СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АТМОСФЕРОЙ ЗАЩИТНОГО ГАЗА В КАМЕРЕ С ЗАЩИТНЫМ ГАЗОМ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОЛОСЫ
METHOD OF CONTROLLING PROTECTIVE GAS ATMOSPHERE IN PROTECTIVE GAS CHAMBER FOR TREATMENT OF METAL STRIP

Предметом настоящего изобретения является способ управления атмосферой в камере с защитным газом для непрерывной обработки металлических полос, при этом металлическую полосу направляют в камеру с защитным газом и из нее с помощью запирающих механизмов и по меньшей мере один из запирающих механизмов содержит два или более уплотнительных элементов для металлической полосы, проходящей через него, благодаря чему образуется по меньшей мере одна уплотнительная камера между уплотнительными элементами.
В нагревательных печах для плоского материала, работающих в непрерывном режиме, полосу защищают от окисления с помощью восстановительной атмосферы, состоящей из азотно-водородной смеси. Обычно, содержание водорода в печи в целом поддерживают на уровне ниже 5%.
Тем не менее, в настоящее время в сталелитейной промышленности растет потребность в печных установках, которые могут работать с двумя различными атмосферами защитного газа. Например, в производстве изделий из высокопрочной стали высокое содержание водорода (от 15 до 80% H2) требуется в области быстрого охлаждения (секции струйного охлаждения) и низкое содержание водорода (<5% H2) требуется в остальной области печи. В производстве электростали высокое содержание водорода (от 50 до 100%) требуется в областях нагревания, погружения и медленного охлаждения и среднее содержание водорода (от 0 до 70% H2) требуется в остальной области печи.
Данные отдельные области печи должны быть отделены друг от друга соответствующими запирающими механизмами, точнее, отделены таким образом, чтобы обрабатываемая металлическая полоса могла проходить через отдельные области печи с соответствующими газовыми атмосферами без слишком больших утечек газа через запирающие механизмы во время ее прохождения.
Кроме этого, печь должна быть герметично закрыта соответствующими запирающими механизмами от окружающей среды и от другого оборудования. Поток газа между разными камерами печи или между одной камерой печи и окружающей средой вызван следующими факторами:
a. Неравенством потоков атмосферного газа (входящего/исходящего): количество газа, введенного в определенную камеру, не соответствует количеству газа, выведенного из той же камеры, поэтому разница газа течет во вторичную камеру или в открытую среду.
b. Эффектом конвекции, вызванной разницами температуры между двумя камерами (в вертикальных печах): наиболее легкий (наиболее горячий) газ течет вверх и наиболее тяжелый (наиболее холодный) газ течет вниз, тем самым создается циркуляция атмосферного газа в камерах.
c. Расширением или сжатием атмосферного газа в результате колебаний температуры газа: колебания температуры вызваны самим процессом обработки (изменением температуры печи, изменением рабочей скорости линии, включением/выключением циркуляционного вентилятора и т.д.) и являются неизбежными.
d. Перемещением полосы: из-за вязкости газа газ течет вблизи полосы, даже в направлении перемещения полосы. Следовательно, полоса увлекает за собой определенное количество газа при перемещении из одной камеры в следующую.
В настоящее время в основном применяют два типа запирающих механизмов. С одной стороны, применяют одинарные уплотнения, образованные парой металлических уплотнительных валиков или парой уплотнительных клапанов или комбинацией уплотнительного клапана и уплотнительного валика. Затем металлическую полосу направляют в печь через зазор валика/клапана.
С другой стороны, применяют двойные уплотнения с впрыском азота. Они содержат двойную пару металлических уплотнительных валиков или двойную пару клапанов, или двойной уплотнительный клапан/двойной уплотнительный валик или комбинацию двух вышеупомянутых уплотнительных устройств, при этом азот впрыскивают в пространство между двумя уплотнительными устройствами. Таким образом, азот вводят с фиксированным расходом потока или расходом потока, регулируемым оператором. Автоматическая регулировка расхода потока относительно параметров процесса не предоставлена.
Подобные уплотнительные запирающие механизмы применяют, например, в линиях непрерывного отжига и в линиях непрерывной гальванизации для того, чтобы добиться разделения между атмосферой печи и наружной областью (входные уплотнения или уплотнение выпускного сопла) и между двумя разными камерами сгорания. В данном случае, например, одну камеру сгорания могут нагревать прямым огневым подогревом и вторую камеру сгорания могут нагревать посредством радиационных труб.
Данные уплотнения обеспечивают удовлетворительные результаты, если необходимо предотвратить поток газа, проходящий через запирающий механизм в одном определенном направлении, но позволить прохождение относительно значительного потока газа в противоположном направлении. Например, поток продуктов сгорания из печи с прямым огневым подогревом не может проходить в печь, нагреваемую радиационными трубами, но сравнительно большое количество газа может течь в противоположном направлении. Подобным образом, исходящий поток отработанных газов из печи с прямым огневым подогревом не может проходить в открытую среду, но определенный входящий поток воздуха из окружающей среды может проходить в печь. В камерах печи, нагреваемых радиационными трубами, следует не допускать поступления воздуха, но определенное количество защитного газа может выходить из печи в окружающую среду. То же применимо к области газовой горелки с дутьем, когда цинковая чаша извлечена.
3
Как правило, поток газа между двумя камерами печи через обычные запирающие механизмы в одном направлении равен нулю и в другом направлении находится в диапазоне от 200 до 1000 Нм/ч. Подобных расходов потока можно достичь, только если давление в двух камерах печи можно регулировать с определенным допуском.
Тем не менее, если колебания давления превышают данный допуск в одной из двух камер печи, то запирающий механизм более не эффективен.
Одинарные уплотнения недостаточно справляются с колебаниями давления, происходящими при изменении условий эксплуатации. В результате, химический состав атмосферного газа нельзя точно отрегулировать, поскольку неизбежные колебания давления в обеих камерах вызовут переменный поток атмосферного газа, в одном или другом направлении.
Обычное двойное уплотнение с впрыском постоянного количества азота подобным образом чувствительно к колебаниям давления в камерах сгорания. Химический состав атмосферного газа в камерах сгорания нельзя точно отрегулировать, поскольку, в зависимости от условий давления, впрыснутый азот течет попеременно в одну камеру или в другую камеру, или в обе камеры.
Следовательно, эти обычные уплотнительные системы недостаточно хорошо разделяют атмосферный газ и в некоторой степени приводят к значительному увеличению расхода атмосферного газа.
Обычное двойное уплотнение, обеспечивающее хорошее атмосферное разделение, описано в WO 2008/000945 A1. Тем не менее, недостаток данной технологии заключается в большом расходе атмосферного газа, что приводит к повышению производственных затрат и даже препятствует применению в печах для кремнистой стали.
В JP 8003652 A раскрыт способ управления атмосферой подогревательной печи линии отжига с помощью уплотнительной камеры. При эксплуатации измеряют давление в печи и в уплотнительной камере и регулируют давление в уплотнительной камере таким образом, чтобы оно всегда было выше давления в печи. Это предотвращает выход потока газа из печи и, следовательно, водяной пар, содержащийся в печном газе, также не может конденсироваться на уплотнениях и капать на металлическую полосу.
В случае печей для кремнистой стали входное уплотнение обычно состоит из пары металлических уплотнительных валиков и последовательности гибких перегородок. Атмосферное разделение внутри печи обычно выполняют с помощью одного отверстия в шамотной стенке и выходного уплотнения, состоящего из валиков с мягким покрытием (из гипалона или эластомера), или из жаростойких волокон.
Подобная уплотнительная система обладает недостатком, заключающимся в том, что в случае входного уплотнения существует постоянная утечка атмосферного газа, содержащего водород, через зазор валика (1-2 мм). Этот газ постоянно горит. Внутреннее уплотнение приводит к низкой эффективности разделения из-за размера отверстия (100-150 мм) и выходное уплотнение не может быть использовано при высокой температуре >200°C.
Цель настоящего изобретения заключается в предоставлении способа регулирования потока газа, проходящего через запирающий механизм, обеспечивающего высокую степень разделения атмосферного газа и снижающего расход атмосферного газа.
уплотнения
уплотнения, к
уплотнения, к
уплотнения, к
уплотнения, к
Данную цель достигают благодаря способу регулировки, в котором измеряют давление газа в по меньшей мере одной камере с защитным газом и в уплотнительной камере запирающего механизма и в котором регулируют давление в уплотнительной камере, точнее, это выполняют таким образом, что при работе перепад давления (ΔP) между камерой с защитным газом и уплотнительной камерой поддерживают существенно выше или ниже предопределенной величины критического перепада давления (ΔP). Критический перепад давления (ΔP) в данном случае представляет собой величину, при которой поток газа между камерой с защитным газом и запирающим механизмом изменяет свое направление на противоположное. Следовательно, при критическом перепаде давления (ΔP) не должно происходить перемещения потока газа между камерой с защитным газом и уплотнительной камерой. Тем не менее, критический перепад давления (ΔP) не обязательно должен иметь нулевую величину; хотя при данной величине значения давления в камере с защитным газом и в уплотнительной камере были бы одинаковыми, тем не менее между данными камерами может перемещаться поток газа, поскольку металлическая полоса переносит определенное количество газа с собой на своей поверхности.
уплотнения, к
Предопределенная величина критического перепада давления (ΔP) рассчитана с помощью математической модели, которая предпочтительно учитывает скорость металлической полосы, отверстие зазора двух уплотнительных элементов, свойства защитного газа и толщину металлической полосы.
Благодаря малому объему уплотнительной камеры давление в данной камере можно быстро и легко отрегулировать путем впрыска или выпуска небольшого количества газа.
уплотнения
уплотнения, к
Благодаря точной регулировке давления в уплотнительной камере согласно настоящему изобретению перепад давления (ΔP) поддерживают примерно равным величине критического перепада давления (ΔP). В результате, расход потока атмосферного газа в камеру с защитным газом или из нее снижен до минимума.
уплотнения
уплотнения, к
Преимущественно, если установленный перепад давления (ΔP) поддерживают на постоянном допустимом пределе критического перепада давления (ΔP), хотя величину допустимого предела нужно поддерживать как можно меньшей.
уплотнения, к
Критический перепад давления (ΔP) обычно находится в диапазоне от 0 до 100 Па и допустимый предел между установленным перепадом давления и критическим перепадом давления обычно находится в диапазоне от 5 до 20 Па.
3
Данный способ позволяет достигать хорошей эффективности разделения атмосфер между камерами с защитным газом со сравнительно низким расходом защитного газа (от 10 до 200 Нм/ч). Он также обеспечивает хорошее разделение камеры с защитным газом от окружающей среды.
Давление в уплотнительной камере можно регулировать либо с помощью регулирующего клапана и системы подачи газа, либо с помощью регулирующего клапана и источника отрицательного давления. Источник отрицательного давления может представлять собой, например, вытяжной вентилятор, дымоход или окружающую среду.
2
2
3
Способ согласно настоящему изобретению также очень хорошо подходит для линий нетекстурированной кремнистой стали. В случае подобных линий атмосфера с 95% H в одной камере должна быть отделена от атмосферы с 10% H во второй камере, в то время как расход водорода запирающим механизмом не должен превышать 50 Нм/ч.
2
2
3
Настоящий способ также хорошо подходит для быстрого охлаждения в линиях непрерывного отжига или линиях гальванизации углеродистой стали. В данном случае атмосферу с 30-80% H нужно отделить от атмосферы с 5% H, в то время как расход водорода запирающим механизмом не должен превышать 100 Нм/ч.
Благодаря способу согласно настоящему изобретению в линиях для гальванизации также можно минимизировать передачу цинковой пыли от газовой горелки с дутьем в печь, особенно в случае линий для цинково-алюминиевого покрытия металлических полос.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения запирающий механизм согласно настоящему изобретению расположен между камерой с защитным газом и камерой дальнейшей обработки с атмосферой защитного газа.
В данном случае металлическую полосу можно направлять сначала через камеру дальнейшей обработки и затем через камеру с защитным газом или ее можно направлять сначала через камеру с защитным газом и затем через камеру дальнейшей обработки.
Желательно, чтобы оптимальное отверстие зазора двух уплотнительных элементов было рассчитано на основании свойств защитного газа и толщины металлической полосы.
Способ согласно настоящему изобретению описан ниже со ссылкой на графические материалы, на которых:
На фиг.1 изображен первый вариант настоящего изобретения с системой подачи газа в уплотнительную камеру;
На фиг.2 изображено изменение давления в камерах для способа регулирования согласно первому варианту по фиг.1;
На фиг.3 изображено изменение давления в камерах для дальнейшего способа регулирования согласно первому варианту по фиг.1;
На фиг.4 изображен второй вариант настоящего изобретения, в котором уплотнительная камера соединена с системой отрицательного давления;
На фиг.5 изображено изменение давления в камерах для способа регулирования согласно второму варианту по фиг.4;
На фиг.6 изображено изменение давления в камерах для дальнейшего способа регулирования согласно второму варианту по фиг.4.
Способ регулирования далее описан на основании запирающего механизма 4 между вторичной камерой 1 (камерой 1 дальнейшей обработки) и камерой 2 с защитным газом. Тот же принцип также применяют, если запирающий механизм 4 расположен между камерой 2 с защитным газом и внешней областью, при этом внешнюю область считают вторичной камерой 1, заполненной воздухом при постоянном давлении.
Давления P и расходы F потока, представленные на фигурах, обозначены следующим образом:
P1 = давление во вторичной камере 1 или внешней области 1
P2 = давление в защитной камере 2
D
P = давление в уплотнительной камере 7
камеры
ΔP=P2-P1 (= перепад давления между камерой 2 с защитным газом и вторичной камерой 1 или перепад давления между камерой 2 с защитным газом и внешней областью)
уплотнения
D
ΔP=P-P2 (= перепад давления между уплотнительной камерой 7 и камерой 2 с защитным газом)
уплотнения, к
ΔP = критический перепад давления между уплотнительной камерой 7 и камерой 2 с защитным газом = величина перепада давления
D
(P-P2), при которой изменяется направление F2 потока газа между камерой 2 с защитным газом и уплотнительной камерой 7 (изменяется на обратное)
F2 = расход потока атмосферного газа между камерой 2 с защитным газом и уплотнительной камерой 7
F1 = расход потока атмосферного газа между уплотнительной камерой 7 и вторичной камерой 1
D
F = расход потока атмосферного газа, впрыснутого в уплотнительную камеру 7 или выпущенного из нее
На фиг 1 изображена вторичная камера 1 и камера 2 с защитным газом, а также запирающий механизм 4, расположенный между ними. Запирающий механизм 4 состоит из первого уплотнительного элемента 5 и второго уплотнительного элемента 6, между которыми расположена уплотнительная камера 7.
2
2
2
2
2
Составы защитного газа (содержание N, содержание H, точка росы) в двух камерах 1 и 2 и соответствующее давление P1 и P2 в камерах 1 и 2 регулируют с помощью двух раздельных смесительных станций. Данное регулирование смесительными станциями выполняют на основании обычных органов управления. Другими словами, химический состав атмосферы защитного газа регулируют путем адаптации содержания N, H и HO во впрыснутом атмосферном газе и регулирование давления осуществляют путем адаптации расхода потока атмосферного газа, впрыснутого в камеры 1, 2. Атмосферный газ выпускают из камер 1, 2 через отверстия, обладающие фиксированной заданной величиной или являющиеся регулируемыми.
Уплотнительные элементы 5 и 6 могут быть соответствующим образом сформированы двумя валиками или двумя клапанами или одним валиком и одним клапаном, между которыми направляют металлическую полосу 3. Величину зазора между валиками или клапанами устанавливают, учитывая свойства (химический состав, температуру) атмосферного газа в камере 1(2) и толщину полосы. Она может иметь фиксированное значение или быть регулируемой, в зависимости от диапазона колебания свойств атмосферного газа и габаритов полосы. Если зазор регулируемый, его величину предварительно устанавливают согласно толщине полосы, химического состава атмосферного газа и согласно температуре полосы.
Размер отверстия в уплотнительных элементах 5 и 6 зависит от зазора, от габаритов полосы (ширины, толщины) и от остальных структурно необходимых отверстий. Для обеспечения хороших характеристик уплотнения отверстие в уплотнительных элементах 5, 6 должно иметь соответственно малый размер.
D
Давление P в уплотнительной камере 7 между двумя уплотнительными элементами 5, 6 может быть отрегулировано с помощью регулирующего клапана 10. Регулирующий клапан 10 регулирует расход потока газа, впрыснутого в уплотнительную камеру 7 или выпущенного из нее. На фиг.1 регулирующий клапан 10 соединен с системой 8 подачи газа; следовательно, давление в уплотнительной камере 7 регулируют путем регулирования системы подачи газа в уплотнительную камеру 7.
D
D
Давления P1 и P2 в камерах регулируют двумя независимыми контурами регулировки давления. Для регулировки запирающего механизма 4 измеряют давление P в уплотнительной камере 7 и в камере 2 с защитным газом. Давление P поддерживают приблизительно равным давлению P2 в камере 2 с защитным газом.
уплотнения
D
D
уплотнения
В примере, представленном на фиг.1, ΔP имеет фиксированное значение, равное P-P2. Давление P регулируют таким образом, что ΔP остается по существу постоянным, даже если давление P2 изменяется.
Благодаря устройству по фиг.1 возможно, например, использовать две стратегии регулировки давления для запирающего механизма 4:
1. Следует избегать загрязнения камеры 2 с защитным газом:
Цель заключается в предотвращении попадания атмосферного газа в камеру 2 с защитным газом через запирающий механизм 4, для того чтобы обеспечить возможность регулирования химического состава в данной камере. Тем не менее, цель также заключается в минимизации утечки атмосферного газа из камеры 2 с защитным газом, для того чтобы можно было минимизировать расход газа в камере 2 с защитным газом.
D
На фиг.2 изображено изменение давления в камерах 1, 2 и 7. Величину давления P1 во вторичной камере 1 устанавливают меньшей, чем величина давления P2 в камере 2 с защитным газом, в то время как величину давления P в уплотнительной камере устанавливают между P1 и P2, но лишь слегка меньшей, чем величина давления P2 в камере 2 с защитным газом.
D
уплотнения
D
уплотнения
уплотнения
Если давление P2 в камере 2 с защитным газом изменяется, давление P соответствующим образом регулируют, для того чтобы поддерживать перепад давления ΔP=P-P2 максимально постоянным. ΔP в данном случае имеет отрицательную величину. Расход F2 потока атмосферного газа в камеру 2 с защитным газом и из нее регулируют посредством перепада давления ΔP.
уплотнения
уплотнения, к
уплотнения
уплотнения, к
D
уплотнения
D
Если ΔP поддерживают меньшим, чем величина критического перепада давления ΔP, атмосферный газ не поступает в камеру 2 с защитным газом. Регулирование ΔP до величины, максимально приближенной к величине ΔP, позволяет минимизировать расход потока F2 атмосферного газа, выходящего из камеры 2 с защитным газом. Расход потока F определяют с помощью контура регулировки давления для регулирования ΔP, в то время как расход потока F1 получают из F2+F.
2
2
2
2
Данная стратегия регулирования подходит для применений, в которых химический состав в камере 2 с защитным газом нужно регулировать оптимальным образом. Данную стратегию можно успешно применять, например, в линиях непрерывного отжига (CAL) и в линиях непрерывной гальванизации (CGL) с высоким содержанием H. Таким образом, камера с высоким содержанием H образует камеру 2 с защитным газом, упомянутую ранее. Данная стратегия регулирования также подходит для камер с высоким содержанием H, применяемых для нагревания, погружения и охлаждения с помощью радиационных труб при тепловой обработке электростали. В данном случае камера с высоким содержанием H также образует камеру 2.
2. Следует избегать утечки защитного газа из камеры 2 с защитным газом:
Цель заключается в предотвращении утечки атмосферного газа из камеры 2 с защитным газом, для предотвращения загрязнения вторичной камеры 1 компонентом из камеры 2 с защитным газом. Тем не менее, также следует минимизировать поступление атмосферного газа в камеру 2 с защитным газом.
D
На фиг.3 изображено изменение давления в камерах 1, 2 и 7, при этом величина давления P1 во вторичной камере 1 установлена меньшей, чем величина давления P2 в камере 2 с защитным газом. Величина давления P в уплотнительной камере 7 установлена большей, чем величина P1 и P2, но лишь слегка большей, чем величина давления P2 в камере 2 с защитным газом.
D
уплотнения
D
уплотнения
уплотнения
Если давление P2 в камере 2 с защитным газом изменяется, давление P соответствующим образом адаптируют для того, чтобы поддерживать перепад давления ΔP=P-P2 максимально постоянным. ΔP в данном случае имеет положительную величину. Расход потока F2 атмосферного газа в камеру 2 или из нее регулируют посредством величины ΔP.
уплотнения
уплотнения, к
уплотнения
уплотнения, к
D
уплотнения
D
Если величину ΔP поддерживают большей, чем величина (рассчитанного) критического перепада давления ΔP, не происходит утечки атмосферного давления из камеры 2 с защитным газом. Регулирование ΔP до величины, максимально приближенной к величине ΔP, позволяет минимизировать расход потока F2 атмосферного газа, направленного в камеру 2. Расход потока F определяют с помощью контура регулировки давления для регулирования ΔP, в то время как расход потока F1 получают из F-F2.
Данная стратегия регулирования подходит для применений, в которых атмосферный газ не может выходить из камеры 2 с защитным газом и в которых камера 2 с защитным газом не должна быть загрязнена атмосферным газом из вторичной камеры 1. Она может быть применена, например, для регулирования впускного или выпускного запирающего механизма в FAL, CAL и CGL. Таким образом, печь образует камеру 2 с защитным газом. Подобным образом, она подходит для управления запирающим механизмом в процессах покрытия цинково-алюминиевым сплавом (таким образом, газовая горелка с дутьем образует камеру 2 с защитным газом) или для процессов в камерах с разными точками росы. Таким образом, камера с низкой точкой росы образует камеру 2 с защитным газом.
D
На фиг.4 изображен вариант, в котором уплотнительная камера 7 соединена с источником 9 отрицательного давления. Следовательно, в отличие от фиг.1, на фиг.4 регулирование давления газа в уплотнительной камере 7 происходит посредством выпуска F газа.
D
D
D
Регулирование расхода F потока газа из уплотнительной камеры 7 обладает эффектом, заключающимся в непрерывном адаптировании давления P в уплотнительной камере 7. Расход F потока выходящего газа регулируют с помощью управляющего клапана 10, при этом отрицательное давление создают с помощью вытяжного вентилятора или с помощью естественной тяги дымохода.
D
уплотнения
В примере, представленном на фиг.4, металлическая полоса проходит из камеры 2 с защитным газом в запирающий механизм 4. Тем не менее, стратегия регулирования не зависит от направления перемещения полосы. Давление P в уплотнительной камере регулируют таким образом, что ΔP остается максимально постоянным, даже если давление P2 в камере 2 с защитным газом изменяется.
Благодаря устройству по фиг.4 возможно, например, использовать две разные стратегии регулировки давления:
1. Следует избегать утечки из камеры 2 с защитным газом:
Цель заключается в предотвращении утечки атмосферного газа из камеры 2 с защитным газом для того, чтобы предотвратить загрязнение вторичной камеры 1 компонентом из камеры 2 с защитным газом, а также в минимизации поступления атмосферного газа в камеру 2 с защитным газом для того, чтобы предоставить возможность регулирования химического состава в камере 2 с защитным газом.
D
На фиг.5 изображено изменение давления в камерах 1, 2 и 7 для запирающего механизма 4 по фиг.4. Величина давления P1 во вторичной камере 1 установлена большей, чем величина давления P2 в камере 2 с защитным газом. Величина давления P в уплотнительной камере 7 установлена между P1 и P2, но лишь слегка большей, чем величина давления P2 в камере 2 с защитным газом.
D
уплотнения
D
уплотнения
уплотнения
Если давление P2 в камере 2 с защитным газом изменяется, давление P соответствующим образом адаптируют для того, чтобы поддерживать перепад давления ΔP=P-P2 максимально постоянным. Следовательно, в данном случае ΔP имеет положительную величину. Расход потока F2 атмосферного газа в камеру 2 или из нее регулируют посредством величины ΔP.
уплотнения
уплотнения к
уплотнения
уплотнения, к
D
уплотнения
D
Если величину ΔP поддерживают большей, чем критическая величина перепада давления ΔP, не происходит утечки атмосферного газа из камеры 2 с защитным газом. Если изменяемую величину ΔP регулируют таким образом, чтобы она была максимально приближенной к величине ΔP, можно минимизировать расход потока F2 атмосферного газа, поступающего в камеру 2 с защитным газом. Расход потока F определяют с помощью контура регулировки давления для регулирования ΔP, в то время как расход потока F1 получают из F2+F.
Данная стратегия регулирования подходит для линий, в которых атмосферный газ не может выходить из камеры 2 с защитным газом и в которых необходимо минимизировать входящий поток в камеру 2 с защитным газом. Данные варианты применения идентичны вариантам применения по фиг.3, но для случая, когда давление P2 в камере 2 с защитным газом ниже, чем во вторичной камере 1.
2. Следует избегать загрязнения камеры 2 с защитным газом:
Цель заключается в предотвращении попадания атмосферного газа в камеру 2 с защитным газом (для того, чтобы предоставить возможность регулирования химического состава в камере 2 с защитным газом), а также в минимизации утечки атмосферного газа из камеры 2 с защитным газом (для того, чтобы можно было минимизировать расход газа в камере 2 с защитным газом).
D
На фиг.6 изображено изменение давления в камерах 1, 2 и 7. Величину давления P1 во вторичной камере 1 устанавливают большей, чем величина давления P2 в камере 2 с защитным газом, в то время как величину давления P в уплотнительной камере 7 устанавливают меньшей, чем P1 и P2, но лишь слегка меньшей, чем величина давления P2 в камере 2 с защитным газом.
D
уплотнения
D
уплотнения
уплотнения
Если давление P2 изменяется, давление P соответствующим образом регулируют для того, чтобы поддерживать перепад давления ΔP=P-P2 максимально постоянным. ΔP в данном случае имеет отрицательную величину. Расход потока F2 атмосферного газа в камеру 2 или из нее регулируют посредством величины ΔP.
уплотнения
уплотнения, к
уплотнения
уплотнения, к
D
уплотнения
D
Если ΔP поддерживают меньшим, чем величина критического перепада давления ΔP, атмосферный газ не поступает в камеру 2. Если изменяемую величину ΔP регулируют таким образом, чтобы она была максимально приближенной к величине ΔP, можно минимизировать расход потока атмосферного газа F2, выходящего из камеры 2. Расход потока F определяют с помощью контура регулировки давления для регулирования ΔP, в то время как расход потока F1 получают из F+F1.
Данная стратегия регулирования хорошо подходит для применения, если необходимо оптимальным образом регулировать химический состав в камере 2 с защитным газом, но при этом нужно минимизировать исходящий поток атмосферного газа из камеры 2 с защитным газом или если необходимо оптимальным образом регулировать химический состав в обеих камерах 1, 2.
Поскольку объем утечки газа через уплотнительный элемент (5, 6) невозможно измерить, была разработана математическая модель для расчета объема утечки.
уплотнения
уплотнения
D
Данная модель предоставляет возможность рассчитать перепад давления ΔP между камерой 2 с защитным газом и уплотнительной камерой 7 (ΔP=P-P2) в зависимости от следующих параметров:
2
2
- Физических свойств атмосферного газа (например, таких как вес на единицу объема и вязкость): данные свойства рассчитывают из химического состава (процентное содержание H и N и т.д.) и температуры атмосферного газа, проходящего через уплотнительные элементы.
- Площади открытой поверхности в уплотнительных элементах 5, 6: площадь открытой поверхности зависит от зазора, установленного в уплотнительных элементах, и от габаритов полосы (толщины, ширины).
- Скорости линии: скорость линии равна скорости обрабатываемой полосы.
D
- Потока атмосферного газа F, F1, F2: поток F1 или F2 атмосферного газа через уплотнительные элементы 5, 6 расценивают как регулируемый параметр.
- Конструкции запирающего механизма 4: для конструкции могут быть использованы различные технологии (клапаны, валики и др.). Математическая модель учитывает соответствующую технологию.
Математическая модель основана на формуле, представляющей отношение между параметрами. Расчет требует лишь небольших вычислений и, таким образом, может быть интегрирован в системы управления печами.
Математическая модель имеет следующий вид:
уплотнения
ΔP=f1 (ρ, µ, h, Vs)+f2 (ρ, µ, h, Vg)
уплотнения
ΔP = перепад давления между уплотнительной камерой 7 и камерой 2 с защитным газом
ρ = вес на единицу объема атмосферного газа
µ = динамическая вязкость атмосферного газа
h = геометрический фактор
Vg = расход потока атмосферного газа, направленного в уплотнительную камеру или из нее
Vs = скорость линии = скорость полосы
f1 и f2 являются математическими формулами, зависящими от конструкции запирающего механизма 4 (валики, клапаны) и от типа потока газа (ламинарный, турбулентный)
Параметры математической модели адаптируют с помощью программного обеспечения для компьютерного моделирования в режиме оффлайн.
уплотнения, к
уплотнения
к
уплотнения
уплотнения, к
Данная модель предоставляет величину критического перепада давления ΔP между уплотнительной камерой 7 и камерой 2 с защитным газом, приводящую к прекращению потока газа между камерой 2 с защитным газом и уплотнительной камерой 7 (Vg=0). Данная критическая величина ΔP, служит в качестве эталона для регулирования давления в уплотнительной камере 7. Исходная величина перепада давления ΔP основана на рассчитанном критическом перепаде давления ΔP, как описано в вышеупомянутых примерах.
уплотнения
уплотнения, к
уплотнения
уплотнения, к
Если перепад давления ΔP больше данной критической величины ΔP, то атмосферный газ течет из уплотнительной камеры 7 в камеру 2 с защитным газом. В данном случае также важно соблюдать соответствующие знаки перепадов давления ΔP и ΔP. Определения "выше" или "больше" являются синонимами выражения "дальше в диапазоне положительных чисел".
уплотнения
уплотнения, к
Если перепад давления ΔP меньше величины критического перепада давления ΔP, то атмосферный газ течет из камеры 2 с защитным газом в уплотнительную камеру 7.
уплотнения
уплотнения
уплотнения, к
уплотнения
уплотнения, к
Снова следует отметить, что перепад давления ΔP также может быть отрицательным (например, на фиг.2 и фиг.6). Указание о том, что перепад давления ΔP меньше величины критического перепада давления ΔP следует понимать как то, что величина перепада давления ΔP находится дальше в диапазоне отрицательных чисел, чем величина критического перепада давления ΔP.
уплотнения, к
уплотнения, к
уплотнения
Математическую модель используют, с одной стороны, для расчета зазора, устанавливаемого в двух уплотнительных элементах 5, 6, учитывая свойства атмосферного газа и толщину полосы. С другой стороны, ее используют для расчета величины критического перепада давления ΔP между уплотнительной камерой 7 и камерой 2 с защитным газом. С помощью рассчитанного критического перепада давления ΔP затем фиксируют перепад давления ΔP, который необходимо установить (исходную величину).
Параметры установки, рассчитанные с помощью данной математической модели, образуют исходные величины для управления запирающим механизмом.