СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОЛОСЫ, ДВИЖУЩЕЙСЯ ЧЕРЕЗ СЕКЦИЮ ОХЛАЖДЕНИЯ ЛИНИИ НЕПРЕРЫВНОЙ ТЕРМООБРАБОТКИ, И УСТАНОВКА ДЛЯ ВНЕДРЕНИЯ ВЫШЕУКАЗАННОГО СПОСОБА Российский патент 2012 года по МПК C21D1/56 F27D1/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к охлаждению металлической полосы, проходящей через секцию охлаждения линии непрерывной термической обработки, как, например, линию отжига или линию нанесения металлического или органического покрытия.

Уровень техники

В линии непрерывной термической обработки вышеуказанного типа металлические полосы охлаждаются в секции охлаждения с помощью продувки газа, обычно смеси азота и водорода, через одну или несколько охладительных камер, которые снабжены соответствующими отверстиями или продувными трубами.

Разработчики охлаждающих секций уделяют постоянное внимание максимально возможному равномерному охлаждению полосы, проходящей через вышеуказанную секцию, не допуская при этом возникновения нестабильности и/или вибрации при перемещении полосы.

Документ EP-A-1655383 описывает такое устройство охлаждения, в котором полоса проходит между двумя охладительными камерами, снабженными продувными трубами, наклоненными под углом, который ориентирован в направлении и/или против направления перемещения полосы, а также в направлении краев полосы. В случае, когда полоса проходит через секцию охлаждения, она, тем самым, охлаждается с обеих сторон продуваемой газовой смесью, которая имеет температуру ниже температуры полосы. Давление, необходимое для продувки, обеспечивается одним или двумя вентиляторами. Газовая смесь, нагреваемая посредством теплообмена с полосой, охлаждается в теплообменнике, обычно водяном теплообменнике, и в дальнейшем переносится в систему охлаждения с помощью вентилятора (вентиляторов) и рециркулируется для подачи в камеры охлаждения.

Известно, что передача тепла зависит от расстояния, с которого выполняется продувка, между полосой и выпускными дросселями для газовой смеси, а также от геометрической конфигурации продувки и скорости продувки. Известно, что передача тепла более эффективна в случае, когда расстояние, с которого выполняется продувка, небольшое и/или скорость продувки высокая. Несмотря на это, существуют практические ограничения в отношении увеличения скорости продувки и уменьшения расстояния между полосой и системой продувки, поскольку при выходе за некоторый пороговый уровень возникают вибрации и/или колебания полосы, что может привести к входу полосы в контакт с системой продувки и образованию рисок, несовместимых с требуемым качеством поверхности, и, возможно, даже к более серьезному повреждению полосы.

Как вариант способа продувки газовой смесью в качестве охлаждающей жидкости также была использована вода, что описано в документе EP-A-0343103, причем по этому варианту полоса быстро охлаждается с помощью охлаждающих форсунок, подающих смесь вода/воздух; или же по варианту, описанному в FR-A-2796965, используются форсунки, подающие воду/азот. То же самое описывается в документах US-A-6054095, US-A-5902543, US-A-4934445 и JP-A-02170925.

Использование воды в качестве охлаждающей жидкости является преимуществом в том плане, что передача тепла требует низкой скорости на выходе охлаждающей жидкости, поскольку передача тепла основана на обмене теплом за счет испарения воды в воздух или азот, однако, этот способ имеет два главных недостатка. Первый недостаток состоит в том, что передача тепла ограничивается температурой насыщения воды в неконденсирующемся воздухе или газообразном азоте, а второй недостаток состоит в том, что сталь при высокой температуре неминуемо подвергается окислению при охлаждении смесью воды и воздуха или воды и азота, и это означает, что соответственно необходимо выполнить специальную обработку для удаления окисной пленки, причем такая обработка может оказаться дорогостоящей и иногда даже не существует возможности выполнить ее на определенных линиях, как например, на линиях оцинковывания.

Технологические предпосылки также представлены в документах US-A-4399658, US-A-3728869 и DE-A-4429 203.

Таким образом, существует необходимость в способе охлаждения, который обеспечит лучшие эксплуатационные параметры и значительно повысит скорость охлаждения движущейся металлической полосы без возникновения вибраций и/или колебаний и без окисления вышеуказанной полосы.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения состоит в том, чтобы разработать способ охлаждения и установку, которые позволят охлаждать движущуюся металлическую полосу при высокой скорости охлаждения без возникновения вибраций и/или колебаний и в то же время исключить необходимость удаления окислов или специальной обработки поверхности после охлаждения, что было бы необходимо, если бы поверхность полосы была подвергнута окислению в большей или меньшей степени.

Вышеуказанная техническая проблема решается по изобретению с помощью способа охлаждения металлической полосы, движущейся через секцию охлаждения линии непрерывной термической обработки, заключающейся в подаче охлаждающей среды в секцию охлаждения на поверхность полосы, которая должна быть охлаждена, причем среда может охлаждать полосу без окисления вышеуказанной полосы; вышеуказанный способ отличается тем, что охлаждающая среда в основном состоит из вещества с фазовым превращением, переходящего в газообразную фазу при температуре, которая ниже температуры охлаждаемой полосы и близка к температуре внешней окружающей среды, так что обмен энергией происходит в границах эндотермического процесса посредством фазового превращения вышеуказанного вещества с фазовым превращением и вышеуказанная охлаждающая среда затем может быть подвергнута реконденсации при давлении, близком к атмосферному давлению.

Посредством применения эндотермического процесса с фазовым превращением большое количество энергии переносится таким способом, который мало зависит от скорости продувки, и, тем самым, имеется возможность избежать риска появления вибраций и/или колебаний охлаждаемой полосы. Естественно, что количество переносимой энергии зависит от типа используемой охлаждающей среды и, прежде всего, от количества продуваемой среды, и, тем самым, от количества среды, испарившейся или сублимированной в результате фазового превращения, имеющего место вблизи поверхности полосы. Кроме того, можно избежать вышеуказанных недостатков существующего уровня техники, по которому в качестве охлаждающей среды используется вода.

В отдельном случае осуществления способа изобретения охлаждающая среда представлена в твердой форме, в частности в форме хлопьев, имеющих тройную точку, превышающую температуру внешней окружающей среды, при этом имеет место эндотермический процесс с сублимацией вышеуказанной охлаждающей среды у поверхности полосы, которая должна быть охлаждена.

В другом случае осуществления способа изобретения охлаждающая среда представляет собой жидкость, в частности в форме мелких капель, имеющих нормальную температуру кипения, превышающую температуру внешней окружающей среды; при этом имеет место эндотермический процесс с испарением вышеуказанной охлаждающей среды у поверхности полосы, которая должна быть охлаждена.

На практике использование охлаждающей жидкости представляется более предпочтительным не только в плане эксплуатационных характеристик, но также из-за более простого внедрения и управления соответствующей установкой.

Преимущественно сублимирующая охлаждающая твердая форма или испаряющаяся охлаждающая жидкость восстанавливается ниже секции охлаждения по технологическому потоку с целью рециркуляции, подвергаясь процессу конденсации и сепарации, в конце которого неконденсирующаяся фракция изолируется, причем вышеуказанная фракция контролируется с целью регулирования процесса конденсации охлаждающей жидкости или твердой формы и сведения к минимуму расхода энергии.

В случае использования охлаждающей жидкости предпочтительно, чтобы вышеуказанная охлаждающая жидкость содержала, по меньшей мере, 80% об. жидкости с фазовым превращением.

Предпочтительно, чтобы жидкость с фазовым превращением была пентаном. Пентан может находиться в чистом состоянии или, как вариант, в смеси пентан/гексан при соотношении 80/20 в молярной концентрации.

Также предпочтительно, чтобы атмосфера в секции охлаждения была изолирована от внешней окружающей среды, в частности, на входе и выходе охлаждаемой полосы, в результате чего во время эндотермического процесса обеспечивается постоянный контроль охлаждающей среды. Это важно не только из-за затрат, а также и по причинам безопасности, поскольку некоторые жидкости, пригодные для использования в качестве охладителей, могут воспламеняться при высокой температуре и поэтому не должны смешиваться с кислородом воздуха.

И, наконец, и преимущественно массовый расход охлаждающей среды, подаваемой на поверхность полосы, контролируется таким образом, чтобы он оставался ниже заданного предела с той целью, чтобы в фазовом превращении использовалась вся охлаждающая среда.

Изобретение также предлагает установку для внедрения способа, имеющего, по меньшей мере, одну из вышеуказанных характеристик. По изобретению установка содержит:

- секцию охлаждения, содержащую камеру охлаждения, через которую герметично проходит охлаждаемая полоса; вышеуказанная камера снабжена внутри форсунками, предназначенными для подачи охлаждающей среды на обе поверхности вышеуказанной полосы; среда в основном состоит из вещества с фазовым превращением, переходящего в газообразную фазу при температуре, которая ниже температуры охлаждаемой полосы и близка к температуре внешней окружающей среды;

- испаритель, присоединенный ниже камеры охлаждения по технологическому потоку через нагнетательный вентилятор и обеспечивающий реконденсацию охлаждающей среды при давлении, близком к атмосферному давлению;

- цилиндр, образующий бак и сепаратор и присоединенный ниже испарителя по технологическому потоку; и

- рециркуляционный насос, присоединенный ниже цилиндра бака по технологическому потоку через предохранительный клапан и присоединенный выше по технологическому потоку к торцевой стенке камеры охлаждения.

Можно предусмотреть расположение форсунок камеры охлаждения с делением на сегменты, так чтобы они могли следовать заданному углу наклона при охлаждении, как функции скорости движении полосы.

Также можно предусмотреть, чтобы камера охлаждения имела выше по технологическому потоку секцию без форсунок и ниже по технологическому потоку секцию, снабженную форсунками, причем термины «выше по технологическому потоку» и «ниже по технологическому потоку» приняты с учетом направления движения полосы; вышеуказанная секция выше по технологическому потоку снабжена датчиком для измерения температуры полосы, входящей в вышеуказанную камеру.

По другой преимущественной характеристике камера охлаждения снабжена на входе и на выходе полосы герметичным сквозным воздушным шлюзом.

Также предпочтительно предусмотреть, чтобы установка включала в себя датчики измерения температуры полосы выше входа по технологическому потоку и ниже выхода по технологическому потоку из камеры охлаждения; вышеуказанные датчики служат для регулирования производительности рециркуляционного насоса как функции скорости движения вышеуказанной полосы, и эта скорость движения измеряется соответствующим датчиком снаружи вышеуказанной камеры охлаждения.

Также предпочтительно, чтобы цилиндр бака и сепаратора был снабжен внутри охлаждающим змеевиком, работающим при температуре более низкой, чем температура конденсации охлаждающей среды, используемая для завершения процессов конденсации и сепарации, протекающими между жидкой фазой охлаждающей среды и неконденсирующимися газами внутри вышеуказанного цилиндра. В частности, цилиндр бака и сепаратора снабжен вентиляционным клапаном, обеспечивающим отвод неконденсирующихся газов.

Другие характеристики и преимущества изобретения станут более понятными в свете последующего описания, относящегося к частному варианту выполнения со ссылкой на приложенный чертеж, показывающие установку для внедрения способа изобретения.

Краткое описание чертежа

Приводится ссылка на чертеж, который представляет собой схему, показывающую установку для внедрения способа изобретения.

Осуществление изобретения

Чертеж представляет собой схему, показывающую установку, обозначенную как поз.100 и предназначенную для внедрения способа охлаждения по изобретению. Металлическая полоса, обозначенная как поз.1, движется через секцию охлаждения, обозначенную как поз.4, в линии непрерывной термической обработки, которая может представлять собой линию отжига или линию нанесения металлического или органического покрытия.

Согласно технологическим условиям направление, по которому движется лента 1, определяется нижним направляющим роликом 2 и верхним направляющим роликом 3 с обеих сторон секции 4 охлаждения; направление движения ленты 1 обозначено стрелкой 50.

Секция 4 охлаждения содержит камеру 5 охлаждения, через которую проходит охлаждаемая полоса 1. Камера 5 охлаждения закрыта, и полоса проходит герметично через входной и выходной воздушные шлюзы 8 и 9, показанные схематично. Они могут быть образованы системами дополнительных створок, взаимодействующих с поддерживающими роликами, что хорошо известно в области техники, относящейся к линиям непрерывной обработки. С помощью входного и выходного воздушных шлюзов 8 и 9 обеспечивается, что атмосфера, существующая внутри секции 4 охлаждения, изолирована от внешней окружающей среды, в частности, на входе и на выходе охлаждаемой полосы; тем самым во время охлаждения вышеуказанной полосы обеспечивается непрерывный контроль охлаждающей среды.

Камера 5 охлаждения снабжена внутри коллекторами 6 подачи, расположенными с обеих сторон плоскости, вдоль которой движется полоса, причем каждый коллектор снабжен рядом форсунок 7, обеспечивающих специальную охлаждающую среду, подаваемую внутри секции 4 охлаждения на поверхность охлаждаемой полосы 1; среда может охлаждать полосу без окисления вышеуказанной полосы (в отличие от воды, которая часто используется по известному уровню техники).

По весьма важной характеристике изобретения предусматривается подача охлаждающей среды на полосу, которая состоит в основном из вещества с фазовым превращением, переходящего в газообразную фазу при температуре, которая ниже температуры охлаждаемой полосы и близка к температуре внешней окружающей среды, так что обмен энергией происходит в границах эндотермического процесса посредством фазового превращения вышеуказанного вещества с фазовым превращением и вышеуказанная охлаждающая среда затем может быть подвергнута реконденсации при давлении, близком к атмосферному давлению.

То, что охлаждение вызвано фазовым превращением, по меньшей мере, одного компонента охлаждающей среды означает, что охлаждение мало зависит скорости подачи, что является преимуществом для обеспечения стабильного движения полосы, поскольку снижается риск вибраций и/или колебаний, возникающих в вышеуказанной полосе. Кроме того, устраняются недостатки предыдущего способа, который использует воду в качестве охлаждающей жидкости (где вышеуказанные недостатки представляют собой окисление полосы и необходимость предусмотреть последующую обработку для удаления окислов).

В первом варианте выполнения охлаждающая среда представляет собой твердую форму, в частности форму мелких хлопьев, имеющих тройную точку, превышающую температуру внешней окружающей среды, при этом имеет место эндотермический процесс с сублимацией вышеуказанной охлаждающей среды у поверхности полосы, которая должна быть охлаждена. Например, можно использовать CO₂.

Однако если взять специально в качестве примера CO₂, который сублимирует при -78°C при атмосферном давлении, предполагая, что атмосфера в секции охлаждения полностью состоит из CO₂, или при температурах, которые намного ниже, когда CO₂ находится под парциальным давлением ниже атмосферного давления, обычно существует необходимость высокой степени сжатия, чтобы обеспечить рециркуляцию охлаждающей среды, что может быть недостатком с точки зрения расхода энергии.

По этой причине часто предпочтительно использовать другое внедрение способа, в котором охлаждающая среда является жидкостью, в частности, в форме мелких капель, имеющих нормальную температуру кипения, превышающую температуру внешней окружающей среды; при этом имеет место эндотермический процесс с испарением вышеуказанной охлаждающей среды у поверхности полосы, которая должна быть охлаждена.

В общем, преимущественно следует предусмотреть, чтобы сублимирующий твердый охладитель или испаряющийся жидкий охладитель восстанавливались ниже секции 4 охлаждения по технологическому потоку с целью рециркуляции, подвергаясь процессу конденсации и сепарации, в конце которого неконденсирующаяся фракция изолируется и вышеуказанная фракция контролируется с целью регулирования температуры конденсации твердого или жидкого охладителя для сведения к минимуму расхода энергии.

По преимущественно характеристике используется охлаждающая жидкость, которая содержит, по меньшей мере, 80% об. жидкости с фазовым превращением.

Из различных углеводородов, которые могут быть рассмотрены, использование пентана в качестве жидкости или в качестве включенного в жидкость компонента с фазовым превращением представляется в этом отношении весьма полезным.

Имеется возможность использовать пентан в чистом состоянии, в частности жидкий пентан, который испаряется при 35°C при его собственном давлении пара, т.е. при давлении окружающей среды.

Как вариант, можно использовать смесь, содержащую большую часть пентана, преимущественно, по меньшей мере, 80% об. пентана.

Можно принять во внимание смеси, как, например, смеси пентана и азота, однако, использование таких смесей ведет к общим расходам на энергию, которые до некоторой степени являются невыгодными из-за испарения пентана в неконденсирующийся газ, что ограничивает скрытую теплоту испарения как функцию парциального давления пентана в азоте.

В отличие от этого представляется, что использование смеси пентан/гексан при соотношении 80/20 в молярной концентрации является намного более выгодным. Такая смесь начинает испаряться при 39,5°C и полностью переходит в газообразное состояние при 43°C.

Следует понимать, что пентан имеет специфическое преимущество, происходящее из нормальной температуры кипения примерно 35°С, поскольку для конденсации пентана достаточно обеспечить теплообмен в теплообменнике соответствующего размера, который обменивается теплом с внешней средой (воздухом или водой).

Как вариант, также можно принять во внимание использование гептана или смеси пентана и гептана.

В более общем смысле массовый расход охлаждающей среды, которая подается на поверхность полосы, предпочтительно регулируется так, чтобы он оставался ниже заданного предела и чтобы вся охлаждающая среда использовалась в фазовом превращении.

Для получения равномерного распределения охлаждающей жидкости для испарения у поверхности полосы и с целью обеспечения испарения всей охлаждающей жидкости используются, в частности, распыляющие форсунки, такие как форсунки 7, которые предназначены для распыления жидкости мелкими каплями по всей поверхности полосы, так чтобы обеспечить равномерную передачу тепла с низким массовым расходом, с помощью которого, в частности, несложно регулировать количество тепла, которое должно быть поглощено. Предпочтительно обеспечить, чтобы количество тепла, которое должно быть обменено, контролировалось посредством массового расхода распыляемой жидкости.

Вышеуказанное описание, естественно, относится также и к охлаждающей среде в твердой форме, где целесообразно обеспечить, чтобы вся охлаждающая среда сублимировалась в результате нанесения, например, в виде мелких хлопьев, на всю поверхность полосы.

На практике в случае охлаждающей жидкости предпочтительно использовать распыляющие форсунки, подающие среду в виде плоского конуса. Капли, попадающие на две поверхности полосы, незамедлительно подвергаются фазовому превращению, образуя большое количество поглощаемой энергии.

Массовый расход, при котором подается испаряющаяся охлаждающая жидкость, естественно, также зависит от количества используемых распыляющих форсунок и от массового расхода каждой из них. Геометрическое распределение распыляющих форсунок зависит от угла, под которым они действуют, и этот угол выбирается так, чтобы капли воздействовали на всю поверхность охлаждения. В отношении этого вопроса может быть сделана ссылка на документ EP-A-1655383, который содержит полезные сведения о том, как должны быть наклонены распылительные трубки; следует понимать, что предыдущий документ относится исключительно к охлаждению посредством продувки традиционной газовой средой, как, например, смесью азота и водорода. Также можно было предусмотреть распыляющие форсунки, расположенные с делением на сегменты, так чтобы они могли следовать заданному углу наклона при охлаждении, как функции скорости движении полосы.

Возвращаясь к чертежу, можно увидеть, что установка 100 также имеет испаритель 13, присоединенный ниже камеры 5 охлаждения по технологическому потоку через нагнетательный вентилятор 10 и соответствующие трубопроводы 11 и 12, тем самым, обеспечивая реконденсацию охлаждающей среды при давлении, близком к атмосферному давлению. Трубопровод 12, по существу, содержащий паровую фазу, продолжается с помощью сегмента 12' в испаритель 13 и этот испаритель включен в этот пример в форме традиционного теплообменника, использующего контур теплообмена 14, который подает воду или воздух. Выходной трубопровод 14 из испарителя 13 заканчивается у цилиндра 16, образующего бак и сепаратор. Как жидкая фаза, так и неконденсирующаяся среда вместе проходят в цилиндр 16 и две эти фазы разделяются на жидкость RL, через которую проходит газообразная неконденсирующаяся фракция IG.

У выхода из цилиндра 16, образующего бак и сепаратор, находится трубопровод 19, ведущий к предохранительному клапану 20, и трубопровод 21, ведущий к рециркуляционному насосу 22, который присоединен выше по технологическому потоку к торцевой стенке камеры 5 охлаждения с помощью трубопровода 23.

Таким образом, после испарения жидкости с фазовым превращением, распыляемой в секции охлаждения, жидкость конденсируется во внешнем испарителе 13 и ниже вышеуказанного испарителя по технологическому потоку осуществляется контроль неконденсирующейся среды, содержащейся в охлаждаемой жидкости, и эта неконденсирующаяся среда обычно представляет собой азот с возможными следами водорода.

Следует отметить, что показанная камера 5 охлаждения имеет выше по технологическому потоку секцию 5.1 без форсунок 7 и ниже по технологическому потоку секцию 5.2, снабженную форсунками 7, где термины «выше по технологическому потоку» и «ниже по технологическому потоку» относятся к направлению 50 движения полосы 1. Секция 5.1 выше по технологическому потоку снабжена датчиком 34 для измерения температуры полосы 1, входящей в вышеуказанную камеру. Ввиду отсутствия форсунок можно зрительно измерить температуру полосы и, тем самым, убедиться, что вся охлаждающая среда действительно трансформировалась в газ. Любая капля, не подверженная фазовому превращению, будет протекать в эту секцию, где она будет испаряться или сублимироваться, если капли представляют собой хлопья.

Установка также включает в себя датчики 32 и 33 измерения температуры полосы 1 соответственно выше входа по технологическому потоку и ниже выхода по технологическому потоку из камеры 5 охлаждения. Эти датчики 32 и 33 служат для регулирования производительности рециркуляционного насоса 22 как функции скорости движения вышеуказанной полосы, и эта скорость движения измеряется соответствующим датчиком 31 снаружи камеры 5 охлаждения.

Блок 30 контроллера, показанный схематично, получает информацию, обеспечиваемую датчиком 31 скорости и датчиками 32-34 температуры, причем эта информация передается по проводной сети, как показано штрихпунктирной линией. Этот блок 30 контроллера служит для передачи очень точных указаний по эксплуатации на элемент 35 управления рециркуляционного насоса 22.

На чертеже также показано, что цилиндр 16, составляющий бак и сепаратор, снабжен внутри охлаждающим змеевиком 17, использующим собственную охлаждающую жидкость, и эта жидкость работает при температуре ниже температуры конденсации охлаждающей среды с фазовым превращением, используемой для охлаждения полосы. Этот охлаждающий змеевик 17 действует внутри цилиндра 16 для завершения процессов конденсации и сепарации жидкой фазы охлаждающей среды из неконденсирующихся газов. Важно контролировать количество неконденсирующихся газов в охлаждающей жидкости, поскольку оно служит для регулирования температуры конденсации: чем меньше содержание неконденсирующейся среды, тем ниже температура конденсации жидкости с фазовым превращением.

Также можно предусмотреть вентиляционный клапан 18 сверху цилиндра 16 с целью отвода неконденсирующихся газов. Это дает возможность предотвратить накапливание неконденсирующейся среды во время эксплуатации установки, что в конечном итоге влияет на эффективность. Охлаждающий змеевик 17 обычно работает при температуре 15K с целью обеспечить более полную конденсацию охлаждающей среды с фазовым превращением и осуществить требуемую сепарацию. Несомненно, что неконденсирующаяся среда, накапливающаяся в секции охлаждения, действительно отделяется от рабочей охлаждающей жидкости, и что вся среда для перекачивания к распыляющим форсункам, действительно находится в жидком состоянии.

Предохранительный клапан 20 служит для остановки течения охлаждающей среды в аварийной ситуации, как, например, при значительном притоке воздуха или в случае неисправности какого-либо элемента контура, прекращения движения полосы и т.д. Жидкая охлаждающая среда перекачивается рециркуляционным насосом 22 и подается непосредственно к распыляющим форсункам 7 с целью повторения цикла.

Как описано выше, производительность рециркуляционного насоса 22 регулируется контроллером (блоком 30), который использует входные данные, относящиеся к температурам полосы на входе и на выходе камеры охлаждения, а также к скорости движения полосы. Эти данные позволяют эффективно контролировать систему, поскольку количество тепла, которое требуется отвести от полосы, является функцией скорости ее движения и заданной температуры на выходе полосы, а также разницы температур на входе и выходе камеры охлаждения. Тем самым это количество тепла определяет производительность насоса и количество охлаждающей жидкости, распыляемой на полосу.

Уплотнительные воздушные шлюзы 8 и 9, образующие части камеры 5 охлаждения, в частности, при использовании пентана, как указано выше, установлены не только с целью решения вопроса затрат (что имело бы место при любом типе охлаждающей жидкости), но прежде всего по причинам безопасности, Пентан, подобно другим потенциально пригодным аналогичным средам, воспламеняется при высокой температуре (309°C для пентана) и, таким образом, не должен смешиваться с кислородом воздуха. В силу вышесказанного содержание пентана в камере непрерывно измеряется и регулируется так, чтобы оно было гораздо выше его верхнего предела для возгорания на воздухе. В этом отношении предпочтительно поддерживать камеру охлаждения при незначительном избыточном давлении. Также можно предусмотреть дополнительный датчик контроля процентного содержания кислорода в атмосфере в камере охлаждения.

Кроме того, для оптимизации расхода энергии нагнетательного вентилятора 10 его действие регулируется температурой охлаждающей жидкости в теплообменнике, образованном испарителем 13. При давлении выше атмосферного температура насыщения газов возрастает. Для охладителя при давлении пентана 1,15 бар температура насыщения увеличивается до 40°C. В зависимости от температуры охлаждающей жидкости в теплообменнике охлаждающая жидкость сжимается так, что разница температур пентана и охлаждающей воды или воздуха на выходе из теплообменника отвечает требованиям, и охлаждающая жидкость с фазовым превращением полностью конденсируется на выходе. Температура охлаждающего воздуха или воды обычно должна регулироваться до температуры на 3K-5K ниже нормальной температуры кипения охлаждающей жидкости, которая составляет для пентана 35°C, тем самым, обеспечивая, чтобы после испарения пентан мог быть перенесен в испаритель 13 только с помощью нагнетательного вентилятора 10 при расходе энергии системы наименее сравнимым с использованием компрессора.

Это обеспечивает, в частности, эффективное охлаждение, которое должно быть внедрено с помощью энергии, быстро переносимой с помощью способа, мало зависящего от скоростей распыления, и в то же время исключает риск окисления, который потребовал бы последующего удаления окислов.

Внедрение такого эндотермического процесса с фазовым превращением в контексте охлаждения движущейся металлической полосы, таким образом, представляет значительный прогресс по сравнению с традиционными способами охлаждения, использующими газообразную смесь, как, например, смесь азота и водорода или, прежде всего, водно-воздушный или водно-азотный туман, что не дает возможности избежать окисления полосы и, тем самым, требует соответствующей обработки для удаления окислов.

Кроме того, за счет соответствующего выбора веществ с фазовым превращением, в частности за счет выбора охлаждающей жидкости, имеющей нормальную температуру кипения немного выше температуры окружающей среды, можно оптимизировать расход энергии системы в целом.

Изобретение не ограничивается до описанного варианта выполнения, а наоборот, распространяется на любой вариант, использующий эквивалентные средства для воспроизведения установленных выше важных характеристик.

Изобретение относится к области термической обработки металлических полос. Способ охлаждения металлической полосы, движущейся через секцию охлаждения линии непрерывной термической обработки, включает подачу охлаждающей среды в секцию охлаждения на охлаждаемую поверхность полосы, этом охлаждающая среда в основном состоит из вещества с фазовым превращением, переходящего в газообразную фазу при температуре, которая ниже температуры охлаждаемой полосы и близка к температуре внешней окружающей среды, так что обмен энергией происходит в границах эндотермического процесса посредством фазового превращения вышеуказанного вещества с фазовым превращением и вышеуказанная охлаждающая среда затем может быть подвергнута реконденсации при давлении, близком к атмосферному давлению, при этом вещество с фазовым превращением содержит, по меньшей мере, углеводород, такой как пентан, гексан или гептан. Установка для охлаждения полосы вышеуказанным способом содержит секцию охлаждения, содержащую камеру охлаждения, через которую герметично проходит охлаждаемая полоса, вышеуказанная камера снабжена внутри форсунками, предназначенными для подачи охлаждающей среды на обе поверхности вышеуказанной полосы, испаритель, присоединенный ниже камеры охлаждения по технологическому потоку через нагнетательный вентилятор и обеспечивающий реконденсацию охлаждающей среды при давлении, близком к атмосферному давлению, цилиндр, образующий бак и сепаратор и присоединенный ниже испарителя по технологическому потоку, и рециркуляционный насос, присоединенный ниже цилиндра бака по технологическому потоку через предохранительный клапан и присоединенный выше по технологическому потоку к торцевой стенке камеры охлаждения. Технический результат изобретения заключается в обеспечении процесса охлаждения полосы без ее окисления. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ охлаждения металлической полосы, движущейся через секцию охлаждения в линии непрерывной термической обработки, включающий подачу охлаждающей среды в секцию охлаждения на поверхность охлаждаемой полосы, причем среда может охлаждать полосу без окисления вышеуказанной полосы, при этом охлаждающая среда в основном состоит из вещества с фазовым превращением, переходящего в газообразную фазу при температуре, которая ниже температуры охлаждаемой полосы и близка к температуре внешней окружающей среды, так что обмен энергией происходит в границах эндотермического процесса посредством фазового превращения вышеуказанного вещества с фазовым превращением и вышеуказанная охлаждающая среда затем может быть подвергнута реконденсации при давлении, близком к атмосферному давлению, при этом вещество с фазовым превращением содержит по меньшей мере углеводород, такой как пентан, гексан или гептан.

2. Способ по п.1, в котором охлаждающая среда представлена в твердой форме, в частности, в форме хлопьев, имеющих тройную точку, превышающую температуру внешней окружающей среды, при этом имеет место эндотермический процесс с сублимацией вышеуказанной охлаждающей среды у поверхности полосы, которая должна быть охлаждена.

3. Способ по п.1, в котором охлаждающая среда представляет собой жидкость, в частности, в форме мелких капель, имеющих нормальную температуру кипения, превышающую температуру внешней окружающей среды, при этом имеет место эндотермический процесс с испарением вышеуказанной охлаждающей среды у поверхности полосы, которая должна быть охлаждена.

4. Способ по п.2, в котором сублимирующая охлаждающая твердая форма или испаряющаяся охлаждающая жидкость восстанавливается ниже секции охлаждения по технологическому потоку с целью рециркуляции, подвергаясь процессу конденсации и сепарации, в конце которого неконденсирующаяся фракция изолируется, причем вышеуказанная фракция контролируется с целью регулирования температуры конденсации охлаждающей жидкости или твердой формы и сведения к минимуму расхода энергии.

5. Способ по п.3, в котором охлаждающая жидкость содержит, по меньшей мере, 80 об.% вещества с фазовым превращением.

6. Способ по п.5, в котором вещество с фазовым превращением является пентаном.

7. Способ по п.5, в котором охлаждающая жидкость является пентаном в чистом состоянии.

8. Способ по п.1, в котором охлаждающая жидкость является смесью пентан/гексан при соотношении 80/20 в молярной концентрации.

9. Способ по п.1, в котором атмосфера в секции охлаждения изолирована от внешней окружающей среды, в частности, на входе и выходе охлаждаемой полосы, тем самым, позволяя непрерывно контролировать охлаждающую среду во время эндотермического процесса.

10. Способ по п.1, в котором массовый расход охлаждающей среды, подаваемой на поверхность полосы, регулируется так, чтобы он оставался ниже заданного предела с той целью, чтобы в фазовом превращении использовалась вся охлаждающая среда.

11. Установка для охлаждения металлической полосы, содержащая секцию охлаждения, имеющая камеру охлаждения, через которую герметично проходит охлаждаемая полоса, вышеуказанная камера снабжена внутри форсунками, предназначенными для подачи охлаждающей среды на обе поверхности вышеуказанной полосы, при этом охлаждающая среда в основном состоит из вещества с фазовым превращением, переходящего в газообразную фазу при температуре, которая ниже температуры охлаждаемой полосы и близка к температуре внешней окружающей среды, испаритель, присоединенный ниже камеры охлаждения по технологическому потоку через нагнетательный вентилятор и обеспечивающий реконденсацию охлаждающей среды при давлении, близком к атмосферному давлению, цилиндр, образующий бак и сепаратор, присоединенный ниже испарителя по технологическому потоку, и рециркуляционный насос, присоединенный ниже цилиндра бака по технологическому потоку через предохранительный клапан и присоединенный выше по технологическому потоку к торцевой стенке камеры охлаждения.

12. Установка по п.11, в которой форсунки камеры охлаждения расположены с делением на сегменты так, чтобы они могли следовать заданному углу наклона при охлаждении как функции скорости движения полосы.

13. Установка по п.11, в которой камера охлаждения имеет выше по технологическому потоку с учетом направления движения полосы секцию без форсунок и ниже по технологическому потоку с учетом направления движения полосы секцию, снабженную форсунками, при этом вышеуказанная секция выше по технологическому потоку снабжена датчиком для измерения температуры полосы, входящей в вышеуказанную камеру.

14. Установка по п.11, в которой камера охлаждения снабжена на входе и на выходе полосы герметичными сквозными воздушными шлюзами.

15. Установка по п.11, которая включает датчики для измерения температуры полосы выше входа по технологическому потоку и ниже выхода по технологическому потоку из камеры охлаждения, вышеуказанные датчики служат для регулирования производительности рециркуляционного насоса как функции скорости движения вышеуказанной полосы, при этом указанная скорость движения измеряется соответствующим датчиком снаружи вышеуказанной камеры охлаждения.

16. Установка по п.11, в которой цилиндр бака и сепаратора снабжен внутри охлаждающим змеевиком, работающим при температуре более низкой, чем температура конденсации охлаждающей среды, используемая для завершения процессов конденсации и сепарации, протекающими между жидкой фазой охлаждающей среды и неконденсирующимися газами внутри вышеуказанного цилиндра.

17. Установка по п.16, в которой цилиндр бака и сепаратора снабжен вентиляционным клапаном, обеспечивающим отвод неконденсирующихся газов.