[发明专利]一种金属带材直接火焰冲击加热装置

说明书

技术领域

本发明属于金属带材加热技术领域，特别是涉及一种能够脉冲燃烧调节加热功率以及适应不同带材宽度的直接火焰冲击加热装置。

背景技术

金属带材连续退火时通常需要将其加热到再结晶温度以上；在热连轧过程中，经常需要对带材的头部、尾部或边部进行补热提温，以保证材料组织性能的均匀性；对于镁合金、钛合金和硅钢等难变形金属带材，在冷轧之前也需要将其加热到一定的温度，以获得良好的塑性，减少边裂和断带现象的发生。

目前，最常用的金属带材加热设备是加热炉，但加热炉存在加热效率低、加热速率慢、能源消耗大、炉温调节热惯性大等缺点，同时还存在带材边部过热的问题。

电磁感应加热设备也可以加热金属带材，但对于宽度远远大于厚度的薄带材，由于趋肤效应的原因，电磁感应加热需要较高的频率和较大的功率，效率低，设备昂贵，并且带材温度到达居里温度后加热效率进一步降低。另外，电磁感应加热带材通常也存在边部过热问题。

直接火焰冲击加热方法利用高温、高速火焰直接冲击被加热工件的表面，通过高温火焰燃烧产物的热化学反应换热、强制对流换热和辐射换热等机制加热工件。与传统的加热炉相比，直接火焰冲击加热具有热流密度大，热效率高，加热速率快，节省能源等优点；与感应加热相比，加热薄带材时效率更高，更节能。另外，直接火焰冲击加热对工件表面的油污、乳化液、固体颗粒等具有清洁作用，可以全部或部分替代退火处理前的表面清洗。

采用直接火焰冲击加热装置加热金属带材时，为满足不同加热工艺的要求，加热装置需要调整加热功率。脉冲燃烧是一项先进的燃气加热功率调节技术，它通过控制烧嘴的燃烧和关闭时间来调节加热功率，能保证烧嘴燃烧时处于最佳燃烧状态。但是，传统的脉冲燃烧控制技术需要给每个烧嘴安装至少两个控制阀来分别控制燃气和氧化剂进气管的开闭。由于带材直接火焰冲击加热装置通常包含数量众多的烧嘴，如果采用每个烧嘴都安装控制阀的方式进行脉冲燃烧控制，则需要大量的控制阀，控制系统也极其庞大、复杂，使用过程中故障率和维护成本较高。

直接火焰冲击加热装置还要满足不同宽度带材的加热要求。通常情况下，加热烧嘴沿带材横向的布置范围要覆盖最大带材宽度，当加热宽度较小的带材时，超出带材宽度的烧嘴应当关闭，这一方面可以避免能源浪费，另一方面也可以避免带材边部出现过热现象。以往有关直接火焰冲击加热带材的方法和装置的专利，如：专利号为ZL201380052418.0的中国专利和公开号为US20100319821A1的美国专利等，大都未涉及适应不同带材宽度的问题。公开号为US20070160948A1的美国专利和专利号为EP2556317B1的欧洲专利采用关闭边部烧嘴的方式来适应不同宽度带材的加热，这需要大量的控制阀，其缺点已如前文所述。

公开号为US20110187031A1的美国专利公开了一种活塞式火焰宽度调整装置和方法，所述装置由长管状燃气腔室和氧化剂腔室组成，两个腔室呈平行布置，并且还与带材表面平行。在腔室壁上沿轴向开有窄缝(或密排小孔)，燃气和氧化剂分别从窄缝(或密排小孔)中喷出，在点火区混合点燃，沿带材横向形成连续火焰。其火焰宽度调整方法是在燃气腔室和氧化剂腔室的两端都安装一个活塞，当活塞沿腔室的轴向运动时，可以封堵或打开边部的一段窄缝或若干个小孔，实现火焰宽度调整。上述装置的不足之处有两点，一是燃气和氧化剂腔室以及活塞机构暴露在加热炉内的高温环境中，容易发生机构变形、构件氧化以及活塞密封失效等问题，维修维护不方便，二是活塞需要做轴向移动，轴向空间占用较大。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种金属带材直接火焰冲击加热装置，所述装置采用多个独立的直接火焰冲击烧嘴对金属带材进行加热，在满足脉冲燃烧加热的同时，最大限度地减少控制阀的使用数量，降低控制系统的复杂性，并且加热装置具备火焰宽度调整功能，调整机构设置在加热炉外面，没有轴向移动，轴向空间占用较小。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案是：