本發明涉及冷軋帶鋼連續熱處理領域，尤其涉及一種立式帶鋼熱處理裝置和方法。

背景技術：

目前中高端冷軋帶鋼產品一般采用立式連續退火爐，爐內氣氛為N2和H2混合保護氣。圖1為現有的典型連續熱處理爐示意圖。熱處理工藝段按帶鋼1運行方向從左到右主要由預熱段2、加熱段3、均熱段4、緩冷段5、快冷段6、過時效段7、終冷段8等組成。其中，預熱段有直接火焰加熱和煙氣預熱兩種方式；加熱段基本上采用N2和H2混合保護氣下輻射管輻射加熱方式；均熱段有輻射管輻射均熱或電阻輻射均熱兩種；緩冷段通常采用低速的保護氣噴氣冷卻；快冷段有水淬、水霧冷卻和高速噴氣冷卻等方式；過時效段利用電阻輻射進行輻射補熱和保溫；終冷段冷卻方式主要為水噴淋冷卻。

上述的工藝路徑中主要存在如下缺點：

1)預熱段采用直接火焰加熱或者煙氣預熱，由于燃燒產物和帶鋼表面直接接觸換熱，一方面會造成帶鋼表面氧化，另一方面燃燒產物中污物容易沉積在帶鋼表面，此外由于后續加熱段是保護氣環境，因此要防止預熱段的氣氛滲入后續加熱段，預熱段和后續加熱段間的密封要求很高。

2)輻射加熱區主要通過輻射管的輻射熱加熱帶鋼，加熱速度慢，加熱時間長，需要占用很長的爐子段；而且由于受到加熱元件結構、布置方式和設備安全等因素影響，加熱均勻性差；

3)快速冷卻區采用水淬或者水霧等濕式冷卻，難以控制板形，而且后續還需要帶鋼表面清洗工序，否則會影響帶鋼表面質量。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種立式帶鋼噴氣熱處理裝置及方法，在熱處理過程中，帶鋼一直處于保護氣氛中，帶鋼僅與保護氣進行直接熱交換。在加熱段和均熱段，利用輻射管加熱混合保護氣后，再用噴嘴將加熱后的混合保護氣噴吹到帶鋼表面實現對帶鋼的加熱，既能實現均勻的熱交換，又能避免光亮度高的帶鋼對輻射熱吸收效率低的缺陷，另外，用混合保護氣與輻射管排放的熱煙氣換熱后再用于預熱段和過時效段的加熱作業，既節約了能源，又避免了帶鋼在預熱段的表面氧化和污物堆積，并充分利用了輻射管的煙氣余熱，在保證帶鋼表面質量情況下實現快速、均勻高效地加熱和冷卻帶鋼，節能減排，減少爐子長度，在連續退火以及熱鍍鋅機組都有廣闊的推廣前景。

本發明是這樣實現的：一種立式帶鋼噴氣熱處理裝置，爐體內按帶鋼運行方向順次布置預熱段、加熱段、均熱段、緩冷段、快冷段、過時效段和終冷段，所述預熱段、加熱段、均熱段、緩冷段、快冷段、過時效段和終冷段，均充滿保護氣，帶鋼僅與保護氣進行直接熱交換，相鄰兩段內的保護氣用氣密裝置隔絕。

所述的預熱段、加熱段、均熱段、緩冷段、快冷段、過時效段和終冷段內，在帶鋼的周圍都均布設置有噴氣風箱，所述噴氣風箱的噴氣孔面向帶鋼噴保護氣實現對帶鋼的換熱。

所述加熱段和均熱段中設置有循環風機和換熱室，帶鋼在爐膛中運行；所述換熱室內設置有輻射管，輻射管對保護氣加熱；由循環風機將換熱室、噴氣風箱和帶鋼周圍的保護氣串聯成為循環氣路；保護氣的運動路徑為換熱室->噴氣風箱->帶鋼周圍的保護氣->循環風機->換熱室。

所述預熱段2和過時效段7各自配有循環風機10和氣氣換熱器13，循環風機10帶動保護氣循環，保護氣循環路徑為氣氣換熱器13->噴氣風箱9->帶鋼1周圍的保護氣->循環風機10->氣氣換熱器13，所述氣氣換熱器13的換熱介質進口通過管路與輻射管11的排煙口連通，氣氣換熱器13的換熱介質出口通過管路與廢氣排放管路14連通。

所述緩冷段、快冷段和終冷段各自配有氣水換熱器，氣水換熱器利用循環的冷卻水對循環氣路中的氣體進行冷卻；冷卻后的保護氣經噴氣風箱后噴出冷氣流對帶鋼進行噴射冷卻。

一種立式帶鋼噴氣熱處理方法，在帶鋼進行熱處理的過程中順序經過預熱段、加熱段、均熱段、緩冷段、快冷段、過時效段和終冷段，在熱處理過程中使帶鋼始終僅與保護氣進行直接熱交換；在加熱段和均熱段中，用輻射管加熱保護氣，再用加熱后的混合保護氣噴向帶鋼的表面，實現對帶鋼的加熱，輻射管排放的煙氣的余熱通過氣氣換熱器與保護氣換熱后用于預熱段和過時效段的加熱；緩冷段、快冷段和終冷段內的保護氣通過氣水換熱器利用循環的冷卻水冷卻后對帶鋼進行冷卻。

本發明立式帶鋼噴氣熱處理裝置及方法利用輻射管加熱混合保護氣后，再通過噴嘴將加熱后的混合保護氣噴吹到帶鋼表面實現對帶鋼的加熱，由于氣體噴嘴相對于帶鋼尺寸要小得多，能夠合理布置噴嘴，保證熱保護氣能從噴嘴噴出后均勻地沖擊帶鋼表面，既能實現均勻的熱交換，又能避免黑度低的帶鋼對熱輻射吸收效率低的缺陷，實現了對高品質帶鋼的快速、均勻加熱；另外，用混合保護氣與輻射管排放的熱煙氣再換熱后用于預熱段和過時效段的加熱作業，既節約了能源，又避免了帶鋼在預熱段的表面氧化和污物堆積，提高了帶鋼的質量；

此外，在本發明中，緩冷段、快冷段、終冷段中采用噴氣冷卻，冷卻介質是氮氫混合保護氣氛。在緩冷段和終冷段，由于冷卻速度要求不高，噴氣冷卻能很經濟地實現工藝要求，在快冷段，采用高速噴氣冷卻的換熱系數能達到800W/m².K，冷卻速度也可實現100℃/s（1mm厚鋼板），從工藝的角度已經能夠滿足生產高強鋼等產品的需要，并能避免水冷對板形質量的影響；

總的來說，本立式帶鋼噴氣熱處理裝置及方法使帶鋼始終處于混合保護氣氛中，并充分利用了輻射管的煙氣余熱，在保證帶鋼表面質量情況下實現快速、均勻高效地加熱和冷卻帶鋼，節能減排，減少爐子長度，在連續退火以及熱鍍鋅機組都有廣闊的推廣前景。

附圖說明

圖1為現有的典型連續熱處理爐示意圖；

圖2為本發明立式帶鋼噴氣熱處理裝置的結構示意圖；

圖3為本發明立式帶鋼噴氣熱處理裝置介質工藝流程示意圖；

圖4為本發明中加熱段和均熱段的保護氣循環示意圖；

圖5為本發明中預熱段和過時效段的保護氣循環示意圖；

圖6為本發明中緩冷段、快冷段和終冷段的保護氣循環示意圖。

圖中：1帶鋼、2預熱段、3加熱段、4均熱段、5緩冷段、6快冷段、7過時效段、8終冷段、9噴氣風箱、10循環風機、11輻射管、12高溫煙氣支管、13氣氣換熱器、14廢氣排放管路、15流量調節閥、16氣水換熱器、17爐體、18換熱室、19爐膛、20排煙閥、21冷風支路、22煙囪。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明表述的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。

實施例1

如圖2、3所示，一種立式帶鋼噴氣熱處理裝置，爐體17內按帶鋼1運行方向順次布置預熱段2、加熱段3、均熱段4、緩冷段5、快冷段6、過時效段7和終冷段8，所述預熱段2、加熱段3、均熱段4、緩冷段5、快冷段6、過時效段7和終冷段8，均充滿保護氣，帶鋼1僅與保護氣進行直接熱交換，相鄰兩段之間的保護氣用氣密裝置隔絕；在本發明中，所述的保護氣為N₂和H₂的混合保護氣。

本發明中實現保護氣對帶鋼1的換熱的方式為，所述的預熱段2、加熱段3、均熱段4、緩冷段5、快冷段6、過時效段7和終冷段8內，在帶鋼1的周圍都均布設置有噴氣風箱9，所述噴氣風箱9的噴氣孔面向帶鋼1噴保護氣實現對帶鋼1的換熱。

本發明實施例中的熱處理采用的是輻射管加熱的方式，如圖4所示，所述加熱段3和均熱段4中設置有循環風機10和換熱室18，帶鋼1在爐膛19中運行；所述換熱室18內設置有輻射管11，輻射管11對保護氣加熱；由循環風機10將換熱室18、噴氣風箱9和帶鋼1周圍的保護氣串聯成為循環氣路；保護氣的運動路徑為換熱室18->噴氣風箱9->帶鋼1周圍的保護氣->循環風機10->換熱室18。

由于噴氣風箱9上的氣體噴嘴相對于帶鋼1的尺寸要小得多，因此能夠合理布置噴嘴，保證換熱氣流能夠均勻的沖擊帶鋼表面，完成熱交換；另一方面，對于加熱段3、均熱段4內的氣流加熱而言，沖擊對流換熱的效率不受帶鋼1表面性質影響；單純使用輻射管11直接對帶鋼1輻射加熱的方式，輻射換熱會受到輻射管大小限制，不可能均勻加熱帶鋼，此外輻射換熱強度與帶鋼1表面黑度成正比，越是光亮退火、少氧化退火中，鋼帶1表面黑度就越低，因此在高品質帶鋼熱處理時，輻射加熱的方式熱效率很低；而本發明中，利用噴氣加熱不但能夠均勻加熱帶鋼，還能提高加熱速度和加熱效率。

對于沒有配備直接加熱設備的預熱段和過時效段，如圖5所示，采用利用輻射管11排放出的煙氣的余熱實現加熱的目的，所述預熱段2和過時效段7各自配有循環風機10和氣氣換熱器13，預熱段2和過時效段7同樣在帶鋼1的周圍都均布設置有噴氣風箱9，帶鋼1穿過爐膛19時由噴氣風箱9噴吹加熱；氣氣換熱器13的換熱介質進口通過高溫煙氣管路與輻射管11的排煙口連通，氣氣換熱器13的換熱介質出口通過管路與廢氣排放管路14連通；循環風機10帶動保護氣循環流動通過氣氣換熱器13換熱加熱，保護氣的流動路徑為：噴氣風箱9->帶鋼1周圍的保護氣->循環風機10->氣氣換熱器13->噴氣風箱9。

另外，在本實施例中，所述預熱段2和過時效段7的煙氣排出匯總管上都設置有流量調節閥15，流量調節閥15的作用分別為根據預熱段2和過時效段7的工藝和溫度需要進行控制輻射管11排放出的高溫熱煙氣的分配流向；

本發明中的冷卻采用對保護氣水冷換熱的方式，如圖6所示，所述緩冷段5、快冷段6和終冷段8內設置有循環風機10，緩冷段5、快冷段6和終冷段8內同樣在帶鋼1的周圍都均布設置有噴氣風箱9，帶鋼1穿過爐膛19時由噴氣風箱9噴吹冷卻；緩冷段5、快冷段6和終冷段8各自配置有氣水換熱器16，氣水換熱器16用循環冷卻水作為冷源，循環風機10帶動保護氣循環流動通過氣水換熱器16換熱冷卻，保護氣的流動路徑為：噴氣風箱9->帶鋼1周圍的保護氣->循環風機10->氣水換熱器16->噴氣風箱9；

此外，所述的廢氣排放管路14由經高溫煙氣支管12與高溫煙氣總管連通到輻射管11的排煙口，所述高溫煙氣支管12上設置有排煙閥20，高溫煙氣總管另外還有兩路連接到氣氣換熱器13換熱介質進口的支管路，高溫煙氣的分配由排煙閥20配合流量調節閥15進行控制；廢氣排放管路14上并聯有冷風支路21，冷風支路21用來給排出的煙氣摻冷風，控制煙氣排放溫度，廢氣排放管路14通過排放風機連通到煙囪22最終將廢氣排放。

一種立式帶鋼噴氣熱處理方法，在帶鋼1進行熱處理的過程中順序經過預熱段2、加熱段3、均熱段4、緩冷段5、快冷段6、過時效段7和終冷段8，在熱處理過程中使帶鋼始終僅與保護氣進行直接熱交換；在加熱段3和均熱段4中，用輻射管11加熱保護氣，再用加熱后的混合保護氣噴向帶鋼1的表面，實現對帶鋼1的加熱，輻射管11排放煙氣的余熱通過氣氣換熱器與保護氣換熱后用于預熱段2和過時效段7的加熱；緩冷段5、快冷段6和終冷段8內的保護氣通過氣水換熱器16利用循環的冷卻水冷卻后對帶鋼1進行冷卻。

氣氣換熱器介質工藝流程：所述預熱段和過時效段內設有換熱室，氣氣換熱器置于換熱室內；保護氣加熱帶鋼后由循環風機引出到換熱室，在這里通過氣氣換熱器和來自所述加熱段和均熱段的輻射管的燃燒后高溫煙氣換熱后經噴氣風箱噴出，利用噴氣風箱噴出的熱氣流對帶鋼沖擊加熱。來自所述加熱段和均熱段的輻射管的燃燒后高溫煙氣從輻射管出來后匯總到高溫煙氣總管，然后再分為支路通到所述預熱段和過時效段內的氣氣換熱器的熱煙氣入口，流過氣氣換熱器的換熱管內部與換熱管外部的循環保護氣換熱后從氣氣換熱器的冷煙氣出口排出，最后通過廢氣排放管路和煙囪排出。

煙氣流程：輻射管的排煙口->高溫煙氣總管->氣氣換熱器熱煙氣入口->氣氣換熱器的換熱管內部->氣氣換熱器的冷煙氣出口->廢氣排放管路和煙囪；

保護氣流程：換熱室->噴氣風箱->帶鋼周圍的保護氣->循環風機->換熱室；

所述緩冷段、快冷段和終冷段內的氣水換熱器采用循環冷卻水作為冷源，對爐膛內的保護氣進行循環冷卻，以降低帶鋼的溫度。

氣水換熱器介質工藝流程：所述緩冷段、快冷段和終冷段內設有換熱室，氣水換熱器置于換熱室內；保護氣冷卻帶鋼后由循環風機引出到換熱室，在這里通過氣水換熱器和循環冷卻水換熱后經噴氣風箱噴出，利用噴氣風箱噴出的冷氣流對帶鋼沖擊冷卻。來自冷卻水總管的冷卻水分別通到所述緩冷段、快冷段和終冷段的氣水換熱器的冷循環水水入口，流過氣水換熱器的水管內部與水管外部的循環保護氣換熱后從氣水換熱器的熱冷卻水出口排出，最后匯總通向循環水回水管。

冷卻水流程：冷卻水總管->氣水換熱器的冷循環水入口->氣水換熱器水管內部->氣水換熱器的熱循環水出口->循環水回水管；

保護氣流程：換熱室->噴氣風箱->帶鋼周圍的保護氣->循環風機->換熱室。