專利名稱：調(diào)整片狀產(chǎn)品硬度的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及將片材加熱到預定溫度曲線的方法和裝置。這種方法 例如用在形成金屬片材和板材之前的退火處理中，以及用在對金屬片 材進行連續(xù)熱處理的爐中。
背景技術：
當對金屬(例如鋼)片材和板材等進行熱處理時，通常需要能夠 控制橫過經(jīng)熱處理的材料的材料特性。所述特性例如可以包括材料硬 度、平直度和殘余應力。
這種熱處理工藝的一個實例是在成形前在爐中對金屬片材退火。 在這種情況下，通常需要材料特性橫過金屬片材在相對于熱處理過程 中材料流動方向的縱向方向以及橫向方向上是均勻的，因為這沖羊可以 在多種應用中提供給金屬片材良好的可成形性。為了獲得這種均勻的 材料特性，對金屬片材的傳熱需要橫過金屬片材是均勻的，以便橫過 整個片材獲得均勻的溫度分布或溫度曲線。
在另外的應用中，需要不均勻的預定溫度曲線。例如，與金屬片 材的中心相比較，在金屬片材的邊緣上可能需要不同的硬度特性，以 用于進一步加工成諸如車頂之類的產(chǎn)品。
現(xiàn)今，通常在爐中進行金屬片材的熱處理。 一般使用的爐包括基 于燃料的爐，其包括明火或用于把熱量傳遞給金屬片材的加熱管。
當使用這種爐對例如金屬片材進行熱處理時，通常不可能獲得橫 過金屬片材的所需要的溫度曲線。相反，還會產(chǎn)生許多問題。
首先，現(xiàn)有技術中對金屬片材進行熱處理的爐會導致與金屬片材 中間部分的加熱相比，邊緣過熱的問題。原因在于片材的表面積/體積 比朝向片材邊緣的方向增大，這導致在邊緣處熱量較快地傳遞給金屬。
當對厚度范圍在lmm-100mm的片材或板材產(chǎn)品進行熱處理時，這一
現(xiàn)象是普遍的，而且這對甚至具有更大厚度(例如高達300mm)的材 料而言橫過金屬材料的整個范圍也是個問題，所述金屬材料包括碳鋼、 不銹鋼、低碳鋼、鋁、銅等。片材邊緣和中心的溫度差可能多達20。C。
在依次地對金屬片材進行熱處理的情況下，在金屬片材的側邊緣 以及起始端邊緣和末端邊緣都會出現(xiàn)問題。對于長金屬片材的連續(xù)處 理，問題主要出現(xiàn)在側邊緣，但是當開始或停止處理時或改變片材時， 也有可能出現(xiàn)問題。
這一問題導致的結果是橫向和縱向的溫度差導致變形、硬度不均 勻和/或其它材料特性橫過片材分布得不均勻。在一些情況下，片材在 進行下一步處理步驟、進一步降低材料的硬度和殘余應力特性之前必 須被矯直。當然，所述問題既出現(xiàn)在縱向方向，也出現(xiàn)在橫向方向上， 即橫過片材的方向上。
其次，當使用傳統(tǒng)的爐時，很難精確控制橫過金屬片材的任意方 向上的溫度曲線。如上所述，在不同的應用中，為了使經(jīng)過熱處理的 金屬適于進一步的處理，可能需要特定的、不均勻的溫度曲線。通常 需要在片材的縱向和橫向方向上控制溫度曲線。
第三，在一些應用中，需要在不同的時間對金屬片材的某些部分 進行不同于其它部分的熱處理。例如，當對金屬片材退火時，發(fā)明人 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，有利的是首先加熱片材中間部分，以便在片材中間部分引 入壓縮應力。此后，有利的是使熱量傳遞到片材的邊緣。這樣，當片 材退火時，引入到片材邊緣中的壓縮應力將不會使片材變形。這將在 下面詳細地4笛述。
本發(fā)明解決了上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供了一種在工業(yè)爐中將片材沿片材的長度和橫向 加熱到預定溫度曲線的方法。本發(fā)明的特征在于相對于片材下方的 至少一個架子(ramp)和/或片材上方的至少 一個架子，將片材輸送 到爐中，每個架子都包括多個成一排地布置在彼此旁邊的DFI (直焰 沖擊)燃燒器，所述DFI燃燒器朝向片材定向，并且每個架子中的獨
立燃燒器都被控制以提供預定的發(fā)熱能力。
本發(fā)明還提供了如權利要求9所述類型的設備，并且該設備基本 具有如權利要求9所述的特征。


現(xiàn)在將參照本發(fā)明的特定實施例和附圖對本發(fā)明進行詳細地描 述，附圖中
圖l是根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的燃燒器架子的頂視圖。 圖2是由兩個獨立的根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的燃燒器進行熱 處理的片狀產(chǎn)品的截面細節(jié)圖。
圖3是具有根據(jù)本發(fā)明的燃燒器架子的爐的截面圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的燃燒器架子的頂視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參照圖1、圖2和圖3描述第一優(yōu)選實施例。 在該第一實施例中，金屬片材在成形處理步驟之前進行退火。將 所述片材預熱或加熱到片材最終的成形溫度。在第一種情況下，在第 二爐中進一步加熱片材直到片材的最終成形溫度。
圖1示出處于連續(xù)退火處理步驟中的金屬片材2。相對于金屬片 材2的運動方向5，金屬片材2相應地具有縱向方向3和橫向方向4。 燃燒器架子6橫過金屬片材2的橫向方向4定位。架子6設置有多個 獨立的DFI燃燒器7，這些燃燒器沿金屬片材2的橫向方向4等距離 地間隔開。
圖2示出沿圖1中平面P-P的剖-f見圖，其中兩個獨立燃燒器7定 位在兩個架子6上， 一個燃燒器位于金屬片材2上方，另一個燃燒器 位于金屬片材2下方。由于這兩個獨立燃燒器7基本相同，因此僅示 出用于上部燃燒器7的附圖標記。如可以看到的，燃燒器布置在燃燒 器保持器8中，從而允許燃燒器傾斜以調(diào)節(jié)由燃燒器7產(chǎn)生的火焰9 的角度A。在本實施例中，燃燒器的角度A僅僅可以在金屬片材2的 縱向方向3上調(diào)節(jié)，但是應當注意到的是，根據(jù)本實施例的目的，可 以采用任意其它方向上的角度調(diào)節(jié)。每個燃燒器7還配備有燃料管道10、氧化劑管道11和噴嘴12。使用閥(未示出)來控制每個獨立燃 燒器7的發(fā)熱能力(heating power)。這種控制可以是永久地或采用 一定更新頻率地打開或關閉燃燒器7的形式，由此燃燒器7可以重復 地打開或關閉。這種控制也可以是按連續(xù)比例(continuous scale )將 燃燒器7發(fā)熱能力調(diào)節(jié)成是燃燒器7最大發(fā)熱能力的百分比。
圖3示出爐1，在爐中進行對圖2的金屬片材2熱處理的連續(xù)處 理步驟。在如圖2所示的情況下，為了對稱和簡化，僅示出定位在金 屬片材2上方的架子6和獨立燃燒器7的附圖標記。
燃燒器7供給有氣態(tài)或液態(tài)燃料以及含有至少80%的氧的氧化劑。
在本實施例中，相對于燃燒器7的間隔以及燃燒器噴嘴12和金屬 片材2表面之間的距離來布置燃燒器，這樣，相鄰燃燒器7的碰觸金 屬片材2表面的部分火焰9在一定程度上重疊。連續(xù)的燃燒器7之間 的典型間隔大約為50mm,每個燃燒器噴嘴12和片材表面之間的距離 為50-300mm。但是，顯然也可以采用其它間隔距離的設定值，這些 設定值仍然可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
在圖1中，僅示出定位在金屬片材一側的一個架子6。在圖2中 示出兩個架子6，其中在金屬片材2的每側定位一個架子6。但是，應 當理解的是，在采用本發(fā)明對金屬片材進行熱處理時，可以同時使用 幾個架子。例如，在連續(xù)步驟中可以使用沿材料運動方向5的縱向方 向3布置的幾個架子來加熱金屬片材2。還可以在幾個連續(xù)步驟中使 用同一架子或相同的幾個架子運動經(jīng)過片材2來對片材2進行熱處理。
金屬片材2的厚度可以在lmm至100mm之間變化，但是在某些 應用中也可以對厚達300mm的片材進行熱處理。通常，如果金屬片 材2達到2mm厚，則可以僅使用位于金屬片材2—側的燃燒器架子6 對金屬片材2進行可行的加熱。但是，如果金屬片材2的厚度大于 2mm，則優(yōu)選使用位于金屬片材2兩側的燃燒器架子6，以便使熱量 更加均勻地散布在材料中。
由于可以獨立控制每個DFI燃燒器7的發(fā)熱能力，因此可以精確 地控制金屬片材的熱處理的發(fā)熱能力曲線。因此，可以控制退火后橫 過金屬片材的溫度曲線從而控制材料特性的分布，所述的材料特性例 如是硬度、平直度和殘余應力。
為了控制沿橫向方向4的材料特性，可以(通過永久地打開和關 閉獨立燃燒器7)改變架子6的總的有效寬度，或者可以控制每個獨 立燃燒器7的強度。
本發(fā)明可以用于對具有明確限定的起始端和明確限定的末端的限 定單元(finite elements )的金屬片材進行熱處理，以及用于對伸長的 金屬片材進行半連續(xù)或連續(xù)處理。因此，同樣的問題可能出現(xiàn)在金屬 片材的起始端邊緣和末端邊緣附近，也可能出現(xiàn)在側邊緣上。因此， 本發(fā)明的目的也是提供一種方法來克服當處理具有有限長度的金屬片 材時，金屬片材所有邊緣出現(xiàn)的這些問題。
因此，為了控制沿縱向方向3的材料特性曲線，當金屬片材2經(jīng) 過架子6時，可以實時控制獨立燃燒器7,從而當燃燒器靠近或位于 金屬片材2的起始端邊緣或末端邊緣時改變各個燃燒器的發(fā)熱能力。
如上述已經(jīng)注意到的，每個獨立燃燒器7都可以傾斜，以便燃燒 器7相對于金屬片材2的縱向方向3的角度A大于或者小于90。。此 外，本身包含獨立燃燒器7的架子6也可以沿架子的縱向軸線13傾斜， 從而使每個獨立燃燒器7沿金屬片材2的縱向方向3形成獨立的、重 疊的傾斜角度A。燃燒器的角度A是可調(diào)節(jié)的，以用于例如控制廢煙 氣的方向；使氣流泄漏的發(fā)生最小化；或者用于控制污染物的燒除， 所述污染物例如是來自先前處理步驟的、存在于金屬片材表面上的油。 獨立燃燒器的角度A可以控制在從90。位置沿任意方向的至少0-20。 的范圍內(nèi)。因此，每個獨立燃燒器的角度A可以被調(diào)節(jié)成使火焰9朝 向金屬片材2的運動方向5和背離金屬片材2的運動方向5定向。
優(yōu)選地，具有反饋系統(tǒng)(未示出)來控制燃燒器7的強度，以便 適合于近處的應用。因此，可以在爐1中、架子6上或架子6附近和/ 或金屬片材2上布置傳感器，以測量金屬片材2的溫度或其它任何適 當?shù)淖兞俊Ｔ谶B續(xù)操作過程中，或者在對不連續(xù)的金屬片材執(zhí)行本發(fā)
明操作時在獨立的金屬片材之間，根據(jù)這些測量值來調(diào)節(jié)獨立燃燒器
7的發(fā)熱能力，從而優(yōu)化熱處理的執(zhí)行。在這種情況下，還可以微調(diào) 所采用的發(fā)熱能力模式，從而適應實際處理的金屬片材的特性。
在圖l所示的實施例中，控制獨立燃燒器7的發(fā)熱能力的目的在 于橫過金屬片材2的橫向方向4和縱向方向3形成均勻的溫度曲線。 可以設想到的是，在實際的應用中，金屬片材2中任意兩點之間的溫 差將被控制在小于rc。但是，應當注意的是，除了均勻的曲線之外， 使用本發(fā)明還可以獲得橫過金屬片材2的任何合適的溫度曲線。
回到圖4，現(xiàn)在將描述本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例。所述第二實施 例基本是第一實施例的變型，因而在圖l和圖3之間對于相同的部件 釆用相同的附圖標記。此外，為了簡化，省略了上面已經(jīng)詳細描述的 圖3中示出的實施例的一些部件的詳細描述。
在該第二實施例中，使用第一燃燒架子14和第二燃燒架子15執(zhí) 行金屬片材2的退火，其中這兩個架子14、 15布置成在彼此后面對準 (aligned after each other),并且彼此成一角度2B，其中所述角度B 相對于金屬片材2的運動方向5小于90°。
由于金屬片材2的運動方向5，在金屬片材2的側面部分接觸到 火焰9之前，金屬片材的中心部分碰到火焰。因此，對于給定橫截面 的金屬片材2，在側面部分被加熱之前中心部分被加熱。因此，當橫 過金屬片材2的縱向方向4連續(xù)進行退火處理時，壓縮應力將被引入 到金屬片材2的中心部分中。這最小化了退火過程中變形的危險，這 是因為經(jīng)過退火的金屬片材由于側面部分較中心部分具有過大的壓縮 應力使得上述變形非常普遍。
上面已經(jīng)對優(yōu)選實施例進行了描述。但是，對本領域技術人員顯 而易見的是在不脫離本發(fā)明思想的情況下可以對所描述的實施例進行 多種改變。因此，本發(fā)明不應當由所描述的實施例限制，而是可以在 所附權利要求的范圍內(nèi)進行擴展。
權利要求
1.一種在工業(yè)爐(1)中將片材(2)沿片材(2)的長度(3)和橫向(4)加熱到預定溫度曲線的方法，其特征在于相對于片材(2)下方的至少一個架子(6)和/或片材(2)上方的至少一個架子(6)，將片材(2)輸送到爐(1)中，每個架子(6)都包括多個成一排地布置在彼此旁邊的DFI(直焰沖擊)燃燒器(7)，所述DFI燃燒器(7)朝向片材(2)定向，并且每個架子(6)中的獨立燃燒器(7)都被控制以提供預定的發(fā)熱能力。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于每個架子(6)中 的燃燒器(7)沿架子(6)布置并且在所述燃燒器(7)之間具有相同 的距離。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于架子(6)中 的燃燒器(7)布置成使得相對于燃燒器(7)之間的距離以及每個燃 燒器噴嘴(12)和片材(2)表面之間的距離，噴射到片材(2)表面 上的火焰(9)彼此重疊。
4. 根據(jù)權利要求l、 2或3所述的方法，其特征在于至少一個 架子(6 )相對于該架子的縱向軸線(13 )傾斜，由此獨立燃燒器(7 ) 的縱向軸線被調(diào)節(jié)成與片材(2)表面形成的角度(A)不同于90°。
5. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于至少一 個獨立的DFI燃燒器(7)相對于該燃燒器安裝于其上的架子(6)的 縱向軸線(13)傾斜，由此所述獨立燃燒器(7)的縱向軸線被調(diào)節(jié)成 與片材(2)表面形成的角度(A)不同于90°。
6. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于至少一 個架子(6)被分成兩個在彼此后面對準的架子(14， 15),并且這兩 個架子(14, 15)被調(diào)節(jié)成與片材(2)的運動方向(5)形成的角度(B)小于90。。
7. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于每個燃 燒器(7)都供給有氣態(tài)或液態(tài)燃料以及氧含量大于80%重量的氧化 劑。
8. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于通過以 不連續(xù)的方式打開或關閉獨立燃燒器(7),或者通過按連續(xù)比例控制 每個獨立燃燒器(7)的發(fā)熱能力來實現(xiàn)對每個獨立燃燒器(7)的發(fā) 熱能力的控制。
9. 一種在工業(yè)爐(1)中將片材(2)沿片材(2)的長度(3)和 橫向(4)加熱到預定溫度曲線的設備，其特征在于設置有相對于片 材(2)下方的至少一個架子(6)和/或片材(2)上方的至少一個架 子(6)將片材(2)輸送到爐(1)中的裝置，每個架子(6)都包括 多個成一排地布置在彼此旁邊的DFI (直焰沖擊)燃燒器(7)，所述 DFI燃燒器(7)布置成朝向片材(2)定向，并且每個架子(6)中的 獨立燃燒器(7)都被控制以提供預定的發(fā)熱能力。
10. 根據(jù)權利要求9所述的設備，其特征在于每個架子(6)中 的燃燒器(7)沿架子(6)布置并且在所述燃燒器(7)之間具有相同 的距離。
11. 根據(jù)權利要求9或10所述的設備，其特征在于架子(6) 中的燃燒器(7)布置成使得相對于燃燒器(7)之間的距離以及每個 燃燒器噴嘴(12)和片材(2)表面之間的距離，噴射到位于架子前面 的片材(2)表面上的火焰(9)彼此重疊。
12. 根據(jù)權利要求9、 10或11所述的設備，其特征在于至少一 個架子(6)可以相對于該架子的縱向軸線(13)傾斜，由此獨立燃燒 器(7)的縱向軸線被調(diào)節(jié)成與片材(2)表面形成的角度(A)不同 于90。。
13. 根據(jù)權利要求9-12中任一項所述的設備，其特征在于至少 一個獨立的DFI燃燒器(7)可以相對于該燃燒器安裝于其上的架子(6)的縱向軸線(13)傾斜，由此所述獨立燃燒器(7)的縱向軸線 被調(diào)節(jié)成與片材(2)表面形成的角度(A)不同于90°。
14. 根據(jù)權利要求9-13中任一項所述的設備，其特征在于至少 一個架子(A)被分成兩個在彼此后面對準的架子(14， 15)，并且這兩個架子(14, 15)被調(diào)節(jié)成與片材(2)的運動方向(5)形成的角 度(B)小于90。。
15. 根據(jù)權利要求9-14中任一項所述的設備，其特征在于每個 燃燒器(7)都供給有氣態(tài)或液態(tài)燃料以及氧含量大于80%重量的氧 化劑。
16. 根據(jù)權利要求9-15中任一項所述的設備，其特征在于通過 以不連續(xù)的方式打開或關閉獨立燃燒器(7)，或者通過按連續(xù)比例控 制每個獨立燃燒器(7)的發(fā)熱能力可以實現(xiàn)對每個獨立燃燒器(7) 的發(fā)熱能力的控制。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在工業(yè)爐中將片材沿片材的長度和橫向加熱到預定溫度曲線的方法。本發(fā)明的特征在于相對于片材下方的至少一個架子和/或片材上方的至少一個架子，將片材輸送到爐中，每個架子都包括多個成排并排布置的DFI(直焰沖擊)燃燒器，所述DFI燃燒器朝向片材定向，并且每個架子中的獨立燃燒器都被控制以提供預定的發(fā)熱能力。本發(fā)明還包括一種設備。
文檔編號F27D99/00GK101356290SQ200680049388
公開日2009年1月28日 申請日期2006年10月17日 優(yōu)先權日2005年12月27日
發(fā)明者M·加爾茨 申請人:Aga公司