专利名称：通过喷出气流对钢带进行热处理的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过对钢带喷出气流以加热、冷却或干燥钢带的热处理装置。
现已有一种通过对钢带喷出气流以加热或冷却钢带的普通热处理装置。但是，由于在这种普通热处理装置中使用气体作为热传导介质，故其热传导率α是低的。因此，用普通热处理装置不一定能获得足够高的操作效能，不有满足从冶金学观点必须达到的高速加热或高速冷却的要求。例如，本发明人已经提出一种在日本已审查的专利公告No.2-16375中公开的通过对钢带喷出气流使钢带冷却的冷却装置。在这种冷却钢带的装置中，设定热传导率α的范围是α≤400千卡/m2·h·℃。在热传率处于上述范围的情况下，当钢带厚度为0.6mm时，有可能获得100℃/s的冷却速度，但是，当钢带厚度为1.0mm时，冷却速度实际上只能达到60℃/s。因此，若要达到较高的热传导率，就要采用辊子冷却法，在此方法中，使水冷却的辊子与钢带紧密接触，或者，也可以采用气-水冷却法，在此方法中，气和水相互混合，用这种混合物冷却钢带。然而，上述的辊子冷却法有缺点，就是要使辊子与钢带固体接触，这很难做到水冷却辊子与钢带均匀地接触，从而不能使钢带均匀地冷却，而引起钢带变形。另一方面，上述的气-水冷却法也有缺点，即由于在此方法中要用到水，钢带表面易受水中含有的分解氧而氧化，因此，如若采用这种气-水冷却法，就必需在钢带完成热处理后再对钢带进行酸洗处理。
为了提高上述这种通过对钢带喷出气流以加热或冷却钢带的热处理装置的热传导率。最好提高喷到钢带上的气流的速度。根据本发明人进行的试验发现，该热传导率可与喷到钢带的气流速率大致成正比地提高，但是，随着气流速度的提高，管道中的压力损失也显著增大，这就必需设置大容量的鼓风机来获得预定的热传导率。
本发明的目的是，在保持上述的通过对钢带喷出气流而对钢带进行热处理的装置具有高的加热速度或冷却速度的同时，减少该装置所需的功率量。
为了实现上述目的，本发明的对钢带喷出气流而对钢带进行热处理的装置具有下列(1)～(10)项所述的特征(1)一种热处理装置，通过对钢带喷出气流以加热、冷却或干燥钢带而对钢带进行热处理，包括一种固定在喷出气流的喷嘴之前端的挡流柱，其中，该挡流柱和投影面积确定为喷嘴横截面积的3～12％。
(2)一种热处理装置，通过对钢带喷出气流以加热、冷却或干燥钢带而对钢带进行热处理，包括一种固定在喷出气流的喷嘴之前端的挡流板，其中该挡流板的投影面积确定为小于喷嘴横截面积之3％，它的沿喷嘴轴线的长度确定为不小于喷嘴直径之50％。
(3)一种热处理装置，通过对钢带喷出气流以加热、冷却或干燥钢带而对钢带进行热处理，包括多个喷嘴；多个用来固定多个喷嘴并对喷嘴供气的喷气管座；和一个用来将气体分配到多个喷气管座的气体分配器，其中在上述喷气管座之间设有作为排气口的开口或空隙，该开口的面积为喷嘴口面积的5～17倍。
(4)根据上述第(3)项的通过喷出气流对钢带进行热处理的热处理装置，其特征在于，所述喷嘴是一种从喷气管座之前端伸出的喷嘴。
(5)根据上述第(3)项的通过喷出气流对钢带进行热处理的热处理装置，其特征在于，上述喷嘴的伸出高度不大于喷嘴内径的5倍。
(6)根据上述第(3)项的通过喷出气流对钢带进行热处理的热处理装置，其特征在于，上述喷气管座之前端的形状按照气体通道横截面沿喷出气流的方向逐渐减小的方式呈锥形。上述喷嘴之前端不是从喷气管座之前端面上伸出的。
(7)一种热处理装置，通过对钢带喷出气流以加热、冷却或干燥钢带而对钢带进行热处理，其特征在于，从钢带至喷嘴前端的距离Z确定为不大于70mm，并且满足下列不等式W/4≤h，式中，h为喷嘴从对喷嘴供气的喷气管座伸出的高度，mm,W为喷在单位面积上的气体流量或气体流量密度，m3/min·m2。
(8)一种热处理装置，通过对钢带喷出气流以加热、冷却或干燥钢带而对钢带进行热处理的热处理装置，其特征在于，在安装喷出气流的喷嘴的喷气空间内设置一个将支承辊沿钢带行进方向按规则间隔交替排列以防止钢带颤动的辊子置入空间；而在与钢带的支承辊置入侧相对的一侧的辊子置入空间内设置喷出气流的喷嘴。
(9)一种热处理装置，通过对钢带喷出气流以加热、冷却或干燥钢带而对钢带进行热处理，其特征在于，在安装喷出气流的喷嘴的喷气空间内设置一个将支承辊沿钢带行进方向按规则间隔交替地排列以防止钢带颤动的辊子置入空间，在冷却钢带的情况下，上述支承辊被冷却，而在加热或干燥钢带的情况下，上述支承辊被加热。
(10)一种热处理装置，通过对钢带环流和喷出非氧化性气体使钢带在气流中冷却而对钢带进行热处理，其特征在于，至少在鼓风机之类的压气机之出口侧设置一个用于冷却气体的热交换器。
图1是气体流量密度与热传导率之间的关系曲线图，图中也示出本发明进行的试验范围；图1是气体流量密度与热传导率之间的关系曲线图，图中也示出本发明进行的试验范围；图2(a)、2(b)、2(c)和2(d)分别示出本发明的通过喷出气流对钢带进行热处理的热处理装置中的各种喷嘴的视图；图3(a)和3(b)分别示出喷嘴前端的气流的状态；图4是各种喷嘴的热传导特性曲线图；图5是挡流柱的投影面积与喷嘴横截面积之比率与喷嘴下方中部位置的热传导率之间的关系曲线图；图6是挡流板长度与喷嘴直径之比与喷嘴下方中部位置热传导率之间的关系曲线图；图7示出喷嘴与钢带的位置关系；图8(a)和8(b)分别示出普通的喷嘴；图9示出本发明的热处理装置的一个实例，其中设有向后面排气的开口；图10(a)、10(b)和10(c)分别示出本发明的热处理装置的喷嘴排列的实例；图11是一种通过喷出气流对钢带进行热处理的热处理装置中的开口面积S1与喷嘴口面积S2之间的关系图；图12是一种通过喷出气流对钢带进行热处理的热处理装置的开口面积与喷嘴口面积之比与热传导率的比率之间的关系曲线图；图13(a)和13(b)分别示出在一种通过喷出气流对钢带进行热处理的热处理装置中的气体流动情况；图14示出在一种通过喷出气流对钢带进行热处理的热处理装置中，在冷却喷嘴之间形成上升气流的一个部分；图15(a)和15(b)分别示出本发明的一种通过喷出气流对钢带进行热处理的热处理装置的喷嘴周围的结构；图16示出在一种通过喷出气流对钢带进行热处理的热处理装置中喷嘴伸出高度h与喷嘴内径D之比对热传导率的影响曲线；图17示出在一种通过喷出气流对钢带进行热处理的热处理装置中不设开口的喷气管座与喷嘴之间的关系；图18示出在通过喷出气流对钢带进行热处理的热处理装置中当改变喷嘴伸出高度h时，气体流量密度与热传导率的比率之间的关系曲线；图19示出在一种普通的通过喷出气流对钢带进行热处理的热处理装置中支承辊和喷气装置的排列情况；图20示出在本发明的一种通过喷出气流对钢带进行热处理的热处理装置中支承辊和喷气装置的排列情况；图21是在一种通过喷出气流对钢带进行热处理的热处理装置中的支承辊的前进和后退机构以及加热和冷却机构的剖视图；图22(a)是在一种通过喷出气流对钢带进行热处理的热处理装置中的普通热交换器的设置图；图22(b)是在本发明的喷出气流对钢带进行热处理的热处理装置中热交换器的设置图；图23是在一种通过喷出气流对钢带进行热处理的热处理装置中冷却钢带时鼓风机功率之比率与喷出气体的温度之间的关系曲线图。
下面详细说明本发明。在这方面，本发明人已研究过各种情况以解决上述的问题。在本发明中，从喷嘴的制备、气体的排出、有效喷气长度比以及喷气温度方向解决了问题，下面陆续地加以说明。
首先考虑喷嘴的制备。为了确定最佳的喷嘴直径和喷嘴间距，进行了各种试验，并将试验结果互相比较。结果表明，由本发明人提出的由日本已审查专利公告No.2-16375规定的喷嘴直径和喷嘴间距是最有效的，即使提高气流速度也是如此。图1示出本发明所做的试验范围和日本已审查专利No.2-16375所做的试验范围。从图1可以看出，气体流量密度与热传导率之间的关系处于图中的直线上，即使在热传导率小于400千卡/m2·h·℃的范围内，如果气体的排出不出现问题的情况下也是如此。
气流冲撞物体时所出现的静点会降低热传导率，因此，人们熟知促进这种静点上的扰动是提高从喷嘴喷出的气体的热传导率的有效手段。例如，如图8(a)和8(b)所示，在日本未审查的实用新型公开No.61-40155公开的一种结构中，在喷嘴1中设置了挡流板3或螺旋线6，以促成一种紊流。
但是，为了安装上述日本未审查的实用新型公开No.61-40155中所述的交叉挡流板3，必须使喷嘴长度加长到足以将两个或三个挡流板安装在喷嘴内。因此，难以在工业上大量制造具有这种结构的喷嘴。如果在上述的喷嘴中装入螺旋线6，气体就要靠离心力来搅动和喷射。因此，这种结构也不是有效的。
如前所述，在气流的中心的扰动强度低，因此，为了有效地提高热传导率，必须增大气流中心的扰动强度。按照本发明，作为一种从工业的观点看可以容易投入应用的加强气流中心的扰动的手段，本发明人提出这样一种结构如图2所示，将挡流柱2或者挡流板3安装在喷嘴1前端的中央。由于采用上述的喷嘴结构，便形成紊流5，如图3(a)和3(b)所示，在该紊流内，在挡流柱2或挡流板3的后面形成一排涡流。因此，有可能在气流4的中央区形成紊流。在这方面，挡流柱2的横截面不限于圆形，而是可以做成多角形或其他形状。
第二，本发明人研究了排出从喷嘴喷出的气体的方法。如前所述，为了提高热传导率，可以提高喷到钢带上的气体的流速。换句话说，可以提高喷到钢带上的气流量。但是，如果气体排出不够快的话，喷到钢带上的气体便停留在钢带表面上，并与新喷到钢带上的气体发生干扰。结果，热传导率不能明显提高。在图1的曲线上，实线表示气体排出处于良好状态的实例，而虚线表示气体排出不良的实例。当气体的排出处于不良状态时，在空气流量的密度高于预定值的范围内，热传导率的增加减慢了。由于上述原因，为了有效地提高热传导率，十分重要的一点是要顺利地排出喷到钢带上的气体。为了解决上述问题，本发明人发现下列两种办法。
研究了气体与钢带碰撞后的气流，结果发现从喷嘴喷出的气流与钢带碰撞，并沿钢带的表面流动，然后与相邻喷嘴喷出的气流相碰撞，然后，沿着气体脱离钢带的方向流动。这种在喷嘴间出现的上升气流在图14的画阴影线的部分出现。这种上升气流的流速为喷嘴1喷出气流的流速的20～40％。
因此，按照本发明，设置一个排出气体的开口部分或空隙，其面积要足够大，以便在喷嘴喷出的气流与相邻喷嘴喷出的气流碰撞之后形成一种排出的上升气流。对于此，图11示出开口部分面积S1与喷嘴孔面积S2之间的关系。
如图13(a)所示，喷嘴1喷出的气流与钢带7碰撞之后，便在钢带7上流动，然后与相邻喷嘴喷出的气流相碰撞，并向上升起。如图13(a)所示，这种上升流在没有强制通风的情况下沿宽度方向流到钢带的端部，因此，这种上升气流不能充分地排出，而是在喷气管座8的表面上回流，并与喷嘴1喷出的气流混合。结果，当钢带必须进行冷却时，从喷嘴1喷出的气流的温度升高，而在钢带必须加热时，该气流的温度则降低。因此，不可能得到预定的加热或冷却的效能。由于气体停留在钢带7与喷气管座8之间，使钢带7上薄层状气流的流速降低。因此，在喷嘴1喷出的气流的碰撞部分周围的冷却能力下降。
在本发明的装置中，在喷气管座8之间设置了一个开口部分10，如图13(b)所示。上述的上升气流流入该开口部分10内。因此，从喷嘴1喷出的气流喷到钢带的表面，而很少受回流的上升气流的影响。这样，便可以有效地冷却或加热钢带。由于在钢带7与喷气管座8之间没有气体停留，气体可以沿钢带7顺利地流动，因此，可以减缓气体加热或冷却能力的降低。
图15示出本发明热处理装置的喷嘴周围结构的实施例。如图15(a)所示，喷嘴1是一种伸出的喷嘴，其前端比喷气管座8的前端部分更为凸出，因此，当气体从开口部分10排出时，可防止喷嘴1喷出的一部分气流不与钢带7碰撞就直接排出。在图15(b)所示实施例中，虽然喷嘴1的前端位于与喷气管座8之前端面的同一高度上，但是，喷气管座8的前端部的形状是逐渐变小的，这就是说，沿着气流方向的气道横截面积是逐渐减小的。因此，喷气管座8之间排气的入口部分逐渐减小。这样，就可保证面积最小的排气道的一部分是图15(a)所示那种情况的开口部分，也就可获得与图15(a)所示结构同样的效果。
下面将说明顺利排出气体的第二种排气方法。按照第一种排气方法，将气体通过喷气管座之间的开口部分释放到喷嘴后面去。但是，第一种排气方法的缺点在于，喷气管座被开口部分的空间分开成多个部分。因此，虽然第一种排气方法是理想的方法，但其设置成本却提高了。因此，按照第二种排气方法，去除了与喷嘴后侧连通的开口部分，并使喷嘴伸出一个合适的伸出高度。这就是说，当确保图17所示的喷嘴伸出高度h时，便可消除与喷出气体的干扰，并且没有停留的气体，因为排放气体的空间不在喷嘴的后面形成，而是沿平行于钢带的方向形成。上述的方法已由本发明人在日本已审查专利No.2-16375中提出。按照上述的日本已审查专利No.2-16375，规定从钢带至喷嘴前端的距离Z为不大于70mm，并规定喷嘴的伸出高度h不小于(100-Z)mm。但是，如前所述，上述的值是在假设热传导率的估算范围为α≤400千卡/m2·h·℃的前提下确定的。而这一次则对热传导率高于上述值的范围进行试验，并发现如下情况随着气体流量的增大，喷嘴伸出高度h不小于(100-Z)mm的限定是不够的，除非对估算值添加一项单位面积的气体流量密度w(m3/min·m2)，否则就不可能制定合适的估算基准。这就是说，本发明人发现，从物理观点来看，重要的问题是按照要喷入气体的量来确定排放气体的空间。
于是，本发明人进行了试验，在本试验中改变喷嘴伸出高度，并使加热过的钢带冷却，从而发现气体流量密度与热传导率的比率之间的关系。在此情况下，把确定热传导率为基准值时的热传导率的比率定义为热传导率的比率。图18示出上述的关系。按照图18，当喷嘴伸出高度为200mm时，热传导率的比率随气体流量密度的增加而大致成比例地增大。当喷嘴的伸出高度小时，热传导率比率的增加便从某一气体流量密度值受到抑制，并发生喷出气体停留和与新喷出气体干扰的情况。这在喷嘴伸出高度小且气体流量密度低的范围内更易发生。从上述的关系得到如下表达式W/4≤h式中W为气体流量密度(m3/min·m2)；h为所需的喷嘴伸出高度(mm)。
在这方面，关于气体流量密度W，当然要按最大的气体流量密度进行计算，以便有效地展现出本发明装置的全部功能。至于喷嘴伸出高度，可按上述的基础找到最小的伸出高度。但是，如果不必要地增加伸出高度h，就会增大喷嘴内的压力损失，并提高装置的制造成本。因此，最好选择必需的最小伸出高度。
第三，本发明人研究了有效喷气长度的比率。通常，在冷却的情况下，冷却速度定义为Δt/T(℃/sec)，其中，Δt(℃)是冷却温度差，T(sec)是冷却所需时间。在加热情况下，加热速度以同样的方式定义为冷却速度那样的形式。从冶金观点看，冷却速度和加热速度都是重要的。为了提高冷却速度和加热速度。本发明人设计出一种设备。在通过喷出气流进行热处理的热处理装置中，为了提高加热速度或冷却速度，就减小喷嘴与钢带间的间距，以便尽可能多地防止喷嘴喷出的气体流速的减小。因此，为了抑制钢带的翘曲和颤动，设置支承辊16、17按一定的间隔与钢带7相接触(如图19所示)，这样，就可纠正钢带的翘曲和颤动，并可减小喷嘴1与钢带7之间的间距。
但是，为了进行操作，上述的支承辊16、17处要分别设置辊子支承装置18、19，以便使支承辊16、17在作业过程中可以向前和退后。由于前面所述的原因，必需在装置中设置支承辊置入空间，并且不可将气体喷入这些空间内，这就是说，从热处理的观点看，上述的支承辊置入空间变成一种无用的区域。由于这些空间的存在，加热和冷却速度部分地降低，从冶金观点看，这是不利的。重要的是，要提高冶金学上的平均加热速度或平均冷却速度。为了提高这两个值，提高喷气空间的效率是有效的，尽可能地减小支承辊置入空间也是有效的。
在图19中，将实际喷出的气体的长度与喷气开始至喷气结束的长度L1之比率定义为有效喷气长度比率。在对钢带连续退火的连续退火装置的一般情况下，有效喷气长度比率约为80％。为了改善上述环境，本发明人研究了甚至在支承辊置入空间内进行加热或冷却的方法。图19中所示的支承辊置入空间分成两边，一边是辊子插入的一侧，另一边是与钢带相对的不设置辊子的一侧。如果在不设置辊子的一侧设置一个喷气装置的延伸部分22(见图20)时，便可将这一侧改变为喷气区域。在设置辊子的一侧，设置一个可使辊子16、17向前和后退的辊子支承装置。因此，在这一侧难以设置喷气装置。即使在这一侧设置喷气装置，也难以使喷气装置接近钢带。因此降低了效率。于是，本发明人设计了一种加热或冷却支承辊本身的装置，以便进行辊子的加热或辊子的冷却。由于上述原因，可以使通常对于加热和冷却是无用的区域的支承辊置入空间变得很小，并且，甚至在辊子置入空间内也可进行加热或冷却。由于上述的原因，就可提高平均加热或冷却的速度。
第四，本发明人研究了在冷却钢带的情况下的最佳喷气温度。一般而言，喷气温度降低时，倾向于减少鼓风机所需的功率。但是，如果喷气温度降低到低于预定值时，为了降低喷气温度，就要减小热交换器中致冷剂与喷气之间的温度差。因此，虽然热交换器中的压力损失增大，但是喷气温度并不降低那么多。结果，鼓风机所需功率反而增大。本发明人详细研究过喷气温度的问题，结果发现如下情况。最合适的喷气温度即鼓风机所需功率最小的那一点大约为60℃～200℃。本发明人还发现，上述的那一点随着热传导率、热处理装置入口处钢带温度、热处理装置出口处钢带温度和热交换器所用致冷剂的温度而波动。本发明人还详细研究了热传导率高的范围。研究结果发现，在热传导率高的范围内，与一般的热传导率低的范围相比，其最合适的点移向低喷气温度一边，而且喷气温度显著影响鼓风机所需功率(如图23所示)。
因此，本发明人研究了有效地降低喷气温度的方法。在一种使钢带冷却的热处理装置中，使用一种非氧化性气体循环并且喷在钢带上时，通常使用一种用水作为致冷剂的热交换器来冷却气体。从防止鼓风机发热的观点考虑，热交换器一般设置在鼓风机的入口侧，在此情况下，为了降低喷气温度，可增大热交换器的容量。但是，如果致冷剂与气体之间的温度差减小，就会降低热交换效率，并且当气体在热交换器中流动时就会增大压力损失。然而，无论压力损失是否增大，喷气温度都不降低。结果，如图23所示，当喷气温度降低太多时，鼓风机所需功率反而增大了。因此，本发明人的目标在于，在采用鼓风机增大喷气压力的情况下提高喷气温度。根据这一点，本发明人设计出一种将热交换器设置在鼓风机输出侧的装置，这就是说，不是在鼓风机的入口侧安装多个热交换器，而且在鼓风机的输出侧安装多个热交换器，由于上述原因，便可增大气体与致冷剂间的温度差，从而可提高热交换的效率。采用上述的装置后，即使在同样的热传导率(α)的情况下，也可以用低于普通装置的鼓风机功率获得同样的喷气温度。特别是在进一步增大鼓风机的压力从而可提高喷到钢带上的喷气速度时，效果更加显著，因为鼓风机的气体温度显著提高了。
实例下面陆续地说明几个实例。第一，下面说明一种固定到喷嘴上的挡流板，研究了图2(a)和2(b)所示的单一喷嘴的导热特性，图2(a)所示的单一喷嘴上固定一个挡流柱2，图2(b)所示的单一喷嘴上固定一个挡流板3。在此情况下，用空气作为一种冷却剂。设定喷嘴直径为10.5mm；从喷嘴喷出的空气流速为150m/s；从喷嘴前端至待冷却物体之间的距离为50mm。
研究了其前端固定有上述挡流柱的喷嘴在冷却高温下的钢板时的喷嘴特性。研究结果示于图4，从图中可看出，在喷嘴中心下方的中间位置上热传导率有所提高。
关于挡流柱，在图5示出在上述冷却条件下挡流柱的投影面积与喷嘴的横截面积之比。可以看出，如果挡流柱的投影面积与喷嘴横截面积之比不小于3％，便可获得提高热传导率的效果。当挡流柱的投影面积与喷嘴横截面积之比大于12％时，由于安装挡流柱造成的喷嘴前端的压力损失增大，因此应增大鼓风机所需功率。所以，挡流柱的投影面积与喷嘴横截面积之比大于12％的结构是不经济的。根据上述理由，确定挡流柱的投影面积与喷嘴横截面积之比为3～12％。
同理，关于挡流板(其厚度小于喷嘴横截面积的3％)，研究了挡流板沿喷嘴轴向方向的长度。研究结果表明，当挡流板的长度不小于喷嘴直径50％时，可提高热传导率。关于挡流板的厚度，当该厚度不小于3％时，由于上述的沿喷嘴轴向的挡流板长度，使喷气的压力损失比上述的挡流柱大，所以，为了减少鼓风机所需功率，最好使挡流板的厚度小于3％。
第二，下面说明排出从喷嘴顺利喷出的气体的排气方法实例。图9是本发明的热处理装置的剖视图。安装着多个对着沿箭头方向运行的钢带7而伸出的喷嘴1。从该喷嘴1向着钢带7喷出气流，对钢带7进行热处理。在此情况下，当喷出气体被加热时，该热处理装置用作加热装置，而当喷出气体被冷却时，该热处理装置用作冷却装置。为了防止钢带氧化，在许多情况下，使热处理室充满氢与氮混合的非氧化气氛。但是，即使用例如空气作为气体时，也能得到同样的效果。图9中的许多箭头代表气流。
从鼓风机9连续地供气。然后通过一种气体分配器(未示出)将气体送入分开的喷气管座8，从喷嘴1喷出并已与钢带7碰撞的气流将钢带7的热量带走。然后气流返回，并从开口10排出。这就是说，气体被排到喷嘴1的相对于钢带7的后侧。排出的气体通过吸气管座11被再次送入鼓风机9。通过该鼓风机9使气体增压，然后再进入循环。
虽然在图9未示出，但在鼓风机9的前面或后面设置了一种加热或冷却气体的装置。在图9所示的装置中，只有通过开口10的气体通过吸气管座11再进入循环，但是，也可以不设置吸气管座11而从热处理室的一部分吸取气体。在此情况下，从每个喷嘴1喷出的气流与钢带相碰撞，然后仅在返回的气流形成的上升流的力的作用下通过开口部分。在图9中，喷气管座8的横截面是矩形的，但是，为了制造方便，喷气管座8的横截面也可以是圆形的、椭圆形的或多角形的，或者，喷气管座8的横截面可以是一种复合形状。
图10是喷嘴1和喷气管座8排列的视图，该视图是从钢带7这一边看去的。如图10(a)所示，喷嘴1可以按锯齿式排列。而且，如图10(b)所示，多组喷嘴1可按锯齿式排列，其中，每组喷嘴1含有3～7排喷嘴1。如果为每一排喷嘴设置一个喷气管座8，装置的成本便提高。但是，如图10(c)所示，当为几排喷嘴设置一个喷气管座8时，就可以减少开口10的数目。可是在此情况下，气体有可能不能完全排出，因此，必需按照开口部分的面积调节喷嘴的伸出高度。
使用图9和10所示的本发明的热处理装置时，厚度为1.0mm的钢带7被喷出的用作冷却剂的氮和氢混合的气流冷却之。在此情况下，冷却喷嘴伸出高度设定为20mm。图12示出在恒定的鼓风机功率的条件下改变开口部分的面积与喷嘴开口面积之比时的热传导率的比率。表1示出喷嘴直径、喷嘴间距等参数。图12的曲线通过沿钢带宽度方向的平均热传导率来评价冷却钢带的能力。图中示出比较实例在开口部分10的面积与喷嘴开口面积之比为0、3.4和17.3各点的结果。在此情况下，当面积比为0时，所有开口部分10封闭。图中示出本实例的结果处于从开口部分面积与喷嘴开口面积之比为5.8的点至开口部分面积与喷嘴开口面积之比为15.7的点的范围内。在从面积比为5的点至面积比为17的点的范围内，本实例的热传导率之比率高于比较实例的热传导率之比率。这就是说，当开口部分面积与喷嘴开口面积之比为5～17时，通过喷出的气流冷却钢带的能力提高。
表1
喷嘴1的伸出高度h最好不大于喷嘴内径D的5倍。理由是，当喷嘴1的伸出高度h超过喷嘴内径D的5倍时热传导率的比率明显降低(如图16所示)。据认为，上述的热传导率的比率明显降低的原因在于，当喷嘴伸出高度大时，在上升气流到达喷气管座8之间的开口部分之前气体流速便已明显降低，从而使气体排出变得困难了。
下面说明一个不设置喷气管座的开口部分并将喷嘴伸出高度h规定在一个合适值的情况下排出气体的实例。该实例示于图17。在这种结构中，喷嘴1之间不设置开口，将喷气管座8做成盒状的喷气管座，在其中设置一定数目的喷嘴。在这方面，关于喷嘴前端与钢带7之间的距离Z，正如日本已审查专利No.2-16375所公开的那样，规定该距离Z值不大于70mm。
下面参看图17来说明气体流14。一股气流从喷嘴1喷出后，与钢带7碰撞，然后沿着钢带7流动。在一个短时间内，该气流与邻近喷嘴喷出的气流相碰撞。因此，该气流沿着与喷嘴喷出气流的方向相反的方向流动，也就是说，该气流从钢带7向着喷气管座8的方向流动。然后，该气流与喷气管座碰撞并沿着喷气管座流动。在一个短时间内，该气流通过一个介于喷气管座8与钢带7之间的区域并向外排出。此时，如果气体流量密度低，沿喷气管座流动的气流就在喷嘴伸出高度h区域内流动。但是，如果气体的流量密度增大，上述区域就不够大了，所以，已与钢带碰撞过的气流流入钢带7与喷嘴1前端之间的区域内。在此情况下，已与钢带碰撞过一次的气流便被卷入从喷嘴喷出的气流内。例如，在钢带冷却时，从喷嘴喷出的气流是冷却过的，但是，当已与钢带碰撞的高温气流被卷入从喷嘴喷出的气流内时，与钢带碰撞的气流的温度便升高，从而降低其冷却效率。在这方面，关于喷气管座，如果确定喷嘴的伸出高度h不小于一个预定值，便能顺利地排出气体。但是，可以将喷气管座适当地分开，以便在分开的喷气管座之间形成空间，使气体通过这种空间排出。特别是当钢带的宽度大，或者喷气管座沿纵向的长度大时，也就是说喷气管座的尺寸大时，将喷气管座分隔是有效的。
第三，下面说明提高有效喷气长度的比率的实例。图19示出普通的采用喷出气流进行热处理的热处理装置。在这种装置中，使钢带7与喷嘴1彼此靠近，从而可提高气流的效率。为了防止喷嘴在钢带颤动或翘曲时与钢带相接触，由左支承辊16和右支承辊17交替地压着钢带。但是，在左支承辊置入空间23和右支承辊置入空间24不喷入气体。因此，虽然在L1的范围内进行冷却或加热，但是，在L1范围内包含着不进行冷却或加热的无用部分，结果，不可能获得高的冷却或加热的效率。也就是说，普通的热处理装置处于有效喷气长度的比率小的状态中。
下面参看图20来说明本发明的实例。在图20所示的装置中，在与钢带7的支承辊相对一侧设置一个喷气装置延伸部分22。由于采用这种结构，便缩短从开始喷气位置至结束喷气位置的长度L2。图19的实际喷气长度与图20的实际喷气长度是相同的，但是，长度L1与长度L2相比较，长度L2小于长度L1，这就是说，增大了有效喷气长度的比率。在此情况下，加热或冷却所需的时间缩短了(L1-L2)/V秒，式中，V(m/s)是钢带7的移动速度。关于加热或冷却速率，有可能按照上述方法提高加热或冷却效率。在这方面，如果将本发明应用于连续退火钢带的实际连续退火装置中，其有效喷气长度的比率就从82％提高到90％。
如前所述，当加热或冷却支承辊时，可以提高加热或冷却的能力，从而进一步提高加热或冷却的速率。但是，如前所述，在支承辊直接与钢带接触以进行加热或冷却的热处理装置中，由于通常难以使支承辊与钢带均匀地接触，所以该热处理装置就存在钢带温度不均匀的缺点。但是，根据本发明人所做的一项试验，支承辊的直径通常不大于300mm，这就是说，支承辊的直径一般是小的，所以，支承辊的表面压力高于通常用于加热或冷却的直径为1000mm的辊子的表面压力，这里所述的表面压力就是钢带压在辊子上的压力。因此，可认为不会引起加热或冷却时温度不均匀的问题。
图21示出右支承辊部分的剖视图。在这方面，由于左支承辊部分的结构与右支承辊部分相同，故在此只说明右支承辊。在本实例中，支承辊是一种水冷却辊。如图21所示，右支承辊17设置在热处理室壁13的两侧壁之间，并由可在侧壁上沿纵向滑动的轴承26转动地支承着。在此情况下，喷气管座和喷嘴被安置在钢带7左边的空间内(为简化起见，图中未示出喷气管座和喷嘴)，内部做成套筒结构的右支承辊的一端与可使支承辊转动的马达27相连接。另一方面，安装在相对一侧的轴承26具有一个转动连接件，该连接件与供水管28和排出管29相连接，在此情况下，轴承26安装成可以滑动。因此，可通过一个马达使轴承26前进和后退，以便通过功率传输轴31和分配器32使支承辊移动。
采用上述结构，可通过供水管28向右支承辊17供入冷却水，并通过排出管29将废水向外排出。在这里，支承辊是用作冷却的辊子，但是，如果采用加热的流体，也可以将支承辊用作加热辊。即使在冷却的情况下，也可以用其他流体而不用水。而且，在加热的情况下，也可以不用流体，而是对支承辊供电，所以，支承辊可用作一种电加热辊。可以通过控制供入流体的温度或量或者通过控制供给辊子的电流来控制加热或冷却的能力。
第四，下面说明有效地降低喷气温度的实例。图22(a)示出一种普通的以非氧化气体进入循环并以非氧化气流喷在钢带上使钢带冷却的热处理装置的实例。在图22(a)中，标号7表示待冷却的钢带。该钢带7在热处理室壁13内的非氧化气体(未示出)中冷却。标号9是一种用于吸取和喷入热处理室内的非氧化气体的鼓风机。在管道34的中部，安装一个用于冷却气体的热交换器35，由热交换器35冷却的气体由鼓风机9增压，如此增压的气体通过管道34被再次引入热处理室内并通过喷气管座8和喷嘴1喷到钢带7上，使钢带7快速冷却。关于热交换器35的位置，按照普通的结构，为了保护鼓风机9使之不受热，在热处理室内的气体被热交换器冷却后才由鼓风机9吸取。这就是说，热交换器安装在鼓风机的入口侧。在普通热处理装置中，估计冷却钢带的热传导率的范围小，所以，喷嘴端部的流速不高。因此，鼓风机不需要高的增压，在鼓风机中气体温度的升高不多。由于上述原因，在实际应用中不会有问题。但是，当冷却钢带要提高热传导率时，就必需提高喷嘴端部的流速，并要求鼓风机有高的增压。因此，不可忽视增压过程中引起的温度升高。结果，只有在鼓风机9的后面也安装热交换器35(见图22(b))时，才能提高冷却效率，这就是说，在鼓风机9的出口侧也安装热交换器35时，可以提高冷却效率。这就是说，如果设定周围气体温度的降低量为恒定值时，可以使图22(b)所示结构的热交换器的容量小于图22(a)所示结构的热交换器的容量。结果，减少了热交换器中的压力损失，并可使鼓风机的容量小些。就此而论，在图22(b)所示结构中，在鼓风机前面和后面都安装热交换器。但是，如果从耐热的观点考虑在鼓风机中不会有什么问题的话，在鼓风机入口侧也可以不安装热交换器，而仅在鼓风机出口侧安装热交换器。
工业上的应用按照本发明，在通过对钢带喷出气流来加热、冷却、或干燥钢带的热处理装置中，可以通过促进气流中央的紊流来提高热传导率，也可以顺利地排出喷到钢带上的气体，并可以防止所述排出气体与新喷到钢带上的气体的互相干扰。由于上述原因，可提高热传导率。
按照本发明，在通过对钢带喷出气流而加热、冷却或干燥钢带的热处理装置中，可以缩短左、右支承辊的置入空间内的无用运行区段的长度，也就是说，可以缩短不对钢带产生加热、冷却或干燥的区段的长度，因此，可减小热处理装置的总长度。由于上述原因，可以减少加热、冷却或干燥钢带的时间，从而可提高加热、冷却或干燥钢带的加热效率、冷却效率或干燥效率。而且，冷却气体用的热交换器安装在压气机(例如鼓风机)的输出侧，因此，可以有效地降低喷出气流的温度，结果可提高冷却效率，并减少压气机(例如鼓风机)所需的功率。
因此，可以在不设置过大容量的鼓风机或导管的情况下保证获得从冶金学观点上所要求的加热或冷却速度，而且，可以缩短热处理装置的长度，因此，可使装置做得紧凑，并使其鼓风机的功率强度明显低于普通装置的鼓风机的功率强度。因此，从降低运行成本的观点考虑，可以产生大的效益。而且，按照本发明的冷却系统，钢带是在不会出现温度不均匀的问题并且不会出现型面损坏和表面氧化问题的情况下进行冷却的，而上述问题在普通的热传导率α≥400千卡/m2·h·℃的冷却系统中进行辊子冷却时是会出现的。因此，本发明可以提高钢带的质量，并且无需设置去除氧化皮的酸洗装置，从而简化了设备。
权利要求
1．一种热处理装置，通过对钢带喷出气流以加热、冷却或干燥钢带而对钢带进行热处理，包括一种固定在喷出气流的喷嘴之前端的挡流柱，其中，该挡流柱和投影面积确定为喷嘴横截面积的3～12％。
2．一种热处理装置，通过对钢带喷出气流以加热、冷却或干燥钢带而对钢带进行热处理，包括一种固定在喷出气流的喷嘴之前端的挡流板，其中该挡流板的投影面积确定为小于喷嘴横截面积之3％，它的沿喷嘴轴线的长度确定为不小于喷嘴直径之50％。
3．一种热处理装置，通过对钢带喷出气流以加热、冷却或干燥钢带而对钢带进行热处理，包括多个喷嘴；多个用来固定多个喷嘴并对喷嘴供气的喷气管座；和一个用来将气体分配到多个喷气管座的气体分配器，其中在上述喷气管座之间设有作为排气口的开口或空隙，该开口的面积为喷嘴口面积的5～17倍。
4．根据权利要求3的通过喷出气流对钢带进行热处理的热处理装置，其特征在于，所述喷嘴是一种从喷气管座之前端伸出的喷嘴。
5．根据权利要求3的通过喷出气流对钢带进行热处理的热处理装置，其特征在于，上述喷嘴的伸出高度不大于喷嘴内径的5倍。
6．根据权利要求3的通过喷出气流对钢带进行热处理的热处理装置，其特征在于，上述喷气管座之前端的形状按照气体通道横截面沿喷出气流的方向逐渐减小的方式呈锥形。上述喷嘴之前端不是从喷气管座之前端面上伸出的。
7．一种热处理装置，通过对钢带喷出气流以加热、冷却或干燥钢带而对钢带进行热处理，其特征在于，从钢带至喷嘴前端的距离Z确定为不大于70mm，并且满足下列不等式W/4≤h，式中，h为喷嘴从对喷嘴供气的喷气管座伸出的高度，mm,W为喷在单位面积上的气体流量或气体流量密度，m3/min·m2。
8．一种热处理装置，通过对钢带喷出气流以加热、冷却或干燥钢带而对钢带进行热处理的热处理装置，其特征在于，在安装喷出气流的喷嘴的喷气空间内设置一个将支承辊沿钢带行进方向按规则间隔交替排列以防止钢带颤动的辊子置入空间；而在与钢带的支承辊置入侧相对的一侧的辊子置入空间内设置喷出气流的喷嘴。
9．一种热处理装置，通过对钢带喷出气流以加热、冷却或干燥钢带而对钢带进行热处理，其特征在于，在安装喷出气流的喷嘴的喷气空间内设置一个将支承辊沿钢带行进方向按规则间隔交替地排列以防止钢带颤动的辊子置入空间，在冷却钢带的情况下，上述支承辊被冷却，而在加热或干燥钢带的情况下，上述支承辊被加热。
10．一种热处理装置，通过对钢带环流和喷出非氧化性气体使钢带在气流中冷却而对钢带进行热处理，其特征在于，至少在鼓风机之类的压气机之出口侧设置一个用于冷却气体的热交换器。
全文摘要
一种热处理装置,通过对钢带喷出气流而加热、冷却或干燥钢带,包括一个设置在喷出气流的喷嘴之前端的挡流柱或一个设置在喷出气流的喷嘴之前端的挡流板,上述挡流柱的投影面积为喷嘴横截面积之3～12%,而上述挡流板的投影面积为小于喷嘴横截面积的3%,该挡流板在喷嘴内沿喷嘴轴线方向的长度至少为喷嘴直径的50%。
文档编号C21D1/62GK1219206SQ9880027
公开日1999年6月9日 申请日期1998年3月13日 优先权日1997年3月14日
发明者川村浩久, 柳乐纪元, 白神睦雄, 林顺一, 芹泽良洋, 岛田政则, 和气浩一, 若林久干, 大串圭二 申请人:新日本制铁株式会社