用于金属带材的连续处理、具有生产退火且浸涂或未涂覆的带材的双重目的的处理生产线，和对应的冷却塔以及从一种构造切换到另一种构造的方法与流程

1.本发明涉及用于金属带材卷、具有生产退火且浸涂的带材或仅退火(也就是说未涂覆)的带材的双重目的的的生产线领域。涂层可以是基于锌、铝、锌和铝的混合物或任何其他组分的任何类型。更具体地，本发明涉及能够使生产线具有双重目的的设备和方法，它们具有在仅退火模式下或在退火然后涂覆的模式下的操作，且容易地从一种操作模式切换到另一种操作模式。
2.本发明所解决的技术问题
3.市场对高强度钢卷的需求使得钢铁制造商正在寻求灵活的生产方式，从而允许生产仅退火的钢以及既退火又涂覆的钢。此外，新钢在它们仅退火时以及在它们退火且涂覆时不需要相同的热循环；这导致必须适用于各种各样的热循环的具有加热和冷却装置的生产线构造，这在单条生产线中是难以实现的。
4.例如，对于某些类型的钢，在快速冷却区段之后，通常将带材在一定温度下保持一定时间，然后完成带材的热处理，并从而将其从处理炉中取出。在退火模式中，钢带材通常在冷却区段中被冷却至低于200℃的温度(通常大约为150℃)，然后其离开炉，以避免带材在开放空气中的氧化问题，该氧化问题会在使处于过高温度的带材离开时发生。在本说明书中，对于该模式，最终冷却区段是指刚刚描述的冷却区段。
5.在涂覆模式中，在将带材浸入到涂覆浴中之前，必须使带材的温度接近涂覆浴的温度。该温度根据所生产的涂层的类型变化。例如，对于镀锌为460℃，但它始终比在退火模式中冷却结束时的目标温度150℃高得多。在离开涂覆浴时，带材处于开放空气中。然后其可以经历修改涂层的质量的热处理(镀锌，galvannealing)，然后经历跟随有水冷却的空气冷却的步骤，以使其温度接近环境温度。在本说明书中，对于这种模式，最终冷却区段是指在带材的行进方向上涂覆浴夫人上游的最后一个冷却区段。
6.退火生产线的最终冷却区段的设计使得无法延长带材在开始冷却之前的温度维持。因此，带材冷却的起点必须在带材进入最终冷却区段后立即开始。带材的冷却速率由所涉及的金相结构赋予。因此，无法降低冷却能力使得带材的冷却沿最终冷却区段进行分布。因此，带材的冷却可能在最终冷却区段的末端之前很久就已完成。
7.当在涂覆模式中时，此时可能必须在带材进入涂覆浴之前将最终冷却区段的末端保持在足够的温度(例如460℃)。事实上，如果带材在到达涂覆浴时太冷，浴将会变冷(因为可以安装在涂覆槽上的电力有限)，因此会生成将导致涂层质量问题或浴温管理问题的事项。此外，通过保持在某一温度，最终冷却区段增加了保持时间。因此，最终冷却区段必须包括允许这样做的加热装置。
8.因此，很明显，在退火模式中有用的最终冷却区段在涂覆模式中会生成额外的压力。
9.本发明提供了在退火模式中和在涂覆模式中使用同一装备(最终冷却区段，当其
存在时)的问题的解决方案。本发明还使由所述最终冷却区段的存在引起的问题最小化，所述最终冷却区段在退火模式中总是必要的，但是在涂覆模式中的某些构造中不是必要的。
10.为便于说明本发明，将参考cal模式来表示生产线仅在退火模式中的操作(在淬火期间不进行金属涂覆)，并参考cgl模式来表示生产线在退火模式和淬火期间的涂覆模式中的操作(不管涂层的性质如何)。cal是通常用于表示退火生产线(“连续退火生产线”)的首字母缩写词，而cgl是用于表示镀锌生产线(“连续镀锌生产线”)的首字母缩写词。


背景技术：

11.已知文件jp2004346359，其公开了一种在非氧化气氛中使用的冷却塔。该文件没有公开设计为以两种生产线构造进行操作(也就是说，还在空气中进行操作)的冷却区段。
12.已知文件ep0072874，其描述了一种具有用于制造冷轧钢板和热涂覆锌钢板的双重构造的设施，该设施包括依次串联布置的加热区、均衡区、初级冷却区、过时效区(其具有进行控制性冷却的可能性)、热浸镀锌装置、中间冷却装置、二次冷却区、硬化轧制装置和化学处理装置。在无涂覆的退火带材的生产构造中，带材不穿过冷却塔，带材借助于旁路直接连接过时效区和二次冷却区来规避冷却塔。
13.ep3181709描述了一种解决方案，其允许从cgl模式切换到cal模式，反之亦然。它主要包括在炉的出口处(涂覆浴的上游)放置一些设备，以确保炉在cal模式中的密封性(当浴被移除，浴的底辊被偏转辊取代时)。该解决方案没有解决上面提及的技术问题，因为炉的最终冷却区段的尺寸必须被设计为允许在cal模式中将带材冷却到大约150℃。
14.ep1325163描述了一种组合的钢处理生产线，其具有用于涂覆区和冷却塔的旁路设施，该旁路设施允许从cgl模式切换到cal模式，反之亦然。旁路设施使得能够将带材从退火炉转移到放置在冷却塔的出口处的水槽，而不会将其暴露到环境空气中。旁路设施被放置在镀锌锅和浴区设施上方。该解决方案并不完全令人满意，特别是因为它使生产线的布置复杂化，并且它使得无法在退火模式中受益于冷却塔的空气冷却装置。
15.此外，这些解决方案不能充分满足钢铁制造商的需求，因为对于目标钢质量而言，可能难以在cal和cgl模式中实现所有期望的热循环，这是由于带材在其中可用的连续区段和冷却装置中的路径限制而导致的。
16.本发明使得能够利用双重用途cal/cgl生产线来解决这些技术问题，该生产线不会显著修改以cal模式和cgl模式为目标的钢种的热循环，同时允许优化冷却装备的使用。这两个方面通过如下方式来实现：允许安装在冷却塔中的冷却装备以不同模式进行操作，根据所使用的冷却剂对带材进行氧化或还原，从而允许降低炉中的最终冷却区段的能力，或者甚至允许它被消除。


技术实现要素：

17.为此，根据本发明的第一方面，提供了一种具有双重目的的用于金属带材的连续处理生产线的冷却塔，该冷却塔具有用于生产退火且浸涂的带材的构造和用于生产退火且未涂覆的带材的构造。
18.根据本发明的第一方面的塔被设计为在两种生产线构造中进行操作。它包括吹风装置，该吹风装置用于选择性地在用于未涂覆的退火带材的构造中在非氧化气氛下以及在
用于退火且涂覆的带材的构造中在空气下冷却带材。
19.根据本发明，在用于生产未涂覆的退火带材的构造中，带材穿过冷却塔。因此，在所述构造中的每一种中使用同一冷却塔。因此能够集中利用(pool)冷却塔的冷却装置。
20.有利地，根据本发明的第一方面的塔还可以包括连接在一起以形成密封冷却通道的冷却区段。该密封冷却通道还可以通过插设在两个冷却区段和/或其他元件之间的连接通道形成。该密封通道只能在上行段上延伸，或在上行段上以及在下行段上延伸。
21.根据一个实施例，根据本发明的第一方面的塔还可以包括：在带材的行进方向上，在用于生产未涂覆的退火带材的构造中，用于在吹风装置的上游对存在于带材处的非氧化气氛进行采样的装置，用于再循环和冷却所述采样气氛的装置，吹风装置被布置为吹动采样、冷却和再循环的气氛。
22.根据本发明的第二方面，提供了一种用于将根据本发明的第一方面的冷却塔或其改进中的一种或多种从一种构造切换到另一种构造的方法，该方法包括以下步骤：
23.·
针对切换到用于生产退火且未用金属合金浸涂的带材的构造，将吹风装置连接到非氧化气氛，
24.·
针对切换到用于生产退火且涂覆的带材的构造：将吹风装置连接到空气。
25.根据本发明的第三方面，提出了一种具有双重目的的用于金属带材的连续处理生产线，其具有用于生产退火且浸涂的带材的构造和用于生产退火且未涂覆的带材的构造。
26.根据本发明的第三方面的连续处理生产线包括根据本发明的第一方面的冷却塔或者带有其改进中的一种或多种。
27.优选地，该生产线在带材的行进方向上依次包括：浸入通道；浴区，所述浴区设置有在用于生产退火且在金属合金中浸涂的带材的所述构造中的装备；以及具有上行段和下行段的冷却塔。
28.优选地，浴区是可移除的并且可以被设计为在浸入通道和冷却塔之间提供密封流体连接的箱体取代。
29.根据一种可能性，根据本发明的第三方面的冷却生产线不具有最终冷却区段。
30.根据本发明的第四方面，提供了一种用于将根据本发明的第三方面或其改进中的一种或多种的具有双重目的的用于金属带材的连续处理的处理生产线从一种构造切换到另一种构造的方法，该方法包括根据本发明的第二方面或其改进中的一种或多种的用于将冷却塔从所述构造切换到所述其他构造的方法的步骤，并且还包括以下步骤：
31.·
切换到用于生产未在金属合金中浸涂的退火带材的构造：
32.‑
从浴区移除装备，以及
33.‑
用箱体(70)取代所述装备，
34.·
切换到用于生产用金属合金浸涂的退火带材的构造：
35.‑
移除箱体，以及
36.‑
用浴区的装备取而代之。
附图说明
37.本发明的其他特征和优点将从以下详细描述中变得显而易见，为了理解这些详细描述，对附图进行了参考，其中：
38.[图1]是根据现有技术的处于cgl模式的双重用途cal和cgl生产线的示意图，
[0039]
[图2]是根据本发明的一个实施例的处于cgl模式的双重用途cal和cgl生产线的末端的示意图，
[0040]
[图3]是图2的、但处于cal模式的双重用途cal和cgl生产线的末端的示意图，
[0041]
[图4]是根据本发明的第二实施例的处于cgl模式的双重用途cal和cgl生产线的末端的示意图，
[0042]
[图5]是图4的、但处于cal模式的双重用途cal和cgl生产线的末端的示意图，
[0043]
[图6]是根据本发明的另一实施例的处于cgl模式的双重用途cal和cgl生产线的末端的示意图，
[0044]
[图7]是根据本发明的另一实施例的冷却区段的俯视示意图，
[0045]
[图8]是根据本发明的另一实施例的处于cgl模式的双重用途cal和cgl生产线的末端的示意图。
具体实施方式
[0046]
由于下文描述的实施例本质上不是限制性的，特别地，可以考虑本发明的仅包括所描述的特征的选择的变型，只要该特征的选择足以赋予技术优势或将本发明与现有技术区分开来。该选择包括至少一个优选的功能特征，而没有结构细节，或者如果仅部分结构细节就足以赋予技术优势或将本发明与现有技术区分开来，则仅具有该部分结构细节。
[0047]
在说明书的其余部分中，具有相同结构或类似功能的元件将由相同的附图标记表示。
[0048]
图1示意性地示出了根据现有技术的退火和镀锌生产线的一部分。它以cgl模式示出，允许切换到cal模式的设备未示出。同样，为简化起见，位于生产线入口处的机械装备(诸如开卷机、焊接机、蓄能器等)以及放置在生产线出口处的机械装备(诸如蓄能器、剪板机、复卷机等)既未描述也未在附图中示出。同样，对理解本发明没有帮助的设施装备也既未描述也未在附图中示出，该设施装备诸如是放置在炉的上游的表面制备装备(剥离(stripping)、脱脂(degreasing)、漂洗(rinsing)等)，或是放置在炉的出口处的磷化区段。加热、维持和冷却区段在图中用矩形非常示意性地表示。它们可以包括若干个室，每个室可以具有不同的加热或冷却装置，例如通过直接火焰、通过辐射或通过感应进行加热，以及通过吹动冷却气体、通过喷洒可能是或可能不是氧化性的液体、或通过使用气体和液体的混合物进行冷却。最后，大部分输送带材所必需的装备(诸如偏转辊、带材牵引辊、带材导向辊等)既未描述也未示出。
[0049]
图1所示的生产线部分在带材的行进方向上包括：
[0050]
·
用于炉中的带材b的入口气闸1，用于防止空气进入炉中并限制炉中存在的保护气体(通常为氮气和氢气的混合物)的泄漏，
[0051]
·
带材加热区段2，其可以包括第一直接火焰加热室和第二辐射管加热室，
[0052]
·
用于维持带材的温度的区段3，
[0053]
·
带材的缓慢冷却区段4，
[0054]
·
带材的快速冷却区段5，
[0055]
·
带材的过时效区段6，
[0056]
·
用于带材的最终冷却的区段7，
[0057]
·
用于通过感应加热带材的区段8，
[0058]
·
用于带材的偏转以及用于调节带材的牵引的区段9，
[0059]
·
装备有密封系统10a的浸入通道10(例如带有百叶窗，图中未示出)，
[0060]
·
放置在浸入通道的出口处并浸入熔融涂覆的浴12中的通道靴状件11，所述热涂覆的浴12被用于涂覆带材，其自身装备有允许修改带材的路径的底辊12a，
[0061]
·
用于用气刀挤压(squeezing)带材的系统13，不论其是否装备有用于稳定带材的系统，
[0062]
·
冷却塔14，其装备有：
[0063]
‑
镀锌区段15，其包括用于通过感应加热带材的装备15a和用于维持带材的温度的室15b，所述区段15在不使用时可移动以被置于脱机状态，
[0064]
‑
用于在上行段上冷却带材的区段16，其包括四个冷却单元16a、16b、16c和16d，
[0065]
‑
位于冷却塔的顶部以确保带材的偏转的两个辊17，
[0066]
‑
用于在下行段上冷却带材的区段18，其包括三个冷却单元18a、18b和18c，
[0067]
‑
一组张紧辊19，其具有两个辊，
[0068]
‑
用于通过喷洒水进行额外冷却的区段20，其包括水槽20a、挤压区段20b和干燥器20c。
[0069]
本发明的一个实施例在图2中示意性地示出，该生产线处于cgl模式。在该图中，与图1相比，仅示出了生产线的末端。该生产线的能力与图1所示的生产线的能力相同，特别是在带材的最大运行速度和用于带材的参考规格方面。过时效区段6类似于图1的过时效区段，也就是说，对于给定的带材规格，其允许带材在相同的维持温度下的相同的停留时间。相反，与现有技术相比，最终冷却区段7大大缩短，仅保留一个带材道次(strip pass)。通过“带材道次”，本说明书是指带材的竖直路径(这里是从底部到顶部)。
[0070]
在本发明的另一实施例中，取决于带材规格和要进行的热循环，最终冷却区段7可以不存在，带材的冷却仅在冷却塔中进行，并且如果需要的话，在其下游进行。
[0071]
冷却塔14包括在上行段上的用于冷却上行段的装置。
[0072]
冷却装置中的每一个可以是冷却区段30，如图2所示。四个冷却区段30可以相互密封连接以获得密封冷却通道31。
[0073]
替代地，冷却装置可以包括其他冷却装置。例如，冷却区段30可以布置在上行段的下部，其他冷却装置可以布置在上行段的上部。
[0074]
替代地或以互补的方式，冷却区段30可以借助于插设在两个冷却区段之间的连接通道38(未示出)以密封方式相互连接。插设在两个冷却区段之间的连接通道也构成了密封冷却通道31。
[0075]
增压室(plenum)40向冷却区段30供应气体。风扇41布置在增压室40和冷却区段30之间的连接管上，以便与其他冷却区段分开地调节该冷却区段的冷却能力。作为变型，除了风扇41之外或作为风扇41的替代，可以在该连接管上安装另一个流量调节器(诸如阀门)。通过以这种方式装备若干个冷却区段，可以调节带材沿着冷却塔的冷却曲线。风扇43和热交换器44布置在增压室40的进气口处，后者(热交换器44)处于开放空气中。热交换器使得可以借助于传热流体(例如水)将冷却气体在冷却区段的入口处保持在期望的温度。正如我
们将在下面看到的，当生产线在cal模式中操作时，该交换器43特别有用。
[0076]
在cgl模式中，在增压室40、冷却区段30和密封冷却通道31中循环的冷却剂是空气。由于带材被涂覆，所以不存在带材氧化的问题。
[0077]
密封气闸13经由连接通道以密封方式直接或间接地连接到在带材的行进方向上的最后一个冷却区段30。由于该气闸在cal操作中有用，因此将在下面进行描述。它可以在cgl模式中保持打开。
[0078]
另外，在cgl模式中，用于浴区的装备就位。该装备特别包括包含涂覆浴12的槽、浴机械装置(特别是底辊12a)和用于在浴的出口处挤压带材的机器13。包括后跟保持区15b的加热区15a的镀锌区段15被放置在挤压机器的下游和冷却区段30的上游。该镀锌区段可移除以在不使用时被置于脱机状态。
[0079]
位于浸入通道10的末端的靴状件11插入浴中并提供液压密封，从而防止炉内气氛逸出。当浴装备被移除以切换到cal模式时，靴状件的浸没部分会被浴中的残留物“弄脏”。因此，具有可移除的靴状件是有利的，以便在切换到cal模式时将其移除，以便连接到浸入通道。
[0080]
图3示出了修改之后以用于在cal模式中操作的图2中所示的生产线。浴区中的装备已被移除。箱体70在浸入通道10和冷却塔14的上行段的第一冷却区段30或镀锌区段15之间(如果后者由于其不可移除而存在的话)提供密封连接和流体连续性。在这种情况下，镀锌区段必须是不可渗透的。浸入通道的密封系统10a保持打开。箱体70包括基本上布置在浴机械装置的底辊12a的位置中的偏转辊71。
[0081]
气闸13保持关闭以限制气体泄漏率，从而对应地降低生产线的操作成本。密封箱体70和冷却区段30因此维持在保护气氛下，该保护气氛不会像在炉中那样氧化带材。风扇43的进气口借助于管45连接到箱体70。因此，通过冷却区段30吹到带材上的气体是带材的非氧化气体。该保护气体因此通过在箱体70处被吸入、经由管45被引导至增压室40而被再循环。放置在增压室40的入口处的热交换器44使得可以排出从带材获取的卡路里。再循环气体因此在再次被喷射到带材上之前被带回到合适的温度。
[0082]
此外，该设施包括未示出的设备，使得其可以在从cal切换到cgl操作模式时快速吹扫装备，反之亦然。吹扫使得可以用非氧化气氛取代空气(反之亦然)，特别是浸入通道、箱体70、冷却区段30、通道31、增压室40和连接管中的空气。
[0083]
用于将生产线从cgl模式切换到cal模式的主要步骤的描述
[0084]
停止带材。关闭浸入通道的室10a，以限制在生产线转换操作期间气氛从炉中泄漏。移除浸入通道的靴状件11，并移除挤压机器13、浴机械装置及其底辊12a和浴12。将镀锌区段15置于脱机状态。切割带材。安装防水箱体70和偏转辊71来取代浴装备。将带材的两端焊接在一起。一方面在箱体70和浸入通道10之间进行密封连接，另一方面在箱体70和第一冷却区段30之间进行密封连接。将连接管45连接到箱体70和风扇43的进气口。关闭位于冷却塔中带材的上行段的出口处的气闸13并将其置于联机状态。用冷却气体吹扫箱体70、通道31、增压室40和连接管，直到该装备中的氧含量下降到目标值。打开浸入通道的气闸10a。将带材重新通电并使其再次开始运动。
[0085]
用于将生产线从cal模式切换到cgl模式的主要步骤的描述
[0086]
停止带材。关闭浸入通道的气闸10a。打开位于冷却塔中带材的上行段的出口处的
气闸13。用空气吹扫cal模式中使用的冷却气体。切割带材并且将带材的每个端部从箱体70移除。将箱体70和增压室40之间的连接管45断开连接。移动密封箱体70和偏转辊71。安装浸入通道的靴状件11、浴12、浴机械装置和挤压机器13。将镀锌区段15置于联机状态。将带材的两端焊接在一起。将靴状件11浸入浴12中，打开气闸10a，给带材通电然后使其运行。应注意，开始生产的操作的时间顺序与更换浴和浴装备时使用的时间顺序相同。
[0087]
本发明的另一实施例在图4中示意性地示出，该生产线处于cgl模式。冷却塔14的构造与图1的构造类似。在该变型实施例中，在先前示例中放置在增压室40的入口处的风扇44和热交换器43被放置在增压室40和冷却区段30之间的连接管上的风扇41和热交换器42取代。与先前示例一样，增压室40的进气口在cgl模式中处于开放空气中，阀门63是打开的。第二增压室50被放置在冷却区段30的出口处。每个冷却区段通过包括排气器51的管连接到第二增压室50。包括阀门62的管60连接两个增压室40和50。在cgl模式中，增压室50的通风孔处于开放空气中，阀门61打开，阀门62关闭，使得管60中没有流动。第二增压室50收集与带材交换后的冷却气体。这在cal模式中有很大的意义，如我们将在下面看到的那样。
[0088]
在图5中，图4所示的生产线已被构造为处于cal模式。浴区的装备已被移除并由箱体70及其偏转辊71取代。增压室40的进气口处的阀门63以及增压室50的通风孔处的阀门61关闭。箱体70和通道31维持在非氧化气氛中。管60上的阀门62被打开，使得冷却气体被再循环。图7示意性地示出了本发明的另一实施例，其中，每个冷却区段30均包括再循环环路49。在cal模式中，非氧化气体借助于风扇41在回路49中再循环，两个阀门46打开并且两个阀门47、48关闭，交换器42使得可以排放通过传热流体从带材获取的卡路里。在cgl模式中，再循环回路借助于两个阀门46关闭；用于使回路通风的两个阀门47和48打开。因此，带材b被非再循环空气冷却。
[0089]
在水平段不包括冷却区段30的情况下，如图6所示，通道36在下行段的冷却区段30和上行段的那些冷却区段之间提供密封连接。
[0090]
根据图8所示的另一实施例，相互密封连接以获得密封冷却通道32的一个或多个冷却区段30被放置在冷却塔的上行段和下行段之间的水平连接段上。连接通道33将这些冷却区段30与上行段的那些冷却区段连接起来。
[0091]
根据图8所示的本发明的实施例，下行段还包括相互密封连接以获得密封冷却通道34的一组冷却区段30。塔的下行段的所有冷却装置都可以是冷却区段30。如果不是所有都是冷却区段30，则冷却区段30布置在下行段的上部，其他单元布置在下行段的下部。在塔的上部，通道35在下行段的冷却区段30和上行段与下行段之间的水平连接段的那些冷却区段之间提供密封连接。
[0092]
端对端地密封连接的冷却区段30和连接通道31、32、33、34、35、36构成密封冷却通道37。密封冷却通道37可以：
[0093]
.通过由通道31构成而仅在上行段上延伸，
[0094]
.由通道31、32和33组成而在上行段和水平段上延伸，
[0095]
.由通道31、32、33、34和35或通道31、34和36组成而在上行段、水平段和下行段上延伸。
[0096]
根据未示出的本发明的另一实施例，冷却区段30由至少两个增压室40供应并且冷却气体在吹到带材上后由至少两个增压室50收集。例如，一个增压室40a用作上行段的冷却
区段，而第二增压室40b用作下行段的冷却区段，水平段的任何冷却区段连接到第一增压室或第二增压室。同样，一个增压室50a收集来自上行段的冷却区段的冷却气体，第二增压室50b收集来自下行段的冷却区段的冷却气体，水平段的任何冷却区段连接到第一增压室或第二增压室。
[0097]
作为变型实施例，在冷却区段30中使用的流体可以是气体和喷洒液体的混合物(例如cgl模式中的水和cal模式中用于带材的非氧化液体)。
[0098]
如将容易理解的那样，本发明不限于刚刚描述的实施例，并且在不脱离本发明的范围的情况下可以对这些示例进行许多修改。此外，本发明的各种特征、形式、变型和实施例可以以各种组合来组在一起，只要它们不是不兼容或相互排斥的即可。