用于在行进中的材料条表面上吹气的装置 技术领域 本发明涉及用于在行进中的材料条的表面上吹气的吹气装置。 本发明具体涉及使 用借助气体喷射进行冷却的至少一个冷却室或借助气体喷射冷却的一个冷却段加工钢条 或铝条的加工流水线， 例如热处理流水线， 特别是连续退火流水线， 或例如涂敷流水线， 特 别是电镀流水线。
然而， 本发明不局限于上述用途领域， 并更一般地涉及在为例如纸或塑料的非金 属材料的行进中的材料条表面上吹气， 从而根据情形而干燥、 冷却或涂敷。
背景技术 使用吹气设备将气体吹至行进中的金属条的一个或两个表面上尤其为了冷却所 述金属条已为人们知晓很长时间。 由此可参见文献 US-A-3 116 788 和 US-A-3 262 688， 这 两篇文献记载了从沿材料条纵向设置或沿横跨所述材料条行进方向的横向设置的中空盒 体或管形中空部件吹出气体的多种系统。 这些文献教示使用相对于行进中的材料条的平面
的法线倾斜的气体喷射以提高行进中的材料条的稳定性。
另 外 可 参 见 文 献 GB-A-940 881、 DE-A-440 6846、 FR-A-1 410 686 和 WO-A-2007/014406， 这些文献记载了具有多孔工作面的吹气盒体。
还提出具有倾斜度可相对于材料条平面予以调整的两个冷却管的组件， 如文献 JP-A-58 185 717 和 JP-A-58 157 914 记载的那样。
更近来地， 提出通过提供配有吹气管的盒体引导吹气气流， 该吹气管朝向材 料 条 边 缘 倾 斜， 主 要 为 了 避 免 使 行 进 中 的 材 料 条 由 吹 气 喷 射 冷 却 时 的 振 动， 如文献 WO-A-01/09397 记载的那样。
文献 US-A-6 054 095 还教示了设置在盒体内朝向材料条的边缘的倾斜吹气管， 选择吹气管的布置以提高材料条的温度均匀性。
上述吹气装置因此包括两个中空盒体， 每个中空盒体设有朝向材料条的相关表面 取向的多个管形喷嘴， 每个中空盒体从转向材料条的所述表面翻转的那侧具有平行于材料 条平面的平坦外形。
在上述装置中， 管形喷嘴的孔口与材料条间隔一段距离， 该距离足以避免与所述 材料条接触的风险， 所述风险会在材料条上留下痕迹并损坏之， 或可能撕裂管形吹气喷嘴。 因此， 实际上即使吹气喷嘴系统朝向材料条的边缘倾斜， 吹气喷嘴的孔口和材料条之间的 距离很少小于 50 毫米 (mm) 至 100 毫米的距离。
为了提高冷却能力， 需要要么显著减小所述距离要么将吹气系统构造成具有非常 高的流量， 这导致高成本， 或事实上采纳上述两种解法， 但由于难以在所述材料条行进时控 制材料条的振动， 这进一步增加了材料条和吹气喷嘴之间接触的风险。 因此在实践中， 遭遇 被本领域内技术人员普遍接受的结构限制。
技术背景可由提到的文献 JP-A-2005 089772 得出， 该文献描述了配有都为同一 长度并将冷却水喷洒在垂直钢条上的多个管形喷嘴的 V 形洒水管。发明内容 本发明旨在提供一种吹气装置， 它不存在上述现有技术系统的缺陷和 / 或限制， 并在最小化材料条行进时的振动或偏移的同时优化吹气的热学和吹拂空气流动两方面， 且 以合理成本的设备来实现上述目的。
上述技术问题根据本发明是借助用于将气体吹到行进中的材料条的表面上的吹 气装置而解决的， 该装置包括配有指向所述材料条的相关表面的多个管形喷嘴的至少一个 中空盒体， 其中该中空盒体具有外形沿至少一个给定方向关于垂直于材料条平面的中平面 对称地变化的表面， 并且管形喷嘴经由其根部固接于外形变化的表面， 以使他们各自的轴 线在相关的点基本正交于所述变化的外形， 管形喷嘴具有各自的长度， 这些长度选择为使 所述喷嘴的排出孔口位于与材料条的平面基本上平行的共同平面内。
由于对中空盒体的工作表面构造变化的外形， 在气体再循环方面能够获得非常显 著的改善， 然而由于管形喷嘴仍是以其轴线相对于承载其的表面正交地植入， 因而不会使 管形喷嘴的实施更为复杂， 且另外， 其长度适应变化的外形的喷嘴布置确保了极好的吹气 均匀性， 并由此在材料进行时就材料条的温度均一性和所述材料条的稳定性方面获得显著 的优势， 且不管使用怎样变化的外形都是如此。
外形变化的给定方向可横向于材料条行进方向的方向或在一变型中与之平行地 延伸。在另一变化形式中， 外形可既沿横向于材料条行进方向延伸的方向变化又沿平行于 所述行进方向延伸的方向变化。
较佳地， 变化的外形是二面角外形以在中平面每一侧使管形喷嘴具有恒定的倾斜 度。上面提到的二面角外形可以是凸型或凹型的， 以使变化的外形的表面的中间脊相应地 因而对应于随相关应用要求的技术效果而变化的离材料条平面最小或最大的距离。尤其， 可设置成二面角外形以具有在 150°和 170°范围内的在顶点处的角。
在二面角变化外形的变化形式中， 可设置成折线外形或曲线外形， 由此使得管形 喷嘴在中平面每一侧上具有变化的倾斜度。
同样较佳地， 建议设置成变化的外形的表面在中空盒体内侧并与每个管形喷嘴的 根部相关联地具有钟形口形状的孔口， 并且每个管形喷嘴具有带圆锥形扩径孔的自由端， 这些特征可获得压头损失减小的显著优势。 这因此能使用非常大数量的吹气喷嘴以意图获 得热学和空气流动两方面良好的效率， 同时使用理想水平的功率。
根据尤为有利的实施例， 吹气装置具有两个中空盒体， 材料条设计成在其间行进， 以使气体同时吹至行进中材料条的两个表面上， 并且所述盒体中的至少一个具有植入关联 管形喷嘴的变化外形的表面。
两个中空盒体则较佳地具有变化外形的各自表面， 并且这两个表面关于材料条的 行进平面对称。
最后， 还可使两个中空盒体的管形喷嘴以这样一种方式植入 ： 即当外沿其形变化 的给定方向横向于材料条行进方向延伸时， 吹到行进中的材料条上的气体的冲击点配置成 在所述材料条的相反侧交错。对平行于行进方向的方向来说， 可使吹至行进中的材料条上 的气体冲击点配置成沿所述材料条在长度方向上交错， 并且对沿横向于和平行于行进方向 的方向都变化的外形来说， 可设置成在横跨和沿着所述材料条横跨方向和长度方向上交
错。
本发明的其它特征和优势鉴于下面给出的描述和附图变得更为清楚。附图说明 下面参照附图， 在附图中 ：
图 1 是本发明的吹气装置的立体图， 该实施例包括材料条在其间行进的两个中空 盒体， 每个中空盒体具有配备管形喷嘴的工作表面并具有形成沿横跨材料条行进方向的横 向延伸的凸二面角脊的变化外形 ；
图 2 是图 1 装置的平面图， 其更清楚地示出具有凸二面角脊形式的变化外形的两 个面对表面 ；
图 3 是图 1 的装置的侧视图 ；
图 4 是中空盒体中的一个的工作表面的图， 该表面配有多个管形喷嘴并呈现出变 化的外形， 在本实施例中变化的外形为二面角形状并具有中间脊 ；
图 5 是上述吹气装置的两个盒体的局部图， 其更清楚地示出两个面对的凸二面角 外形 ；
图 6 和图 7 与图 5 对应地示出另外两个变例， 其中各自一个盒体呈现传统形式的 工作表面 ( 平面 )， 或者两盒体均具有呈现出不再是凸型而使凹型的二面角外形的工作表 面；
图 8 是以较大比例更清楚地示出管形喷嘴布置的局部图， 尤其是其冲击点沿行进 中的材料条的交错配置 ；
图 9 是管形喷嘴的剖面图， 其更清楚地示出所述喷嘴的形状和植入以意图最小化 压头损失 ；
图 10 和图 11 是与图 8 结构对应的局部图， 其旨在示出其它类型的变化外形， 在该 实施例中分别为折线外形和曲线外形， 以给予管形喷嘴变化的斜率 ； 以及
图 12 和图 13 类似于图 1 和图 2， 并示出外形变化的方向平行于材料条行进方向的 变例， 而图 14 和图 15 以同样方式示出外形既沿横向又沿平行于所述行进方向的方向变化 的另一变例。
具体实施方式
图 1-3 示出包含根据本发明的吹气装置的吹气设备的一部分， 并用附图标记 10 表 示。
在用附图标记 15 表示的行进中的材料条的每一侧， 并用箭头 100 表示进行方向， 装置 10 包括结构化部件 11， 在本实施例中为欧米加形， 其边缘用附图标记 13 表示， 这些部 件固接于各中空盒体 20， 材料条 15 在两面对的中空盒体之间行进。
每个中空盒体 20 具有两个侧面 23、 连接于吹气进气管 12 的背面 21 以及与背面 21 相反的前表面或工作表面 22， 该前表面转向材料条 15 的相关表面。
每个中空盒体 20 配有指向材料条 15 相关表面的多个管形喷嘴 30。
根据本发明的特征， 每个中空盒体 20 转向材料条 15 相关表面的表面 22 呈现出沿 至少一个给定方向 D 变化的外形 P， 在本实施例中上述至少一个给定方向 D 是横向于材料条 15 的行进方向 100 延伸的单个方向， 且外形 P 的变化关于与材料条 15 平面垂直的中平 面 Q( 如图 1 更清楚示出的 ) 对称， 并且管形喷嘴 30 通过其根部以这样一种方式固接于外 形变化的表面 22， 使得其各轴线在相关点基本正交于所述变化的外形 ( 更清楚地示出于图 9 的详图中 )。此外， 每个管形喷嘴 30 的相应长度 l 被选择以使所述喷嘴的排出孔口位于 基本平行于材料条 15 平面的一共同平面内 ( 以附图标记 R 表示的所述共同平面更为清楚 地示出于图 8 的详图中 )。借助这种布置， 在横跨材料条的整个宽度上并在其每一侧 ( 各 侧 ) 获得同样的喷射距离， 这既有利于在所述材料条行进时的良好稳定性， 又有利于所述 材料条的温度均匀性。由于管形喷嘴变化的长度对吹气排出速度只有很小的改动 ( 尽管从 绝对意义上说很长 )， 因此喷嘴孔口和材料条平面之间具有相等的距离， 其可维持吹拂到所 述材料条上的气体所施加的作用的均一性。
如图 1-5 可见的实施方式所示， 变化的外形 P 是二面角外形以在中平面 Q 的每一 侧对管形喷嘴 30 形成恒定的倾斜度， 并且在该实施例中， 所述二面角外形是凸型的， 以使 变化外形表面 22 的中间脊 24 对应于离开材料条 15 平面的最小距离。
具体地说， 采用两个中空盒体 20， 材料条 15 可在其间行进， 以使气体同时吹到行 进中的材料条 15 的两个表面。在图 1-5 中， 这两个中空盒体 20 具有凸二面角形状的变化 外形 P 的表面 22， 且所述两个表面关于材料条 15 的平面是对称的。 二面角形状的每个面的 倾斜度由角 β 表示， 而顶点处的角 ( 钝角 ) 由附图标记 α 表示。尤其， 以大约 10°的角 β， 可提供具有 250mm 至 300mm 范围的长度 l 的管形喷嘴 30， 固接于二面角脊 24 的管形喷 嘴在这种构造中在中平面 Q 中垂直于材料条的平面， 其具有大约 100mm 的较短长度 l。 相邻 管形喷嘴 30 的轴线 35 的间距 d( 在图 8 的详图中更清楚表示 ) 因此约为 60mm。 凸型二面角外形 P 被证实当寻求鼓励来自该侧的吹气再循环时是非常有利的， 其 中气体沿图 1 和图 5 所示箭头 101 侧向逸出， 图 5 示出由中平面 Q 每一侧上的两个表面 22 的倾斜布置获得的发散效果， 发散通路自然有利于来自该侧的吹气的良好再循环性。
自然， 在一个变例中， 可将两个面对盒体 20 设置为不同的布置， 如图 6 和图 7 所 示。
在图 6 中， 仅其中一个盒体 20 呈现出变化外形 P 的表面 22， 在该实施例中为凸型 的二面角外形， 而另一盒体 20 是传统形式的， 其表面 22 是平面且平行于行进中的材料条 15 的平面。仍然观察得到发散侧再循环通道的上述效果， 但该效果没有图 5 变例那么显著。
在图 7 中， 两个面对盒体 20 呈现出变化外形 P 表面的表面， 在本实施例中， 该表面 是凹型二面角外形， 以使变化外形 22 的表面的中间凹槽 24 对应于距离材料条 15 平面的最 大距离。 该实施例应当仅以适中的吹风功率使用， 这造成有关气体再循环的较少问题， 并意 图将气体主要吹至行进中的材料条的中央区域上。
对于图 5- 图 7 所示实施例中的凸型或凹型二面角形状的变化外形 P 来说， 在中 平面 Q 每一侧上相对于材料条 15 平面的倾斜度对应于一般落在 5° -15°范围内的值的 角度 β。这因此对应于二面角外形 P 顶点处的角度， 该角度以附图标记 α 表示， 具有落在 150° -170°范围内的值。
由于每个管形喷嘴 30 的轴线相对于二面角外形是正交的， 管形喷嘴 30 具有在中 平面 Q 的每一侧上全都平行于单个方向的轴线。
在一些情形下， 如果要求在中平面 Q 的每一侧上具有朝向行进中材料条 15 的边缘
倾斜度变化的管形喷嘴 30， 也可设置其它类型的变化外形 P， 例如图 10 和图 11 所示那些外 形。
图 10 示出可观察到三个相邻区的折线外形 P’ ， 这三个相邻区分别对应于相对于 材料条平面的角度 β1、 β2 和 β3， 如果希望有利于获得利于吹气良好侧循环的发散效果， 当靠近材料条的边缘时， 角度 βi 较佳地增加， 至于图 5 具有凹型二面角外形。
图 11 示出曲线形的另一种外形 P” ， 例如椭圆形， 其在每个管形喷嘴 30 的根部局部 保持正交性。
图 8 和图 9 提供对配合在具有工作表面 22 的中空盒体 20 上的管形喷嘴 30 的植 入和形状的更好理解， 管形喷嘴 30 呈现出变化的外形， 在本构造中， 倾斜的工作表面构成 凸型二面角外形的一部分。
图 8 示出以这样一种方式将管形喷嘴 30 植入， 即以附图标记 40 表示的吹到行进 中材料条 15 上的气体的冲击点在所述材料条相对侧上呈交错的构造。这种布置增进了材 料条行进时的稳定性， 并在用于冷却金属条的流水线中通过在行进中的材料条的每一侧上 形成相邻的重叠冷却区而促进均匀地冷却。
图 9 更清楚地示出盒体 20 的底板 25， 其中关联于管形喷嘴 30 的一个孔口 26 具 有正交于所述底板 25 平面的轴线 35。每个管形喷嘴 30 通过其根部 33 固接， 并且在所述 根部 33， 孔口 26 呈现出半径选择为最小化经过孔口 26 的压头损失的钟形口形状 34。管形 喷嘴 30 本身进一步包括固接于 ( 尤其是焊接于 ) 底板 25 的截头圆锥形的上游第一部分 31 以及圆柱形的下游第二部分 32， 该第二部分具有布置成呈现出圆锥状扩径直到到达排出孔 口 36 的内孔的自由端 37。作为示例， 可选择大约 15°的发散。这种气体通道的双扩径提 供有利于所述气体流过并能最小化压头损失的喷嘴效果。 可进一步提供另一变例 ( 图中未示出 )， 其中截头圆锥上游部分 31 由切向地连接 于圆柱形下游部分 32 的钟形口或喇叭形部分代替， 以进一步减小压头损失。
最后， 更一般地说， 附图示出管形喷嘴植入成每个所述喷嘴的轴线也正交于沿材 料条方向在纵向垂向平面内的承载壁 ( 如图 3 更清楚示出的那样 )。 然而在另一变例中 ( 附 图中未示出 )， 可设置成某些管形喷嘴的轴线， 在基本上正交于变化外形 ( 即沿横向于材料 条行进方向延伸的方向 ) 的同时还相对于材料条的行进方向呈现出上游或下游斜率。这或 多或少地使相关管形喷嘴的实施变得复杂， 但可进一步提高材料条的稳定性。
如图 12 和 13 所示， 可设置成外形 P 沿其变化的方向 D 不象上述变例那样横向于 材料条行进方向 100 地延伸， 而是平行于所述行进方向。在这种构造中， 由于装置对行进中 的材料条构成极好的纵向稳定器， 所以首要的是， 空气流动效果是有利的。 这种构造能更好 地控制材料条的振动频率。这对应用于干燥钢条上的锌的系统尤为有利。
在这种布置中， 对于吹到材料条上的气体的冲击点 40， 可望获得如图 8、 10 和 11 所 示相同的效果， 并且这种构造因此相对于所述材料条纵向地错开。
如图 14 和 15 所示， 可采用具有沿横向 D1 变化的外形 P 以及沿纵向 D2 变化的外 形 P 的中空盒体， 例如具有如图所示的钻石点面 ( 点 24’ )， 或具有中央平台， 并且这能沿材 料条的两个方向合并上面提到的技术效果。
因此可制成在合理成本下保持制造简单性的高性能吹气装置。 本发明的布置还能 最小化材料条和管形喷嘴的孔口之间的距离， 该距离例如约为 50mm， 有时针对某些尺寸会
更小。 最后， 这种配置被证实在行进中的材料条的抗振和自稳定效果方面非常有利， 而且对 非常高的行进速度来说更是如此。
另外， 自然可通过用本发明的具有变化外形的工作表面的中空盒体来代替具有平 面工作表面的中空盒体来装配已有的设备， 这同样能实现本发明的性能。
如上所述， 尽管较佳的使用领域是用于冷却或涂敷金属条的流水线， 然而本发明 的装置可用于比金属条更脆弱的纸条， 以进行干燥、 冷却或涂敷处理。
本发明不局限于上述实施例， 而是相反地涵盖再现前述本质特征的全部变例以及 等效手段。