热镀锌带钢分段气封式热处理工艺及其合金化炉的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种热镀锌带钢分段气封式热处理工艺及其合金化炉。该工艺是对从锌锅中输出的带钢在线依次进行加热、保温、冷却，最终实现带钢合金化的过程，关键是在合金化炉的中部保温段控制保温温度为500～550℃，保温时间为10～15s；与此同时，通过在带钢两侧面分别喷气和抽气的方式，使中部保温段内形成至少一道垂直于带钢输送方向的高温气帘，从而将热量集中控制在高温气帘所形成的分隔区中，阻隔中部保温段内的烟囱效应。其合金化炉包括底部加热段、中部保温段和上部冷却段，设计要点是在中部保温段上至少设置有一套高温气帘发生器。本发明能抑制“烟囱效应”的发生，降低保温段的热量散逸，提高热处理效率。
【专利说明】热镀锌带钢分段气封式热处理工艺及其合金化炉
【技术领域】
[0001]本发明涉及热镀锌带钢制造领域，具体地指一种热镀锌带钢分段气封式热处理工艺及其合金化炉。
【背景技术】
[0002]热镀锌钢板因其较低的生产成本，较好的耐腐蚀性能、涂装性能、焊接性能和抗冲击性能，非常适合应用于汽车、家电等高档热镀锌产品消费行业，能够满足用户对产品优质表面特性和良好内在性能的质量要求。
[0003]从锌锅中输出的热镀锌带钢通常需要在合金化炉中完成多段热处理，国际上通行的工艺是“先高温后低温”的退火处理工艺，根据不同的钢种，其工艺温度和保温时间也有细微的差别。但是，在大量的现场生产实践中，存在的难点问题在于热镀锌带钢在合金化炉加热段、保温段和冷却段所需合金化反应温度的稳定性要求较高，稍有偏差就无法获得较好的合金化层和良好的抗粉化特性。
[0004]目前，工业应用中的合金化炉多采用立式布置形式，炉体位于锌锅顶部控制镀层厚度的气刀正上方，沿气刀向上分别布置有合金化炉的底部加热段、中部保温段和上部冷却段，每段温度都需要遵循退火工艺曲线及速度要求(即保温时间)。传统的中部保温段多采用两段式结构，一段移动，一段固定，四周全密封，仅两端开口使带钢通过，在其内部安装有电磁感应或者热电 阻加热装置，用于带钢的保温，完成带钢的合金化退火过程。带钢合金化退火的初始温度为锌锅中锌液460°C左右，再经过底部加热段加热，达到530~550°C左右进入中部保温段，并保持一段时间，以得到较好的合金化层。
[0005]但是，受到立式布置的合金化炉“烟囱效应”的影响，即使在炉子整体密封完好的情况下，热量也极易从中部保温段下端向上散逸到上端，下端则由冷空气进入补充，从而造成中部保温段上端温度高于下端温度，其危害主要体现在四个方面:一、整个工艺过程无法满足“先高温后低温”的要求，导致质量不能稳定控制；二、热量的快速散逸无法确保中部保温段保持在530~550°C的工艺温度，有时保温温度仅480°C，甚至无法顺利完成合金化过程；三、由中部保温段散逸出去的热量较大，带钢上端温度较高，会对上部冷却段的冷却能力提出较高要求，这样进一步影响了产品质量；四、热量散失还对镀后其它设备造成不利影响，降低这些设备的使用寿命。
【发明内容】
[0006]本发明的目的就是要提供一种能够抑制“烟囱效应”发生、降低中部保温段热量散逸、确保所得产品质量稳定的热镀锌带钢分段气封式热处理工艺及其合金化炉。
[0007]为实现上述目的，本发明所设计的热镀锌带钢分段气封式热处理工艺，是对从锌锅中输出的带钢在线依次进行加热、保温、冷却，最终实现带钢合金化的过程，其特殊之处在于，它包括如下步骤:
[0008]I)先将经过热镀锌处理的带钢输送至合金化炉的底部加热段，控制加热温度为520~560°C，加热时间为5~8s ;
[0009]2)然后将带钢向上输送至合金化炉的中部保温段，控制保温温度为500~550°C，保温时间为10~15s ;与此同时，通过在带钢两侧面分别喷气和抽气的方式，使中部保温段内形成至少一道垂直于带钢输送方向的高温气帘，从而将热量集中控制在高温气帘所形成的分隔区中，阻隔中部保温段内的烟囱效应；
[0010]3)最后将带钢继续向上输送至合金化炉的上部冷却段，控制出口温度为280~320 °C即可。
[0011]优选地，所述步骤I)中，控制加热温度为530~550°C ;所述步骤2)中，控制保温温度为520~550°C。带钢在底部加热段时控制其温度在530~550°C的范围内，带钢在中部保温段时控制其温度在520~550°C的范围内，可以得到质量更高的合金化层。
[0012]优选地，所述步骤2)中，高温气帘的喷射速度为20~60m/s，气帘温度为400~600°C，以使中部保温段分段保温的效果更好。
[0013]最佳地，所述步骤2)中，高温气帘的喷射速度为30~50m/s，气帘温度为490~550°C，可使中部保温段分段保温的效果最好。
[0014]优选地，所述步骤2)中，高温气帘形成有两道，一道位于中部保温段的中间，另一道位于中部保温段出口处。两道高温气帘将中部保温段分隔为不同保温区间，可根据合金化要求精细控制其各保温区的温度，阻隔“烟囱效应”，进一步防止热散失。
[0015]本发明为实 现上述工艺而设计的热镀锌带钢分段气封式合金化炉，包括底部加热段、中部保温段和上部冷却段，所述底部加热段内设置有感应加热器，所述中部保温段设置内有电阻加热器，其特殊之处在于，所述中部保温段上至少设置有一套高温气帘发生器，所述高温气帘发生器具有分别设置在带钢两侧面的一排喷气嘴和一排抽气嘴，所述喷气嘴和抽气嘴沿带钢宽度方向均匀等高布置；并且，所述喷气嘴的输出端垂直正对带钢的一侧面，所述喷气嘴的输入端与循环风道的一端相连；所述抽气嘴的输入端垂直正对带钢的另一侧面，所述抽气嘴的输出端与循环风道的另一端相连；所述循环风道上设置有循环风机，所述循环风机工作时即可在带钢两侧面形成垂直于其输送方向的高温气帘。
[0016]作为优选方案之一，所述中部保温段呈整体空腔结构，其上设置有两套高温气帘发生器，一套高温气帘发生器设置在中部保温段的中间，另一套高温气帘发生器设置在中部保温段出口处。中部保温段的整体空腔结构可增加其气密性，而两套高温气帘发生器喷射形成的两道高温气帘可以将中部保温段分隔成不同的保温区间，实现各保温区温度的精细控制，确保实现“先高温后低温”的退火工艺。
[0017]作为优选方案之二，所述中部保温段呈整体空腔结构，其上设置有三至四套高温气帘发生器，各套高温气帘发生器沿中部保温段长度方向均匀间隔布置。中部保温段的整体空腔结构可增加其气密性，而多套高温气帘发生器喷射形成的多个高温气帘可将中部保温段分隔为多个保温区间，从而使每个保温区的温度根据合金化要求获得精细控制。
[0018]进一步地，所述中部保温段的出口与上部冷却段的进口之间设置有翻板式密封挡板。翻板式密封挡板能减少冷却段与保温段气体对流，防止热量散逸到上部冷却段，降低上部冷却段的冷却负荷，延长冷却段设备的使用寿命。
[0019]更进一步地，所述高温气帘发生器的喷气嘴和抽气嘴各设置有八个，每个喷气嘴和抽气嘴的输出端呈扁平的刀唇形。呈扁平的刀唇形喷气嘴输出端易于形成高温气帘，抽气嘴与喷气嘴的输出端形状相同易于保持气压稳定。
[0020]本发明的优点在于:所设计高温气帘发生器在中部保温段内形成稳定可靠的隔断气帘，有效解决了合金化炉中部保温段热量上下不均、易出现“烟園效应”的问题，可实现中部保温段出入口、内部小区域内的温度和压力稳定，大幅降低保温段的热量散逸，确保热量集中在各分隔段中。还可以根据工艺条件要求，分段控制不同分隔段的保温功率，实现合金化温度的分段精细控制，获得最佳的“先高温后低温”退火处理工艺。同时，对中部保温段的热量控制，一方面稳定了中部保温段的工艺要求，另一方面降低了后工序的冷却负荷，保护了后续设备。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明热镀锌带钢分段气封式合金化炉在镀锌生产线上的布局方位示意图。
[0022]图2为图1所示合金化炉的细化结构示意图。
[0023]图3为图2中的A— A剖视结构示意图；
[0024]图中:底部加热段1，中部保温段2，上部冷却段3，高温气帘发生器4，喷气嘴5，抽气嘴6，循环风道7，循环风机8，带钢9，翻板式密封挡板10，感应加热器11，电阻加热器12，锌锅13，沉没辊14，气刀15，炉顶辊16，高温气帘Q。
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0026]如图1所示，本发明的热镀锌带钢分段气封式合金化炉安装在镀锌生产线上的锌锅13与炉顶辊16之间，带钢9从锌锅13内的沉没辊14处引出，经过气刀15控制镀锌层厚度，进入合金化炉中热处理，最后绕炉顶辊16输出。
[0027]如图2~3所示，该合金化炉主要由底部加热段1、中部保温段2和上部冷却段3组合而成。其中，底部加热段I内设置有感应加热器11，用于将带钢9快速加热至设计温度；中部保温段2内设置有电阻加热器12，用于按工艺要求对带钢9保温一段时间；中部保温段2的出口与上部冷却段3的进口之间设置有翻板式密封挡板10，用于防止热量散逸到上部冷却段3。在翻板式密封挡板10中间留有供带钢9通过的空隙。
[0028]中部保温段2呈整体空腔结构，其上设置有两套高温气帘发生器4，一套高温气帘发生器4安装在中部保温段2的中间，另一套高温气帘发生器4设置在中部保温段2出口处。这样，可以通过高温气帘发生器4形成两道高温气帘Q，将中部保温段2分隔为二个保温区间，实现二个保温区温度的精细控制。当然，也可以根据实际情况在中部保温段2设置三至四套高温气帘发生器4，各套高温气帘发生器4沿中部保温段2长度方向均匀间隔布置。 [0029]具体地，每个高温气帘发生器4都具有分别设置在带钢9两侧面的一排喷气嘴5和一排抽气嘴6，喷气嘴5和抽气嘴6沿带钢9宽度方向均匀等高布置。每排喷气嘴5和抽气嘴6各设置有八个，每个喷气嘴5和抽气嘴6的输出端呈扁平的刀唇形。并且，各喷气嘴5的输出端垂直正对带钢9的一侧面,各喷气嘴5的输入端与循环风道7的一端相连；各抽气嘴6的输入端垂直正对带钢9的另一侧面,各抽气嘴6的输出端与循环风道7的另一端相连。同时，在循环风道7上安装有循环风机8，循环风机8工作时即可在带钢9两侧面形成垂直于其输送方向的高温气帘Q。
[0030]上述热镀锌带钢分段气封式合金化炉的工艺过程如下:
[0031]I)从锌锅13中引出的带钢9经过气刀15处理，输送至合金化炉的底部加热段1，加热温度控制在520~560°C，最好控制在530~550°C，加热时间为5~8s。
[0032]2)然后将带钢9向上输送至合金化炉的中部保温段2，保温温度控制在500~550°C，最好控制在520~550°C，保温时间为10~15s。与此同时，高温气帘发生器4中的喷气嘴5和抽气嘴6在带钢9两侧面分别喷气和抽气，使中部保温段2内形成二道垂直于带钢9输送方向的高温气帘Q。高温气帘Q的喷射速度控制在20~60m/s，最好控制在30~50m/s，气帘温度控制在400~600°C，最好控制在490~550°C。这样，可以将热量集中控制在高温气帘Q所形成的分隔区中，阻隔中部保温段2内的烟囱效应。其中，设置在中部保温段2出口处的高温气帘发生器4与翻板式密封挡板10协同配合，可以有效减少中部保温段2的热量散逸到上部冷却段3，增大上部冷却段3的冷却能力，并延长冷却设备的使用寿命O
[0033]3)最后将带钢9继续向上输送至合金化炉的上部冷却段3，控制出口温度为280~320°C，从炉顶 辊16处输出即可。
【权利要求】
1.一种热镀锌带钢分段气封式热处理工艺，是对从锌锅(13)中输出的带钢(9)在线依次进行加热、保温、冷却，最终实现带钢(9)合金化的过程，其特征在于:它包括如下步骤: 1)先将经过热镀锌处理的带钢(9)输送至合金化炉的底部加热段(I)，控制加热温度为520~560°C，加热时间为5~8s ; 2)然后将带钢(9)向上输送至合金化炉的中部保温段(2)，控制保温温度为500~550°C，保温时间为10~15s ;与此同时，通过在带钢(9)两侧面分别喷气和抽气的方式，使中部保温段(2)内形成至少一道垂直于带钢(9)输送方向的高温气帘(Q)，从而将热量集中控制在高温气帘(Q)所形成的分隔区中，阻隔中部保温段(2)内的烟囱效应； 3)最后将带钢(9)继续向上输送至合金化炉的上部冷却段(3)，控制出口温度为280~320°C即可。
2.根据权利要求1所述的热镀锌带钢分段气封式热处理工艺，其特征在于:所述步骤I)中，控制加热温度为530~550°C ;所述步骤2)中，控制保温温度为520~550°C。
3.根据权利要求1或2所述的热镀锌带钢分段气封式热处理工艺，其特征在于:所述步骤2)中，高温气帘(Q)的喷射速度为20~60m/s，气帘温度为400~600°C。
4.根据权利要求1或2所述的热镀锌带钢分段气封式热处理工艺，其特征在于:所述步骤2)中，高温气帘(Q)的喷射速度为30~50m/s，气帘温度为490~550°C。
5.根据权利要求1或2所述的热镀锌带钢分段气封式热处理工艺，其特征在于:所述步骤2)中，高温气帘(Q )形成有两道，一道位于中部保温段(2)的中间，另一道位于中部保温段⑵出口处。
6.一种为实现权利要求1所述工艺而设计的热镀锌带钢分段气封式合金化炉，包括底部加热段(I)、中部保温段⑵和上部冷却段(3)，所述底部加热段⑴内设置有感应加热器(11)，所述中部保温段(2)内设置有电阻加热器(12)，其特征在于:所述中部保温段(2)上至少设置有一套高温气帘发生器(4)，所述高温气帘发生器(4)具有分别设置在带钢(9)两侧面的一排喷气嘴(5)和一排抽气嘴(6)，所述喷气嘴(5)和抽气嘴(6)沿带钢(9)宽度方向均匀等高布置；并且，所述喷气嘴(5)的输出端垂直正对带钢(9)的一侧面，所述喷气嘴(5)的输入端与循环风道(7)的一端相连；所述抽气嘴(6)的输入端垂直正对带钢(9)的另一侧面，所述抽气嘴(6)的输出端与循环风道(7)的另一端相连；所述循环风道(7)上设置有循环风机(8)，所述循环风机(8)工作时即可在带钢(9)两侧面形成垂直于其输送方向的高温气帘(Q)。
7.根据权利要求6所述的热镀锌带钢分段气封式合金化炉，其特征在于:所述中部保温段(2)呈整体空腔结构，其上设置有两套高温气帘发生器(4)，一套高温气帘发生器(4)设置在中部保温段(2)的中间，另一套高温气帘发生器(4)设置在中部保温段(2)出口处。
8.根据权利要求6所述的热镀锌带钢分段气封式合金化炉，其特征在于:所述中部保温段(2)呈整体空腔结构，其上设置有三至四套高温气帘发生器(4)，各套高温气帘发生器(4)沿中部保温段(2)长度方向均匀间隔布置。
9.根据权利要求6或7或8所述的热镀锌带钢分段气封式合金化炉，其特征在于:所述中部保温段(2)的出口与上部冷却段(3)的进口之间设置有翻板式密封挡板(10)。
10.根据权利要求6或7或8所述的热镀锌带钢分段气封式合金化炉，其特征在于:所述高温气帘发生器(4)的喷气嘴(5)和抽气嘴(6)各设置有八个，每个喷气嘴(5)和抽气嘴(6)的输出 端呈扁平的刀唇形。
【文档编号】C21D9/52GK104032120SQ201410245726
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2014年6月5日
【发明者】陈刚, 孙方义, 严开勇, 万险峰, 黄正煌, 黄帼, 王毅, 张文奇, 邱碧涛, 夏江涛 申请人:武汉钢铁(集团)公司