冷轧金属带材的预热和退火方法.pdf

为了克服先前方法所暴露的问题，本发明提供一种冷轧金属带材(3)的连续退火方法，包括沿着运输路径连续传输带材(3)，直接火焰冲击(DFI)燃烧器(1)的坡道位于所述运输路径中，用来加热所述带材(3)，所述坡道定位成与所述带材(3)的移动方向垂直或者基本上垂直，所述直接火焰冲击燃烧器(1)相互设置以使得所述带材(3)的整个宽度加热到相同的温度、或者基本上相同的温度，所述带材(3)在输送路径上经过所述坡道的速度以及所述DFI燃烧器(1)的加热功率适于将所述带材(3)加热到退火温度，预热后的带材(3)通过连续均热炉或连续退火炉(8；9)进行退火。

权利要求书
1.  一种在连续退火之前将冷轧金属带材(3)预热的方法，包括：
沿着运输路径连续地传输带材(3)，直接火焰冲击(DFI)燃烧器(1)的坡道位于所述运输路径中，用来加热所述带材(3)，所述坡道(1)定位成与所述带材(3)的移动方向垂直或者基本上垂直，其中，所述直接火焰冲击燃烧器(1)定位成使得所述带材(3)的整个宽度加热到相同的温度、或者基本上相同的温度，所述带材(3)在所述运输路径上经过所述坡道的速度以及所述DFI燃烧器(1)的加热功率适于将所述带材(3)加热到退火温度。

2.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述运输路径上方和下方各存在至少一个坡道。

3.  如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，存在两个或更多个连续的直接火焰冲击燃烧器(1)的坡道。

4.  如权利要求1-3中至少一个所述的方法，其特征在于，所述直接火焰冲击燃烧器(1)位于炉(2)内，特别是位于直接火焰冲击(DFI)炉内。

5.  如权利要求1-4中至少一种所述的方法，其特征在于，所述带材(3)从冷带材卷(4)解卷的金属带。

6.  如权利要求1-5中至少一种所述的方法，其特征在于，所述带材(3)从辊轧台(6)直接引入所述运输路径。

7.  如权利要求6所述的方法，其特征在于，在直接火焰冲击燃烧器(1)和辊轧台(6)之间设置安全墙(7)。

8.  如权利要求1-7至少一种所述的方法，其特征在于，所述带材(3)被预热到约450℃和约650℃之间的温度，特别是约540℃。

9.  如权利要求1-8至少一种所述的方法，其特征在于，所述带材(3)在几秒或更少的时间内预热，特别是约1秒内。

10.  如权利要求1-9至少一种所述的方法，其特征在于，所述带材(3)是铝带，铜带，铁带或铝、铜和/或铁的合金带。

11.  如权利要求1-10至少一种所述的方法，其特征在于，所述带材(3)的厚度为0.5mm至所述带材(3)能成卷(5；10)的最大厚度之间。

12.  如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述带材(3)的厚度为约0.9mm 至约1mm。

13.  一种冷轧金属带材(3)的连续退火方法，其特征在于：
包括通过如权利要求1-12至少一种所述的方法预热带材(3)；以及
在连续均热炉或退火炉(8：9)中退火预热后的带材(3)。

14.  如权利要求13所述的方法，其特征在于，热处理后的带材(3)卷取成卷(5；10)。

15.  如权利要求14所述的方法，其特征在于，经热处理并成卷(5；10)的带材(3)置于均热炉(8；9)中进行部分退火，尤其是用于去除位错。

说明书冷轧金属带材的预热和退火方法
技术领域
本发明涉及的技术领域是预热和/或退火冷轧金属带材，特别是预热和连续退火冷轧金属带材，例如是铝带。
背景技术
现有技术中，在250-500℃的温度对冷轧铝带材进行退火。目的是恢复良好的成形性。
机理是消除位错堆积(部分退火)和再结晶(退火)。
再结晶过程尤其是取决于时间和温度。例如，在500℃时，再结晶数秒，在380℃时，保持数分钟，而在280℃时，保持数小时。其他因素是合金成分以及退火之前的冷加工量。
部分退火在200℃至300℃进行，时间延长达到15小时。
对于铝带材卷来说，通常使用车底箱式炉(car bottom box furnace)。该炉利用电气元件或燃料加热元件加热。为了在炉中实现良好的对流和温度均匀效果，使用强力风扇来循环炉内气氛。车底箱式炉意味着巨额投资。
直接火焰冲击(DFI)技术，即多个氧燃料(oxyfuel)燃烧器火焰直接冲击并加热运动的钢带材是早先开发的技术。通常利用燃料和含氧量较高的氧化物馈送给DFI燃烧器。优选使用氧重量百分比至少为80％的氧化物。使用DFI燃烧器实现了从火焰到钢带材的较高传热性能，因此提供了极高的加热速率。
但是，DFI燃烧器在利用含氧量较高的氧化物燃烧时，释放了非常高的能量，并产生了很高的火焰温度，诸如2500℃。
既便如此，仍然令人惊异地发现可以在不遭受表面损坏诸如带材表面局部熔化的情况下，将铝带材非常迅速地加热到期望的温度。铝的熔点大约为660℃。
利用现有技术进行退火存在问题。现有技术的带材卷退火是个缓慢的过程。这一过程的特征在于，带材卷内的铝带材层之间加热不充分并且热传导缓慢。 这样导致处理时间很长，生产率很低并且能耗很高。
第二个问题在于，来自卷绕材料表面的蒸发润滑剂在炉膛内的空气中易燃，存在爆炸的风险。
第三个问题在于，由于辊轧润滑剂、金属和气氛之间的反应，带材表面发生褪色。
第四个问题在于，较长的处理时间可能导致带材表面氧化层生长，使得钎焊特性下降以及出现其他不良影响。
第五个问题在于，在热处理过程中，带材卷内出现温度梯度。在带材卷部分退火时，存在带材卷的外层较之内层以不同的时间温度曲线进行热处理的风险，这样会导致机械性能改变。
发明内容：目标，解决方案，优点
由上述的不足和缺点出发，考虑本领域的现有技术，本发明的目的是克服上述早先的方法所暴露的问题。
上述目的通过包括权利要求1的特征的方法和包括权利要求14的特征的方法实现。优选实施例和本发明有利的改进在相应的从属权利要求中公开。
本发明因此涉及一种在退火之前将冷轧金属带材预热的方法，其特征在于：带材沿着运输路径连续传输，直接火焰冲击(DFI)燃烧器的坡道位于所述运输路径中，用来加热所述带材，所述坡道定位成与所述带材的移动方向垂直或者基本上垂直，所述直接火焰冲击燃烧器相互设置以使得所述带材的整个宽度加热到相同的温度、或者基本上相同的温度，所述带材经过所述坡道的速度以及所述燃烧器的加热功率适于将所述带材加热至退火温度。
本发明还涉及一种冷轧金属带材的退火方法，其特征在于：带材沿着运输路径连续传输，直接火焰冲击(DFI)燃烧器的坡道位于所述运输路径中，用来加热所述带材，所述坡道定位成与所述带材的移动方向垂直或者基本上垂直，所述直接火焰冲击燃烧器相互设置以使得所述带材的整个宽度加热到相同的温度、或者基本上相同的温度，所述带材经过所述坡道的速度以及所述燃烧器的加热功率适于对所述带材进行热处理以使其能够进行退火，该退火优选在连续均热炉或连续退火炉中进行。热处理后的带材卷取成卷。热处理并卷取的带材置于均热炉中进行部分退火，特别是用于去除位错。
根据本发明的优选实施例，其具有：
-在所述带材的所述运输路径上方具有至少一个所述DFI燃烧器的坡道，和
-在所述带材的所述运输路径下方具有至少一个所述DFI燃烧器的坡道，以使得所述带材均匀预热。
根据本发明的优选实施例，存在两个或更多个连续的直接火焰冲击燃烧器的坡道沿着传输路径相接的放置，以增强所述带材的预热工艺。
根据本发明的优选实施例，DFI燃烧器可以设置在炉内，特别是在直接火焰冲击(DFI)炉内。在此前提或独立的情况下，DFI燃烧器的坡道或多个坡道可以位于炉内，特别是在直接火焰冲击(DFI)炉内。
根据本发明的优选实施例，所述冷轧带可以从带卷，特别是从冷轧带卷退绕。
根据本发明的优选实施例，所述带材可从辊轧台直接引入所述运输路径。可在直接火焰冲击燃烧器和辊轧台之间设置安全墙，因为轧制时使用的润滑剂可能是易燃的。
根据本发明的优选实施例，将要退火的带材可通过直接火焰冲击(DFI)燃烧器预热。这具有几个优点。一个优点是退火炉的长度可以显著缩短。通过使用DFI对带材预热，可以将带材从室温加热到退火温度，例如加热到约450℃至约650℃，例如加热到约540℃，在几秒钟或更短时间内，进一步为约1秒。
虽然本发明更适用于铝带的处理，本发明也可以同样适用于其他金属，例如铜，铁，以及铝、铜和/或铁的合金。
本发明优选用于带材的厚度为0.5mm至所述带材能被卷取的最大厚度；具体地，带材厚度为约0.9毫米至约1毫米。
附图简介
为了对上述公开和讨论的本发明的实施例有更完整的理解，存在几种选择以有利的方式来体现以及改进本发明的教导。为此目的，本发明将在下面更详细描述的；具体的，可以参照于权利要求1和权利要求14的从属权利要求；进一步的改进，特征和本发明的优点将在下面更详细地通过非限制性示例的方式给出，并于下述对实施例的描述中，至少部分引入相关附图，其中：
图1示出本发明第一实施例中，其根据本发明所述方法工作；
图2示出本发明第二实施例中，其根据本发明所述方法工作；
图3示出本发明第三实施例中，其根据本发明所述方法工作；
图4示出本发明第四实施例中，其根据本发明所述方法工作；
图5示出本发明第五实施例中，其根据本发明所述方法工作；
图6示出本发明第六实施例中，其根据本发明所述方法工作；
在所附的附图中，图1至图6中相似的设备标以相同的参考标号。
附图详述；
本发明最佳实施例
图1示出本发明对冷轧铝带3进行退火的方法的第一实施例。
根据本发明，冷轧铝带材3连续地沿着运输路径传输，直接火焰冲击(DFI)燃烧器的坡道1位于所述运输路径中，用来加热所述带材。根据该实施例，冷轧铝带从带卷4退绕。所述坡道1定位成与所述带材3的移动方向垂直或者基本上垂直。
进一步的，DFI燃烧器相互设置以使得所述带材的整个宽度加热到相同的温度、或者基本上相同的温度。所述带材3经过所述坡道1的速度以及所述燃烧器的加热功率适于对所述带材3进行热处理，以使其能够实施退火，其中热处理带材卷绕至带卷5。
根据本发明的一个实施例，所述带材3经过所述坡道1的速度以及所述燃烧器的加热功率适于对所述带材3进行热处理，以对所述带材3实施再结晶。
根据本发明的另一个优选实施例，在所述带材3的所述运输路径上方和下方各存在至少一个坡道1。
用具有1mm的厚度的冷轧并卷绕的铝带进行实验。带材经过DFI加热器的位于带材上方的坡道和和位于下方的坡道。每个燃烧器的坡道有四个燃烧器。
这些燃烧器产生的总功率为200千瓦。在经过燃烧器的带材速度为24米每秒的情形下，带材的温度达到400℃。以每秒30米的速度进行，得到的温度为365℃。表面观察不到损伤。
本发明更适于具有0.5mm至能被卷取的最大厚度的带材。
根据本发明的一个优选实施例，沿着传输路径存在两个或更多个彼此接续的DFI燃烧器的相继坡道1。
优选的是坡道1或者多个坡道位于炉内。然而，在一些应用中，坡道或多个坡道可被安装在一个框架内，而没有环绕壳体。
根据本发明的第二实施方式的冷轧铝带3从轧制台6直接引入到所述输送路径，请参照图2。根据该实施例，将安全壁7设置在DFI炉2和轧制台6之间，由于轧制时使用的润滑剂可能是易燃的。
根据图3中展示的本发明的第三实施方式，热处理后并卷取的带材5被置于均热炉8中以进行部分退火，即除去位错。均热炉8应当优选充满氮气，以最小化氧化物生长。
在这样的情况下，均热炉8被保持对应于铝带材通过所述DFI燃烧器加热所得到的温度。由此它实现了整个卷绕铝带在进入均热炉5后立即进行退火。
图4示出一个冷轧铝带3从一个轧制台直接引至所述输送路径，即DFI炉，此后它被卷绕并置于均热炉中。
图5示出的本发明的第五实施例中，冷的铝带3从带卷4中解卷，在DFI炉2中实施热处理，引导通过连续均热炉9，之后成卷10。
图6示出了图5所示的实施例，但是其中冷铝带3从一个轧制台6直接引至所述输送路径，即DFI炉2，其后，它被引导通过连续的均热炉9，之后成卷10。
连续均热或退火炉用于对冷轧铝带进行退火，以提供易于成形且具有相对高的强度和硬度的铝板，例如用作汽车车体部件。
连续退火炉，通常在温度为450℃至600℃下操作。在这些温度下，合金原子在原子的溶解度曲线以上的高温下进入固溶状态。这之后进行快速淬冷，将原子冻结在铝结构中。这个过程被称为固溶热处理。
固溶热处理所需的时间取决于处理合金的种类和带材的厚度。例如，如果在通过热空气对流传递热量的加热炉中，对于0.5mm至0.9mm厚的带材进行固溶热处理需要十五分钟。
将带材加热到退火温度所需要的时间取决于炉子的效率和所处理的带材的厚度。一个现代的连续炉能够在约一分钟将1mm厚的带材加热到540℃。
现在金属处理厂使用连续退火工艺以充分地退火带材，并达到所需的强度和延展性。为了将带材加热到的退火温度，并有足够的停留时间来完成退火处理中，退火炉都要求是相当长的，例如，长度达到80米。更高的产能甚至需要 更长的炉。因此，这些炉子的成本非常高。
此外，经过退火处理的退火的金属带通常必须经过进一步的表面精加工处理，包括化学清洗以去除在冷轧过程中使用的润滑剂。
根据本发明，待退火的带材通过DFI预热。这提供了几个优点。一个优点是，该退火炉的长度可以显著降低。通过使用DFI预热带材，能够在几秒钟或更少的时间内将带材从室温加热至退火温度(450℃至600℃)。
在一个试验中，宽度为200毫米，厚0.25毫米，并以每分钟90米速度传输的铝卷在1秒内被从20℃加热至365℃。相比在退火炉进行同一加热所需的一分钟或更长时间，这个加热时间明显更快。
因此，通过使用本发明，有可能减少退火炉的长度，基本上消除了以前带材加热到退火温度所需要的长度。这减少了所需要的设备投资并降低了生产成本。
可替代地，由于退火炉可以每分钟高达一百米的速度运行，根据本发明采用DFI预热带材后，其运行的速度可以增加，从而使得退火炉总吞吐量可显著增加。这增加了处理能力并因此降低了生产成本。
本发明的另一优点是，退火后的化学清洗工艺可省去。DFI加热能将带材冷轧过程中可能存在的任何润滑剂和其它杂质燃烧去除。因此，退火后的化学清洗不再是必要的。这降低了设备投资成本，提高了生产效率并降低生产成本。
虽然本发明已经描述了主要对于铝带的处理，本发明同样适用于其他金属，例如铜，铁，以及铝、铜和/或铁的合金。
通过本发明，所有的在开头部分中提到的问题得到解决。进而，可以获得一个非常快速的过程，因为带材在解卷的同时被加热。
上述本发明的几个实施例已被描述。然而，本领域技术人员也可在不偏离本发明思想的情况下进行改变。
因此，本发明不应限于上述实施例，而是可以在所附权利要求的范围内变化。
附图标记列表
1 直接火焰冲击(DFI)燃烧器或具有直接火焰冲击(DFI)燃烧器的坡道
2 炉子，具体的是直接火焰冲击(DFI)燃烧炉
3 冷轧金属带材
4 冷卷
5 卷或成卷的带材
6 轧制台
7 安全墙
8 均热炉或退火炉
9 均热炉或退火炉
10 卷或成卷的带材