立式带钢喷气热处理装置及方法与流程

本发明涉及冷轧带钢连续热处理领域，尤其涉及一种立式带钢热处理装置和方法。

背景技术：

目前中高端冷轧带钢产品一般采用立式连续退火炉，炉内气氛为N2和H2混合保护气。图1为现有的典型连续热处理炉示意图。热处理工艺段按带钢1运行方向从左到右主要由预热段2、加热段3、均热段4、缓冷段5、快冷段6、过时效段7、终冷段8等组成。其中，预热段有直接火焰加热和烟气预热两种方式；加热段基本上采用N2和H2混合保护气下辐射管辐射加热方式；均热段有辐射管辐射均热或电阻辐射均热两种；缓冷段通常采用低速的保护气喷气冷却；快冷段有水淬、水雾冷却和高速喷气冷却等方式；过时效段利用电阻辐射进行辐射补热和保温；终冷段冷却方式主要为水喷淋冷却。

上述的工艺路径中主要存在如下缺点：

1)预热段采用直接火焰加热或者烟气预热，由于燃烧产物和带钢表面直接接触换热，一方面会造成带钢表面氧化，另一方面燃烧产物中污物容易沉积在带钢表面，此外由于后续加热段是保护气环境，因此要防止预热段的气氛渗入后续加热段，预热段和后续加热段间的密封要求很高。

2)辐射加热区主要通过辐射管的辐射热加热带钢，加热速度慢，加热时间长，需要占用很长的炉子段；而且由于受到加热元件结构、布置方式和设备安全等因素影响，加热均匀性差；

3)快速冷却区采用水淬或者水雾等湿式冷却，难以控制板形，而且后续还需要带钢表面清洗工序，否则会影响带钢表面质量。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种立式带钢喷气热处理装置及方法，在热处理过程中，带钢一直处于保护气氛中，带钢仅与保护气进行直接热交换。在加热段和均热段，利用辐射管加热混合保护气后，再用喷嘴将加热后的混合保护气喷吹到带钢表面实现对带钢的加热，既能实现均匀的热交换，又能避免光亮度高的带钢对辐射热吸收效率低的缺陷，另外，用混合保护气与辐射管排放的热烟气换热后再用于预热段和过时效段的加热作业，既节约了能源，又避免了带钢在预热段的表面氧化和污物堆积，并充分利用了辐射管的烟气余热，在保证带钢表面质量情况下实现快速、均匀高效地加热和冷却带钢，节能减排，减少炉子长度，在连续退火以及热镀锌机组都有广阔的推广前景。

本发明是这样实现的：一种立式带钢喷气热处理装置，炉体内按带钢运行方向顺次布置预热段、加热段、均热段、缓冷段、快冷段、过时效段和终冷段，所述预热段、加热段、均热段、缓冷段、快冷段、过时效段和终冷段，均充满保护气，带钢仅与保护气进行直接热交换，相邻两段内的保护气用气密装置隔绝。

所述的预热段、加热段、均热段、缓冷段、快冷段、过时效段和终冷段内，在带钢的周围都均布设置有喷气风箱，所述喷气风箱的喷气孔面向带钢喷保护气实现对带钢的换热。

所述加热段和均热段中设置有循环风机和换热室，带钢在炉膛中运行；所述换热室内设置有辐射管，辐射管对保护气加热；由循环风机将换热室、喷气风箱和带钢周围的保护气串联成为循环气路；保护气的运动路径为换热室->喷气风箱->带钢周围的保护气->循环风机->换热室。

所述预热段2和过时效段7各自配有循环风机10和气气换热器13，循环风机10带动保护气循环，保护气循环路径为气气换热器13->喷气风箱9->带钢1周围的保护气->循环风机10->气气换热器13，所述气气换热器13的换热介质进口通过管路与辐射管11的排烟口连通，气气换热器13的换热介质出口通过管路与废气排放管路14连通。

所述缓冷段、快冷段和终冷段各自配有气水换热器，气水换热器利用循环的冷却水对循环气路中的气体进行冷却；冷却后的保护气经喷气风箱后喷出冷气流对带钢进行喷射冷却。

一种立式带钢喷气热处理方法，在带钢进行热处理的过程中顺序经过预热段、加热段、均热段、缓冷段、快冷段、过时效段和终冷段，在热处理过程中使带钢始终仅与保护气进行直接热交换；在加热段和均热段中，用辐射管加热保护气，再用加热后的混合保护气喷向带钢的表面，实现对带钢的加热，辐射管排放的烟气的余热通过气气换热器与保护气换热后用于预热段和过时效段的加热；缓冷段、快冷段和终冷段内的保护气通过气水换热器利用循环的冷却水冷却后对带钢进行冷却。

本发明立式带钢喷气热处理装置及方法利用辐射管加热混合保护气后，再通过喷嘴将加热后的混合保护气喷吹到带钢表面实现对带钢的加热，由于气体喷嘴相对于带钢尺寸要小得多，能够合理布置喷嘴，保证热保护气能从喷嘴喷出后均匀地冲击带钢表面，既能实现均匀的热交换，又能避免黑度低的带钢对热辐射吸收效率低的缺陷，实现了对高品质带钢的快速、均匀加热；另外，用混合保护气与辐射管排放的热烟气再换热后用于预热段和过时效段的加热作业，既节约了能源，又避免了带钢在预热段的表面氧化和污物堆积，提高了带钢的质量；

此外，在本发明中，缓冷段、快冷段、终冷段中采用喷气冷却，冷却介质是氮氢混合保护气氛。在缓冷段和终冷段，由于冷却速度要求不高，喷气冷却能很经济地实现工艺要求，在快冷段，采用高速喷气冷却的换热系数能达到800W/m².K，冷却速度也可实现100℃/s（1mm厚钢板），从工艺的角度已经能够满足生产高强钢等产品的需要，并能避免水冷对板形质量的影响；

总的来说，本立式带钢喷气热处理装置及方法使带钢始终处于混合保护气氛中，并充分利用了辐射管的烟气余热，在保证带钢表面质量情况下实现快速、均匀高效地加热和冷却带钢，节能减排，减少炉子长度，在连续退火以及热镀锌机组都有广阔的推广前景。

附图说明

图1为现有的典型连续热处理炉示意图；

图2为本发明立式带钢喷气热处理装置的结构示意图；

图3为本发明立式带钢喷气热处理装置介质工艺流程示意图；

图4为本发明中加热段和均热段的保护气循环示意图；

图5为本发明中预热段和过时效段的保护气循环示意图；

图6为本发明中缓冷段、快冷段和终冷段的保护气循环示意图。

图中：1带钢、2预热段、3加热段、4均热段、5缓冷段、6快冷段、7过时效段、8终冷段、9喷气风箱、10循环风机、11辐射管、12高温烟气支管、13气气换热器、14废气排放管路、15流量调节阀、16气水换热器、17炉体、18换热室、19炉膛、20排烟阀、21冷风支路、22烟囱。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

如图2、3所示，一种立式带钢喷气热处理装置，炉体17内按带钢1运行方向顺次布置预热段2、加热段3、均热段4、缓冷段5、快冷段6、过时效段7和终冷段8，所述预热段2、加热段3、均热段4、缓冷段5、快冷段6、过时效段7和终冷段8，均充满保护气，带钢1仅与保护气进行直接热交换，相邻两段之间的保护气用气密装置隔绝；在本发明中，所述的保护气为N₂和H₂的混合保护气。

本发明中实现保护气对带钢1的换热的方式为，所述的预热段2、加热段3、均热段4、缓冷段5、快冷段6、过时效段7和终冷段8内，在带钢1的周围都均布设置有喷气风箱9，所述喷气风箱9的喷气孔面向带钢1喷保护气实现对带钢1的换热。

本发明实施例中的热处理采用的是辐射管加热的方式，如图4所示，所述加热段3和均热段4中设置有循环风机10和换热室18，带钢1在炉膛19中运行；所述换热室18内设置有辐射管11，辐射管11对保护气加热；由循环风机10将换热室18、喷气风箱9和带钢1周围的保护气串联成为循环气路；保护气的运动路径为换热室18->喷气风箱9->带钢1周围的保护气->循环风机10->换热室18。

由于喷气风箱9上的气体喷嘴相对于带钢1的尺寸要小得多，因此能够合理布置喷嘴，保证换热气流能够均匀的冲击带钢表面，完成热交换；另一方面，对于加热段3、均热段4内的气流加热而言，冲击对流换热的效率不受带钢1表面性质影响；单纯使用辐射管11直接对带钢1辐射加热的方式，辐射换热会受到辐射管大小限制，不可能均匀加热带钢，此外辐射换热强度与带钢1表面黑度成正比，越是光亮退火、少氧化退火中，钢带1表面黑度就越低，因此在高品质带钢热处理时，辐射加热的方式热效率很低；而本发明中，利用喷气加热不但能够均匀加热带钢，还能提高加热速度和加热效率。

对于没有配备直接加热设备的预热段和过时效段，如图5所示，采用利用辐射管11排放出的烟气的余热实现加热的目的，所述预热段2和过时效段7各自配有循环风机10和气气换热器13，预热段2和过时效段7同样在带钢1的周围都均布设置有喷气风箱9，带钢1穿过炉膛19时由喷气风箱9喷吹加热；气气换热器13的换热介质进口通过高温烟气管路与辐射管11的排烟口连通，气气换热器13的换热介质出口通过管路与废气排放管路14连通；循环风机10带动保护气循环流动通过气气换热器13换热加热，保护气的流动路径为：喷气风箱9->带钢1周围的保护气->循环风机10->气气换热器13->喷气风箱9。

另外，在本实施例中，所述预热段2和过时效段7的烟气排出汇总管上都设置有流量调节阀15，流量调节阀15的作用分别为根据预热段2和过时效段7的工艺和温度需要进行控制辐射管11排放出的高温热烟气的分配流向；

本发明中的冷却采用对保护气水冷换热的方式，如图6所示，所述缓冷段5、快冷段6和终冷段8内设置有循环风机10，缓冷段5、快冷段6和终冷段8内同样在带钢1的周围都均布设置有喷气风箱9，带钢1穿过炉膛19时由喷气风箱9喷吹冷却；缓冷段5、快冷段6和终冷段8各自配置有气水换热器16，气水换热器16用循环冷却水作为冷源，循环风机10带动保护气循环流动通过气水换热器16换热冷却，保护气的流动路径为：喷气风箱9->带钢1周围的保护气->循环风机10->气水换热器16->喷气风箱9；

此外，所述的废气排放管路14由经高温烟气支管12与高温烟气总管连通到辐射管11的排烟口，所述高温烟气支管12上设置有排烟阀20，高温烟气总管另外还有两路连接到气气换热器13换热介质进口的支管路，高温烟气的分配由排烟阀20配合流量调节阀15进行控制；废气排放管路14上并联有冷风支路21，冷风支路21用来给排出的烟气掺冷风，控制烟气排放温度，废气排放管路14通过排放风机连通到烟囱22最终将废气排放。

一种立式带钢喷气热处理方法，在带钢1进行热处理的过程中顺序经过预热段2、加热段3、均热段4、缓冷段5、快冷段6、过时效段7和终冷段8，在热处理过程中使带钢始终仅与保护气进行直接热交换；在加热段3和均热段4中，用辐射管11加热保护气，再用加热后的混合保护气喷向带钢1的表面，实现对带钢1的加热，辐射管11排放烟气的余热通过气气换热器与保护气换热后用于预热段2和过时效段7的加热；缓冷段5、快冷段6和终冷段8内的保护气通过气水换热器16利用循环的冷却水冷却后对带钢1进行冷却。

气气换热器介质工艺流程：所述预热段和过时效段内设有换热室，气气换热器置于换热室内；保护气加热带钢后由循环风机引出到换热室，在这里通过气气换热器和来自所述加热段和均热段的辐射管的燃烧后高温烟气换热后经喷气风箱喷出，利用喷气风箱喷出的热气流对带钢冲击加热。来自所述加热段和均热段的辐射管的燃烧后高温烟气从辐射管出来后汇总到高温烟气总管，然后再分为支路通到所述预热段和过时效段内的气气换热器的热烟气入口，流过气气换热器的换热管内部与换热管外部的循环保护气换热后从气气换热器的冷烟气出口排出，最后通过废气排放管路和烟囱排出。

烟气流程：辐射管的排烟口->高温烟气总管->气气换热器热烟气入口->气气换热器的换热管内部->气气换热器的冷烟气出口->废气排放管路和烟囱；

保护气流程：换热室->喷气风箱->带钢周围的保护气->循环风机->换热室；

所述缓冷段、快冷段和终冷段内的气水换热器采用循环冷却水作为冷源，对炉膛内的保护气进行循环冷却，以降低带钢的温度。

气水换热器介质工艺流程：所述缓冷段、快冷段和终冷段内设有换热室，气水换热器置于换热室内；保护气冷却带钢后由循环风机引出到换热室，在这里通过气水换热器和循环冷却水换热后经喷气风箱喷出，利用喷气风箱喷出的冷气流对带钢冲击冷却。来自冷却水总管的冷却水分别通到所述缓冷段、快冷段和终冷段的气水换热器的冷循环水水入口，流过气水换热器的水管内部与水管外部的循环保护气换热后从气水换热器的热冷却水出口排出，最后汇总通向循环水回水管。

冷却水流程：冷却水总管->气水换热器的冷循环水入口->气水换热器水管内部->气水换热器的热循环水出口->循环水回水管；

保护气流程：换热室->喷气风箱->带钢周围的保护气->循环风机->换热室。