气体的压力增大，因而在每个风箱内由气体升压而引起的运行成本就增大。相反，当每个风箱的矩形截面面积(A)大于每个风箱的喷嘴开口的面积总和时，从开口流出用于向喷嘴提供冷却气体的冷却气体的流量减小，压力损失减小，用于提供气体的压力被减小，因此在每个风箱内由气体升压引起的运行成本也能被减小。然而，每个风箱的矩形截面面积(A)的增大直接地导致每个风箱的厚度的增大，因此使冷却室的厚度增大。结果是，当预期机械性能彼此不同的钢带被连续处理，因此在前的钢带和后续的钢带之间的冷却条件不同时，在冷却室内的温度的响应度降低，直到钢带的冷却终端温度被稳定所花费的操作时间增加。
当每一个风箱的矩形截面面积(A)与每个风箱的喷嘴开口的面积(S)的总和之比率(A/S)的范围为1.0至3.0时，能够减少由于每个风箱内的气体压力的增大所引起的运行成本，减小冷却室的厚度，提高冷却室内的温度的响应度，当预期机械性能彼此不同的钢带被连续处理，因此在前的钢带和后续的钢带之间的冷却条件不同时，减少了直到钢带的冷却终端温度被稳定所花费的操作时间，因此减少了由操作引起的费用，从而减少了由该钢带的气体喷射冷却所引起的运行成本。
上述情形将在下文中结合附图来说明。图15表示通道比与引起的运行成本指数之间的关系，所述通道比是风箱的矩形截面面积A与该风箱的喷嘴开口的面积的总和S之比率(A/S)。在图15中，由气体升压而引起的费用(实线)由升压运行成本指数(在喷嘴处的升压被看作1的情况下的相对值)来表示，由冷却室操作而引起的运行成本(虚线)由冷却室温度不稳定时间运行成本指数(当风箱的矩形截面面积A为0时冷却室稳定化所引起的费用被认为是1的情况下的一个相对值)来表示。冷却装置引起的运行成本(点划线)由这两个指数(升压运行成本指数和冷却室温度不稳定时间运行成本指数)的总和(总值)来表示。
从图15可以理解存在一种能够减小冷却装置引起的运行成本(即在钢带的气体喷射冷却中引起的运行成本)的风箱的形状，将风箱的矩形截面面积A与该风箱的喷嘴开口的面积的总和S之比率(A/S)控制在1.0至3.0范围内是合理的，由此能够使该钢带的气体喷射冷却中引起的运行成本减少。
这种风箱(按照第七个发明的风箱)的例子如图14所示。此处，在图14中，相对的风箱的前表面之间的中心线表示运行的钢带，在钢带和所述风箱的前表面之间的箭头线示意了通过每一个风箱上的喷嘴吹到该钢带上的冷却气体(喷射气体)的流动和方向。该风箱的端部处(上部)的另外一些箭头线示例了冷却气体被引入所述风箱的端部处的侧面和后面的状态。
连续退火炉的布局的例子如图1所示。该连续退火炉由预热区、加热区、保温区、快速冷却区、再加热区、过时效区和最终冷却区构成。在图1中所示例的连续退火炉的情况下，按照本发明的气体喷射冷却装置包含在快速冷却区中。
例如，为了防止钢带表面的氧化的进行，将H2的含量在5％至10％之间的H2和N2的混合气体输入该退火炉内。在这种情况下，冷却室内的气氛由H2的含量在5％至10％之间的H2和N2的混合气体组成。
按照本发明的气体喷射冷却装置的例子如图2所示。冷却室(炉腔)的形状由炉壳确定。在该冷却室内，用于将冷却气体吹到钢带上的带有喷嘴的风箱被设置在该钢带的两侧，其间插入钢带。设置气体冷却器(气体冷却装置)，用于冷却从冷却室内部通过管道(吸入管道)和风扇(循环风扇)引入的用于升高气体压力的被吹入气体，由此构造再次为所述风箱提供被冷却的气体的系统。该系统对应于按照本发明的喷射气体冷却装置中的“冷却从冷却室引入的气体，然后将被冷却的气体提供给风箱作为冷却气体的装置”的例子。此时，该冷却气体的组成成分与输入该退火炉的气体是一样的。也就是说，当被输入退火炉的气体是H2的含量在5％至10％之间的H2和N2的混合气体时，该冷却气体也是H2的含量在5％至10％之间的H2和N2的混合气体。
在按照本发明的气体喷射冷却装置中，风箱的形状、在钢带运行方向上的配置及其它方面如图4(A)、4(B)、4(C)和4(D)所示。每一个风箱上的喷嘴不伸出且由设置在每个风箱前表面上的一组圆孔构成，这些孔按照形成交错图案的方式配置。在钢带运行方向上的风箱的数量为3。此时，图4(A)是主要部分的透视图，图4(B)是侧视图，图4(C)是前视图，图4(D)是顶视图。在图4(B)中，相对的风箱的前表面之间的中心线表示运行的钢带，该钢带与风箱的前表面之间的线示意了通过每一个风箱上的喷嘴吹到该钢带上的冷却气体(喷射气体)的流动。
为了构造利用由多个穿孔喷射口产生的强制对流热传输的冷却系统，由于喷射气体吹送之后沿着钢带流动的气体也有助于冷却，因此有必要在钢带运行方向上分配多个喷嘴排。更具体而言，由于喷射气体被吹到该钢带之后沿着钢带流动的气体被立即从风箱的前表面排放，利用由多个穿孔喷射口引起的强制对流热传输的冷却系统可这样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间安排不小于两排喷嘴。为此，至少需要四排或者更多排喷嘴。
前面提到的现有技术(JP-A No.116724/1987公开的气体喷射冷却装置)的风箱的形状和其它方面的例子如图3(A)、3(B)、3(C)和3(D)所示。图3(A)是主要部分的透视图，图3(B)是侧视图，图3(C)是前视图，和图(D)是顶视图。在图3(B)中，相对的风箱的前表面之间的中心线表示运行的钢带，从每一个所述风箱的前表面伸出的圆柱形物体表示喷嘴，在所述喷嘴的尖端与钢带之间的线示意了通过喷嘴被吹到钢带上的冷却气体(喷射气体)流动。在如图3所示的前述的现有技术的情况下，所述喷嘴伸出，并在炉内形成自由空间(该自由空间不包括该钢带与炉内喷嘴的尖端面之间的空间)。在前面提到的现有技术的情况下，由于喷嘴伸出的距离足够形成这样的炉内自由空间，该钢带和所述风箱的前表面之间的距离长，因此冷却室的尺寸不得不增大。
相反，按照本发明的气体喷射冷却装置的情况下，缩短该钢带和所述风箱的前表面之间的距离是可能的，从而使得减小该冷却室的尺寸成为可能。从图4中也可明显看出。
在下文说明按照本发明的例子和对比例。注意，本发明不受这些例子的限制，可以在符合本发明的要旨的范围内适当地修改和应用本发明，那些修改也包括在本发明的技术范围之内。
使用如图1所示的连续退火炉作为连续退火炉。气体喷射冷却装置被安装在该连续退火炉的快速冷却区。使用与图2所示的同样的气体喷射冷却装置作为气体喷射冷却装置。使用与图4所示的同样的风箱(然而，该喷嘴孔组的分布是变化的)作为该气体喷射冷却装置的风箱。在每一个所述风箱上的喷嘴没有伸出，且喷嘴由一组设置在每个风箱前表面上的圆形孔构成的，这些孔被配置成交错图案。这些喷嘴的间隔(喷嘴与其邻接的喷嘴之间的距离)为50mm。
如上面说明的由于每个风箱的喷嘴没有伸出，每个风箱上的喷嘴的尖端和钢带之间的距离(h)等于每个风箱的前表面和该钢带之间的距离。距离h被置为50mm。在每个风箱上的喷嘴的直径(d)为10mm。因此，距离h为喷嘴直径d的5倍，满足根据本发明的气体喷射冷却装置的要求即距离h不得大于喷嘴直径d的十倍。所以本例满足能够将钢带快速地冷却的条件。
每一个风箱的宽度与该钢带的宽度(W)一致。宽度W被置为1800mm。所以该钢带的宽度和每个风箱的宽度都为1800mm。每个风箱的长度(L)，即在钢带运行方向上的长度，在1/6×w，1/3×w，1/2×w，2/3×w，1/1×w间变化，其它方面如表1所示。在那些情况中，包括满足按照本发明的气体喷射冷却装置的条件的情况，即在钢带运行方向上每一个风箱的长度L必须不大于钢带宽度W的三分之二；也有不满足上述条件的情况。此处，在表1中，箱长(L)意为每个风箱的长度，即在钢带运行方向上每个风箱的长度。垂直与水平比率(L/W)是每个风箱的长度L与每个风箱的宽度W之比率，与在钢带运行方向上每个风箱的长度L与该钢带宽度W之比率是一致的。
设置多个这样的风箱。换句话说，在钢带运行方向上设置的风箱的数量是变化的。在这种情况下，设置风箱使得风箱与其邻接的风箱之间的间隙与每个风箱的前表面和钢带之间的距离(即，距离h)之比率(z/h)为2.0，所述距离(h)指在每个风箱上的喷嘴的尖端和钢带之间的距离。按照这种方式配置使被吹送后的气体通过间隙向每个风箱的后部排出。
具有这种风箱的气体喷射冷却装置被操作，考察在钢带宽度方向上均匀地冷却钢带的能力和其它方面。在这种情况下，从每个风箱上的喷嘴喷出的冷却气体的流量(在每个喷嘴尖端的冷却气体的流量)被控制为80m/sec。为了防止钢带表面的氧化的进行，将H2的含量在5％至10％之间的H2和N2的混合气体输入退火炉。该冷却室内的气氛由H2的含量在5％至10％之间的H2和N2的混合气体组成。这就意味着H2的含量在5％至10％之间的H2和N2的混合气体被用作冷却气体。
在下文中对结果进行说明。图5表示从每个风箱周围喷射的气体的流动图(通过喷嘴从每个风箱喷射出和被吹到该钢带上的冷却气体的流动(被吹送后的冷却气体的流动))。图5(A)是风箱长度L为1/4×W(即钢带宽度的1/4)时的气体流动图，图5(B)是风箱长度L为1/2×W时的气体流动图，图5(C)是风箱长度L为1/1×W时的气体流动图。从图5可以理解，随着该风箱长度L的增大，被喷射后的气体流向该风箱的周围(与风箱的整个表面相对的钢带部分的周围)且会聚，因此流量增加且在边缘部分(与风箱的整个表面相对的钢带部分的边缘部分)的喷射气体流量也增加。此外，喷射气体流量在该风箱的边缘部分的四个角部处减弱。
图6表示在钢带宽度方向上在每个风箱的边缘部分的喷射气体流量的分布。从图6可以得出，随着每个风箱长度L(每个面板长度)的增大，在钢带宽度方向上在每个风箱的边缘的喷射气体流量增大，在中心部分和边缘部分之间的流量差异也增大。
图7表示在钢带宽度方向上喷射气体流量比(钢带宽度方向上在每个风箱的边缘处的喷射气体流量与钢带宽度方向上喷射气体流量分布的最大流量之比率)的分布。从图7可以得出，随着每个风箱长度L(每个面板长度)的增大，在钢带宽度方向上的喷射气体流量比减小，在钢带宽度方向上的喷射气体流量比的差异增大，因此流量的偏差增大。
图8表示在钢带宽度方向上每个风箱的冷却能力比率(传热系数比)。从图8中可以得出，为了平衡在钢带宽度方向上的温度分布，有必要将在钢带宽度方向上的传热系数的偏差控制在不大于10％的范围内。当每个风箱长度(每个面板长度)L增大时，在钢带宽度方向上的传热系数的偏差不超过10％的有效宽度减小。
图9表示每个风箱的垂直与水平比率和有效宽度比率之间的关系，其中，在钢带宽度方向上中心部分和边缘部分之间的传热系数的偏差不超过10％。考虑到钢带的曲折，在连续退火炉内的风箱的宽度被设计为比最大带宽大约10％至20％(最大带宽×(1+(0.1至0.2)))。因此，为了使传热系数的偏差不超过钢带宽度的10％，所述钢带宽度不小于风箱宽度的80％，已证明仅需将每个风箱的垂直与水平比率控制在不超过3/2×W。
当多个风箱被设置在钢带运行方向上时，为了增强冷却能力，连续地分配所述风箱且减小间隙Z是适宜的。然而，当风箱间的间隙z被减小，冷却后的气体不通过风箱之间向钢带运行方向上排放而是向风箱宽度方向上排放。因此，冷却后的气体流向钢带宽度方向，在宽度方向上的冷却能力的偏差增加。就此而论，风箱之间的间隙z的影响被研究。结果如图10所示。也就是说，图10表示在钢带运行方向上风箱间隙(风箱之间的间隙z)对喷射气体流量的分布的影响。在此，在图10所示的情况下，每个风箱的长度L为1200mm(2/3×W)。
从图10可以得出，当在风箱之间的间隙z为100mm的情况下，喷射气体流量的分布与使用单个风箱的情况和风箱之间的间隙z为200mm的情况下的分布是不同的，流量局部地降低，总体平均流量也降低。结果，从中心部分向边缘部分的冷却能力没有降低，有可能局部地形成冷却点。
然后，研究了以下比率之间的关系即，风箱之间的间隙z除以风箱上的喷嘴的尖端和钢带之间的距离h所得到的比率(z/h)；在风箱边缘处的平均喷射气体流量的水平与垂直比率(钢带宽度方向上在风箱的边缘处的平均喷射气体流量与钢带运行方向上在该风箱边缘处的平均喷不大于1.0时，在钢带宽度方向上的喷射气体流量急剧降低，在钢带运射气体流量之比率)。结果如图11所示。从图11可以得出，当比率z/h行方向上的喷射气体流量增大，在钢带宽度方向上的冷却能力的偏差相应地增大。另一方面，当比率z/h不小于2.0时，在钢带宽度方向上的喷射气体流量超过在钢带运行方向上的喷射气体流量，且当比率z/h不小于4.0时，喷射气体流量的水平与垂直的比率为常量。从而，在比率z/h不小于4.0时的风箱间隙z的情况下，仅仅冷却能力(快速冷却能力)降低。结果，为了实现同时均匀而快速的冷却，确保这样一种风箱间隙z使得比率z/h的范围为1.0至4.0是重要的。
使用如图1所示的连续退火炉作为连续退火炉。气体喷射冷却装置被安装在该连续退火炉的快速冷却区。使用与图2所示的同样的气体喷射冷却装置作为气体喷射冷却装置。使用与如图4所示的同样的风箱(然而，喷嘴孔组的配置是变化的)作为该气体喷射冷却装置的风箱。每一个所述风箱的喷嘴没有伸出，并且是由设置在每个风箱的前表面的一组圆孔构成的，这些孔被配置以形成格形图案。这些喷嘴的间隔(一个喷嘴与其邻接的喷嘴之间的距离)为50mm。
如上所述，由于每个风箱的喷嘴不伸出，每个风箱上的喷嘴的尖端和钢带之间的距离(h)等于每个风箱的前表面和该钢带之间的距离。该距离h被置为50mm。在每个钢带上的喷嘴的直径(d)为10mm。因此，距离h为喷嘴直径d的五倍，这样满足按照本发明的气体喷射冷却装置的要求，即距离h必须不大于喷嘴直径d的十倍。从而本发明满足使钢带快速地冷却的条件。
每一个风箱的宽度与钢带宽度(W)是一致的。宽度W被设置为1800mm。因此该钢带的宽度(W)和每个风箱的宽度都被设置为1800mm。每个风箱的长度(L)，即在钢带运行方向上的长度，被设置为900mm，即L＝1/2×W。此处的长度L满足按照本发明的气体喷射冷却装置的要求，即在钢带运行方向上每一个风箱的长度L必须不大于钢带宽度W的三分之二。
设置多个这样的风箱。在钢带运行方向上的风箱的数量为3。这就意味着在钢带的两侧所放置的风箱的总数为6。在这种情况下，所述风箱按照风箱间隙z为100mm且比率z/h为2.0(＝100mm/50mm)来配置。
这样的风箱作为用于气体喷射冷却装置的风箱被安装在连续退火炉的快速冷却区。然后连续退火炉启动且该气体喷射冷却装置被操作。采用该气体喷射冷却装置能够快速而均匀地冷却钢带。
如上所述，每个风箱上的喷嘴的尖端和钢带之间的距离h等于每个风箱的前表面和该钢带之间的距离，该距离为50mm。每个风箱的前表面和该钢带之间的距离(50mm)短于前面提到的现有技术(JP-A No.116724/1987披露的气体喷射冷却装置)的距离，更具体地，前者是后者的一半或者更小。
因此，与上面提到的现有技术的情况相比，即使当钢带和每个风箱的前表面之间的距离短且冷却室的尺寸小时，上述的气体喷射冷却装置也能够快速而均匀地冷却钢带。换句话说，该气体喷射冷却装置能够确保钢带的快速而均匀的冷却能力，此外，能够缩短钢带和每个风箱的前表面之间的距离，因此与前面提到的现有技术的情况相比减小了冷却室的尺寸。
表1
按照本发明的连续退火炉内用于钢带的气体喷射冷却装置能够实现即使当钢带和每个风箱的前表面之间的距离短且冷却室的尺寸小时，也能够快速而均匀地冷却钢带；确保钢带快速而均匀的冷却能力；此外，缩短了该钢带和每个风箱的前表面之间的距离；因此减小了冷却室的尺寸。结果，冷却室每单位冷却长度上的绝缘体的质量减少，从而热容量减小，因此，该冷却室内的温度响应度(热惯性)得到提高。结果是，即使当预期机械性能彼此不同的钢带被连续地处理，因而在前的钢带和后续的钢带之间的冷却条件不同时，对每个钢带的预期冷却终端温度的控制能力得到提高，而且每个产品的机械性能很容易得到保证。冷却室的构造成本能够进一步地被缩减。在这方面，优选其被用作连续退火炉内的用于钢带的气体喷射冷却装置。
权利要求
1.一种气体喷射冷却装置，包括冷却室；风箱，所述风箱设置在所述冷却室内并位于将要被冷却的金属带的两侧，风箱之间插入所述金属带，所述风箱通过喷嘴向将要被冷却的金属带吹送冷却气体以冷却金属带；和用于冷却由所述冷却室引入的气体、然后将被冷却的气体作为冷却气体供给所述风箱的装置，其中，在每一个所述风箱上的喷嘴的尖端和将要被冷却的金属带之间的距离(h)不大于所述喷嘴的直径(d)的十倍，和在将要被冷却的金属带的运行方向上每一个所述风箱的长度(L)不大于将要被冷却的金属带的宽度(W)的三分之二。
2.如权利要求1所述的气体喷射冷却装置，其中在每一个所述风箱上的所述喷嘴由一组圆形或者多边形的孔构成；所述孔被配置成格形图案或者交错图案。
3.如权利要求1所述的气体喷射冷却装置，其中在将要被冷却的金属带的运行方向上在每一个所述风箱上的喷嘴排的数目不少于4，在将要被冷却的金属带的宽度方向上在每一个所述风箱上的喷嘴排的数目不少于4。
4.如权利要求1所述的气体喷射冷却装置，其中在将要被冷却的金属带的运行方向上所述风箱的数目不少于2，两个邻接的风箱之间的间隙(z)与在每一个所述风箱上的喷嘴的尖端和将要被冷却的金属带之间的所述距离(h)之比率(z/h)在1.0至4.0的范围内。
5.如权利要求1所述的气体喷射冷却装置，其中，每一个所述风箱的与将要被冷却的金属带相对的面是平面型的，在将要被冷却的金属带的宽度方向上在每一个所述风箱上的喷嘴的尖端和将要被冷却的金属带之间的所述距离(h)保持常量，但是在将要被冷却的金属带的运行方向上所述距离从上游到下游是以增大的方式变化的。
6.如权利要求1所述的气体喷射冷却装置，其中每一个所述风箱的与将要被冷却的金属带相对的面在将要被冷却的金属带的运行方向上具有凸起形状，所述面形成弯曲面、包括多个平面的阶梯面或者在将要被冷却的金属带的运行方向上包括两个或者多个斜面的面。
7.如权利要求1所述的气体喷射冷却装置，其中每一个所述风箱的截面具有矩形形状，所述截面与将要被冷却的金属带的运行方向平行且与将要被冷却的金属带垂直，其中，用于提供所述冷却气体的每个风箱的开口在将要被冷却的金属带的运行方向上在所述风箱的上游端或者下游端被设置在所述风箱的侧面和背面中的至少一个面上，并且，所述矩形形状的截面面积(A)与所述风箱的喷嘴开口的面积的总和(S)之比率(A/S)在1.0至3.0的范围内。
全文摘要
一种在连续退火炉内的气体喷射冷却装置，配置有设置在冷却室内钢带两侧的风箱，其通过喷嘴向该钢带吹送冷却气体以使其冷却；冷却从所述冷却室引入的气体、然后将被冷却的气体提供给所述风箱的装置，其中所述喷嘴的尖端和所述钢带之间的距离不超过所述喷嘴的直径的十倍；在钢带运行方向上每一个所述风箱的长度不大于所述钢带的宽度的三分之二。即使当所述钢带和每个风箱的前表面之间的距离短且冷却室的尺寸小于传统的冷却室的尺寸时，该气体喷射冷却装置也能够快速而均匀地冷却钢带。
文档编号C21D1/667GK1704486SQ200510072650
公开日2005年12月7日 申请日期2005年5月17日 优先权日2004年5月31日
发明者山下圭一 申请人:株式会社神户制钢所