Способ управления атмосферой защитного газа в камере с защитным газом для обработки металлической полосы

Изобретение относится к управлению атмосферой в камере с защитным газом для непрерывной обработки металлических полос. Технический результат - повышение качества управления. Металлическую полосу (3) направляют в камеру (2) с защитным газом и выводят из нее с помощью запирающих механизмов (4). По меньшей мере один из запирающих механизмов (4) содержит два или более уплотнительных элементов (5, 6) для металлической полосы (3), проходящей через него, благодаря чему образуется по меньшей мере одна уплотнительная камера (7) между двумя уплотнительными элементами (5, 6). Давление (P2, P_D) газа в камере (2) с защитным газом и в уплотнительной камере (7) запирающего механизма (4) измеряют и давление (P_D) в уплотнительной камере (7) регулируют. При этом перепад давления между камерой (2) с защитным газом и уплотнительной камерой (7) поддерживают максимально возможно долго в оптимальном значении. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

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.

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 Нм³/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.

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_{уплотнения}) между камерой с защитным газом и уплотнительной камерой поддерживают существенно выше или ниже предопределенной величины критического перепада давления (ΔP_{уплотнения, к}). Критический перепад давления (ΔP_{уплотнения, к}) 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_{уплотнения, к}) не должно происходить перемещения потока газа между камерой с защитным газом и уплотнительной камерой. Тем не менее, критический перепад давления (ΔP_{уплотнения, к}) 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.

Предопределенная величина критического перепада давления (ΔP_{уплотнения, к}) 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.

Благодаря точной регулировке давления в уплотнительной камере согласно настоящему изобретению перепад давления (ΔP_{уплотнения}) поддерживают примерно равным величине критического перепада давления (ΔP_{уплотнения, к}). В результате, расход потока атмосферного газа в камеру с защитным газом или из нее снижен до минимума.

Преимущественно, если установленный перепад давления (ΔP_{уплотнения}) поддерживают на постоянном допустимом пределе критического перепада давления (ΔP_{уплотнения, к}), хотя величину допустимого предела нужно поддерживать как можно меньшей.

Критический перепад давления (ΔP_{уплотнения, к}) 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.

Данный способ позволяет достигать хорошей эффективности разделения атмосфер между камерами с защитным газом со сравнительно низким расходом защитного газа (от 10 до 200 Нм³/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.

Способ согласно настоящему изобретению также очень хорошо подходит для линий нетекстурированной кремнистой стали. В случае подобных линий атмосфера с 95% H₂ в одной камере должна быть отделена от атмосферы с 10% H₂ во второй камере, в то время как расход водорода запирающим механизмом не должен превышать 50 Нм³/ч.

Настоящий способ также хорошо подходит для быстрого охлаждения в линиях непрерывного отжига или линиях гальванизации углеродистой стали. В данном случае атмосферу с 30-80% H₂ нужно отделить от атмосферы с 5% H₂, в то время как расход водорода запирающим механизмом не должен превышать 100 Нм³/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

P_D = давление в уплотнительной камере 7

ΔP_камеры=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)

ΔP_{уплотнения}=P_D-P2 (= перепад давления между уплотнительной камерой 7 и камерой 2 с защитным газом)

ΔP_{уплотнения, к} = критический перепад давления между уплотнительной камерой 7 и камерой 2 с защитным газом = величина перепада давления

(P_D-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

F_D = 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.

Составы защитного газа (содержание N₂, содержание H₂, 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 N₂, H₂ и H₂O 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.

Давление P_D 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.

Давления P1 и P2 в камерах регулируют двумя независимыми контурами регулировки давления. Для регулировки запирающего механизма 4 измеряют давление P_D в уплотнительной камере 7 и в камере 2 с защитным газом. Давление P_D поддерживают приблизительно равным давлению P2 в камере 2 с защитным газом.

В примере, представленном на фиг.1, ΔP_{уплотнения} имеет фиксированное значение, равное P_D-P2. Давление P_D регулируют таким образом, что ΔP_{уплотнения} 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.

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_D в уплотнительной камере устанавливают между P1 и P2, но лишь слегка меньшей, чем величина давления P2 в камере 2 с защитным газом.

Если давление P2 в камере 2 с защитным газом изменяется, давление P_D соответствующим образом регулируют, для того чтобы поддерживать перепад давления ΔP_{уплотнения}=P_D-P2 максимально постоянным. ΔP_{уплотнения} 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}.

Если ΔP_{уплотнения} поддерживают меньшим, чем величина критического перепада давления ΔP_{уплотнения, к}, атмосферный газ не поступает в камеру 2 с защитным газом. Регулирование ΔP_{уплотнения} до величины, максимально приближенной к величине ΔP_{уплотнения, к}, позволяет минимизировать расход потока F2 атмосферного газа, выходящего из камеры 2 с защитным газом. Расход потока F_D определяют с помощью контура регулировки давления для регулирования ΔP_{уплотнения}, в то время как расход потока F1 получают из F2+F_D.

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 H₂. Таким образом, камера с высоким содержанием H₂ образует камеру 2 с защитным газом, упомянутую ранее. Данная стратегия регулирования также подходит для камер с высоким содержанием H₂, применяемых для нагревания, погружения и охлаждения с помощью радиационных труб при тепловой обработке электростали. В данном случае камера с высоким содержанием H₂ 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.

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_D 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.

Если давление P2 в камере 2 с защитным газом изменяется, давление P_D соответствующим образом адаптируют для того, чтобы поддерживать перепад давления ΔP_{уплотнения}=P_D-P2 максимально постоянным. ΔP_{уплотнения} в данном случае имеет положительную величину. Расход потока F2 атмосферного газа в камеру 2 или из нее регулируют посредством величины ΔP_{уплотнения}.

Если величину ΔP_{уплотнения} поддерживают большей, чем величина (рассчитанного) критического перепада давления ΔP_{уплотнения, к}, не происходит утечки атмосферного давления из камеры 2 с защитным газом. Регулирование ΔP_{уплотнения} до величины, максимально приближенной к величине ΔP_{уплотнения, к}, позволяет минимизировать расход потока F2 атмосферного газа, направленного в камеру 2. Расход потока F_D определяют с помощью контура регулировки давления для регулирования ΔP_{уплотнения}, в то время как расход потока F1 получают из F_D-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.

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_D газа.

Регулирование расхода F_D потока газа из уплотнительной камеры 7 обладает эффектом, заключающимся в непрерывном адаптировании давления P_D в уплотнительной камере 7. Расход F_D потока выходящего газа регулируют с помощью управляющего клапана 10, при этом отрицательное давление создают с помощью вытяжного вентилятора или с помощью естественной тяги дымохода.

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_D в уплотнительной камере регулируют таким образом, что ΔP_{уплотнения} 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.

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_D в уплотнительной камере 7 установлена между P1 и P2, но лишь слегка большей, чем величина давления P2 в камере 2 с защитным газом.

Если давление P2 в камере 2 с защитным газом изменяется, давление P_D соответствующим образом адаптируют для того, чтобы поддерживать перепад давления ΔP_{уплотнения}=P_D-P2 максимально постоянным. Следовательно, в данном случае ΔP_{уплотнения} имеет положительную величину. Расход потока F2 атмосферного газа в камеру 2 или из нее регулируют посредством величины ΔP_{уплотнения}.

Если величину ΔP_{уплотнения} поддерживают большей, чем критическая величина перепада давления ΔP_{уплотнения к}, не происходит утечки атмосферного газа из камеры 2 с защитным газом. Если изменяемую величину ΔP_{уплотнения} регулируют таким образом, чтобы она была максимально приближенной к величине ΔP_{уплотнения, к}, можно минимизировать расход потока F2 атмосферного газа, поступающего в камеру 2 с защитным газом. Расход потока F_D определяют с помощью контура регулировки давления для регулирования ΔP_{уплотнения}, в то время как расход потока F1 получают из F2+F_D.

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).

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_D в уплотнительной камере 7 устанавливают меньшей, чем P1 и P2, но лишь слегка меньшей, чем величина давления P2 в камере 2 с защитным газом.

Если давление P2 изменяется, давление P_D соответствующим образом регулируют для того, чтобы поддерживать перепад давления ΔP_{уплотнения}=P_D-P2 максимально постоянным. ΔP_{уплотнения} в данном случае имеет отрицательную величину. Расход потока F2 атмосферного газа в камеру 2 или из нее регулируют посредством величины ΔP_{уплотнения}.

Если ΔP_{уплотнения} поддерживают меньшим, чем величина критического перепада давления ΔP_{уплотнения, к}, атмосферный газ не поступает в камеру 2. Если изменяемую величину ΔP_{уплотнения} регулируют таким образом, чтобы она была максимально приближенной к величине ΔP_{уплотнения, к}, можно минимизировать расход потока атмосферного газа F2, выходящего из камеры 2. Расход потока F_D определяют с помощью контура регулировки давления для регулирования ΔP_{уплотнения}, в то время как расход потока F1 получают из F_D+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.

Данная модель предоставляет возможность рассчитать перепад давления ΔP_{уплотнения} между камерой 2 с защитным газом и уплотнительной камерой 7 (ΔP_{уплотнения}=P_D-P2) в зависимости от следующих параметров:

- Физических свойств атмосферного газа (например, таких как вес на единицу объема и вязкость): данные свойства рассчитывают из химического состава (процентное содержание H₂ и N₂ 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.

- Потока атмосферного газа F_D, 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:

ΔP_{уплотнения}=f1 (ρ, µ, h, Vs)+f2 (ρ, µ, h, Vg)

ΔP_{уплотнения} = 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.

Данная модель предоставляет величину критического перепада давления ΔP_{уплотнения, к} 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_{уплотнения}, _к служит в качестве эталона для регулирования давления в уплотнительной камере 7. Исходная величина перепада давления ΔP_{уплотнения} основана на рассчитанном критическом перепаде давления ΔP_{уплотнения, к}, как описано в вышеупомянутых примерах.

Если перепад давления ΔP_{уплотнения} больше данной критической величины ΔP_{уплотнения, к}, 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_{уплотнения} и ΔP_{уплотнения, к}. Определения "выше" или "больше" являются синонимами выражения "дальше в диапазоне положительных чисел".

Если перепад давления ΔP_{уплотнения} меньше величины критического перепада давления ΔP_{уплотнения, к}, то атмосферный газ течет из камеры 2 с защитным газом в уплотнительную камеру 7.

Снова следует отметить, что перепад давления ΔP_{уплотнения} также может быть отрицательным (например, на фиг.2 и фиг.6). Указание о том, что перепад давления ΔP_{уплотнения} меньше величины критического перепада давления ΔP_{уплотнения, к} следует понимать как то, что величина перепада давления ΔP_{уплотнения} находится дальше в диапазоне отрицательных чисел, чем величина критического перепада давления ΔP_{уплотнения, к}.

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_{уплотнения, к} между уплотнительной камерой 7 и камерой 2 с защитным газом. С помощью рассчитанного критического перепада давления ΔP_{уплотнения, к} затем фиксируют перепад давления ΔP_{уплотнения}, который необходимо установить (исходную величину).

Параметры установки, рассчитанные с помощью данной математической модели, образуют исходные величины для управления запирающим механизмом.

1. Способ управления давлением защитного газа в камере (2) с защитным газом для непрерывной обработки металлических полос (3), направляемых в камеру (2) с защитным газом и из нее с помощью запирающих механизмов (4), при этом по меньшей мере один из запирающих механизмов (4) содержит два уплотнительных элемента (5, 6) для металлической полосы (3), проходящей через него, образующих уплотнительную камеру (7), включающий измерение давления (Р2, P_D) газа в камере (2) с защитным газом и в уплотнительной камере (7) запирающего механизма (4) и регулирование давления (P_D) в уплотнительной камере (7), отличающийся тем, что давление (P_D) в уплотнительной камере (7) регулируют из условия поддержания перепада давления (ΔР_{уплотнения}) при обработке металлической полосы между камерой (2) с защитным газом и уплотнительной камерой (7) выше или ниже заданной величины критического перепада давления (ΔР_{уплотнения, к}), которую устанавливают в качестве величины, при которой направление потока газа между камерой (2) с защитным газом и уплотнительной камерой (7) изменяется на обратное, при этом критическую величину перепада давления (ΔР_{уплотнения, к}) определяют с учетом скорости металлической полосы, величины зазора двух уплотнительных элементов (5, 6), химического состава защитного газа и толщины металлической полосы (3), а величину перепада давления (ΔР_{уплотнения}), заданную при обработке, поддерживают максимально близкой к критической величине перепада давления (ΔР_{уплотнения, к}), посредством чего минимизируют поток газа (F2) в камеру (2) с защитным газом или из нее.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что давление (P_D) в уплотнительной камере (7) регулируют с помощью регулирующего клапана (10) и системы (8) подачи газа.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что давление (P_D) в уплотнительной камере (7) регулируют с помощью регулирующего клапана (10) и источника (9) отрицательного давления.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что давление (P_D) в уплотнительной камере (7) регулируют с помощью двух регулирующих клапанов (10), системы (8) подачи газа и источника (9) отрицательного давления.

5. Способ по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что запирающий механизм (4) расположен между камерой (2) с защитным газом и камерой (1) дальнейшей обработки с атмосферой защитного газа.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что металлическую полосу (3) сначала направляют через камеру (1) дальнейшей обработки и затем через камеру (2) с защитным газом.

7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что металлическую полосу (3) сначала направляют через камеру (2) с защитным газом и затем через камеру (1) дальнейшей обработки.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что зазор в двух уплотнительных элементах (5, 6) определяют с учетом химического состава защитного газа и толщины металлической полосы (3).