專利名稱：用于通過霧化噴霧冷卻材料的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及根據權利要求I前序部分所述的用于使材料回火的方法，還涉及根據權利要求16的前序部分所述的用于使材料回火的設備。
背景技術：
根據現有技術，金屬(例如鋼)、玻璃和其他材料通過空氣冷卻而回火(temper)。還已知的是，通過將熱的零件浸入到水中而對需要回火的零件進行回火。在基于空氣冷卻的回火中，強的空氣流引向需要回火的材料或者產品的表面。強的空氣流使用的目的在于快速地降低材料的溫度，該材料的結構和/或屬性發生變化，從而為材料提供所需的特性。鋼的回火例如理解為均勻加熱鋼到奧氏體形成的溫度之上，在奧氏體形成和均勻化所需的保持時期之后，以快于臨界冷卻速度的速度將其冷卻。回火的目的在于回火零件的微結構中特定的、預定的馬氏體含量。而玻璃回火目的在于采用快速冷卻，以在玻璃的表面層中產生壓縮張力，并在玻璃內部產生張應力。上述基于空氣冷卻的現有技術的方案的問題在于與回火關聯的空氣冷卻需要非常大量的空氣和將空氣有效噴吹向需要回火的材料或產品的表面。這么大量的空氣和有效的噴吹消耗了非常高的能量。而且，在許多應用中，難以控制和執行對快速和均勻的冷卻的管理，尤其是在回火薄的零件的時候，例如薄玻璃。因此，用于產生均勻冷卻的空氣冷卻及其控制要求復雜的硬件方案。水回火，其中熱零件浸入到水中，當需要生產良好質量的回火產品時，在工業規模上進行控制是不可能的。

發明內容
因此，本發明的目的在于提供一種方法和設備，其使得上述問題得以解決。本發明的目的通過根據權利要求I的特征部分所述的方法而實現，其特征在于，在該方法中，至少一種液體霧化為液滴，形成的液滴引導向熱材料的表面，從而使得至少一些液滴與熱材料的表面碰撞，并且在它們從熱材料的表面層接收熱量時蒸發。本發明的目的還通過根據權利要求16的特征部分所述的設備而實現，該設備特征在于，該設備包括一個或多個用于將至少一種液體霧化為液滴的噴霧器，和用于將形成的液滴引導向熱材料的表面的裝置，從而使得至少一些液滴與熱材料的表面碰撞并蒸發，從而從熱材料的表面層移除熱能。本發明的優選實施方式在從屬權利要求中公開。本發明是基于在回火中通過采用至少一種液體來冷卻材料或產品的理念，所述液體通過一個或多個噴霧器霧化為小液滴。所述液滴進一步傳送到需要回火的熱材料的表面，從而使得液滴與需要回火的熱材料的表面碰撞。所述液滴可以通過氣體流引導向熱材料的表面，熱材料的冷卻通過包括形成的液滴的氣霧而實現。與材料的熱表面碰撞的液滴從熱材料接收熱能并快速蒸發。換句話說，液體在分開的液滴中并從分開的液滴蒸發，從而沒有由許多液滴構成的液體層或水區形成在材料表面上。換句話說，當液滴與熱材料表面碰撞時，其在碰撞中或在其后立即蒸發。這通過采用足夠小的液滴而實現。液體優選聚結為具有小于或等于30 y m平均直徑的液滴。這些非常小的液滴在與熱材料碰撞時快速地蒸發，從而有效地從熱材料移除熱能。在優選的情形下，在熱材料表面上的碰撞的能量足夠有效，以基本上與碰撞相關地蒸發小液滴。本發明的方法和設備的優點是，在回火處理中采用用于冷卻熱材料的小液滴使得能夠獲得用于使熱材料回火的能量有效的裝置。小液滴允許實現從熱零件快速和有效的熱傳送。當大表面和薄的產品、例如薄玻璃需要回火時，均勻和快速的熱傳送尤其重要。通過小液滴產生的冷卻比起現有技術的空氣冷卻，消耗的能量顯著地更少，而且，基于使用小液滴的回火設備具有更簡單地生產的結構。


在下文中將通過參考附圖并結合優選實施方式對本發明進行更加詳細的說明，其中圖I是用于使材料回火的根據本發明的設備的示意圖；圖2是根據本發明的用于進行回火的噴霧器的示意圖；圖3是根據本發明的用于進行回火的第二噴霧器的示意圖；圖4是噴霧器的第二實施方式的示意圖。
具體實施例方式參見圖1，圖I公開了本發明的設備的實施方式，其允許實施本發明的方法。該設備50用于使得運動的熱材料幅材26回火。需要回火的材料例如可以是金屬，例如鋼、玻璃、金屬合金或陶瓷材料。盡管圖I所示的是運動的材料幅材的回火，本發明的設備和方法可以應用于能以任何方式運動的任何材料或產品。替代地，需要回火的材料或產品還可以是靜止的而一個或多個噴霧器可以是運動的。根據本發明，設備50包括噴霧器22，其允許一種或多種液體霧化為小液滴。當需要時，設備50還可以包括兩個或更多個噴霧器22。用于在回火中使用的通過噴霧器22霧化的液體優選是水，盡管還可以是醇(alcohol)，例如乙醇(ethanol)、水和醇的混合物，或者包括水和/或醇的一些其他液體的混合物或者乳劑。可選地，還可以采用一些其他適于冷卻或回火的液體或者一種或多種液體的混合物。需要霧化的液體通過流量計27傳送到在管路2上的噴霧器22。氣體流也傳送到在通道20上的噴霧器22并通過流量調節器18。這里所示的噴霧器22是氣體分散噴霧器，盡管能夠產生足夠小的液滴的超聲噴霧器或一些其他噴霧器也是可以采用的。噴霧器22將液體霧化為小液滴7，所述小液滴7通過氣體流例如被引導向需要回火的材料幅材26的表面上。噴霧器22可以是在腔14中，該腔基本上將腔14的內部空間與環境大氣分開。例如惰性氣體可以從氣體導管供應到腔14內，該氣體導管優選是用于霧化液體的氣體導管20。可選地，氣體可以從單獨的氣體噴嘴供應到腔14內。腔14還可以設置有抽吸裝置，用于從腔14中移除蒸發的液滴7。換句話說，設備50包括用于將通過噴霧器22形成的液滴7引導向熱材料26表面的裝置。用于將形成的液滴7引導向熱材料表面的這些裝置可以包括霧化至少一種液體的一個或多個氣體流20，或者一個或多個單獨的氣體噴嘴(未示出)。對需要回火的材料的加熱可以在處理步驟24中發生，例如其設置在噴霧器22的上游，并可以包括加熱、鍛制(work)或類似的處理步驟。在優選實施方式中，本發明的回火設備50連接到材料或產品的制造或處理線上，例如平板玻璃制造線、一些其它玻璃產品的制造線、鋼材的制造線，或者連接到一些其他產品或材料的制造或處理線上。在平板玻璃的制造線中，回火設備50可以設置在浮法生產線中的錫槽之后，例如從槽中升起的玻璃帶的溫度最高為650°C。到達回火處的熱材料的溫度例如可以從850到450°C。然而，該溫度依賴于需要回火的材料以及想要的回火性質。在公開的本發明中，熱材料采用小液滴7回火以產生必要的快速冷卻，液滴被引導與熱材料26的表面碰撞,從而使得液滴7與熱材料26的表面碰撞,如圖I中所不。液滴7足夠小的尺寸允許它們以足夠的速度與熱材料26的表面進行碰撞。在碰撞時，液滴7從材料26接收熱能，尤其是從材料的表面接收，并且蒸發。為產生足夠的和快速的冷卻，液滴7需要足夠地小。為了提供足夠小的液滴，一個或多個噴霧器22設置用于霧化至少一種液體成為具有小于或等于30 y m的平均直徑的液滴，優選地小于或等于10 u m,更優選地，小于或等于5 u m。根據一實施方式，噴霧器22能夠實現通過產生具有小于3 u m的平均直徑的液滴7，優選地甚至小于I y m的平均直徑的液滴7。如果液滴7太大的話，例如100 u m或更大，液滴7在與熱材料26的表面碰撞時將不能足夠快地蒸發，而是在熱材料26的表面
上形成液膜，或者保持浮在熱材料26的表面上。這減慢了冷卻，而液膜從熱材料26的表面沸騰離開，從而在表面上形成氣體層，這進一步減慢了冷卻。留在熱材料26的表面上的液體還引起熱材料26不均勻的冷卻和不均勻的殘余應力。而且，留在熱材料26的表面上的液膜或大液滴通常在材料表面上留下不想要的印記。此外，大液滴的速度通常保持太低不能在熱材料26的表面上實現足夠有效的碰撞。小液滴7例如可以采用氣體分散噴霧器22或者超聲噴霧器產生。然而，超聲噴霧器的缺點在于其低的液滴生產率，和需要單獨控制的氣體用于將液滴7引導向熱材料26的表面。換句話說，為了實現良好的冷卻，液滴需要足夠地小，以具有足夠小的質量用于快速蒸發，而且，液滴以足夠的速率被引導向熱材料的表面上，以實現有效碰撞。在本發明中，液滴7的小尺寸和它們足夠的速度使得液滴7基本上作為分開的液滴來碰撞，從而避免液膜或水區在熱材料表面上形成。液滴7的足夠的速度例如依賴于液滴7的尺寸和用于冷卻和用于形成液滴7的液體。下面通過圖2、3和4示出另一個噴霧器22的例子，通過其可以產生足夠小的液滴7。圖2示出噴霧器22的基本視圖。在回火中使用的液體、例如水，供應到噴霧器內，從通道25中產生超小的液滴。噴射氣體，例如氮氣N2,導入到氣體通道20。分配腔30和流動障礙物32使得噴射流均勻地分配在液體通道25周圍，從而液體在噴射噴嘴34中霧化為液滴。在噴射噴嘴34或噴射頭34中霧化的氣霧的液滴尺寸相對較大。當氣霧繼續流動時，流動障礙物36改變氣霧流的流體力學屬性，并且預料不到地引起氣霧的液滴尺寸改變為超小液滴。該機理基于由流動障礙物36引起的碰撞能量和壓力的改變。換句話說，流動障礙物36設置成使得從噴射頭34排出的氣霧的液滴碰撞到一個或多個流動障礙物36上，和/或互相地碰撞以減小氣霧的液滴尺寸。此外或替代地，流動障礙物36這樣設置，使得它們在從噴射頭34排出的氣霧流中產生壓力改變和/或節流(restriction)，以減小氣霧的液滴尺寸。通過該設置，超小液滴7從噴嘴排出。該超小液滴被進一步導向到熱材料26的表面。液滴7在與熱材料26的表面碰撞時蒸發并從熱材料26中移除熱能。根據上面所述，圖2的噴霧器22在噴霧器22的噴射頭34處通過氣體將至少一種液體霧化為氣霧。該噴霧器22具有至少一個液體通道25，用于將至少一種需要霧化的液體供應到噴射頭34內，該噴霧器22還具有至少一個氣體通道20，用于將至少一種氣體供應到噴射體34內，用于將液體噴射為氣霧。該噴射氣體在噴射頭34中將液體霧化為氣霧，尤其是因為噴射氣體和從噴射頭34排出的液體的速度差。該噴霧器22還包括一個或多個流動障礙物36，其用于改變從噴射頭34排出的氣霧流的流體力學屬性，例如速度和壓力，使得氣霧的液滴尺寸減小。噴霧器22可以裝備有噴射腔35，其與噴射頭34流體連接，流動障礙物36形成在該噴射腔中。在圖2中，噴射腔36是管狀空間，但是也可以是一些其他空間。可以有一個或多個流動障礙物36，它們可以連續地、并排地或以一些其他相互之間相應的方式放置。該流動障礙物36例如可以引導、減慢或限制氣霧的流動。根據圖2，流動障礙物36設置在噴射腔34的內壁上，使得它們從內壁向噴射腔34的里面延伸。優選地，流動障礙物36設置成使得從噴射頭34排出的氣霧液滴碰撞到一個或多個流動障礙物36上，和/或互相地碰撞，以減小液滴噴射的液滴尺寸。此外或可選地，流動障礙物36設置用于在從噴射頭34排出的氣霧流中產生壓力改變和/或節流，以減小液滴噴射的液滴尺寸。通過流
動障礙物36，從噴霧器22排出的氣霧液滴的平均空氣動力學直徑變為10微米，優選地為3微米或更小，最優選地為I微米或更小。圖3不出用于產生小液滴的另一個噴霧器22。基本上互相指向的兩個噴霧器2固定到噴霧器22的本體I上。如圖3中所示，噴霧器2直接互相朝向地設置到設備內。換句話說，噴霧器2優選基基本上同軸地互相相對地設置，使得它們的液滴噴霧4基本互相直接碰撞。該設備可以包括兩個或更多個噴霧器2。優選地，噴霧器2成對地設置，以形成一個或多個噴霧器對，使得每個噴霧器對的噴霧器2基本上互相直接地指向，優選是同軸地，從而使得液滴噴霧4或者每個噴霧器對互相直接地碰撞。所述噴霧器對還可以例如在豎直或水平方向上連續地或并排地設置在設備內。用于噴射的液體3和噴射氣體8供應到噴霧器2內。噴射氣體8和液體3優選以不同的速度供應到噴霧器2內，從而使得噴射氣體8和液體3之間在噴霧器2出口處的速度差引起液體3噴射、霧化為由小液滴組成的液滴噴霧4。液滴噴霧4互相碰撞，從而料想不到地形成由非常小的液滴7組成的氣霧。液滴噴霧4可以在自身中已經形成氣霧。當基本上互相直接指向的液滴噴霧碰撞時，氣霧產生，當液滴噴霧4的動量基本上相等時，該氣霧基本上不運動。該設備可以進一步設置為包括用于供應至少兩種液體到至少兩個噴霧器的裝置。換句話說，該設備可以這樣形成，使得相同或不同的液體可以供應到兩個或更多個噴霧器2。換句話說，相同或不同的液體可以供應到每個噴霧器對的噴霧器2，如果需要的話。此外，在至少兩個噴霧器對中可以使用與在其他噴霧器對中相同或不同的液體。在這樣的情形下，每個噴霧器對可以產生與在其邊上的噴霧器對不同或者類似的噴霧。而且，該設備的噴霧器2可以適于產生液滴噴霧4，其中的液滴基本上不同于或類似于它們的平均液滴尺寸。例如，噴霧器2的幾何形狀或液體3和噴射氣體的速度或者它們之間的速度差都可以影響液滴的尺寸。這使得能夠產生具有均勻的或不均勻的液滴尺寸的氣霧。噴霧器22優選還包括用于從至少一個方向指引氣體流到液滴噴霧4的碰撞點的裝置。這優選通過為該設備裝備氣體噴嘴5而實現，用于從至少一個方向供應氣體到液滴噴霧4的碰撞點。這樣，通過氣體流，能夠移動或傳送在液滴噴霧4的碰撞點產生的氣霧到朝向熱材料26表面所需的方向上。任何氣體可以用于氣體噴嘴5中。換句話說，其可以是惰性氣體，例如氮氣，或者與噴霧或氣霧起反應的氣體。在圖3的實施方式中，氣體噴嘴5設置在設備內，使得氣體流相對于液滴噴霧4基本上垂直地流動和碰撞。圖3的噴霧器22的另一個實施方式在圖4中示出。兩個基本上互相指向的噴霧器2安裝在噴霧器22的本體I上。需要噴射的液體3和噴射氣體8供應到該噴霧器2上。噴射氣體8和液體3之間在噴霧器2出口處的速度差使得液體3霧化為包括小液滴的液滴噴霧4。所述液滴噴霧4互相碰撞，從而使得由非常小的液滴7組成的氣霧預料不到地形成。液體10和霧化的氣體11 ( 一起氣霧)也從緊固到噴霧器22的本體I上的噴霧器12供應到液滴噴霧4的碰撞點。然后霧化的氣體11起到用于液體10的噴霧氣體的作用。從噴霧器12排出的氣霧將形成的液滴引導向熱材料2 6的表面上。本領域技術人員顯而易見的是，隨著技術進步，本發明的基本理念可以以許多不同的方式實現。因此，本發明及其實施方式不限于上面所述的例子，而是可以在權利要求的范圍內變化。
權利要求
1.一種用于使材料回火的方法，該方法包括將至少一種液體霧化為液滴，形成的液滴被引導向熱材料的表面，從而使得至少一些液滴與熱材料的表面碰撞，其特征在于所述液滴形成和引導到熱材料的表面，使得與熱材料的表面碰撞的液滴在它們從熱材料的表面層接收熱能時蒸發。
2.根據權利要求I所述的方法，將至少一種液體霧化為平均直徑小于等于30ii m的液滴。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其特征在于至少一種液體霧化為平均直徑小于等于10 ii m的液滴。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于至少一種液體霧化為平均直徑小于等于5 的液滴。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于至少一種液體通過氣體流或超聲霧化。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于霧化氣體流用于將所述液滴引導向熱材料的表面。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的方法，其特征在于所述液滴采用單獨的引導氣體流被弓I導向熱材料的表面。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的方法，其特征在于所述至少一種液體霧化為兩個或更多個液滴射流，通過引導至少兩個液滴射流基本上垂直地朝向彼此，使得所述液滴射流互相直接地碰撞。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于從至少一個方向上引導氣體流到所述液滴射流的碰撞點，以形成氣霧，并用于將氣霧引導向熱材料的表面。
10.根據權利要求1-5中任一項所述的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟 通過至少一個氣體分散噴霧器將至少一種液體原材料霧化為氣霧，該氣霧從噴霧器的噴射端排出； 通過利用流動障礙物改變氣霧流的流體力學屬性，減小從噴霧器的噴射端排出的氣霧的液滴尺寸；和 將該氣霧引導到熱材料的表面上，從而使得氣霧中的至少一些液滴與熱材料的表面碰撞，并在從熱材料的表面層接收熱能時蒸發。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于通過利用流動障礙物改變氣霧流的流體力學屬性，從而使得從噴射端排出的氣霧液滴與一個或多個流動障礙物碰撞和/或互相碰撞，以減小氣霧的液滴尺寸，因此減小氣霧中的平均液滴尺寸。
12.根據權利要求10或11所述的方法，其特征在于通過利用流動障礙物改變氣霧流的流體力學屬性，從而這些流動障礙物在從噴射頭排出的氣霧流中引起壓力改變和/或節流，以減小液滴尺寸，因此減小氣霧中的平均液滴尺寸。
13.根據權利要求1-12中任一項所述的方法，其特征在于所述熱材料的溫度在回火之前是 450-850°C。
14.根據權利要求1-13中任一項所述的方法，其特征在于所述熱材料是玻璃、金屬、金屬合金或陶瓷材料。
15.根據權利要求1-14中任一項所述的方法，其特征在于總是采用水、醇、水和醇的混合物、適合用于冷卻的一些其他液體混合物或乳劑。
16.一種用于使材料回火的設備，該設備包括用于將至少一種液體霧化為液滴的一個或多個噴霧器，和用于將形成的液滴引導向熱材料的表面從而使得至少一些液滴與熱材料的表面碰撞的裝置，其特征在于所述設備構建用于產生液滴并將形成的液滴引導到熱材料的表面，從而使得所述液滴以液滴形式碰撞熱材料的表面，所述液滴在它們從熱材料的表面層接收熱能時蒸發。
17.根據權利要求16所述的設備,其特征在于一個或多個噴霧器構建用于將至少一種液體霧化為具有小于或等于30 y m的平均直徑的液滴。
18.根據權利要求16或17所述的設備，其特征在于一個或多個噴霧器構建用于將至少一種液體霧化為具有小于或等于10 y m的平均直徑的液滴。
19.根據權利要求16-18中任一項所述的設備，其特征在于至少一種液體霧化為具有小于或等于5 ii m的平均空氣動力學直徑的液滴。
20.根據權利要求16-19中任一項所述的設備，其特征在于所述設備構建用于通過氣體流或超聲霧化至少一種液體。
21.根據權利要求20所述的設備，其特征在于用于將形成的液滴引導向熱材料表面的裝置包括霧化至少一種液體的一個或多個氣體流。
22.根據權利要求16-21中任一項所述的設備，其特征在于用于將形成的液滴引導向熱材料表面的裝置包括一個或多個氣體噴嘴。
23.根據權利要求16-22中任一項所述的設備，其特征在于至少兩個噴霧器基本上垂直地指向彼此地設置，從而使得它們形成的液滴射流互相垂直地碰撞。
24.根據權利要求23所述的設備，其特征在于該設備包括至少一個氣體噴嘴，用于從至少一個方向供應氣體到所述液滴射流碰撞的點，以將所述液滴引導向熱材料的表面。
25.根據權利要求16-22中任一項所述的設備，其特征在于該設備包括至少一個氣體分散噴霧器，用于在噴霧器的噴霧器端部處將液體霧化為氣體，該噴霧器還包括一個或多個流動障礙物，用于改變從噴霧器端部排出的氣霧流的水力屬性，從而使得氣霧中的平均液滴尺寸發生改變。
26.根據權利要求25所述的設備，其特征在于所述噴霧器包括噴射腔，流動障礙物形成在其中，噴射腔流體連接到噴射頭。
27.根據權利要求26所述的設備，其特征在于所述流動障礙物形成在噴射腔的內壁上，從而流動障礙物從內壁突出到噴射腔內。
28.根據權利要求25-27中任一項所述的設備，其特征在于所述流動障礙物設置為使得從噴射端排出的氣霧液滴與一個或多個流動障礙物碰撞和/或互相碰撞，以減小氣霧中的液滴尺寸。
29.根據權利要求25-28中任一項所述的設備，其特征在于所述流動障礙物設置為使得它們在從噴射頭排出的氣霧流中引起壓力改變和/或節流，用于減小氣霧的液滴尺寸。
30.根據權利要求16-29中任一項所述的設備，其特征在于采用的至少一種霧化液體是水、醇、水和醇的混合物或者包括水和/或醇的一些其他液體混合物或乳劑。
全文摘要
本發明涉及用于使材料回火的方法和設備。根據本發明，一種或多種液體通過至少一個噴霧器霧化為液滴，所述液滴被引導向熱材料的表面，從而使得至少一些液滴與熱材料的表面碰撞并蒸發，因而從熱材料的表面層移除熱能。沖擊零件可以用于進一步減小液滴的尺寸。所述液滴可以通過單獨的引導氣體流被引導到所述表面。
文檔編號C21D1/667GK102803520SQ201080026724
公開日2012年11月28日 申請日期2010年6月15日 優先權日2009年6月18日
發明者S·阿霍寧, R·卡爾維寧, T·瓦伊尼奧 申請人:Beneq有限公司