一种戊烷介质超快速无氧化冷却方法及装备与流程

1.本发明属于连续退火炉冷却技术领域，具体涉及一种戊烷介质超快速无氧化冷却方法及装备。


背景技术：

2.目前国内外连续退火炉冷却方式的先进典型技术主要包括：气体喷射冷却(gjc)、冷水淬火(wq)、辊式冷却(rc)、高速气体喷射冷却(hgjc)、气-水加速冷却(acc)、热水冷却(howac)、水淬与辊冷(wq rc)、气体喷射和辊冷(gjc rc)复合冷却。
3.这些冷却技术均有各自的优势，但也有各自的不足之处，尤其是生产高强度（如trip、dp）钢时，气体介质冷却技术的冷却速率很难达到超高强产品（1000mpa以上）的工艺要求，只得通过水淬实现高冷却速率，但水又不可避免地使带钢表面氧化，导致必须增加清除氧化层的设备（酸洗 再加热装置），不仅增加直接投资，而且提高了生产成本以及废酸、co2等污染物排放。另外，因水淬冷却速率及均匀性难以控制，使得带钢板型恶化、产品质量难以保证。
4.因此，为避免带钢表面氧化，且保证板型质量，在产品强度要求不高的情况下，目前带钢连续退火快速冷却技术主要采用：高氢扩散高速气体喷射冷却技术（以下简称扩冷）和flashcooling 高氢闪冷技术（以下简称闪冷）。
5.扩冷采用20%h2 80%n2气氛，通过对喷射系统结构、喷射能力、喷箱的移动结构、局部密封等进行改进，同时增加必要的安全防护系统来提高冷却能力，对于0.7mm厚的带钢，可获得115℃/s的冷却速率。闪冷采用75%h2 25%n2气氛，在相同冷却速率的情况下可以降低喷射速度、减小冷却风机的功率等方面的好处，对于0.8mm厚的带钢可以获得高达160℃/s的冷却速率。
6.上述两种冷却方法，在保证带钢表面质量的前提下，冷却速率基本满足了需求，为冷轧带钢的连续退火做出了贡献，然而，随着对高端冷轧钢板、特别是超高强钢板需求进一步提高，上述冷却技术存在的不足已逐渐显现出来，主要体现在：（1）生产抗拉强度1500mpa的高强钢时，需要钢板冷却速率达到500~2000℃/s，而扩冷和闪冷的最高冷却速率均达不到要求。进一步提高冷却速率的方法主要是提高气流喷射到带钢表面的速度，但保护气体喷射到高温带钢表面的速度超过120m/s时，带钢由于产生振动致使板形恶化。并且，此时循环风机的功率大幅度增加，噪声增加。因此，气体介质冷却技术在生产超高强钢时遇到了瓶颈。
7.（2）为了生产超高强钢，部分生产机组采用水淬 酸洗 感应再加热的工艺技术，但此工艺生产出的超高强钢板，成才率低、缺陷较多，而且机组复杂生产操作难度大，投资高、生产成本高、污染物排放高。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种戊烷介质超快速无氧化冷却
方法及装备，本发明满足超高强钢对超快冷却速率的工艺需求，且该冷却装置可以保证带钢在冷却过程中不会被氧化，避免了水淬或气雾冷却对带钢的氧化问题，从而节省了其后的酸洗、再加热等去除氧化层的设备，降低了投资及生产成本，减少了污染物排放。
9.本发明的技术方案是这样实现的：本发明公开了一种戊烷介质超快速无氧化冷却方法，将连续退火炉加热段出来的高温带钢连续通过相变冷却段，相变冷却段内布置喷嘴，通过喷嘴将液态戊烷均匀喷射到高温带钢表面，在此过程中戊烷发生相变，并与带钢发生热交换后戊烷汽化吸热且温度升高，使带钢温度降低，冷却带钢，戊烷汽化吸热后成为气态充满冷却段炉膛空间，并由风机从冷却段炉膛抽出。
10.进一步地，由风机抽出的戊烷气体经冷凝、压缩处理后重新发生相变变成液态戊烷，再重新通入到冷却段喷嘴，通过喷嘴将液态戊烷均匀喷射到高温带钢表面，如此循环，实现对带钢的连续超快冷却。
11.进一步地，由风机抽出的戊烷气体经戊烷冷凝器后重新变成液态，再进入缓冲罐重新稳压，缓冲罐内的液态戊烷经管道进入戊烷加压装置后，再次经液态戊烷输入管道进入喷射装置，最后经安装在喷射装置上的喷嘴喷射到带钢表面。
12.进一步地，所述缓冲罐的上端设有气体出口，所述缓冲罐的气体出口与放散管连通，将不凝结的气体经放散管排出；所述所述放散管上设有第一阀门；连通缓冲罐与戊烷加压装置之间的管道上设有第二阀门。
13.进一步地，所述放散管的一端与缓冲罐的气体出口连通，所述放散管的另一端与冷却段密闭炉膛设有的气体进口连通。
14.进一步地，带钢经第一密封辊后进入冷却段密闭炉膛进行冷却，冷却完成后经第二密封辊进入下道工艺环节。
15.本发明公开了一种戊烷介质超快速无氧化冷却装备，包括密闭炉膛，所述密闭炉膛内设有喷射装置，所述喷射装置设有用于将液态戊烷均匀喷射到高温带钢表面的喷嘴，通过液态戊烷在带钢表面汽化吸热来冷却通过的带钢，所述喷射装置的液态戊烷入口与液态戊烷输入管道连通，所述密闭炉膛设有气态戊烷出口，所述密闭炉膛的气态戊烷出口与气态戊烷抽出管道连通。
16.进一步地，本发明的戊烷介质超快速无氧化冷却装备还包括风机、戊烷冷凝器、缓冲罐、戊烷加压装置，所述风机的进气口与气态戊烷抽出管道连通，风机的出气口与戊烷冷凝器的进口连通，通过戊烷冷凝器将气态戊烷重新变成液态戊烷，所述戊烷冷凝器的液态戊烷出口与缓冲罐的进口连通，所述缓冲罐的出口通过管道与戊烷加压装置的进口连通，所述戊烷加压装置的出口与液态戊烷输入管道一端连通，液态戊烷输入管道的另一端与喷射装置的戊烷入口连通。
17.若干喷嘴朝向带钢表面；带钢的两侧均设置有若干喷嘴。
18.进一步地，所述缓冲罐的上端设有气体出口，所述缓冲罐的气体出口与放散管连通，用于将不凝结的气体经放散管排出；所述放散管上设有第一阀门；连通缓冲罐与戊烷加压装置之间的管道上设有第二阀门；所述放散管的另一端与密闭炉膛设有的气体进口连通。
19.进一步地，所述密闭炉膛的带钢入口端与带钢出口端分别设有用于支撑并输送带钢的密封辊，通过密封辊实现密闭炉膛与外部空气的相对隔绝同时保证带钢的连续通过。
20.本发明至少具有如下有益效果：将连续退火炉加热段出来的高温带钢，以一定速率连续通过与外界气氛隔绝的相变冷却段，冷却段内正对带钢两面布置喷嘴，将低温高压液态的戊烷通过喷嘴均匀喷射到高温带钢表面，在此过程中戊烷发生相变，压力降低并与带钢发生热交换后戊烷气汽化且温度升高、带钢温度降低。本发明使用中性介质戊烷(c5h12)对带钢冷却，充分利用戊烷物理特性与工况条件的契合度，进而实现了相变冷却这种最高效的冷却工艺，（戊烷在环境温度约36℃就可以汽化，相变过程吸收大量的热能-汽化潜热为343kj/kg），满足超高强钢对超快冷却速率的工艺需求。对于1mm厚的带钢就可获得600℃/s的高冷却速率和2000-2200w/(m2
·
℃)传热系数。
21.本发明通过中性介质戊烷(c5h12)在带钢表面以汽化吸热方式冷却经高温退火的带钢，因戊烷化学性质稳定、相变点接近生产工况，通过本发明可以保证高温退火后的带钢在冷却过程中，既能实现比传统气体冷却方式高得多的冷却速率进而实现优良的材料性能，使带钢获得细小晶粒、实现马氏体转变成为超高强钢，又避免了传统水淬或气雾冷却方式对带钢造成氧化等缺陷的问题，还可缩短传统生产工艺的流程。
22.且本发明使用中性介质戊烷(c5h12)对带钢冷却，因戊烷性质稳定，不具有氧化性，也不会对大气造成污染，通过该冷却装置可以保证带钢在冷却过程中不会被氧化，避免了水淬或气雾冷却对带钢的氧化问题，从而节省了其后的酸洗、再加热等去除氧化层的设备，降低了投资及生产成本，减少了污染物排放。
23.戊烷经带钢汽化吸热后成为气态充满冷却段炉膛空间，由循环风机从冷却段炉膛抽出，抽出的高温低压戊烷气体依次经压缩机、冷凝器、缓冲罐，重新发生相变变成高压低温液态戊烷，再重新通入到冷却段喷嘴，如此循环，实现对带钢的连续超快冷却。戊烷冷凝成本非常低，戊烷的蒸发和冷凝是可以在闭合环路下进行的，在此过程中，戊烷的损失可以忽略不计。该技术不需要较高的喷射速度就可以获得非常高的冷却速率，较扩冷或闪冷技术，减小了风机功率，降低了能耗。
24.戊烷循环系统相对独立，不仅能在新建机组轻巧灵活布置，也适合对采用气体介质冷却技术的现有机组的改造。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
26.图1为本发明实施例提供的戊烷介质超快速无氧化冷却装备的结构示意图。
27.附图中，1为带钢，2为第一密封辊，3为密闭炉膛，4为喷射装置，5为喷嘴，6为气态戊烷抽出管道，7为风机，8为戊烷冷凝器，9为缓冲罐，10为管道，11为放散管，12为戊烷加压装置，13为液态戊烷输入管道，14为第二密封辊。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
29.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
30.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。
31.实施例一参见图1，本发明实施例提供一种戊烷介质超快速无氧化冷却方法，将连续退火炉加热段出来的高温带钢1，以一定速率连续通过与外界气氛隔绝的相变冷却段，相变冷却段内布置喷嘴5，通过喷嘴5将低温高压液态戊烷均匀喷射到高温带钢1表面，在此过程中戊烷发生相变，并与带钢1发生热交换后戊烷汽化吸热且温度升高，使带钢1温度降低，冷却带钢1，戊烷汽化吸热后成为气态充满冷却段炉膛空间，并由风机7从冷却段炉膛抽出。
32.进一步地，由风机7抽出的高温低压戊烷气体经冷凝、压缩处理后重新发生相变变成低温高压液态戊烷，再重新通入到冷却段喷嘴5，通过喷嘴5将低温高压液态戊烷均匀喷射到高温带钢1表面，如此循环，实现对带钢1的连续超快冷却。
33.进一步地，由风机7抽出的高温低压戊烷气体经戊烷冷凝器8后重新变成液态，再进入缓冲罐9重新稳压，缓冲罐9内的液态戊烷经管道进入戊烷加压装置12后，再次经液态戊烷输入管道13进入喷射装置4，最后经安装在喷射装置4上的喷嘴5喷射到带钢1表面。
34.进一步地，所述缓冲罐9的上端设有气体出口，所述缓冲罐9的气体出口与放散管11连通，将不凝结的气体经放散管11排出；所述所述放散管11上设有第一阀门；连通缓冲罐9与戊烷加压装置12之间的管道上设有第二阀门。
35.进一步地，所述放散管11的一端与缓冲罐9的气体出口连通，所述放散管11的另一端与冷却段密闭炉膛3设有的气体进口连通。
36.进一步地，带钢1经第一密封辊2后进入冷却段密闭炉膛3进行冷却，冷却完成后经第二密封辊14进入下道工艺环节。
37.实施例二参见图1，本发明实施例提供一种戊烷介质超快速无氧化冷却装备，包括密闭炉膛3，所述密闭炉膛3内设有喷射装置4，所述喷射装置4设有用于将液态戊烷均匀喷射到高温带钢1表面的喷嘴5，通过液态戊烷介质在带钢1表面汽化吸热来冷却带钢1，所述喷射装置4的戊烷入口与液态戊烷输入管道13连通，所述密闭炉膛3设有气态戊烷出口，所述密闭炉膛3的气态戊烷出口与气态戊烷抽出管道6连通。本发明使用戊烷在带钢1表面汽化吸热来冷却带钢1，对于1mm厚的带钢1就可获得500℃/s以上的高冷却速率。
38.密闭炉膛3的气态戊烷出口与喷射装置4的戊烷入口之间设有戊烷处理装置，戊烷处理装置用于将密闭炉膛3内的高温低压戊烷气体抽出，并经冷凝、压缩处理后重新发生相变变成低温高压液态戊烷，再重新通入到喷射装置4，形成循环系统。整个系统属于相对密
闭的循环系统，戊烷循环系统相对独立且存在压力和温度的变化。
39.进一步地，戊烷处理装置包括戊烷冷凝器8、缓冲罐9、戊烷加压装置12，气态戊烷抽出管道6一端与密闭炉膛3的气态戊烷出口连通，气态戊烷抽出管道6的另一端与风机7的进气口连通，风机7的出气口与戊烷冷凝器8的进口连通，通过戊烷冷凝器8将气态戊烷重新变成液态戊烷，所述戊烷冷凝器8的液态戊烷出口与缓冲罐9的进口连通，所述缓冲罐9的液态戊烷出口通过管道10与戊烷加压装置12的进口连通，所述戊烷加压装置12的出口与液态戊烷输入管道13一端连通，液态戊烷输入管道13的另一端与喷射装置4的戊烷入口连通。
40.进一步地，所述缓冲罐9的上端设有气体出口，所述缓冲罐9的气体出口与放散管11连通，用于将不凝结的气体经放散管11排出。
41.进一步地，所述放散管11上设有第一阀门。
42.进一步地，连通缓冲罐9与戊烷加压装置12之间的管道10上设有第二阀门。
43.进一步地，放散管11的一端与缓冲罐9的气体出口连通，所述放散管11的另一端与密闭炉膛3设有的气体进口连通。
44.进一步地，所述密闭炉膛3的带钢1入口端与带钢1出口端分别设有用于支撑并输送带钢1的密封辊，通过密封辊实现密闭炉膛3与外部空气的相对隔绝同时保证带钢1的连续通过。
45.退炉加热段出来的高温带钢1，以一定速率连续通过本发明的戊烷介质超快速无氧化冷却装备，带钢1经第一密封辊2后进入密闭炉膛3进行冷却，冷却完成后经第二密封辊14进入下道工艺环节。
46.进一步地，若干喷嘴5朝向带钢表面；带钢的两侧均设置有若干喷嘴5朝向带钢表面。若干喷嘴5沿带钢纵向布置。
47.在戊烷快速冷却带钢过程中，戊烷会吸热变成气态，经气态戊烷抽出管道6后由循环风机7抽出，经戊烷冷凝器8后重新变成液态，再通过缓冲罐9重新稳压，将不凝结的气体经放散管11排出，液态的戊烷则经管道进入戊烷加压装置12后，再次经液态戊烷输入管道13进入喷射装置4，最后经安装在喷射装置4上的喷嘴5喷射到带钢两侧表面，通过相变吸热达到超快冷却带钢的目的。此过程循环往复，实现对带钢连续超快冷却。
48.本专利可以应用在带钢连续退火机组中的快速冷却段，为生产高质量、超高强钢提供了一种工艺技术方法，也为其他相关领域对快速冷却、无氧化有较高要求的工艺提供技术手段。本专利通过中性介质戊烷(c5h12)在带钢表面以汽化吸热方式冷却经高温退火的带钢，可获得600℃/s的超高冷却速率和2000-2200w/(m2·
℃)传热系数（以1mm厚带钢为例），实现了带钢在a1~a3区退火时的超快冷却速率，不使之产生珠光体，而使固溶碳富集在奥氏体内、并获得细小晶粒，经超快冷却转变产生马氏体，成为超高强钢。
49.另外，因戊烷化学性质稳定、不具有氧化性，不会对钢带造成氧化等缺陷，也不会对大气造成污染，通过该冷却系统可以保证高温退火后的带钢在冷却过程中，既能实现比传统气体冷却方式高得多的冷却速率进而实现优良的材料性能、又避免了传统水淬或气雾冷却方式对带钢造成氧化等缺陷的问题。
50.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。