CN101448963A - 钢带在具有全氧燃烧器的连续炉中的热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢产品尤其是钢带或钢板的热处理方法，其中使该产品在具有至少一个燃烧器的助燃区(6，7，8)内从起始温度升温至目标温度。该燃烧器使用燃料尤其是燃气和包含超过21％的氧气的含氧气体运行。使该产品与由该燃烧器产生的火焰直接接触，根据该起始温度和/或该目标温度设置该火焰内的空气比例λ。

Description

钢带在具有全氧燃烧器的连续炉中的热处理方法

技术领域

本发明涉及钢产品尤其是钢带或钢板的热处理方法，其中在具有至少一个燃烧器的助燃区内使该产品从起始温度升温至目标温度，燃烧器使用燃料尤其是燃气和含氧气体运行，含氧气体包含多于21％的氧气，并使该产品直接与由该燃烧器产生的火焰接触。

背景技术

为了生产经涂布(例如热浸镀)的钢带，首先清洗待涂布的带，在连续的炉中加热，然后在还原气氛中退火以产生所期望的材料性能。随后在适合的熔体浴中或使用适合的方法进行实际的涂布操作。

在连续的炉中的加热阶段，在一定的条件下加热钢以允许在后续的过程中更好地设置所期望的特性。取决于钢的类型，可以有利地将氧化过程最小化或者有意地实现一定程度的氧化。

目前在连续的炉中进行钢带的加热，其中钢带通过对流区和加热区。在加热区内使用燃烧器加热钢带，而在连接在其上游的对流区内通过来自加热区的燃烧器的热废气对它们进行加热。尤其是在对流区内，氧化程度难以控制，因为在该区内的温度分布取决于对流区的长度和废气的温度和量。

对流区内的废气的组成是由燃烧器的操行模式以及任选由渗透进入连续的炉中的漏气决定的。这意味着对流区内的加热条件基本上是由对加热区内的燃烧器的要求决定的。出于这些原因，目前仍无法以受控制的方式调节对流区内的温度分布。

发明内容

因此，本发明的目的是开发用于热处理钢产品的方法，其允许以受控制的方式设置加热条件。

该目的是通过钢产品尤其是钢带或钢板的热处理方法实现的，其中在具有至少一个燃烧器的助燃区内使该产品从起始温度升温至目标温度，燃烧器使用燃料尤其是燃气和含氧气体运行，含氧气体包含多于21％的氧气，并使该产品与由该燃烧器产生的火焰直接接触，其特征在于，在输送方向上输送该产品通过助燃区，该火焰在横截输送方向的整个外围上包围该产品，并且取决于起始温度和/或目标温度设置该火焰内的空气比例λ。

术语“助燃区(booster zone)”应理解为热处理炉或热处理炉区，其中具有至少一个使用燃气和含有超过21％的氧气的含氧气体运行的燃烧器。燃烧器排列和运行的方式使得待处理的产品与燃烧器的火焰直接接触。

空气比例λ是指在燃烧期间提供的氧气量与所用燃料的化学计量转化所需的氧气量的比例。氧气过量时，λ>1，即在超化学计量的条件下进行燃烧。相应地，缺少氧气的亚化学计量反应表示为λ<1。

根据本发明，该火焰非常靠近钢产品的表面。钢表面发挥催化剂的作用，任何未反应的燃料在钢表面上进行后期燃烧。通过由火焰包围钢产品的整个横截面，在表面上形成均匀且确定的加热和处理气氛。因此，可以确定的方式改变钢产品的表面特性，例如可以将钢表面氧化至特殊的预定程度。

本发明非常适合于冷轧和热轧钢的处理。通过氧化根据本发明的钢表面，制备钢用于后序的涂布或镀层。

术语起始温度和目标温度均是指表面温度或者取决于材料厚度的分别在用助燃区的燃烧器处理之前或之后钢产品的中心温度。在厚度最多为5mm的薄片的情况下，表面温度和中心温度非常接近。然而在较厚工件的情况下，这些温度可能彼此明显不同。在后一种情况下，取决于特殊的应用，选择表面温度或中心温度作为起始温度和目标温度。

在此情况下，目标温度并非必须高于起始温度。在本发明的范围内，在助燃区内将产品的温度保持在恒定的水平。在此情况下，起始温度和目标温度相同。甚至可以考虑目标温度低于起始温度，例如若将钢产品以一定的方式冷却并使用助燃区的燃烧器以避免过度冷却或者控制冷却程度。

因此根据本发明，钢产品的热处理在具有使用燃料尤其是燃气和多于21％的氧气运行的燃烧器的助燃区内进行。所用的氧化剂是富氧空气或工业纯的氧气。氧化剂的氧气含量优选多于50％，更优选多于75％，特别优选多于90％。

富氧性一方面实现更高的火焰温度，并因此更快地加热钢产品，另一方面改善了氧化特性。

根据本发明，钢产品直接暴露于燃烧器的火焰中，即钢产品或部分钢产品与燃烧器的火焰直接接触。此类燃烧器使用燃料和氧气含量超过21％的含氧气体运行，并且其火焰的取向使得钢产品与火焰直接接触，以下也将此类燃烧器称为助燃燃烧器。助燃燃烧器原则上可以在热处理工艺中的任何需要的位置上使用。

钢带在连续的炉中的传统加热是使用设置在钢带上方和/或下方的燃烧器进行的，燃烧器的火焰朝向炉周围的耐火材料上。然后耐火材料辐射热能返回通过炉的带上。因此，火焰没有直接作用于钢带上，而是仅借助来自被火焰加热的耐火材料的辐射而间接地作用于其上。

根据本发明火焰直接作用在钢产品上，这允许以确定的方式设置热处理条件。根据本发明，根据起始温度和/或目标温度选择火焰内燃烧的化学计量，即空气比例λ。

形成本发明的前身的试验表明，随着钢产品温度的提高在助燃燃烧器火焰内的化学计量优选向更低氧气含量的方向移动，以达到最佳的热处理效果。

对于标准钢，例如在图1中所示的λ值与钢产品温度之间的依赖关系已被证明是有利的。例如在100℃下优选选择λ值为1.12，在200℃下选择λ值为1.07，在400℃下选择λ值为1.00，及在600℃下选择λ值为0.95。然而，在λ值±0.05的容许范围内热处理仍具有有利的结果。λ值与温度的关系可能偏离图1中所示的曲线，取决于钢的种类。

有利的是，根据钢产品的起始温度设置火焰内的λ值。然而，也可以将目标温度用作选择λ值的参数。尤其是在相对快速的加热操作的情况下，其中目标温度明显偏离起始温度，在选择λ值时，将两个温度，即起始温度和目标温度都加以考虑已被证明是有利的。

除了根据本发明的助燃区，有利的是提供至少一个其他的处理区，其中使产品从起始温度升温至目标温度，在此情况下，在额外的处理区内优选根据各自的起始温度和/或各自的目标温度设置λ值。在额外的处理区以及在助燃区内，可以此方式进行确定的热处理。

若至少一个额外的处理区同样被设计为助燃区，则是特别有利的。因此，在该过程的变体中，具有至少两个助燃区，其中钢产品均使用至少一个助燃燃烧器进行加热，即用氧气或富氧空气和燃料运行的燃烧器且其火焰直接作用于钢产品上。在每个助燃区内，有利的是根据各个助燃区的起始温度和/或目标温度设置λ值。

在助燃燃烧器运行期间形成的废气优选取决于其CO含量而在废气尘中进行后期燃烧。

已证明有利的是，在助燃区内以300至1000kW/m²的热通量密度作用于产品上。换而言之，每平方米表面积上通过助燃燃烧器传递至钢产品的热容量为300至1000kW。只有根据本发明使用富氧空气，即使使用氧气含量超过80％的工业级氧气，也允许该高水平的热传递。结果是，可以在更短的距离上更快地加热钢产品，结果是连续的炉的长度可以明显缩短，或者它们的产量可以显著提高。

特别有利的是，在输送方向上输送产物通过助燃区，在此情况下，该火焰在横截输送方向的整个外围上包围该产品。使钢产品如钢带沿着输送方向通过炉。至少一个助燃燃烧器的火焰横截该输送方向作用在钢产品上，其中火焰完全包围钢产品，即在处理位置上钢产品的横截面完全在火焰内。火焰在垂直于输送方向的方向上包围钢产品。这导致在其整个横截面上均匀地并且由于根据本发明设置火焰中的化学计量而确定地加热钢产品。

取决于待处理的钢产品的形状和几何形状，可能需要将钢产品的边缘区和中心区加热至不同的程度。在此情况下，有利的是助燃燃烧器的火焰不用作完全包围的火焰，如上所述，而是有意地朝向钢产品的一定区域上，例如只在边缘区上。

助燃燃烧器的火焰直接作用在钢产品上，也能够通过改变火焰的几何形状而有意地影响助燃区内的目标温度。

本发明特别适合于钢产品尤其是钢带或钢板的热处理，对它们在熔体浴中实施后序的处理和/或涂布或其他适合的方法。例如，在热浸镀之前，有利的是根据本发明对该待镀层的产品进行热处理。

下面基于图中所示的实施方案更详细地阐述本发明和本发明的其他细节。

附图说明

图1所示为λ值与待处理的产品的温度的关系。

图2所示为用于产生包围火焰的助燃燃烧器的排列。

图3所示为用于在连续的炉中预热钢带的三个助燃区的排列。

图4所示为在本发明的一个特殊的实施方案中λ值和钢产品的温度的曲线。

图5所示为助燃区用于清洁钢产品的应用。

图6所示为在图5中所示的排列中钢的温度与炉长度的关系。

图7所示为在传统的预热区下游的助燃区的应用。

具体实施方式

图2所示为根据本发明用于将钢带3从起始温度加热至目标温度的两个助燃燃烧器1，2。在垂直于附图平面的方向上输送带3通过连续的炉(未显示)。垂直于输送方向并垂直于带的表面4排列燃烧器1，2。由助燃燃烧器1，2产生的火焰5包围钢带3的整个横截面。在火焰5中，根据起始温度和目标温度以确定的方式设置化学计量。根据本发明的包围火焰5确保均匀且确定地加热和处理钢带3。

根据本发明的方法优选用于在连续的炉中清洗和/或加热带形的钢产品。本发明特别有利地在后序的涂布/热浸镀过程之前加热或预处理钢产品。以下图3至7所示为在连续的炉中的一个或更多个助燃区的各种可能的排列，特别是在连续的炉中通常在热浸镀过程之前实施加工步骤。

图3所示为用于清洗和预热钢带的助燃区的应用。对通过冷轧/热轧产生的钢带实施热处理用于随后的例如热浸镀。为此目的，将室温下的钢带送入第一助燃区6，其中基本上清洗该带，并在第一阶段中预热。根据带的低起始温度，在该区内选择相对高的λ值1.3，并将钢带在这些超化学计量条件下加热至400℃。

为了进一步加热钢带，具有两个助燃区7、8，其中首先将带从400℃加热至600℃，然后加热至所期望的最终温度650℃。为此目的，将钢带在两个助燃区7、8内以及在助燃区6内均使用多个由富氧空气和燃气运行的燃烧器进行加热，燃烧器的火焰直接作用于钢带上。优选地排列燃烧器，如图2所示，从而使燃烧器的火焰在钢带的横截面上完全包围钢带。助燃区7中的燃烧器火焰中的λ值在此情况下被设置为0.96的值，而助燃区8中的燃烧器火焰的λ值被设置为0.90的值。在通过助燃区6、7、8之后，将钢带暴露于炉的区段9中的还原气氛中。

图4所示为待加热的钢带的温度与在不同热处理炉的整个长度上加热钢带的火焰内的λ值的曲线。在此情况下，将炉在其长度L上划分成多个助燃区，每个助燃区内的λ值根据该助燃区相应的起始温度逐步降低。结果是，使热处理条件最佳地符合瞬时的温度条件。

图5所示为本发明的实施方案，其中使用助燃燃烧器以清洗在热轧和/或冷轧后被轧制残余物污染的钢板。将助燃区10设置在炉长度的第一个2.5m上。在该短区10内，将钢带从20℃加热至300℃，并使存在的轧制残余物燃烧。在该区10内，将λ值设置为1.1与1.6之间的值，即建立超化学计量的燃烧条件。

助燃区10与40m长的预热区11相连，其中使钢带达到所期望的目标温度，例如650℃。在λ值为0.96的亚化学计量的条件下在预热区11中进行加热，然后将钢带送入还原炉12中。

图6所示为钢带的温度与其在如图5所示的连续的炉中的位置的关系。点线表示当在助燃区10中使用传统的燃烧器排列时，即不使用本发明的助燃燃烧器时的温度曲线。带的温度仅缓慢升高；在第一区10中，仅观察到不明显的温度升高。

作为比较，实线表示当在如图5所示的助燃区10中使用助燃燃烧器时的温度曲线。在炉长度的第一个2.5m上，即在助燃区10内，实现温度上升至300℃以上。以此方式可以将炉产量提高25％。实线表示产率为每小时85吨时的温度曲线，而点划线表示若产率上升至每小时105吨时的温度曲线。

最后，图7所示为本发明的变体，其中助燃区14被设置在热处理炉的还原区15的直接上游。首先，将钢产品在传统的预热区内从环境温度加热至550℃。接着是助燃区14，其中将钢产品加热至650℃。在该特殊的情况下，助燃燃烧器在λ值为1.1的超化学计量的条件下运行，从而实现钢带在助燃区14内以受控制的方式氧化。

除了图中所示的排列以外，在热处理的过程中，助燃区还可以位于其他位置上。原则上可以有意义地在确定的气氛中尽可能快地热处理钢产品的任何位置上采用助燃区。

特别地，对钢产品在助燃区内实施根据本发明的热处理，接着实施还原热处理，已被证明是有利的。在该助燃区内，优选使钢产品的温度仅小幅升高或者甚至保持在相同的温度水平。在此情况下，使用助燃区从而以受控制的方式借助确定的气氛影响材料，即以期望的方式调节钢产品的表面、特性或微观结构。

Claims (9)

1、钢产品(3)尤其是钢带或钢板的热处理方法，其中使该产品(3)在具有至少一个燃烧器(1，2)的助燃区(6，7，8，10，14)内从起始温度升温至目标温度，该燃烧器(1，2)使用燃料尤其是燃气和含氧气体运行，该含氧气体包含超过21％的氧气，并使该产品(3)与由该燃烧器(1，2)产生的火焰(5)直接接触，其特征在于，在输送方向上输送该产品(3)通过该助燃区(6，7，8，10，14)，并且该火焰(5)在横截输送方向的整个外围上包围该产品(3)，而在该火焰(5)内根据该起始温度和/或该目标温度设置空气比例λ。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于，提供额外的处理区(9，11，12，13，15)，在这些处理区内均使所述产品(3)从起始温度升温至目标温度，根据各自的起始温度和/或各自的目标温度设置每个处理区(9，11，12，13，15)内的空气比例λ。

3、根据权利要求2的方法，其特征在于，提供多个均使用至少一个燃烧器(1，2)进行加热的助燃区(6，7，8)，该燃烧器(1，2)可使用燃料尤其是燃气和含有超过21％的氧气的气体运行，使所述产品(3)与由该燃烧器(1，2)产生的火焰(5)直接接触。

4、根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，在所述助燃区(6，7，8，10，14)中以300至1000kW/m²的热通量密度作用于所述产品。

5、根据权利要求1至4之一的方法，其特征在于，使用所述燃烧器(1，2)的火焰几何形状影响助燃区(6，7，8，10，14)内的目标温度。

6、根据权利要求1至5之一的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

-在所述助燃区(6，10)中将所述产品(3)加热至300至300℃的第一目标温度，

-在至少一个其他的处理区(7，8，11)中将所述产品(3)从该第一目标温度加热至600至900℃的温度。

7、根据权利要求1至6之一的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

-在第一处理区(13)中将所述产品(3)加热至500至600℃的第一目标温度，

-在所述助燃区(14)中将所述产品(3)从该第一目标温度加热至600至900℃的温度。

8、根据权利要求1至7之一的方法，其特征在于，对所述产品(3)实施涂布/镀层过程。

9、根据权利要求1至8之一的方法，其特征在于，将所述产品(3)暴露于还原气氛中，然后在所述助燃区内使其达到所述目标温度。

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