CN103025898B

CN103025898B - 具有m形带材处理隧道的退火设备

Info

Publication number: CN103025898B
Application number: CN201180029333.1A
Authority: CN
Inventors: L·A·勒伊特
Original assignee: Andritz Thermtec BV
Current assignee: Andritz Technology and Asset Management GmbH
Priority date: 2010-06-14
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2031-05-26
Also published as: EP2580360A1; CN103025898A; EP2580360B1; NL2004883C2; US20130127095A1; WO2011159149A1

Abstract

本发明公开了一种退火设备，其用于引导穿过所述设备的金属带材的连续退火，包括入口滑槽2、第一顶部辊室3、加热工位4、5、6、冷却工位7、8、第二顶部辊室9和排出滑槽10，它们一起限定M形蜿蜒的隧道，所述隧道具有四个腿部，所述腿部经由两个顶部辊室和下侧转向段彼此连接。入口滑槽沿着第一个腿部延伸，加热工位和冷却工位沿着第二个腿部、所述下侧转向段和第三个腿部延伸，排出滑槽沿着第四个腿部延伸。设置带材进料装置和带材排出装置，以用于在退火工艺期间使作为自由悬挂环的所述带材在两个顶部辊室之间连续引导穿过加热和冷却工位。

Description

具有M形带材处理隧道的退火设备

技术领域

本发明涉及一种用于金属带材的连续退火的退火设备，所述金属带材被引导穿过所述设备。通过焊接或以其他方式将以卷形式供应的带材连接，并稍后重卷，使得金属带材在处理段连续。

背景技术

已知金属带材的退火，尤其是冷轧金属带材(例如，不锈钢带材)的所谓光亮退火在带有加热和冷却工位的连续退火工艺中进行，其中用含氢保护气体来保护带材。对于BA(光亮退火)品质不锈钢带材，此工艺通常在竖直取向的炉中进行。然后，引导带材以恒定速度穿过竖直炉，同时仅在炉的顶侧和/或底侧引导带材经过辊上方。这样无接触地引导带材穿过炉是为了防止在退火阶段损坏热的带材表面。

用于例如不锈钢带材的光亮退火的炉填充有保护气体作为保护气氛(保护介质)，其通常包含70-100vol％的H2，剩余为N2，或者偶尔填充有露点低于-40摄氏度的氩。需要保护气体是为了驱散空气，否则空气会引起炉内部处理的金属带材的氧化和变色。然而，这种保护气体极易***，因此需要极其安全的措施。另外，光亮退火工艺需要极低露点的气氛，因此需要极其气密的炉，因为甚至渗透少量空气也会使露点条件变差，进而导致带材表面的氧化和变色。

为了这些安全和工艺原因，所有现有的竖直光亮退火炉均为倒置U型，U形的开放端处于其底部，在倒置U的底部处的腿部的下外端处带有特殊的密封件。在US2009/158975中公开了这样的倒U型的金属带材的连续热处理线路的示例。在过去的50多年，即，从20世纪50年代后期竖直光亮退火炉被首次设计起到现在，每一种竖直光亮退火炉均具有这种倒置U形形状，以便确保极易***的保护气体被向上锁在炉的倒置U形形状内部。即使带材入口和出口的密封件之一出现故障或损坏，由于保护气体重量比周围空气轻，保护气体仍将困在倒置U形形状的内部。对此需要指出的是，即使没有这样的故障，带材入口和出口的密封件有时也需要在被输送至设备中的带材材料中的加厚焊缝经过期间暂时打开非常短的时间段(通常约10秒)，这主要是为了防止损坏密封件。根据生产率，带材卷之间的焊缝通常按照¹/₂-2小时的间隔出现。另外，在带材过度偏离中心线的情况下需要进行校正时，也可能需要暂时打开密封件。在这样的暂时打开期间，也需要保护气体自然地留在设备内部，并且防止空气进入设备。

光亮退火设备的示例例如可见EP 0 914 481。该设备包括倒置U形带材处理隧道，两条竖直腿部经由顶部辊室(轧室)彼此连接。竖直指向上的腿部，即在退火期间带材穿过其沿向上方向被引导的腿部，通过遮蔽的入口滑槽形成，在其上部设置有预加热工位。竖直指向下的腿部，即在退火期间带材穿过其沿向下方向被引导的腿部，在其上部具有马弗炉(muffle)型加热工位，在其下部具有冷却工位。入口滑槽、马弗炉型加热工位和冷却工位基本上气密地彼此连接。入口滑槽的下端和冷却工位的下端分别形成带材入口和带材出口，它们均设置有保护气体封闭件。对于这种类型的设备，在退火期间，带材主要以向下带材输送方向被加热和冷却。

光亮退火设备的另一示例可见EP 0 675 208。该设备也包括倒置U形带材处理隧道，两个腿部经由顶部辊室彼此连接。竖直指向上的腿部现在在其下部通过马弗炉型加热工位形成，中部为耐火材料型加热工位，上部为冷却工位。竖直指向下的腿部形成屏蔽的排出滑槽。同样，马弗炉和耐火材料型加热工位、冷却工位和排出滑槽基本上气密地彼此连接，马弗炉型加热工位和排出滑槽的下端形成带材入口和出口，它们均设置有保护气体封闭件。在退火期间，带材完全以向上带材输送方向被加热和冷却。

在两个示例中，从加热工位出来的带材在相同的腿部中向下在冷却工位中利用强制气体循环冷却(所谓的喷射冷却)。加热工位和冷却工位均填充有保护气体。将带材冷却至足够低的温度，以能够将退火带材暴露于空气，而不会由于接触空气而导致带材表面的变色或其他损伤。

在两个示例中，带材入口和出口需要气体封闭件，例如橡胶涂覆辊或高强度纤维(fibre stroke)，以便最小化或基本上防止含氢保护气体的损耗。这非常重要，因为含H2保护气体的任何泄漏会立即引起***或着火，从而导致危险情形。另外，气体封闭件能够在退火期间保持加热工位处于足够的过压下，以防止泄漏点处进入空气。

两个示例的缺点在于，其最大建筑高度受限，因此生产能力也受限。两种设备的特征在于，主要的加热和冷却行为在设备的同一个向上或向下的腿部中进行。将设备的这一腿部构建得太高会导致在该腿部中，一定量带材的自重悬于其最热点下面，从而在热的带材中引起高张力。这在EP 0675 208中尤其成问题，因为带材在加热工位的上部，即腿部的上半部，达到其最热点，因此该最热点不得不承载许多带材的自重，再加上为了使带材正确行进和引导而可能需要的任何附加带材张力。对于EP 0 675 208的马弗炉型加热工位，这样的建筑高度限制也适用，但由于热马弗炉材料的自重从其顶端马弗炉的热点处向下垂下，从马弗炉的最大高度将处于超过马弗炉的最大容许热应力的某一高度。

两个示例的另一缺点在于，在退火工艺期间下落的任何颗粒可能滞留在入口或出口气体封闭件中，这可能导致对必须经过封闭件的带材表面的损坏。对于耐火材料型加热工位，这些颗粒可能由从加热工位的隔热砖剥落的砖灰或砖粒形成。在加热期间，这些隔热砖经受由紧密地安装在隔热砖前面的电加热元件的强热辐射引起的剧烈热膨胀和收缩。例如，如果加热工位中需要达到1200C的温度，则电加热元件本身可达到约1700C的温度。从隔热砖剥落的砖灰或砖粒最终会下落在气体封闭件中。对于马弗炉型加热工位，这些颗粒可能由在较早阶段附着到马弗炉壁或其他内部零件上以及其在某些时候会剥落并下落到封闭件中的颗粒形成。这些早期驻留的颗粒可能由通常的尘粒形成，或者由带材材料的组分形成，其在较早阶段在退火期间从带材材料蒸发出来，然后在加热或冷却工位的较冷表面零件处升华。

发明内容

本发明旨在克服一个或多个上述缺点和/或提供可用的替代方式。具体地讲，本发明旨在提供一种有效且安全操作的退火设备，通过该退火设备可实现高生产能力、高退火品质和/或低生产成本。更具体地讲，本发明的主要目的在于提供一种全新类型的用于光亮退火的炉，其生产能力显著高于现有技术的倒置U型设计的竖直炉中可实现的生产能力，并且还通过降低***风险来提高此类设备的安全性。

这一目的通过根据权利要求1所述的退火设备来实现。所述退火设备包括入口滑槽、带有加热装置的加热工位、带有冷却装置的冷却工位和排出滑槽。所述入口滑槽、加热工位、冷却工位和排出滑槽依次设置，并基本上气密地彼此连接。它们一起限定M形纵向蜿蜒的基本上气密的带材处理隧道，所述带材处理隧道填充有保护气体，并具有四个竖直指向的腿部，所述腿部利用第一顶部辊室、下侧转向段和第二顶部辊室彼此连接。各顶部辊室具有至少一个辊，以用于将带材从设置于其下方的一个腿部引导至另一腿部。所述隧道在入口滑槽和排出滑槽的下端处具有带材入口和带材出口，所述带材入口和带材出口均设置有保护气体封闭件。入口滑槽沿着第一个腿部延伸。加热工位和冷却工位沿着第二个腿部，以及沿着下侧转向段并沿着第三个腿部延伸。排出滑槽沿着第四个腿部延伸。设置带材进料装置和带材排出装置，以用于在退火工艺期间使带材作为两个顶部辊室之间的自由悬挂环沿着第二腿部、下侧转向段和第三腿部连续引导。

在退火期间，金属带材经由入口处的气体封闭件连续进入设备中，随后沿着向上的方向朝着第一顶部辊室行进过入口滑槽。在经过顶部辊室之后，带材作为自由悬挂环向下然后向上穿过加热工位和冷却工位朝着第二顶部辊室行进。在加热工位中，根据退火的带材材料的类型，使带材达到其所需的退火目标温度，具体地讲，介于800-1200C的温度。在冷却工位中，使带材的温度降低至可接受的较低温度以便于其被引导至第二顶部辊室的辊上方，具体地讲，降低至介于80-230C的温度，而不会扭曲或损坏。在经过第二顶部辊室之后，带材向下穿过排出滑槽(其可在排出之前在排出滑槽处进一步冷却)，以经由出口处的气体封闭件离开设备。

因此整个设备的特征在于M形状，实际处理区中的带材，即处于两个顶部辊室之间的带材处于M形状内，在其自重的影响下成自由下垂环(链式线)垂下，而在下侧转向点中没有被引导经过某种辊上方。在入口和排出滑槽中，带材分别竖直向上和向下行进。

所述M形状结合沿其具体设置的滑槽和工位提供许多重要的优点。首先，通过构建具有显著更长的加热和冷却长度的设备，可大大增加生产能力和/或降低生产成本。与在相同竖直通道中进行加热和冷却的已知炉结构中可实现的相比，第二和第三腿部一起提供可沿其进行临界退火加热和冷却的更长的可用长度。其次，由于该M形状，可获得不同的入口和排出滑槽，其将实际加热和冷却工位与入口和出口处的气体封闭件分离。

带材入口和出口有利地设置在第一和第四腿部的下外端处，位于比在上端限定第二和第三腿部的顶部辊室低的水平面处。因此，即使气体封闭件之一出现故障或破裂，第二和第三腿部的加热和冷却段内部、以及第一和第四腿部的入口和排出滑槽内部的高***性、重量轻的保护气体仍有利地被自然地困在其中。

在特定实施例中，本发明M形炉的目的在于在第一(入口)和第四(出口)腿部中使用低H2百分比的保护气体，以减少穿过密封件逃逸的H2的量，并将第二和第三腿部的高H2百分比处理段与穿过密封件的空气渗透分离。这一措施显著降低了在密封件处着火的风险和***危险。

隔热砖灰或砖粒或者从加热和/或冷却工位落下的其他颗粒不再被夹带在气体封闭件(密封件)中，因此不再导致对带材表面的损坏。这有助于提高退火工艺的品质并消除由于这样的原因在气体封闭件中损坏的带材所导致的损耗。

入口和出口的气体封闭件中以及顶部辊室中的带材张拉损失不再对热处理部分中的带材张力有影响，因为带材仅通过其自重呈自由环下垂。由于顶部辊室之间没有设置附加的带材张力，所以实际处理区中的带材的最热点中的张力将处于较低值。带材的最热点可有利地沿着第二或第三腿部的高度设置在比带材的转向点高的相对低的高度处。因此，在悬于其下方的带材的重量的影响下，该最热点中的带材张力仍较低。自由悬挂环使得在带材停止或速度改变期间带材能够自由地热膨胀或收缩，而不会引起带材断裂的直接风险，也无需对此热膨胀/收缩采取特殊的构造措施。

针对已知倒置U型光亮退火炉可设计的最大高度为约80-85m。高于这一高度，悬于其最热点下方的带材的重量可能在热带材中形成如此大的应力，而使带材可能变形，致使其无用。根据产品组合，这将此类倒置U型炉设计可实现的最大生产能力有效限制为约110,000-150,000t/a。如今，通过根据本发明的新M形状设计，生产能力可显著增加至现有技术可实现的生产能力的约两倍。

以新M形状退火设备可预期的这样的高生产率和带材速度，单独的入口滑槽(即，M的第一腿部)可有利地用于在带材进入第二腿部(在第二腿部处其将被快速加热至高温)之前，清除/减少在经过带材入口处的密封件之后仍附着在带材表面的空气分子层。如果没有在带材达到高退火温度之前削弱或移除这一非常薄的空气层，则带材表面会易于在退火工艺中氧化和变色，这是不可接受的。

带材在下侧转向段的无接触转向对第二和第三腿部中的带材形状有稳定化影响，因为带材在转向点中趋向于基本上平坦地伸展。由于设备的M形状，不再需要在设备的最低点处设置入口和/或出口的气体封闭件。可在第一和第四腿部的比第二和第三腿部之间延伸的转向段的最低点高一些的水平面处设置气体封闭件。因此，可通过(例如)设置在封闭件上游或下游足够大距离处的转向辊的有效控制来改善带材穿过气体封闭件的行进。

需要指出的是，具有带材的自由悬挂中心环的M形状炉设计未被出版物公开，也不存在工业应用公开。尽管倒置U形状炉设计熟知用于光亮退火，但在本领域中正常U形状炉设计(带材可被引导作为在两个顶部辊室之间的自由悬挂环)还已知用于除光亮退火之外的其他用途，类似例如利用直吹燃烧器的明火退火。参见例如JP-51109204和NL-1013752。然而，这些已知的U形状炉设计并未结合成M形状的处理隧道，更重要的是，不适用于光亮退火。这尤其是因为U形炉并非构建用于容纳含H2的高***性保护气体。如果这样的炉填充含H2保护气体，当它在结合其直吹燃烧器使用时会立即燃烧/***。即使与间接加热器一起使用时，在其顶部具有开口的U形炉中仍将形成许多H2***危险。

轻的H2气体会容易地沿向上方向经由存在于U形状的腿部的上端的带材入口和出口逃逸。因此，高度易燃的H2气体会容易地从炉内部逃逸到周围空气中，并且空气会进入容纳H2的炉中，取代逃逸的H2。

在顶部具有带材入口和出口的情况下，由于热的炉的炉身作用，下侧炉段中的微小泄漏将带来空气进入H2炉气氛中的风险。

如果带材入口和出口的顶部密封件出现故障，或者这些密封件意外地长时间处于打开，则会迅速导致非常危险的情形，因为大量H2气体由于其与周围空气相比重量轻而将自然地逃逸并流出到环境中，几乎立即就会导致着火或***危险。

综上所述，U形炉的***和着火危险是光亮退火所完全不可接受的，监管安全机构不会同意这样的设计。因此，本发明的在第一和第四腿部中具有专用入口和出口隧道的M形处理隧道为光亮退火设备提出全新的方案。

在根据本发明的优选实施例中，加热工位至少沿着第二腿部的一部分延伸，而冷却工位至少沿着第三腿部的一部分延伸。因此，下侧转向段可用于加热被引导经过其的金属带材，或者用于在带材充分退火之后已经(提早)开始缓慢冷却带材。这有助于提高设备的能力和/或退火工艺的品质。

在根据本发明的特定实施例中，加热工位被设置为不仅沿着第二腿部延伸，而且还沿着下侧转向段并沿着第三腿部的下部延伸。冷却工位被设置为沿着第三腿部的上部延伸。由于沿其可进行带材的加热和冷却的带材处理隧道的长度更大，所以有利地能够进一步增加生产能力和/或降低生产成本。另外，沿着第三腿部的下部的加热工位一部分的高度可被选择为使得与冷却工位的过渡段可有利地设置于带材已经开始变陡且接近竖直的自由悬挂环的一部分中。这显著使带材无意中撞上该过渡段和/或冷却工位壁的机会最小化。另外，这可使得该过渡段的开口相比于第三室内部的隧道宽度急剧减小。这样细长的过渡段有助于防止朝着冷却工位的热损失。

在替代实施例中，加热工位就在下侧转向段之后结束，冷却工位在下侧转向段之后立即开始。在结合沿着第一腿部的上部和/或第二腿部的上部延伸的预加热工位的设置使用时这尤其可能，因为这样的话在经过沿其设置的加热工位时仍可在同一个腿部中使带材达到其所需的退火温度。例如，如果第二腿部的上部用于这样的预加热工位，则预加热工位可构建为喷射预加热工位，其包括向带材吹送热气体的通风机，从而将其预加热至高达850摄氏度的温度。然后，第二腿部中的位于其下面的加热工位(例如，马弗炉型加热工位)可用于将带材加热至高达1100摄氏度或更高的温度。然后，第三腿部可有利地整个用于使带材在经过第二顶部辊室上方之前冷却回至可接受的较低温度，例如150摄氏度。然后，还可将下侧转向段用作(软)冷却段，在其中可已经(提早)开始使退火带材逐渐冷却。

加热工位可由单个或多个加热室形成。然而，优选地，加热工位包括至少三个分离的加热室。沿着第二腿部延伸的第一室，沿着下侧转向段延伸的第二室，以及沿着第三腿部的下部延伸的第三室。这些不同的加热室利用基本上气密的柔性连接件，具体地讲，柔性(不锈钢)波纹管来彼此分离。通过将加热工位分成三个室，各室可包括其自己的一套加热装置和/或其自己类型的加热装置和构造，并且可更好地防止加热工位段之间的相互作用。例如，第二室可保持在比第一和第三室相对低的温度下。用于该第二室的隔热和加热装置的选择对于能够在退火工艺中维持低露点而言变得不那么关键。由于在第一和第二之间以及第二和第三室之间的过渡段处没有加热能量损失，这些气密柔性连接件可构造有相对大的通道，使得带材可自由地穿过这些过渡段，而不会由于撞在其上而损坏。从优选较热的第一和/或第三室朝着第二室辐射的任何热有助于加热该第二室。

由于第一室中带材的移动/变形(由带材中的轧制张力的回火引起的鼓胀或翘曲)，会在带材的宽度上开始出现带材温度差。通过将第二室的温度选择为更接近带材在第一室的末端所达到的温度，可减小这样的带材温度差。这有助于使带材能够在第三室的末端在其整个宽度上达到更好的温度均匀度。

第一、第二和第三加热室可为马弗炉型或耐火材料型。所有类型的组合均是可以的。这一选择可取决于该设备的具体建筑位置中的能源成本、所需带材退火温度、或者用户的偏好。耐火材料型加热室能够获得更高的生产能力，但需要特别高纯度Al2O3级耐热砖的隔热层，其加热并调节至处理所需的低露点条件或者再次冷却需要花费较长时间。马弗炉型加热室可更快速地加热至其低露点条件并再次冷却，因为保护气体仅与马弗炉直接接触，而不与围绕马弗炉的炉隔热层(例如，陶瓷纤维)直接接触。

第二加热室优选为耐火材料型，由加热装置在退火工艺期间直接朝着带材辐射热。通过第二室的较低操作温度，例如，该第二室可整体或大部分用隔离纤维覆盖并用标准Cr/Ni电阻加热元件加热，或者用辐射管加热。这能够快速加热并冷却和/或调节该第二室。

这样能够快速加热和/或冷却第二室在带材断裂的情况下是有益的。如果带材断裂，其自由下落到加热工位沿着下侧转向段延伸的那部分的底部(在这种情况下，第二室的底部)。通过适当驱动顶部辊室的辊来定位断裂的带材的两端，可使得带材两端均处于加热工位的底部中。通过在该底部设置带锁门，可简单并快速地将带材两端再次连接在一起。另外，所述底部可设置有带有气体封闭件的特殊接纳段，以形成闸门。该闸门有助于在打开带锁门以便于将断裂的带材重新连接时防止保护气体逃逸并防止加热工位的剩余部分暴露于空气。

在一个变型中，入口滑槽的上部设置有另一保护气门，使得在入口滑槽的下部与带材入口附近的保护气体封闭件一起形成保护气体的闸门。类似地，排出滑槽的上部也可设置有另一保护气门，使得在排出滑槽的下部与带材出口附近的保护气体封闭件一起形成保护气体的闸门。所述闸门使得能够用与加热和冷却工位的实际处理区中所用的保护气体不同类型的保护气体来填充入口和/或排出滑槽。例如，与实际处理区中所需相比，滑槽中的保护气体的氢含量较低，露点较高，而在加热和冷却工位中，需要氢含量高(大部分为70-100％H2，剩余为N2)和露点非常低(具体地讲，低于-40C)的保护气体。滑槽中使用低H2含量的保护气体节省成本并提高设备的安全性，因为在正常退火处理以及短时间打开入口和/或出口气体封闭件期间，滑槽中的较低H2含量的保护气体着火或***的危险性均较低。还可通过气体净化和调节***使保护气体在加热和冷却工位中循环以便将其保持在正确条件下，而无需对滑槽中的气体如此做。如果带材在其入口或出口封闭件中向一侧偏离，则可能有必要暂时打开封闭件以将带材重置于其正确(中心)位置。如果带材的焊缝需要经过封闭件，则也可能有必要这样暂时打开封闭件。由于设置了闸门，并且H2含量较低的保护气体存在于其中，与用与加热和冷却工位中所用相同的***性且昂贵的高等级保护气体填充滑槽的情况相比，有利的是，暂时打开封闭件的问题较小。

在从属权利要求中说明进一步有利的实施例。

本发明还涉及根据权利要求18或19所述的退火设备的应用。

附图说明

下面参照附图更详细地说明本发明，其中：

图1示意性地示出根据本发明的退火设备的第一实施例，其具有两个马弗炉型和一个耐火材料型加热室；

图2示出图1的变型，其在第一腿部的上部具有预加热工位；

图3示出图1的另一变型，其具有一个马弗炉型和两个耐火材料型加热室；

图4示出图1的另一变型，其在第二腿部的上部具有预加热工位。

具体实施方式

在图1中，退火设备整体给予标号1。设备1包括M形处理隧道，其依次由入口滑槽2、第一顶部辊室3、第一马弗炉型加热室4、第二耐火材料型加热室5、第三马弗炉型加热室6、静止冷却段7、喷射冷却段8、第二顶部辊室9和排出滑槽10限定。在退火工艺期间，带材14通过带材进料装置和带材排出装置的适当致动基本上以连续速度穿过隧道，以便于带材在特定时间段内以特定所需退火温度退火，随后向下再次冷却。带材进料和排出装置可设置在入口的上游和出口的下游，例如可由从动辊形成。

入口滑槽2限定M形状的第一腿部，并在其入口17处设置有气体封闭件16，在其上部设置有气门(gas gate)18。气体封闭件包括一组辊，带材能够基本上气密地在所述辊之间穿过它们以进入滑槽。气体封闭件16和气门18之间形成的闸门(sluice)填充有保护气体。例如，气门18可由机械装置(辊)或空气动力装置(气刀)形成。

顶部辊室3、9各包括一组引导辊20、21，其将带材14从竖直向上行进引导至竖直向下行进。引导辊优选连接至驱动装置，所述驱动装置每当需要时驱动其旋转。

第一加热室4限定M形状的第二腿部并包括长圆柱形马弗炉24，所述马弗炉24通过隔热套管25包封，加热装置(燃烧器)设置在隔热套管25中以从外部加热马弗炉24。马弗炉因此能够间接加热穿过其的带材14。由于马弗炉24达到非常高的温度，其将在纵向方向上显著膨胀。马弗炉24利用膨胀段26(具体地讲，根据EP 0 914 481的平衡膨胀段)来向上自由膨胀。马弗炉24的下侧利用气密柔性不锈钢波纹管27连接至第二加热室5。该波纹管27也能够承担马弗炉24的膨胀。

第二加热室5限定M形状的下侧转向段并包括隔热壁，电加热元件安装在其前面。加热元件因此能够直接加热经过其的带材14。在其底部，室5设置有闸门28，该闸门28具有带锁门29。该闸门包括例如通过合适的辊或活动门形成的气体封闭件30。如果需要，可在底部设置防护辊或另一类型的带材捕捉装置，其在正常退火处理期间不必与带材接触。在其上侧，室5利用气密柔性不锈钢波纹管31连接至第三加热室6。

第三加热室6限定M形状的第三腿部的下部，具体地讲，第三腿部的长度的约一半，并包括长圆柱形马弗炉34，所述马弗炉34通过隔热套管35包封，加热装置设置在其中以从外部加热马弗炉34。同样在马弗炉34的下侧通过波纹管31承担膨胀。马弗炉34也利用膨胀段(具体地讲，根据EP 0 914 481的平衡膨胀段)来向上自由膨胀。

室4、5和6一起形成加热工位，沿其总长度能够使带材14很好地获得其所需的退火处理。带材14的最热点HP出现在第三加热室6的末端。静止冷却段7和喷射冷却段8一起形成冷却工位，沿其总长度能够使退火带材14很好地再向下冷却至低于第二顶部辊工位中容许的最大温度(具体地讲，低于250C)的温度

排出滑槽10限定M形状的第四腿部，并在其出口37处设置有气体封闭件36，在其上部设置有气门38。所述气体封闭件包括一组辊，带材能够基本上气密地在所述辊之间穿过它们以离开滑槽。气体封闭件36和气门38之间形成的闸门填充有保护气体。例如，气门38可由机械装置(辊)或空气动力装置(气刀)形成。

在排出滑槽10的上部设置有喷射冷却型的后冷却工位40。气门38就设置在该后冷却工位40下方。

顶部辊室3、加热室4、5、6、静止冷却段7、喷射冷却段8、顶部辊室9和后冷却工位40全部气密地构造，并且全部气密地彼此连接，使得它们可填充有适用于所需退火工艺的保护气体，例如H2、H2/N2、氩等。入口滑槽2和排出滑槽10中所用的保护气体被选择为不同于加热和冷却工位中所用的保护气体，具体地讲，较低含量的H2。

图2中示出一种变型，其中入口滑槽2的上部设置有喷射预加热型的预加热工位45。使用来自第一和第三加热室4、6的燃烧器的烟气(flue gas)间接加热预加热工位45。例如，这些烟气的热可利用气体换热器传递给循环穿过预加热工位的保护气体。因此，可进一步降低成本。

图3中示出另一种变型，其中第三加热室6现在是耐火材料型，其具有隔热壁50，电加热元件安装在其前面。

图4中示出另一种变型，其中沿着M形处理隧道的第二腿部的上部设置喷射预加热型的预加热工位60。预加热工位60与沿着第二腿部的下部设置的第一马弗炉型加热室61呈一直线地设置。第二耐火材料型加热室62限定M形状的下侧转向段。M形状的第三腿部现在整个由冷却工位形成。该冷却工位包括静止冷却段63和喷射冷却段64。

喷射预加热工位60如带有保护气体的其他设备段一样操作，并且利用强制对流将其热传递给带材。此实施例的优点在于，不再需要第二马弗炉型加热室。这使得设备的构造更简单且更便宜。带材在预加热段甚至可预加热至400-800摄氏度之间的温度，这取决于所需退火工艺、总成本和支出值。有利的是，与马弗炉型加热器相比，对流型预加热能够更快速地加热带材。因此，仅在第一腿部的长度内，仍可达到所需的高退火温度。下侧转向段现在可有利地用作纯均热(soaking)段或用作缓慢冷却段(均仅需要限制的容量)。

当期望对马弗炉型加热室61进行维护时，可将预加热段60移到旁边，使得可在竖直方向上提起马弗炉。在所示实施例中，第三和第四腿部被构造为比第一和第二腿部略短，使得预加热工位60可被移到旁边，同时移至第三和第四腿部上方。然而，如果需要第三和第四腿部更长，则也可使预加热工位60朝另一方向移位。

除了所示实施例之外，许多变型也是可能的。例如，滑槽、加热室和其他零件的形状和尺寸可变化。另外，可使用其他类型和数量的加热工位和/或冷却工位。代替主要向上膨胀的马弗炉，其也可被安装为使得其主要沿向下方向膨胀。退火设备优选用于具有早前提及的BA品质的不锈钢带材的光亮退火。然而，其也可用于所谓2B品质轧制的不锈钢带材的准光亮退火。通过根据本发明的设备，即使使用的保护气体比BA品质所用的保护气体更不严格(更低％H2和更高露点)，也可对这样的2B级带材退火，使得可完全或部分地消除进一步的酸洗处理。可将第二顶部辊室中的带材温度维持在相对高的温度，例如150-200C，并使用在该温度下不损坏带材的特殊设计的转向辊。还可通过带材在排出滑槽中的进一步冷却并将该热量输送给进入入口滑槽的带材，在入口滑槽和排出滑槽之间获得对流热交换。这也可帮助节省能源。

因此，根据本发明，获得一种退火设备，其不仅提高了安全性和退火品质，而且同时与现有技术的竖直光亮退火设备(倒置U型)通常每年70,000-130,000吨相比，通过该设备在具有两个马弗炉型加热室的实施例能够达到每年200,000-230,000吨的生产能力，在具有两个耐火材料型加热室的实施例中甚至能够达到每年300,000吨或更大的生产能力。

Claims

1.一种退火设备，其用于引导穿过所述设备的金属带材的连续退火，包括：

-入口滑槽(2)；

-带有加热装置的加热工位；

-带有冷却装置的冷却工位；

所述入口滑槽(2)、所述加热工位和所述冷却工位依次设置，并基本上气密地彼此连接，使得它们限定纵向蜿蜒的基本上气密的带材处理隧道，所述带材处理隧道将填充有保护气体，并具有竖直指向的隧道部分，所述隧道部分利用顶部辊室(3,9)彼此连接，所述顶部辊室具有至少一个辊(20,21)，以用于将所述带材(14)从一个竖直指向的隧道部分引导至另一个竖直指向的隧道部分，

所述隧道在其相应的外端具有带材入口(17)和带材出口(37)，所述带材入口和带材出口均设置有保护气体封闭件(16,36)，

其特征在于：

所述设备还包括排出滑槽(10)，所述排出滑槽在所述冷却工位的下游并基本上气密地连接至所述冷却工位，

所述入口滑槽(2)、顶部辊室的第一个(3)、所述加热工位、所述冷却工位、顶部辊室的第二个(9)和所述排出滑槽(10)一起限定M形蜿蜒的隧道，所述隧道具有四个腿部，所述腿部经由两个顶部辊室(3,9)和下侧转向段彼此连接，其中：

-所述入口滑槽(2)沿着第一个腿部延伸；

-所述加热工位和所述冷却工位沿着第二个腿部、所述下侧转向段和第三个腿部延伸；

-所述排出滑槽(10)沿着第四个腿部延伸，

其中设置带材进料装置和带材排出装置，以用于在退火工艺期间使作为自由悬挂环的所述带材(14)在所述两个顶部辊室(3,9)之间连续引导穿过沿着所述第二腿部、所述下侧转向段和所述第三腿部延伸的所述加热和冷却工位，并且其中带材入口(17)和带材出口(37)设置在所述入口滑槽(2)和所述排出滑槽(10)的下端处。

2.根据权利要求1所述的退火设备，其特征在于，所述加热工位至少沿着所述第二腿部的一部分延伸，并且所述冷却工位至少沿着所述第三腿部的一部分延伸。

3.根据权利要求2所述的退火设备，其特征在于，所述加热工位还沿着所述下侧转向段延伸。

4.根据权利要求1所述的退火设备，其特征在于，所述冷却工位沿着基本上整个所述第三腿部延伸。

5.根据权利要求3所述的退火设备，其特征在于，所述加热工位还沿着所述第三腿部的下部延伸，并且所述冷却工位沿着所述第三腿部的上部延伸。

6.根据权利要求3所述的退火设备，其特征在于，所述加热工位包括至少两个分离的加热室(4,5)：

-第一室(4)，其沿着所述第二腿部延伸，

-第二室(5)，其沿着所述下侧转向段延伸，

所述室利用基本上气密的柔性连接件彼此分离。

7.根据权利要求6所述的退火设备，其特征在于，所述加热工位还包括：

-第三室(6)，其连接至所述第二室(5)并沿着所述第三腿部的下部延伸。

8.根据权利要求6所述的退火设备，其特征在于，所述加热室(4,5,6)利用基本上气密的柔性波纹管(27)彼此分离。

9.根据前述权利要求6所述的退火设备，其特征在于，所述第二加热室(5)是耐火材料型，所述加热装置在退火工艺期间直接朝着所述带材(14)辐射热。

10.根据权利要求1所述的退火设备，其特征在于，所述入口滑槽(2)的上部设置有另一保护气门(18)，使得在所述入口滑槽(2)的下部处与带材入口(17)附近的保护气体封闭件(16)一起形成保护气体的闸门，

和/或所述排出滑槽(10)的上部设置有另一保护气门(38)，使得在所述排出滑槽(10)的下部处与带材出口(37)附近的保护气体封闭件(36)一起形成保护气体的闸门。

11.根据权利要求1所述的退火设备，其特征在于，沿着所述第一腿部延伸的所述入口滑槽(2)在其上部包括预加热工位(45)。

12.根据权利要求1所述的退火设备，其特征在于，沿着所述第四腿部延伸的所述排出滑槽(10)在其上部包括后冷却工位(40)。

13.一种根据权利要求1所述的退火设备针对金属带材退火的应用，包括以下步骤：

-用防护性保护气体填充所述M形蜿蜒隧道；

-通过引导所述金属带材(14)穿过所述M形隧道，同时在所述加热工位中将金属带材加热，然后在所述冷却工位中将所述金属带材冷却，来对所述金属带材进行退火。

14.根据权利要求13所述的应用，其特征在于，其用于不锈钢带材(14)的光亮退火，其中，所述保护气体包含至少50％H₂，并且其中所述加热工位被加热至至少850摄氏度的温度，以便将其中的不锈钢带材(14)加热至至少700摄氏度的温度。

15.根据权利要求13所述的应用，其特征在于，与所述第二和第三腿部中的高H₂百分比气体分开，所述第一和第四腿部中存在低H₂百分比的保护气体。