РАСПЫЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
SPRAYER

Настоящее изобретение относится к устройству для распыления охлаждающего вещества на обрабатываемое изделие, содержащему линию подвода охлаждающего вещества, по меньшей мере одно подающее сопло для подачи охлаждающего вещества, экранирующие средства, которые окружают по меньшей мере часть указанного подающего сопла. Изобретение также относится к способу распыления охлаждающего вещества на обрабатываемое изделие, в котором указанное охлаждающее вещество распыляется с помощью по меньшей мере одного подающего сопла, и в котором обеспечены экранирующие средства, которые окружают по меньшей мере часть указанного подающего сопла.
Известно, что во время процессов прокатки металла образуется большое количество тепла и что самым распространенным способом удаления этого тепла является распыление охлаждающего вещества на валки. Самыми распространенными охлаждающими веществами являются вода и керосин, но недавно в патентных документах GB2466458A и DE102005001806 было предложено использовать криогенные текучие среды.
Основная проблема при использовании криогенных текучих сред для охлаждения в некоторых процессах прокатки металла, таких как холодная прокатка алюминия, заключается в том, что влага из окружающей атмосферы может конденсироваться на оборудовании с образованием воды, льда или снега, которые затем падают или переносятся на прокатываемую полосу и повреждают ее.
В документе DE102005001806 предлагается для минимизации конденсации осуществлять измерение температуры валка и управлять потоком криогенной текучей среды таким образом, чтобы валок не переохлаждался. Однако эксперименты показали, что даже если на самой поверхности валка поддерживается правильная температура, большое количество образующегося холодного газа охлаждает окружающий воздух и оборудование, что ведет к конденсации.
В документе GB2466458 предлагается для исключения образования конденсата окружить прокатную клеть внутренней камерой, которая содержит только инертный сухой газ, и поддерживать в этой внутренней камере избыточное давление, чтобы предотвратить попадание во внутреннюю камеру воздуха, содержащего влагу. Этот способ предотвращает образование конденсата внутри внутренней камеры, но эксперименты показали, что большое количество холодного газа внутри внутренней камеры ведет к охлаждению листового материала, из которого образована внутренняя камера, и тем самым на листовом материале образуется конденсат, на наружной части внутренней камеры. После образования на наружной части внутренней камеры, конденсат все еще может попасть на прокатываемую полосу и повредить ее. Другим недостатком предложенной в GB2466458 камеры является то, что все оборудование, размещенное внутри внутренней камеры, охлаждается холодным газом, и это вызывает проблемы для опор, гидравлических систем и другого оборудования, находящегося внутри камеры.
Другой способ избежать конденсации предлагается в документе EP1406738 B1. С учетом особенностей металлургического процесса и трения в зеве валков в данном случае криогенная текучая среда используется для охлаждения прокатываемой полосы напрямую, вместо охлаждения валков, но принципы способа похожи. В EP1406738 B1 предлагается экранировать сопла посредством обдува сухим газом вокруг сопел. Однако этот экран из сухого инертного газа предотвращает конденсацию только на самих соплах. Он не предотвращает конденсацию в окружающей атмосфере и на другом, находящемся поблизости, оборудовании, которые открыты для воздействия холодного газа. Распыляемая криогенная текучая среда производит большое количество холодного газа, который охлаждает окружающий воздух и другое оборудование рядом с распыляемым веществом, что ведет к конденсации. Кроме того, сухой инертный газ, а также испаряющийся азот, вытесняют воздух и могут уменьшить содержание кислорода в атмосфере в месте проведения работы.
Цель настоящего изобретения - избежать попадания любой воды на обрабатываемое изделие.
Кроме того, газ, образующийся при испарении жидкого азота, может вызвать турбулентность, которая влияет на эффективность распыления.
Поэтому целью настоящего изобретения является создание устройства и способа для распыления охлаждающего вещества, в частности сжиженного газа, в которых турбулентность, вызываемая испарением сжиженного газа, будет уменьшена.
Другой целью изобретения является создание устройства и способа для распыления охлаждающего вещества, в частности сжиженного газа, в которых содержание кислорода в окружающей место работы среде не уменьшается или по меньшей мере несущественно уменьшается.
Другой целью изобретения является создание устройства и способа для распыления криогенного охлаждающего вещества в процессе прокатки металлической полосы, которые предотвращают образование конденсата в любой области или на любом оборудовании, с которых вода может попасть на металлическую полосу.
Эта цель достигается устройством для распыления охлаждающего вещества на рабочее изделие, содержащим линию подвода охлаждающего вещества, по меньшей мере одно подающее сопло для подачи охлаждающего веществе и экранирующие средства, которые окружают по меньшей мере часть указанного подающего сопла, отличающимся тем, что указанные экранирующие средства образуют по существу закрытое пространство совместно с обрабатываемым изделием, и указанные экранирующие средства содержат выпускные средства для вывода газообразного охлаждающего вещества из указанного по существу закрытого пространства в место, удаленное от обрабатываемого изделия, и дополнительно содержит средства для поддержания температуры наружной части указанных экранирующих средств выше точки росы.
Эта цель также достигается способом распыления охлаждающего вещества на обрабатываемое изделие, в котором указанное охлаждающее вещество распыляется с помощью по меньшей мере одного подающего сопла, и в котором обеспечены экранирующие средства, которые окружают по меньшей мере часть указанного подающего сопла, отличающимся тем, что указанные экранирующие средства образуют по существу закрытое пространство совместно с обрабатываемым изделием, и газообразное охлаждающее вещество выводится из указанного по существу закрытого пространства в место, удаленное от обрабатываемого изделия, и на наружной части указанных экранирующих средств поддерживается температура выше точки росы.
Под термином «точка росы» понимается температура, при которой при данном давлении водяной пар конденсируется с образованием воды. Согласно изобретению температура наружных стенок экранирующих средств должна быть выше точки росы окружающего воздуха. В частности температура наружной части экранирующих средств должна поддерживаться по меньшей мере на несколько градусов Цельсия выше температуры точки росы окружающего воздуха. В предпочтительном варианте воплощения на экранирующих средствах поддерживается по меньшей мере температура окружающей атмосферы.
Экранирующие средства предпочтительно содержат кожух, оболочку или коробчатый элемент с открытой частью, выполненной с возможностью поворота в направлении обрабатываемого изделия. Край экранирующих средств, который направлен в сторону обрабатываемого изделия, предпочтительно выполнен с возможностью образования уплотнения с обрабатываемым изделием.
Согласно изобретению экранирующие средства образуют по существу закрытое пространство совместно с обрабатываемым изделием. Указанное по существу закрытое пространство образовано экранирующими средствами и по меньшей мере частью обрабатываемого изделия. Выход подающего сопла для охлаждающего вещества располагается внутри по существу закрытого пространства. Тем самым охлаждающее вещество распыляется в по существу закрытом пространстве, и контактирует и охлаждает ту часть или область обрабатываемого изделия, которые образуют по существу закрытое пространство. Газообразное охлаждающее вещество выводится из по существу закрытого пространства и транспортируется в место, удаленное от обрабатываемого изделия.
Согласно изобретению температура наружной части экранирующих средств поддерживается выше точки росы окружающей атмосферы. Изобретение предотвращает охлаждение до температуры ниже точки росы любого газа, поверхности или части снаружи от по существу закрытого пространства. Соответственно, большие количества охлаждающего вещества и парообразного охлаждающего вещества могут работать в закрытой системе, в которой охлаждается только заданный участок обрабатываемого изделия. Любая другая область или любое другое оборудование поддерживаются при температуре выше точки росы. Окружающая атмосфера в области обрабатываемого изделия снаружи от по существу закрытого пространства не подвергается воздействию температуры ниже точки росы и конденсация предотвращается. Изобретение предотвращает конденсацию или обледенение не только на подающем сопле, но также в области вокруг обрабатываемого изделия.
Таким образом, по существу закрытое пространство обеспечивает следующие эффекты:
• оно предотвращает конденсацию или обледенение внутри закрытого пространства, на соплах или на обрабатываемом изделии за счет того, что окружающая атмосфера исключена и закрытое пространство содержит только холодный сухой газ и охлаждающее вещество;
• оно предотвращает конденсацию или обледенение снаружи от закрытого пространства за счет того, что температура наружной части экранирующих средств поддерживается выше точки росы и холодный воздух выводится из прокатной клети.
Изобретение, в частности, используется для охлаждения в процессе прокатки металлической полосы. В этом случае по существу закрытое пространство образуется экранирующими средствами и частью наружной поверхности рабочего валка, который должен охлаждаться. В этом случае рабочий валок является обрабатываемым изделием, на которое распыляется охлаждающее вещество. Открытая часть экранирующих средств перекрывается рабочим валком, тем самым образуя внутри по существу закрытое пространство. По существу закрытое пространство предпочтительно не включает в себя все обрабатываемое изделие полностью, в этом случае не весь рабочий валок. Изобретение предотвращает конденсацию снаружи от по существу закрытого пространства, и тем самым не образуется вода, лед или снег, которые могли бы попасть на металлическую полосу и повредить ее.
Согласно другому предпочтительному варианту воплощения экранирующие средства содержат уплотнительные средства, выполненные с возможностью герметично перекрыть зазор между экранирующими средствами и обрабатываемым изделием. Предпочтительно уплотнительные средства продолжаются по меньшей мере частично вокруг открытой части экранирующих средств, более предпочтительно вдоль всей периферии открытой части экранирующих средств в направлении обрабатываемого изделия. Уплотнительные средства могут содержать упругий материал, например, пластик. Уплотнительные средства между экранирующими средствами и обрабатываемым изделием предотвращают выход газообразного охлаждающего вещества, имеющего температуру ниже точки росы, из по существу закрытого пространства в область вблизи обрабатываемого изделия.
Согласно другому варианту воплощения экранирующие средства располагаются достаточно близко к обрабатываемому изделию, чтобы обеспечить возможность образования барьера давления, который предотвращает выход любого газа, имеющего температуру ниже точки росы, из по существу закрытого пространства в область вблизи обрабатываемого изделия.
Уплотнительные средства могут дополнительно содержать газовое уплотнение, то есть поток газа, который предотвращает вход атмосферного воздуха в закрытое пространство, равно как, если не более важно, предотвращает выход холодного газообразного охлаждающего вещества из закрытого пространства в область вблизи обрабатываемого изделия.
Изобретение в целом предусматривает образование закрытой системы или по существу закрытой системы для охлаждающего вещества и связанного с ним холодного газа (газообразное охлаждающее вещество), которая предотвращает воздействие на окружающую атмосферу в области обрабатываемого изделия температуры ниже ее точки росы.
Согласно изобретению температура наружной части экранирующих средств должна поддерживаться выше точки росы окружающего воздуха, предпочтительно выше температуры окружающего воздуха. Средства для поддержания температуры наружной части экранирующих средств в требуемом диапазоне могут включать в себя пассивные элементы, такие как тепловая изоляция, которая уменьшает интенсивность теплопередачи между внутренней частью закрытого пространства и наружными стенками экранирующих средств. Эти средства предпочтительно содержат материал с низким коэффициентом теплопередачи, например, один или более слоев твердого вещества с низкой теплопроводностью. Кроме того, средства для поддержания температуры наружной части экранирующих средств выше точки росы могут также включать в себя активные элементы, которые поддерживают температуру стенки выше точки росы посредством подачи тепла, например, с помощью нагревательных средств, в частности электрических нагревательных средств.
Согласно другому предпочтительному варианту воплощения по меньшей мере часть экранирующих средств имеет двойные стенки, и источник газа подсоединяется в зазоре между стенками. Экранирующие средства содержат внутреннюю и наружную стенки, и в зазор между этими стенками вводится газ, действующий в качестве изолятора и обеспечивающий источник тепла для поддержания температуры наружной стенки выше точки росы. Предпочтительно используется газ, имеющий температуру окружающей среды или даже выше температуры окружающей среды, или который был нагрет выше температуры окружающей среды.
Дополнительно, предпочтительно зазор между стенками экранирующих средств содержит в зазоре между экранирующими средствами и обрабатываемым изделием или вблизи него выход для газа. Часть газа, введенного в зазор между стенками экранирующих средств, выходит через выход для газа вблизи обрабатываемого изделия. Этот газ действует как экран, газовое уплотнение или барьер давления и предотвращает вход атмосферного воздуха через этот зазор в по существу закрытое пространство и выход холодного газа из закрытого пространства в область вблизи обрабатываемого изделия. Тем самым любая конденсация происходит на удалении от по существу закрытого пространства и холодных внутренних частей системы.
Вместо или дополнительно к описанному выше выходу для газа (выходам для газа), также возможно обеспечить отдельную линию подвода газа для подачи газа, предпочтительно теплого газа, вблизи зазора между экранирующими средствами и обрабатываемым изделием, который действует как экран или газовый барьер для предотвращения выхода холодного газа и входа окружающего воздуха в по существу закрытое пространство.
Давлением газа, подаваемого в область вблизи зазора между экранирующими средствами и обрабатываемым изделием, предпочтительно управляют таким образом, чтобы оно было выше атмосферного давления окружающего воздуха и выше давления внутри по существу закрытого пространства. Это гарантирует, что через указанный зазор не будет всасываться воздух в по существу закрытое пространство, и холодное газообразное охлаждающее вещество не будет выходить из по существу закрытого пространства.
Также может быть предпочтительно добавить смазочное вещество в газ, подаваемый в область вблизи зазора между указанными экранирующими средствами и указанным обрабатываемым изделием. Кроме того, газовое уплотнение или барьер давления могут быть улучшены посредством добавления физических барьеров.
Согласно изобретению охлаждающее вещество распыляется через одно или более подающие сопла на обрабатываемое изделие, которое необходимо охлаждать. Термин «подающее сопло» означает выход, отверстие или сопло любого типа для распыления охлаждающего вещества. В самом простом случае подающее сопло может быть выполнено в виде простого патрубка.
Если сжиженный газ, такой как жидкий азот, используется в качестве охлаждающего вещества, азот будет испаряться во время распыления и вытеснять воздух из объема, ограниченного экранирующими средствами и обрабатываемым изделием. Экранирующие средства предпочтительно имеют открытую часть, выровненную с отверстием подающего сопла (подающих сопел). Термин «выровнено» означает, что отверстие сопла и открытая часть экранирующих средств располагаются таким образом, что охлаждающее вещество, выходящее из подающего сопла, проходит через внутреннюю часть экранирующих средств, т.е. по существу закрытое пространство, и затем выходит из экранирующих средств через указанную открытую часть для распыления на обрабатываемое изделие. В предпочтительном варианте воплощения согласно изобретению вблизи края указанной открытой части подается струя сухого газа, который может быть перед этим нагрет.
Термин «сухой газ» означает газ, который по существу не содержит водяного пара или имеет такое низкое содержание водяного пара, что не происходит образования конденсата или льда, когда этот газ вступает в контакт с охлаждающим веществом или с оборудованием, таким как край внутренней части экранирующих средств, который охлаждается охлаждающим веществом. Сухой газ предотвращает образование льда на экранирующих средствах, в частности на краю открытой части. Предпочтительно содержание воды в сухом газе составляет меньше 10 м.д. (миллионных долей на единицу объема).
Было обнаружено, что накопление газа/газообразного охлаждающего вещества в по существу закрытом пространстве часто вызывает турбулентность, что влияет на параметры распыления охлаждающего вещества. Кроме того, газ/газообразное охлаждающее вещество могут образовать слой на поверхности охлаждаемого обрабатываемого изделия, который может функционировать в качестве теплового буфера и может препятствовать охлаждению обрабатываемого изделия до требуемой температуры распыляемым охлаждающим веществом. Поэтому экранирующие средства имеют выпускной канал для вывода газа/газообразного охлаждающего вещества из по существу закрытого пространства, окруженного экранирующими средствами. Управляя количеством газа и/или газообразного охлаждающего вещества, выводимого через выпускной канал, возможно управлять параметрами охлаждения. За счет управляемого охлаждения качество поверхности обрабатываемого изделия будет выше и более однородным.
Выпускной канал также предотвращает увеличение давления в закрытом пространстве до уровня, при котором холодное газообразное охлаждающее вещество начинает выходить через уплотнения (пластиковое уплотнение или газовое уплотнение).
Если газообразное охлаждающее вещество начинает выходить, в результате можно получить конденсацию снаружи от экранирующих средств. Кроме того, давление внутри закрытого пространства не должно становиться слишком низким, иначе окружающий воздух, содержащий влагу, может всасываться в закрытое пространство и в результате может происходить конденсация внутри экранирующих средств. Предпочтительно выпускной канал должен поддерживать давление внутри закрытого пространства достаточно высоким, чтобы предотвратить всасывание воздуха в закрытое пространство, и достаточно низким, чтобы избежать выхода холодного газа через уплотнения. Кроме того, выпускной канал должен обеспечить перемещение холодного газа из критичной области вблизи полосы. Это достигается посредством управления потоком через выпускной канал, например, с помощью клапана или подобных средств, и/или посредством управления потоком охлаждающего вещества.
Как было описано выше, предпочтительно обеспечить поток газа вблизи зазора между экранирующими средствами и обрабатываемым изделием. Поток газа действует как экран или газовый барьер, предотвращающий выход холодного газа из по существу закрытого пространства и вход окружающего воздуха в по существу закрытое пространство. Предпочтительно давление этого потока газа выше атмосферного давления (чтобы предотвратить вход окружающего воздуха в закрытое пространство через зазор) и выше давления внутри закрытого пространства (чтобы предотвратить выход холодного газа из закрытого пространства).
Согласно предпочтительному варианту изобретения экранирующие средства теплоизолированы. Тепловая изоляция гарантирует, что наружная поверхность экранирующих средств будет сохранять тепло, даже если температура внутри объема, окруженного экранирующими средствами, значительно понизится. Предотвращается образование льда или капель воды на наружной части экранирующих средств.
Тепловая изоляция может также быть обеспечена посредством вакуумной изоляции. Кроме того, возможно поддерживать наружную стенку экранирующих средств теплой посредством ее нагрева с помощью электрических нагревательных средств.
В предпочтительном варианте воплощения тепловая изоляция обеспечивается посредством того, что по меньшей мере часть экранирующих средств имеют двойные стенки и через зазор между указанными стенками указанных экранирующих средств пропускается газ. Для этого, в частности, предпочтительно использовать газ, который впоследствии будет подаваться на край открытой части экранирующих средств. Дополнительно возможно обеспечить более двух стенок для экранирующих средств, чтобы улучшить тепловую изоляцию.
Согласно другому предпочтительному варианту воплощения часть газообразного охлаждающего вещества, которая была выведена через выпускной канал из внутреннего пространства экранирующих средств, повторно используется в качестве сухого газа или газового уплотнения. Для этого, может быть необходимо, нагревать выведенное газообразное охлаждающее вещество перед его пропусканием через зазор между двойными стенками и/или перед подачей его на край открытой части экранирующих средств.
Согласно предпочтительному варианту воплощения экранирующие средства окружают более одного подающего сопла, т.е. два или более подающие сопла. Предпочтительно все подающие сопла для подачи охлаждающего вещества располагаются внутри одних экранирующих средств.
Настоящее изобретение в частности полезно, если в качестве охлаждающего вещества используется сжиженный или криогенный газ, особенно жидкий азот. В этом случае подающее сопло(-а) сообщаются по текучей среде с источником жидкого азота. Термин «сжиженный газ» означает холодную текучую среду в жидкой фазе или в виде смеси жидкой и газообразной фазы. Газ предпочтительно представляет собой инертный газ.
Согласно другому предпочтительному варианту воплощения в качестве сухого газа используется газообразный азот. Выход или выходы для газа, подающие сухой газ на край открытой части, предпочтительно сообщаются по текучей среде с источником газообразного азота. Возможно использовать другие сухие газы, в частности инертные газы, но предпочтительно использовать газообразный азот.
Изобретение предпочтительно используется для охлаждения рабочего валка и/или металлической полосы во время процесса холодной прокатки. При холодной прокатке металлическая полоса или металлическая фольга пропускается через зазор между двумя вращающимися в противоположных направлениях валками. Охлаждающее вещество может распыляться на металлическую полосу и/или на валки для прокатки металлической полосы. В контексте настоящего изобретения, в первом случае металлическая полоса является обрабатываемым изделием, во втором случае рабочий валок или рабочие валки являются обрабатываемым изделием. Здесь в частности предпочтительно использовать жидкий азот в качестве охлаждающего вещества.
Дополнительно, предпочтительно разместить по меньшей мере часть линии подвода криогенного вещества внутри выпускного канала для вывода избытка холодного газа. Тем самым гарантируется, что атмосферный воздух не будет контактировать с холодной поверхностью линии подвода криогенного вещества.
Предпочтительно ширина зазора между указанными экранирующими средствами и указанным обрабатываемым изделием поддерживается или регулируется. Экранирующие средства могут поддерживаться в одном положении относительно поверхности обрабатываемого изделия, например, с помощью механических средств, или, если положение поверхности обрабатываемого изделия может изменяться, положение экранирующих средств также может изменяться. Например, диаметр рабочего валка часто подвергается шлифовке для улучшения его рабочих характеристик. В результате диаметр валка уменьшается. В качестве примера, можно использовать пластиковый материал в месте уплотнения для уменьшения трения между камерой и рабочим валком, и посредством прижима камеры к поверхности рабочего валка с небольшим усилием, зазор между указанными экранирующими средствами и указанным рабочим валком (или, в общем, указанным обрабатываемым изделием) может поддерживаться толщиной пластикового материала.
Предпочтительно пластиковый материал или другой тип прокладок используется на краях экранирующих средств снаружи от области валка, контактирующей с полосой. В этой области не имеет значения, если пластик трется о поверхность валка, так как эта часть валка не контактирует с полосой. Альтернативным способом задания или управления зазором для газового барьера является использование датчика для обнаружения относительного положения экранирующих средств и обрабатываемого изделия, исполнительного механизма для перемещения экранирующих средств и/или обрабатываемого изделия, и системы управления для регулировки положения экранирующих средств и/или обрабатываемого изделия, чтобы обеспечить правильный зазор между указанными экранирующими средствами и указанным обрабатываемым изделием.
Дополнительно, предпочтительно экранирующие средства могут быть выполнены с возможностью их отвода из рабочего положения для технического обслуживания.
После технического обслуживания или после периода, во время которого не осуществлялось охлаждения, по существу закрытое пространство может содержать некоторое количество водяного пара из окружающего воздуха. Поэтому предпочтительно очистить по существу закрытое пространство с помощью сухого газа перед началом процесса охлаждения, в частности криогенного охлаждения. Предпочтительно для очистки по существу закрытого пространства используется количество газа, по меньшей мере в три раза, предпочтительно по меньшей мере в пять раз превышающее объем по существу закрытого пространства. Дополнительно, предпочтительно очистить по существу закрытое пространство и оборудование внутри этого пространства с помощью сухого газа и/или нагреть оборудование с помощью электрических нагревательных средств.
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно с помощью примеров вариантов воплощения со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг.1 - схематически иллюстрирует первый вариант воплощения изобретения.
Фиг.2 - схематически иллюстрирует второй вариант воплощения изобретения.
Фиг.3 - схематически иллюстрирует третий вариант воплощения изобретения.
Фиг.4 - схематически иллюстрирует четвертый вариант воплощения изобретения.
Фиг.5 - схематически иллюстрирует пятый вариант воплощения изобретения.
Фиг.6 - схематически иллюстрирует шестой вариант воплощения изобретения.
Фиг.7 - схематически иллюстрирует седьмой вариант воплощения изобретения.
На Фиг.1 схематически иллюстрируется устройство для распыления жидкого азота на рабочий валок 1, который используется для холодной прокатки металлической полосы или металлической фольги 10. Жидкий азот 2 подводится через линию 3 подвода к множеству подающих сопел 4. Жидкий азот выходит из подающих сопел 4 в виде струй 5 азота, направленных к поверхности валка 1. Во время и после процесса распыления жидкий азот испаряется и образуется газообразный азот.
Подающие сопла 4 окружены кожухом 6, который выполняет функцию экранирующих средств. Кожух или экранирующие средства 6 имеет открытую часть, направленную к рабочему валку 1. По меньшей мере часть экранирующих средств 6 имеет двойные стенки 7. Газообразный азот 8, имеющий комнатную температуру, подается в зазор между двумя стенками 7 экранирующих средств 6. Газообразный азот 8 течет между двумя стенками 7 и тем самым обеспечивает тепловую изоляцию экранирующих средств 6. Наружная поверхность экранирующих средств остается теплой, хотя жидкий азот испаряется внутри по существу закрытого пространства, образованного экранирующими средствами 6 и рабочим валком 1. Теплый газ не только изолирует наружную стенку, но также обеспечивает тепло. Сухой газообразный азот выходит из кольцевого зазора 7 между двойными стенками вблизи края открытой части экранирующих средств 6, т.е. вблизи валка 1.
Теплый газообразный азот 9, вышедший из зазора 7, действует как газовый барьер и блокирует небольшой зазор между экранирующими средствами 6 и валком 1, и тем самым предотвращает вход воздуха во внутреннее пространство экранирующих средств и выход холодного газа. Давление потока 9 газа выше атмосферного давления и выше давления внутри по существу закрытого пространства, образованного экранирующими средствами 6.
Кожух или экранирующие средства 6 дополнительно содержат канал 11, который обеспечивает возможность вывода газа из по существу закрытого пространства, образованного экранирующими средствами 6. Потоком газа через канал 11 управляют таким образом, что избыток газообразного азота выводится из кожуха 6 и с поверхности валка 1. Этот газ иначе создавал бы турбулентность, которая могла бы влиять на эффективность распыления жидкого азота. Кроме того, потенциально вызывающий удушье инертный газообразный азот удаляется с места проведения работ. С другой стороны, поток газа через канал 11 не должен приводить к всасыванию воздуха из окружающей среды в кожух 6 через зазор между кожухом 6 и валком 1. Это означает, что потоком газа через канал 11 предпочтительно управляют таким образом, чтобы достичь оптимального баланса описанных выше эффектов. Потоком газа через канал 11 предпочтительно управляют в зависимости от конструкции кожуха 6, давления и потока жидкого азота 2, 5 и/или давления и потока сухого газа 8, пропускаемого через двойные стенки 7.
Предпочтительно задняя часть кожуха 6, сзади или выше по потоку сопел 4, и линия 3 подвода изолированы, чтобы гарантировать, что температура этих частей будет выше точки росы, как и двойных стенок 7. Дополнительно, предпочтительно изолировать выпускной канал 11, по меньшей мере в критичной области, в которой любой конденсат, образующийся на выпускном канале 11, будет попадать на полосу 10.
На Фиг.2 иллюстрируется второй предпочтительный вариант воплощения изобретения. На Фиг.2 также показано устройство для распыления жидкого азота на валок 1, который используется для холодной прокатки металлической полосы или металлической фольги 10. В этом варианте воплощения жидкий азот 21 подводится через линию 22 подвода, которая оканчивается в подающих соплах 23. Жидкий азот выходит из подающих сопел 23 и направляется к поверхности валка 1.
Линия 22 подвода и подающее сопло 23 по меньшей мере частично окружены коробчатым кожухом 24. Коробчатый кожух 24 имеет открытую часть 25, выровненную с выходом подающего сопла 23 и направленную в сторону валка 1. Коробчатый кожух 24 располагается достаточно близко к рабочему валку 1, чтобы обеспечить возможность образования барьера давления и предотвратить выход газа, имеющего температуру ниже точки росы, из небольшого зазора между кожухом 24 и рабочим валком 1 в область вблизи рабочего валка 1. Коробчатый кожух 24 имеет двойные стенки 26. Газообразный азот 27 подается в зазор между двумя стенками 26 коробчатого кожуха 24. Газообразный азот 27 заполняет зазор между двумя стенками 26 и тем самым обеспечивает тепловую изоляцию коробчатого кожуха 24. Наружная поверхность коробчатого кожуха 24 остается теплой, хотя внутренняя часть коробчатого кожуха 24 охлаждается посредством испарения азота. Теплый азот выходит из кольцевого зазора между двойными стенками 26 вблизи края открытой части 25 коробчатого кожуха 24. Подобно варианту воплощения на Фиг.1, линия 22 подвода и выпускной канал 30 изолированы.
Теплый газообразный азот 28, выходящий из зазора между двумя стенками 26, входит в небольшой зазор 29 между коробчатым кожухом 24 и валком 1 и, тем самым, предотвращает вход воздуха внутрь коробчатого кожуха 24, и выход холодного воздуха. Коробчатый кожух 24 дополнительно содержит канал 30, который обеспечивает возможность вывода газа из внутреннего пространства коробчатого кожуха 24.
На Фиг.3 иллюстрируется другой предпочтительный вариант воплощения изобретения. Экранирующие средства выполнены в виде коробчатой камеры 301, которая образует совместно с рабочим валком 304 по существу закрытое пространство 302. Рабочий валок 304 может перемещаться или в направлении 305 по часовой стрелке или в направлении 306 против часовой стрелки. Через линию 307 подвода криогенного вещества жидкий азот может подаваться в коллектор 309 для текучей среды и распыляться на рабочий валок 304 с помощью нескольких подающих сопел 310. Исполнительные механизмы, клапаны и датчики 308 могут использоваться для управления потоком криогенного вещества к подающим соплам 310.
Камера 301 дополнительно содержит выпускной канал 303 для вывода газообразного азота из внутреннего пространства камеры 301. Края 311 камеры 301, которые контактируют с рабочим валком 304, имеют уплотнения, например, из пластикового материала, для герметизации рабочего объема 302 камеры 301.
Для поддержания температуры наружной стенки камеры 301 выше точки росы окружающей атмосферы предусмотрен электрический нагреватель 312. Электрический нагреватель 312 нагревает наружную стенку камеры 301, чтобы предотвратить конденсацию воды.
На Фиг.4 иллюстрируется другой предпочтительный вариант воплощения изобретения, подобный показанному на Фиг.3. На всех чертежах подобные ссылочные позиции обозначают подобные части.
Согласно этому варианту воплощения камера имеет двойные стенки 401, 402, образующие зазор 403 между ними. Теплый газ, предпочтительно газообразный азот, имеющий температуру окружающей среды, вводится в зазор 403, образуя изоляционный слой, который сохраняет температуру наружной стенки 401 выше точки росы окружающей атмосферы, предпочтительно выше температуры окружающей атмосферы.
На Фиг.5 иллюстрируется другой предпочтительный вариант воплощения, который отличается от показанного на Фиг.4 только способом уплотнения зазора между камерой и рабочим валком 304. В этом варианте воплощения уплотнение зазора между камерой и рабочим валком 304 получают посредством обеспечения выхода 511 для газа из зазора 403 между внутренней стенкой 402 и наружной стенкой 401 камеры. Теплый газообразный азот, который вначале действует в качестве изолятора в зазоре 403, выходит из зазора 403 и образует уплотнительный экран на краю 511 камеры, т.е. в зазоре между камерой и рабочим валком 304. Давление теплого газообразного азота, текущего в зазоре 304, предпочтительно выше давления во внутреннем пространстве 302 камеры и выше атмосферного давления, так что холодный газ и жидкость не могут выйти из по существу закрытого пространства 302, т.е. из внутреннего пространства камеры, через зазор между камерой и рабочим валком 304, и атмосферный воздух не может войти в по существу закрытое пространство 302.
На Фиг.6 иллюстрируется другой вариант воплощения изобретения. В этом случае способ согласно изобретению используется для охлаждения плоского изделия из металла, такого как металлическая полоса 601, которая может или перемещаться или быть неподвижным. В этом случае непосредственно металлическая полоса 601 является обрабатываемым изделием. Камера 604 располагается на металлической полосе 601 таким образом, что камера 604 совместно с металлической полосой 601 образуют по существу закрытое пространство 602. Через линию 606 подвода криогенного вещества жидкий азот может подаваться в коллектор для текучей среды и распыляться на металлическую полосу 601 с помощью множества подающих сопел 609. Исполнительные механизмы, управляющие клапаны и датчики 608 могут использоваться для управления потоком криогенного вещества к подающим соплам 609 и струей 610 криогенного вещества.
Камера 604 дополнительно содержит выпускной канал 605 для вывода газообразного азота из внутреннего пространства 602 камеры 604. Края камеры 604, контактирующие с металлической полосой 601, могут иметь уплотнения, например пластиковый материал, для герметизации рабочего объема 602 камеры 604.
Другой предпочтительный вариант воплощения изобретения будет описан с помощью Фиг.7, на котором показан вид сбоку рабочего валка 708 и устройства для охлаждения рабочего валка 708 согласно изобретению. На поверхность 706 рабочего валка 708 распыляется криогенное вещество из множества сопел 705. Ссылочная позиция 704 обозначает криогенное оборудование, такое как накопители для текучей среды, датчики, исполнительные механизмы, коллекторы для текучей среды, клапаны и т.п. Подобно Фиг.1-6, сопла 705 окружает камера 703, которая образует по существу закрытое пространство совместно с рабочим валком 708.
Криогенное вещество, предпочтительно жидкий азот, которое распыляется соплами 705, подается через линию 701 подвода криогенного вещества. Холодный газ, образующийся во время распыления криогенного вещества, выводится через выпускной канал 702. Линия 701 подвода криогенного вещества располагается внутри выпускного канала 702. Этот способ гарантирует, что холодный газ окружает линию 701 подвода криогенного вещества и не допускает атмосферное тепло к линии 701 подвода криогенного вещества.
Камера 703 предпочтительно имеет изоляцию или двойные стенки, предпочтительно в области над полосой. По меньшей мере в области вблизи полосы наружная стенка экранирующих средств должна быть теплой, чтобы избежать конденсации. На удалении от полосы нет необходимости поддерживать наружную стенку теплой.