專利名稱：特別是用于退火的金屬帶加熱方法和設備的制作方法
特別是用于退火的金屬帶加熱方法和i殳備
本發明涉及將金屬帶加熱到需要有還原燃燒氣氛(與化學計量的量相 比缺少助燃劑)的指定溫度的方法和設備。
通過將本發明應用于加熱被傳送到退火設備的薄板狀金屬帶、特別是 制造電鍍鋼來描述本發明。
已知多種類型的金屬薄板退火設備。
圖1是將金屬薄板預加熱到指定溫度的適用于退火設備的已知設備 的第一實例的示意圖。所述設備包括爐，該爐被劃分出用于預加熱金屬薄 板100的腔102和加熱金屬薄板的腔104,以使得在設備的出口處金屬薄 板具有例如750。C的指定溫度。
在介于入口 108和來自管路112的加力燃燒(post-combustion)空氣 的注入位置110之間的一段預加熱腔102中，熱氣(不具有還原能力以使 得通過入口 108逸出的爐內氣氛無毒(即不包含一氧化碳(CO ))相對于 金屬薄板100逆向地從加熱部分104流向入口 108附近。由于層流的存在， 在表面和與該表面平行的氣流之間的熱交換效率不太高。因此，腔102
必須具有較大的長度。
在實際上介于空氣的注入位置110和爐的出口 114之間的燃燒腔104 中，燃燒器116接收由連接到每個燃燒器116的供給線路118傳送的燃料 和由也連接到每個燃燒器的線路120傳送的燃燒空氣。線路120的空氣優 選地在熱交換器122中被預加熱了 ，在熱交換器122中還流通著由從爐的 入口 108端附近開始的管路124排出的熱氣。
在加熱腔104中，燃燒器116是在還原燃燒氣氛下(即有CO )工作 的明火(feu nu )燃燒器。在加熱腔104中，金屬薄a空氣注入位置110 附近的約為350°C到400°C的溫度，過渡到在出口 114處的例如750°C 的指定溫度。
剛才描述的設備具有一些缺點。
首先，由于在預加熱腔102中熱氣和金屬薄板的筒單逆向循環，氣體 和帶之間的熱交換的效率不太高，使得腔102的長度非常大，因此爐占據的空間也較大。
然后，^使用明火燃燒器(明火燃燒器利用由交換器122預加熱的空氣 以形成還原燃燒氣氛)的總體系統的效率相對較低，約為50%,使得消 耗的燃料量較高。
最后，熱損M大，這主要由于因為回收由管路124排出的氣體的 熱量的熱交換器122的效率本身就受到節制，所以溫度還很高的氣體就被 排放到大氣中。
根據文獻JP2002-294 347還知道在對金屬薄板退火前預加熱金屬薄 板的已知設備的另一實例，所述設備沒有在地面占據較大空間的缺點。
更確切地，該設備包括長度較小的預加熱腔202，這是因為該i殳備包 括通過在與金屬薄板垂直的方向上噴射熱氣來預加熱金屬薄板的裝置 210。該裝置包括多個室，室的向金屬薄板轉動的壁包括噴射同樣多的熱 氣束的多個孔。有時候被稱作"壓力通風系統"(plenum)的此類裝置210 允許在較小的長度上進行有效的熱交換。
該預加熱腔202連接到加熱腔204，在加熱腔204中金屬薄板在輻射 管之間沿之字形#行進。預加熱腔和加熱腔具有相同的保護氣氛。借助 鼓風機207，與腔204的保護氣氛分離的由輻射管排出的燃燒氣體被管道 205提取給熱交換器206。在熱交換器206中，保護氣氛在鼓風機208的 控制下流通。流通系統包括并行安裝的兩種管路供給在金屬薄板上面的 熱氣噴射裝置210的管路209，以及包括開啟得更大或更小以調節傳送給 熱氣噴射裝置210的氣體的量的調節閥212的另一管路211。
因此，在設備出口處測量金屬薄板溫度的指定溫度傳感器218允許控 制閥門212,以使得該閥門調節可在管路209中流通的氣體的量，并由此 調節噴射裝置210的預加熱功率，以4吏得由傳感器218測量的指定溫度不 變化。
圖2中示出的設備沒有占據較大空間的缺點，M其它缺點。 首先，所使用的輻射燃燒器的效率不高。
然后，因為熱交換器206僅部分地回收燃燒氣體的熱量，所以該設備 的能量效率相對較低，不會超過約50%的值。
此夕卜，包括兩個腔和為向金屬薄板上噴射氣體的室供給氣體的線路的 設備整體含有的保護氣氛要么可能是有毒的從而不滿足燃燒的"衛生"條件，要么是惰性而昂貴的。
最后，因為在加熱腔中金屬薄板沿迂回#行進，所以設備的成^ 高且容易發生故障。
此外，特別是根據文獻JP-2001/304 539還知道具有"換熱" (r6g紐6ratif)燃燒器的加熱組件。該術語"換熱"是指，在第一階段中 將從燃燒氣體中提取的熱量累積起來，在第二階段中將積累的熱量釋放給 燃燒空氣。這樣的組件通常包括串聯安裝的兩個燃燒器301a、 301b: — 個燃燒器處于燃燒模式，其中管路316的燃燒空氣在參與燃燒之前在換熱 塊(masser6g6n6rative) 306中流通；另一燃燒器處于熱回收模式，其中 第一燃燒器的燃燒氣體在所述另一燃燒器的換熱塊306中流通并加熱該 換熱塊。 一定時間過后，例如一分鐘以內，兩個燃燒器交換它們的工作模 式。在上述文件中，每個燃燒器301a、 301b還包括空氣供給裝置308， 在換熱模式下該空氣供給裝置308引入在燃燒氣體于換熱塊306中流通之 前與燃燒氣體混合的加力燃燒空氣。換熱塊可由例如小球形式的陶瓷材料 構成。
由于在換熱塊306中通過燃燒空氣回收熱量并由于吸收仍然具有還 原能力的氣體與由裝置308引入的加力燃燒空氣的加力燃燒的熱量，與在 參照圖1描述的類型的設備中使用的、在還原燃燒氣氛下工作的簡單明火 燃燒器的效率相比，該加熱組件的效率顯著提高。
目前還不知道這種通過換熱燃燒器加熱的組件在持續加熱設備(例如 用來供*屬薄板退火設備的類型)中的應用。
本發明使用圖1及圖2的設備和圖3的換熱燃燒器的特征的組合，同 時減少由于使用熱交換器引起的熱量損失。從換熱燃燒器排出的氣體在預 加熱區域中被噴射到金屬薄板上，促使顯著提高設備的總熱效率，并允許 調節溫度。此外，可能有毒的保護氣氛只在加熱腔中存在，因此該設備具 有良好的燃燒"衛生"條件。
更確切地，本發明涉及一種將金屬帶加熱到需要有還原燃燒氣氛的指 定溫度的方法，包括通過向所述帶的至少一面噴射熱氣來將帶預加熱到 不需要有保護氣氛的中間溫度，在還原燃燒氣氛中將帶從中間溫度加熱到 指定溫度，通過改變用于預加熱的熱氣的噴射來對指定溫度進行調節；根 據本發明，在還原燃燒氣氛中的加熱是通過明火換熱燃燒器的加熱來進行 的，分第一階段和第二階段進行，第一階段包括在至少第一燃燒器中，借助吸收了第一熱吸收塊的熱量的空氣而進行的燃燒，以及在至少另一燃 燒器中，至少通過另 一熱吸收塊吸收來自第一燃燒器的燃燒氣體的熱量而 進行的蓄熱，在第二階段中， 一方面至少第一燃燒器和至少另一燃燒器的 功能互換，另一方面第一熱吸收塊和另一熱吸收塊的功能互換，通過吸收
燃燒氣體的熱量而進行的換熱是在以下操作中執行的該操作包括在燃燒 氣體通過換熱塊之前將燃燒氣體與額外量的加力燃燒空氣混合，通過噴射 熱氣而進行的預加熱包括使用通過換熱燃燒器的加熱而排出的氣體的至 少一部分，對指定溫度的調節包括調節用于通過噴射而進行的預加熱的熱 氣的量。
優選地，調節用于預加熱的熱氣的量的步驟包括調節一方面傳送給噴 射步驟以及另一方面傳送給熱氣排出步驟的熱氣的比例。
優選地，用于與燃燒氣體混合而引入的空氣的量足以使得所排出的氣 體沒有還原能力。
優選地，^^據對燃燒氣體的還原能力的測量結果來調節在燃燒氣體通 過換熱塊之前燃燒氣體與引入的加力燃燒空氣的混合。
優選地，該方法包括建立從加熱步驟到預加熱步驟的直接氣體流通以 及在兩個步驟中間注入加力燃燒空氣。
在一示例中，中間溫度約為400。C,指定溫座jl金屬帶的退火溫度， 金屬帶的金屬是鋼，金屬帶是帶鋼。
本發明還涉及一種將金屬帶加熱到需要有還原燃燒氣氛的指定溫度 的設備，該設備包括預加熱腔，配備有向所述帶噴射熱氣的噴射裝置； 加熱腔，配^^有在還原燃燒氣氛中加熱的明火加熱組件，加熱組件包括串 聯工作的至少兩個換熱燃燒器，燃燒器中至少一個處于燃燒模式，在燃燒 模式中燃燒空氣在參與燃燒之前在換熱塊中流通，而至少另 一燃燒器處于 熱回收模式，在熱回M式中來自至少第 一燃燒器的燃燒氣體在另 一燃燒 器的換熱塊中流通并加熱換熱塊，至少兩個燃燒器交換彼此的工作模式， 每個燃燒器包括在換熱模式中供給空氣的空氣供給裝置，以便在燃燒氣體 在換熱塊中流通之前將該空氣與還原狀態下的燃燒氣體混合；管路，排出 來自加熱組件的氣體；可調三通閥，具有連接到用于排出來自加熱組件的 氣體的管路的入口 、連接到預加熱腔的氣體噴射裝置的出口以及連接到用 于將氣體排出到設備之外的管路的出口；以及調節裝置，包括金屬帶的指
定溫度的傳感器和三通閥的調節裝置，以便三通閥調節傳送給噴射裝置的熱氣的量。
優選地，在換熱模式下供給空氣的空氣供給裝置引入的空氣的量基本 上恒定，至少足以使得所排出的氣體總不具有還原能力。
優選地，第二調節裝置包括氣體的還原能力傳感器和根據還原能力傳 感器的信號來調節引入的空氣的量的裝置，第二調節裝置調節由空氣供給 裝置引入的空氣的量。
優選地，預加熱腔和加熱腔相鄰且共線。
優選地，該設備還包括在預加熱腔和加熱腔之間的用于引入加力燃燒 空氣的裝置，由該裝置引入的空氣的量足以使得預加熱腔包含不具有還原 能力的氣體。
與圖1的設備相比，由于顯著減小了預加熱區域，本發明具有允許實 現長度較小的設備的優點。
與圖2的設備相比，在金屬薄板沿著線性路徑行進的情況下，本發明 具有更簡易的優點。
與所有描述過的設備相比，本發明允許顯著減少能量損失并顯著提高 能量效率，這主要是通過使用換熱燃燒器組件和取消熱交換器來獲得的。
因此，如果例如圖1中示出的設備具有約50。/。的總能量效率，那么 與圖4中示出的類型相似的設備將大大超過60%。
所有這些優點都是通過結合使用直線路徑、使用通過噴射預加熱的裝 置、使用換熱型明火燃燒器以及使用通過預加熱裝置對指定溫度的調節而 獲得的。更確切地，利用換熱燃燒器以便獲得比現有技術排出的燃燒氣體 高得多的溫度。事實上，在所有已知應用中，不論在氧化氣氛下或還原氣 氛下工作，換熱燃燒器都產生溫度約150°C的燃燒氣體。部分由于這個原 因，所有已知的換熱燃燒器(其中也包括在文獻JP-2001/304 539中描述 的類型的換熱燃燒器)都實施為將燃燒氣體排出到大氣中。在本發明的范 圍內，燃燒器以相反方式工作，以獲得優選地約為400。C的、允許直接用 于在預加熱腔中噴射熱氣的熱氣溫度。
通過閱讀在后面對實施例的描述將更好地理解本發明的其它特征和 優點，在附圖中，圖1到圖3已經描述過了，圖4是以示意形式示出的根 據本發明的i殳備的示意圖。
圖4的設備包括一定數量的與圖1相似的部分。因此，金屬薄板11包括第一腔2和第二腔4的爐6中，第一腔2 在氧化的或者至少不具有還原能力的環境下工作，第二腔4具有還原燃燒 氣氛。金屬薄板的入口 8只能讓第一腔2的氣氛(即不包含CO的無毒氣 氛)通過，這是由于通過入口 10借助管路12引入了加力燃燒空氣。在面 對燃燒器16通it^，金屬薄板以指定溫度經由出口 14離開爐。這些燃燒 器由線路18供給燃料以及由線路20供給空氣。最終在入口 8附近排出的 氣體通過與例如氣勤目連的管路24離開設備。圖4的設備的其它特征與圖l不同。首先，預加熱腔2包括用于預加熱的如后面所述由加熱腔4供給熱氣 的熱氣噴射裝置ll。每個明火燃燒器16都連接到與參照圖3描述的換熱塊306相似的換 熱塊26。加力燃燒空氣的入口 28與參照圖3描述的入口 308相似。彼此 面對布置的兩個燃燒器16和16，以參照圖3描述的方式串聯工作。在第一實施方式中，通過在換熱塊26上游的入口 28引入的加力燃燒 空氣的量可足以使得由燃燒器排出的氣體總不具有還原能力。在這種情況 下，燃燒器利用過量的加力燃燒空氣工作。在一變型中，在換熱塊的上游或下游，將還原能力傳感器(未示出) 結合到燃燒器，以便該傳感器允許對引入每個燃燒器的加力燃燒空氣的量 進行調節。以這種方式，優化了熱效率并且將燃燒器的能量消耗減小到了 最儲度。盡管加力燃燒反應釋放出額外的熱量(尤其是通it^還原燃燒氣氛中 燃燒CO )，由換熱塊26排出的氣體的溫度仍足夠低(在對金屬薄板而言 不需要有還原燃燒氣氛的溫度)以便能夠通過排出燃燒氣體的管路31的 鼓風機30而被傳送給可調三通閥32和熱氣噴射裝置11。在需要提取燃 燒氣體的所有情況下，鼓風機的存在還允許利用這些氣體獲得的動壓力來 提高通過噴射進行預加熱的熱效率。這也促使提高了本發明的目的系統的 效率。還示出了用于在爐6的出口處確定金屬薄板1的指定溫度的溫度傳感 器34。調節電路(未示出)根據由傳感器34確定的溫度來控制調節三通 閥32的操i^置36。以這種方式，可以以較快的反應速度來調節用于在 裝置11中預加熱的由燃燒器排出的氣體的量，這是有必要的，因為金屬 薄板在爐中的速度較快。圖4的設備的加熱腔4的長度與圖1的設備的加熱腔104的長度相似。 與^目對，圖4的i殳備的預加熱腔2卻比圖1的設備的預加熱腔102短得 多。與圖2示出的設備中金屬薄板的之字形通過的復雜設備相反，圖4 的設備允許在爐內由一些輥子局部簡單支承的金屬薄板1的線性通過。與 圖2中的在燃燒氣體和用來^T屬薄板預加熱的氣體之間需要熱交換器 的設備相反，由于有兩種不同的氣氛，在預加熱腔中的一種氣氛可以是氧 化的且在燃燒意義上是不還原的，而在加熱腔中的另 一種氣氛在燃燒意義 上^1還原的，所以燃燒氣體可直接用來預加熱。本發明的另一優點是，由于預加熱到較高溫度和由于燃燒器的換熱塊 的熱效率的提高(熱效率可達到80。/。)，所以如果將該用于預加熱燃燒空 氣的系統與在污染物排放方面的高性能技術(例如無火焰的氧化作用)相 結合，則排出的煙氣可包含較少量的氮氧化物NOx，例如對煙氣中3%的 氧氣而言在常規條件下低于200mg/m3。此外，由于這些性能好的燃燒器 的熱效率提高，所以可以在減少燃料消耗和降低氮氧化物排放的情況下更 快地加熱金屬薄板并因此獲得生產率的提高。雖然在加熱金屬帶的應用中描述了本發明，但該加熱可形成實際上的 熱處理，而不是熱處理(例如退火)之前的簡單^^作。由于所消耗燃料和排放的減少以及安全性的提高，因此本發明不M 效益和成本的角度，而且從化石資源保存和環境保護的角度具有顯著的優
權利要求
1.一種將金屬帶加熱到需要有還原燃燒氣氛的指定溫度的方法，包括通過向所述帶的至少一面噴射熱氣來將所述帶預加熱到不需要有保護氣氛的中間溫度，以及在還原燃燒氣氛中將所述帶從所述中間溫度加熱到所述指定溫度，通過改變用于預加熱的熱氣的所述噴射來對所述指定溫度進行調節，其特征在于在還原燃燒氣氛中的所述加熱是通過明火換熱燃燒器的加熱來進行的，分第一階段和第二階段進行，所述第一階段包括在至少第一燃燒器(16，16’)中，借助吸收了第一熱吸收塊(26)的熱量的空氣而進行的燃燒，以及在至少另一燃燒器(16，16’)中，至少通過另一熱吸收塊(26)來吸收來自所述第一燃燒器的燃燒氣體的熱量而進行的蓄熱，在所述第二階段中，一方面至少所述第一燃燒器(16，16’)和至少所述另一燃燒器(16，16’)的功能互換，另一方面所述第一熱吸收塊(26)和所述另一熱吸收塊(26)的功能互換，通過吸收所述燃燒氣體的熱量而進行的所述蓄熱是在以下操作中執行的所述操作包括在所述燃燒氣體通過所述換熱塊(26)之前，將所述燃燒氣體與額外量的加力燃燒空氣混合，通過噴射熱氣而進行的所述預加熱包括使用通過換熱燃燒器的加熱而排出的氣體的至少一部分，以及所述對指定溫度的調節包括調節用于通過噴射而進行的所述預加熱的熱氣的量。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，調節用于預加熱的熱 氣的量的步驟包括調節一方面傳送給噴射步驟以及另一方面傳送給熱氣 排出步驟的熱氣的比例。
3. 根據權利要求1和2之一所述的方法，其特征在于，用于與所述 燃燒氣體混合而引入的空氣的量足以使得所排出的氣體沒有還原能力。
4. 根據權利要求1和2之一所述的方法，其特征在于，根據對所述 燃燒氣體的還原能力的測量結果來調節在所述燃燒氣體通過所述換熱塊(26)之前所述燃燒氣體與引入的加力燃燒空氣的混合。
5. 根據前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，包括建立從加燃燒空氣。
6. —種將金屬帶加熱到需要有還原燃燒氣氛的指定溫度的設備，其 特征在于所述設備包括預加熱腔(2)，配^^有向所述帶(1)噴射熱氣的噴射裝置(11)，加熱腔(4),配^^有在還原燃燒氣氛中的明火加熱組件，所述加熱組 件包括串聯工作的至少兩個換熱燃燒器(16， 16，)，所述燃燒器(16， 16，) 中至少一個處于燃燒模式，在所述燃燒模式中所述燃燒空氣在參與燃燒之 前在換熱塊(26)中流通，而至少另一燃燒器(16， 16，)處于熱回收模 式，在所述熱回收模式中來自至少所述第一燃燒器(16， 16，)的燃燒氣 體在所述另一燃燒器(16， 16，)的換熱塊(26)中流通并加熱所述換熱 塊(26)，所述至少兩個燃燒器(16， 16，)交換彼此的工作模式，每個燃 燒器(16， 16，)包括在換熱模式下供給空氣的空氣供給裝置，以便在燃 燒氣體在所述換熱塊(26)中流通之前將所述空氣與還原狀態下的所述燃 燒氣體相混合，管路(M)，排出來自所妙熱腔的氣體，可調三通閥(32)，具有連接到用于排出來自所述加熱組件的氣體的 管路(31)的入口 、連接到所述預加熱腔的氣體噴射裝置(11)的出口以 及連接到用于將氣體排出到所述設備之外的管路(24)的出口 ，以及調節裝置，包括所述金屬帶的指定溫度的傳感器(34)和所述三通閥 (32 )的調節裝置(36 )，以便所述三通閥調節傳送給所述噴射裝置(11) 的熱氣的量。
7. 根據權利要求6所述的設備，其特征在于，所述在換熱模式下供 給空氣的空氣供給裝置引入的空氣的量基本上恒定，至少足以使得所排出 的氣體總不具有還原能力。
8. 根據權利要求6所述的設備，其特征在于，所述設備包括第二調 節裝置，所述第二調節裝置包括所述氣體的還原能力傳感器和根據所述還 原能力傳感器的信號來調節引入的空氣的量的裝置，用于調節由所述空氣 供給裝置引入的空氣的量。
9. 根據權利要求6至8中任一項所述的設備，其特征在于，所述預 加熱腔(2)和加熱腔(4)相鄰且共線。
10. 根據權利要求6至9中任一項所述的設備，其特征在于，所述設 備還包括在所述預加熱腔(2)和加熱腔(4)之間的用于引入加力燃燒空 氣的裝置(10)，由所述裝置(10)引入的空氣的量足以使得所述預加熱 腔(2)包含不具有還原能力的氣體。
全文摘要
本發明涉及加熱金屬帶。本發明涉及一種加熱金屬帶的設備，該設備包括配備有向所述帶(1)噴射熱氣的裝置(11)的預加熱腔(2)、具有換熱燃燒器(16，16’)的加熱腔(4)、排出來自加熱腔的氣體的管路(31)、可調三通閥(32)以及調節裝置，該調節裝置包括金屬帶的指定溫度傳感器(34)和用于調節三通閥(32)的裝置(36)以便該三通閥調節向噴射裝置(11)傳送的熱氣的量。本發明可應用于在給金屬薄板退火前將其加熱的設備。
文檔編號F27D13/00GK101680049SQ200880018273
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月20日 優先權日2007年5月30日
發明者尼古拉斯·理查德, 皮埃爾-雅克·洛姆, 菲利普·比謝 申請人:法國燃氣蘇伊士集團