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CN107532227A - 反应控制的方法和装置 - Google Patents

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CN107532227A
CN107532227A CN201680023760.1A CN201680023760A CN107532227A CN 107532227 A CN107532227 A CN 107532227A CN 201680023760 A CN201680023760 A CN 201680023760A CN 107532227 A CN107532227 A CN 107532227A
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stove
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Abstract

本发明涉及对板材(5)进行退火的炉(1)，包括第一段(2)，第二垂直段(3)和第三段(4)，所述第二段(3)包括提供氧化介质的开口(10)，一个开口(10)面对所述板材(5)的每个侧面，其中所述第二段(3)进一步包括用于单独地控制所述板材(5)每个侧面上的所述氧化介质流量的装置，所述第二段(3)位于独特壳体内并用密封设备(11)与所述第一段(2)和所述第三段(4)分开，以及所述第二段(3)包括用于提取未被所述板材(5)消耗的所述氧化介质的提取开口(12)。

Description

反应控制的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于控制在连续镀覆(galvanizing)或退火生产线上运输的钢板材上的表面反应的装置和方法。
背景技术
高强度钢等级通常包含高含量的元素如硅，锰和铬(通常分别为0.5wt％～2wt％，1.5wt％～6wt％，0.3wt％～1wt％)，使其难以涂覆，这是因为在所述镀覆浴中浸渍之前的退火期间会形成这些元素的氧化物层。这种氧化物层会在浸没于浴中时损害所述钢表面的润湿能力。因此，获得未涂覆的区域和较差的涂层粘附力。
改进这些钢等级的润湿性的众所周知的方法由以下各项组成：在钢具有通常600～750℃的温度时，在特定的室内完全氧化所述钢表面。所得到的氧化物层包含大量的铁氧化物，然后这些铁氧化物在所述退火炉的加热和保持段的末端和随后的热处理期间被还原。所述目标是获得约50～300nm的氧化物厚度，这对应于低于2gr/m2的铁氧化物。
在所述还原步骤之前有不同的氧化钢表面的方法。例如，这种氧化能够在用过量空气运行所述燃烧的直接燃烧炉中进行。另一种方式由以下各项构成：在位于所述退火炉中间并供给氮气和氧化剂的混合物的专用室中进行这种氧化。这种实施方式描述于专利EP2 010 690 B1和图1中。所述氧化段通过密封与所述退火炉的其它部分分开，以最小化将所述氧化剂引入第一段和最后段。
必须仔细地控制氧化物层的形成，以避免形成太厚的层，太薄的层或不均匀的层，所有这些都会导致最终产品的质量问题。四个主要参数会影响所述层的形成：所述条带(strip)温度，所述室内气氛中的氧气浓度，氧向所述钢表面的输送和停留时间。
这些参数的变化对氧化物形成有直接影响，必须进行补偿。例如，在生产线中很常见的线速度(line speed)的变化，会导致停留时间的改变。改变所述室内的氧气浓度是补偿这种变化的最容易的方式。然而，如果通过控制相对体积调节完全新鲜的惰性气体中的氧含量是非常容易的，则当未完全消耗的所述氧化介质再循环时，这就变得复杂得多。
尺寸参数，如所述条带宽度的频繁变化或所述条带非对称位于所述室中也能够影响所述氧化物形成。
所述条带两侧之间的不同的氧化物层形成也能够观察到，这是因为由于内部浮力流量或由于条带夹带，所述氧化剂向所述钢表面的传质可能是不同的。
文献US 2010/0173072，CN 201 908 124和EP 2458022公开了其中所述条带两个侧面上的注射装置在所述氧化段中能够单独地进行控制的装置。然而，这些装置不能精细地控(fine control)制所述氧化过程，这是因为所述氧化段没有与其它段的气氛进行密封。实际上，这意味着所述氧化段的氧化剂介质循环于其他段中，这使得所述氧化段的精细控制变得并不可能，并且污染了其它段的气氛。
本发明的目的旨在提供在退火炉中控制所述氧化过程的这些问题的解决方案。
附图说明
下面将基于示例性附图更详细地描述本发明。本发明不限于示例性实施方式。本文描述和/或举例说明的所有特征能够单独使用或在本发明的实施方式中以不同的组合进行组合使用。参考附图通过阅读以下详细描述，本发明的各个实施方式的特征和优点将变得显而易见，所述附图说明如下：
图1示意性地表示包括根据现有技术的氧化段的退火炉。
图2示意性地表示包括根据本发明的三个分隔段的退火炉。也示意性地表示了通过所述不同段的所述流入和流出流。
图3表示根据本发明的具有用于注射所述氧化介质的横向开口的所述氧化室的上部部分。
图4表示具有根据本发明的所述提取开口的所述氧化室的下部部分。
图5表示根据本发明的第一实施方式的用于调节所述第二段中即所述氧化段中的所述气氛的参数的控制装置。
图6表示根据本发明的第二实施方式的用于调节所述第二段中的所述气氛的参数的控制装置。
发明内容
本发明涉及对板材退火的炉，包括第一段，第二垂直段和第三段，所述第二段包括提供氧化介质的开口，开口面向所述板材每个侧面，其中所述第二段包括用于单独地控制所述板材每个侧面上的所述氧化介质的流量的装置，所述第二段位于独特的壳体中，并用密封设备(sealing device)与所述第一段和所述第三段分开，以及所述第二段包括用于提取未被所述板材消耗的氧化介质的提取开口。
根据具体优选的实施方式，根据本发明的炉进一步包括以下特征中的至少一个或合适的组合：
-所述第二段包括分别供给所述板材每个侧面的两个独立注射管道，并且其中所述装置在每个注射管道上都包括风扇；
-所述第二段包括分别供给所述板材的每个侧面的两个注射管道，一个注射管道安装于有待相互连接的另一注射管道上，其中所述装置包括安装于所述注射管道之一上的单个风扇，并包括也安装于所述注射管道之一上的阀；
-所述装置包括安装于所述注射管道之间的连接的下游的所述注射管道上的单个阀；
-所述装置包括安装于所述注射管道之间的连接的下游的每个注射管道上的阀；
-所述第二段进一步包括用于针对每个侧面单独地控制所述氧化介质的温度和所述氧化介质中的氧化剂浓度的装置；
-提供氧化介质的所述开口位于所述第二段的顶部；
-提供氧化介质的所述开口是在所述第二段的顶部横向延伸的槽。
本发明还涉及用于控制在通过如上所述的炉的所述第二段的板材上的表面反应的方法，包括单独地控制所述板材每个侧面上的所述氧化介质的流量的步骤和在所述板材氧化后提取所述氧化介质的步骤。
根据具体的优选实施方式，根据本发明的所述方法进一步包括以下特征中的至少一种或适当的组合：
-所述流量通过改变风扇的转速进行调节；
-它进一步包括单独地控制所述氧化介质的温度和所述板材的每个侧面上的所述氧化介质中的氧化剂浓度的步骤；
-在所述板材的氧化之后，所述氧化介质从所述第二段中提取并再循环于所述第二段中；
-有待注射的所述氧化剂浓度是基于从所述第二段提取的所述氧化介质中的所述氧化剂浓度的测量；
-所述氧化介质的温度是50～200℃低于所述板材温度。
具体实施方式
本发明的目的是提供具有工艺参数调节以单独地控制所述钢板每个侧面上的氧化物形成的方法。所述方法允许根据条带宽度，线速度和钢等级很容易地调节所述氧化剂介质的浓度和流量。为此，已经开发出在所述氧化室中包括特定控制装置的退火炉。为了允许精细控制氧化，所述氧化室位于在每个端部处包括密封设备的独特壳体中，并提供了提取装置以便控制未被所述板材的氧化过程完全消耗的氧的流量。
图2中所示的炉1专用于对有待通过包含Zn、Al或不同比例的这两种元素与高于0.1％的比例最终添加的Mg和Si的组合的液态金属进行涂层的钢板进行退火。根据本发明的所述炉也能够用于无热浸镀覆设备的连续退火生产线中。
所述炉具有不同的段，每个段都位于独特外壳中。
所述炉1的所述第一段2是包括加热元件和辊的经典加热段。它能够是电阻加热，感应加热或辐射管加热器。该段要稍微氧化，以限制所述合金元素外部氧化的风险，并在某些情况下可能开始形成Fe氧化物。为此，所述H2含量低于2％，所述O2水平低于0.1％，所述H2O或CO2含量或所述H2O和CO2之和(H2O+CO2)超过0.03％，优选超过0.035％但低于10％，以获得这种略微氧化的气氛。
所述第二段3是所述氧化室，其中由氧化剂如O2和惰性气体如N2组成的氧化混合物注入而在所述钢板的表面上形成受控的铁氧化物层。本节将在下面进一步详细介绍。
所述第三段4具有还原气氛以还原在所述第二段中形成的所述铁氧化物。经典实践是使用与惰性气体混合的H2，所述H2浓度调节于3％～30％，优选5％～20％。
所述第二段3是垂直段，其具有密封设备11如在该段的入口和出口处的辊或闸口(gate)以将该段与所述第一和所述第三段分开并且因此使所述氧化剂在所述炉的其它段中的流量最小化。所述氧化介质通过开口(优选形成槽)注射到所述板材表面上，这确保流体在整个所述室中均匀分布。所述开口10位于所述板材5的每个侧面上，并且优选横向位于所述氧化室3的一端，如图3所示。更优选而且出于以下说明的原因，它们位于所述氧化室的顶部。在所述开口10的相对侧面上，即在所述氧化室的底部，如果在顶部进行所述氧化剂注射，则所述室包括提取未被所述板材消耗的所述氧化剂并降低所述第二段内的压力的提取开口12。
根据本发明，所述第二段3设置有用于单独地控制所述钢板的每个侧面上的所述氧化介质的流量的装置。优选它进一步包括用于单独地控制所述氧化剂浓度和所述钢板的每个侧面的所述氧化介质的温度的装置。
图5中描述了根据本发明第一实施方式的所述控制系统。在该实施方式中，所述流量，所述氧化剂浓度及其温度对于每个侧面都进行单独地控制。所述两个侧面的注射管道7是独立的，以及每个侧面上的流量由风扇9控制，所述风扇9的速度根据所需的流量进行调节。为了避免所述氧化室中过压(overpressure)并允许精细控制所述板材两个侧面上的氧化过程，要对所述注射的流进行提取。出于经济原因，从所述室中提取的所述气体优选进行再循环。由于所述注射的氧化剂部分地被所述板材消耗(所消耗的百分比取决于所述钢等级，所述板材温度和所述表面流量(以m2/s计))，新鲜的氧化剂以基于所述提取的流中的残余氧化剂的测量的浓度注射，所述流量由风扇转速固定。在用空气调节所述氧浓度的情况下，根据质量平衡如下计算所加空气的量：
[所加空气流量×0.21+(所注射的流量-所加空气)×所提取的流量中的％O2]/(所注射的流量)＝注射中的目标O2，
-其中所述注射的流量对应于所述提取的流量+所加的空气流量，所述流量以Nm3/h表示，并且通常每个侧面包括50～200Nm3/h；
-其中O2的目标优选地包括于0.5vol％～5vol％之内。
根据图6中所示的第二实施方式，对于两个侧面仅使用单个风扇9和加热器来简化所述控制系统。在这种构造结构中，一个侧面的所述注射管道7安装于另一侧面的所述注射管道7上。每个侧面的流量通过安装于每个侧面的所述注射管道7上的阀8或通过安装于所述注射管道7之一上的单个阀8进行控制，如图6所示。所述流量可以通过专用设备进行测定。具有单个阀的后一种构造结构是优选的。实际上，通过所述风扇的转速就知道所述总流量，所述阀能够单独地用于平衡每个侧面。
所述第二段也能够设置其它装置，以专门控制所述板材边沿上的所述氧化，正如所述专利申请EP 151 831 69中公开的那样。
所述氧化混合物的温度，例如，N2+O2，是50～200℃低于所述板材温度，以获得所述浮力原理的益处，从而使比所述条带更冷的所述气体向下移动。因此，所述横向的开口位于所述室的顶部，并且优选所述条带向下移动。相反，所述气体能够比所述条带和位于所述室底部的所述开口更暖。为了补偿侧面之间的最终变化，如图5所示，每个侧面的所述温度进行单独地控制。所述室还能够设置加热元件以补偿热损失。
虽然已经在附图和前面的描述中详细地举例说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述应该认为是举例说明性的或示例性的而不是限制性的。应当理解的是，在随附权利要求的范围内，本领域普通技术人员可以作出变化和修改。具体而言，本发明涵盖具有来自上述和下文描述的不同实施方式的特征的任何组合的其它实施方式。
所述权利要求中使用的所述术语应该解释为具有与前述描述一致的最广泛的合理解释。例如，在引入元素时冠词“一个”或“该”的使用就不应该解释为不包括多种元素。同样地，“或”的叙述应该解释为包含性的，从而使“A或B”的叙述不会排除“A和B”，除非从上下文或前述描述中清楚地只预想A和B中之一。
参考符号
(1)退火炉
(2)第一段
(3)第二段，也称为氧化室
(4)第三段
(5)条带或板材
(6)密封辊
(7)注射管道
(8)阀
(9)风扇
(10)供给所述反应物的开口
(11)密封辊
(12)提取开口
(13)锌浴。

Claims (14)

1.一种用于对板材(5)进行退火的炉(1)，包括第一段(2)、第二垂直段(3)和第三段(4)，所述第二段(3)包括：
-提供氧化介质的开口(10)，开口(10)面对板材(5)每个侧面，
-用于单独地控制所述板材(5)每个侧面上的所述氧化介质的流量的装置，
其特征在于，所述第二段(3)位于单独的壳体内并用密封设备(11)与所述第一(2)段和第三(4)段分开，并且所述第二段(3)包括用于提取未被板材(5)消耗的氧化介质的提取开口(12)。
2.根据权利要求1所述的炉(1)，其中所述第二段(3)包括分别供给所述板材(5)的每个侧面的两个独立的注射管道(7)，并且其中所述装置在每个注射管道(7)上包括风扇(9)。
3.根据权利要求1所述的炉(1)，其中所述第二段(3)包括分别供给所述板材(5)的每个侧面的两个注射管道(7)，一个注射管道(7)安装于有待相互连接的另一个注射管道(7)上，其中所述装置包括安装于所述注射管道(7)中的一个注射管道上的单个风扇(9)，并包括也安装于所述注射管道(7)中的一个注射管道上的阀(8)。
4.根据权利要求3所述的炉(1)，其中所述装置包括安装于注射管道(7)之间的连接的下游的注射管道(7)上的单个阀(8)。
5.根据权利要求3所述的炉(1)，其中所述装置包括安装于所述注射管道(7)之间的连接的下游的每个注射管道(7)上的阀(8)。
6.根据权利要求1或2所述的炉(1)，其中所述第二段(3)进一步包括用于针对每个侧面单独地控制所述氧化介质的温度和所述氧化介质中的氧化剂浓度的装置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的炉(1)，其中，供给氧化介质的所述开口(10)位于所述第二段(3)的顶部。
8.根据前述权利要求中任一项所述的炉(1)，其中提供氧化介质的所述开口(10)是在所述第二段(3)的顶部横向延伸的槽。
9.一种用于控制在通过前述权利要求中任一项所述的炉(1)的第二段(3)的板材(5)上的表面反应的方法，包括单独地控制所述板材(5)的每个侧面上氧化介质的流量的步骤，和在所述板材(5)的氧化之后提取所述氧化介质的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，其中通过改变风扇(9)的转速调节所述流量。
11.根据权利要求9或10所述的方法，进一步包括单独地控制所述氧化介质的温度和在所述板材(5)的每个侧面上的氧化介质中的氧化剂浓度的步骤。
12.根据前述权利要求9～11中任一项所述的方法，其中从所述第二段(3)中提取的氧化介质再循环于所述第二段(3)中。
13.根据权利要求12所述的方法，其中有待注射的氧化剂浓度是基于从所述第二段(3)中提取的氧化介质中的氧化剂浓度的测量。
14.根据前述权利要求9～13中任一项所述的方法，其中所述氧化介质的温度是50～200℃低于所述板材的温度。
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