CN114734012A - 一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统与工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统与工艺，基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统包括：淬火扇形段，所述淬火扇形段用于对板坯表面进行淬火；所述连铸机包括压下扇形段，所述淬火扇形段位于所述压下扇形段之后，所述淬火扇形段入口处的所述板坯表面的温度在930℃以上。本发明通过设在压下扇形段后的淬火扇形段对板坯表面实施淬火工艺，使经在线淬火后的微合金钢连铸板坯上下表面皮下0～10mm范围内的温度由930℃以上快速下降至600℃以下，实现碳氮化物弥散析出和结构由奥氏体转变为铁素体或贝氏体的目的，从根本上提高铸坯表层组织的塑性而根治微合金钢板坯热送裂纹产生。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统与工艺。
背景技术
连铸坯热送热装工艺是高效衔接钢铁企业钢-轧界面的重要生产工艺。相比传统的“铸坯下线→堆冷→加热炉加热”工艺，该工艺具有显著减少能源消耗、简化工艺流程、提高生产效率等优势。然而，采用热送热装工艺生产含Nb、Al、V等成分的微合金钢过程，铸坯进加热炉加热后表面会产生严重的网状裂纹缺陷(称为“热送裂纹”)，从而造成轧材表面严重的质量缺陷。
已有研究表明，造成含Nb、Al、V等成分微合金钢连铸板坯表面高发热送裂纹缺陷的主要原因为：在现有微合金钢连铸生产工艺与连铸-轧钢产线布局下，热送热装至加热炉的铸坯表面温度多降至650～550℃，该温度下的铸坯表层组织处于γ→α转变的两相结构。铸坯进加热炉加热，表层新形成的奥氏体与原奥氏体晶粒尺寸差异大，呈明显混晶结构，大幅降低了铸坯表层组织的高温塑性。与此同时，连铸生产过程沿原奥氏体晶界呈链状集中析出的微合金碳氮化物钉扎脆化加热过程的原奥氏体晶界。在加热应力作用下，铸坯表面沿晶界开裂而形成网状裂纹缺陷。为此，重组铸坯表层组织并弥散其碳氮化物析出，是消除微合金钢连铸板坯表面热送裂纹缺陷的关键。
有研究人员提出在连铸切割机后至加热炉炉口间的辊道等环节增设冷却水槽或淬火扇形段，对定尺切割后的铸坯快速冷却，从而达到铸坯表面淬火的效果。然而，在实际连铸生产中，受限于连铸拉速，经切割后的铸坯进入冷却水槽时的表面温度多已降至800℃以下。该温度下的铸坯表层组织，含Nb、Al等微合金碳氮化物已完成析出，在此温度下进行铸坯表面淬火，已无法改变碳氮化物析出尺寸与分布。同时，在该温度下进行铸坯表面淬火，一方面其表面层组织已开始奥氏体向铁素体转变，另一方面，淬火后的铸坯表层组织无法再次回温奥氏体化，无法实现组织结构的高塑化转变。
因此，结合实际微合金钢高温凝固特点及其板坯连铸生产工艺，开发一种可真正意义实现铸坯表层组织结构改善并弥散碳氮化物析出，高塑化铸坯表层高温组织而稳定消除其表面热送裂纹的连铸坯高温淬火装置与工艺，对实现微合金钢板高质、高效与绿色化生产具有重要的意义，推广应用前景广阔。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统与工艺。
具体而言，包括以下的技术方案：
本发明一方面介绍了一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统，包括：
淬火扇形段，所述淬火扇形段用于对板坯表面进行淬火；
所述连铸机包括压下扇形段，所述淬火扇形段位于所述压下扇形段之后，所述淬火扇形段入口处的所述板坯表面的温度在930℃以上。
进一步，所述淬火扇形段包括第一喷淋架和第二喷淋架；
所述第一喷淋架和所述第二喷淋架均设置多排，多排所述第一喷淋架并联设置在所述板坯的一侧，多排所述第一喷淋架用于对所述板坯的一侧表面进行淬火，多排所述第二喷淋架并联设置在所述板坯的另一侧，多排所述第二喷淋架用于对所述板坯的另一侧表面淬火，多排所述第一喷淋架和多排所述第二喷淋架相对设置；
所述淬火扇形段还包括内弧结构和外弧结构，所述第一喷淋架设置在所述内弧结构上，所述第二喷淋架设置在所述外弧结构上；
所述第一喷淋架包括第一喷嘴，所述第一喷嘴设置多个，多个所述第一喷嘴沿所述板坯的宽度方向均匀布置；
所述第二喷淋架包括第二喷嘴，所述第二喷嘴设置多个，多个所述第二喷嘴沿所述板坯的宽度方向均匀布置。
进一步，所述第一喷嘴沿所述板坯宽度方向的喷射角为60～120°，每排所述第一喷淋架上相邻两个所述第一喷嘴喷出的喷淋水在所述板坯表面沿所述板坯宽度方向的重叠宽度为0～70mm；
所述第二喷嘴沿所述板坯宽度方向的喷射角为60～120°,每排所述第二喷淋架上相邻两个所述第二喷嘴喷出的喷淋水在所述板坯表面沿所述板坯宽度方向的重叠宽度为0～70mm。
进一步，所述淬火扇形段还包括第一铸辊和第二铸辊，所述第一铸辊和所述第二铸辊分别设置多个，多个所述第一铸辊设置在所述板坯的一侧，多个所述第一铸辊沿所述板坯拉坯方向依次布置，多个所述第二铸辊设置在所述板坯的另一侧，多个所述第二铸辊沿所述板坯拉坯方向依次布置，所述第一铸辊和所述第二铸辊一一对应设置；
所述第一喷嘴设置在相邻两个所述第一铸辊之间，所述第一喷嘴沿所述板坯拉坯方向的喷射角的边线与相邻的所述第一铸辊的外壁面相切；
所述第二喷嘴设置在相邻两个所述第二铸辊之间，所述第二喷嘴沿所述板坯拉坯方向的喷射角的边线与相邻的所述第二铸辊的外壁面相切。
进一步，所述第一喷嘴的末端与所述板坯靠近所述第一喷嘴的一侧表面之间的垂直距离为90～200mm；
所述第二喷嘴的末端与所述板坯靠近所述第二喷嘴的一侧表面之间的垂直距离为90～200mm。
进一步，相邻两排所述第一喷淋架上的所述第一喷嘴互相交错布置，相邻两排所述第一喷淋架上的所述第一喷嘴沿所述板坯宽度方向上的间隔距离大于或等于50mm，相邻两排所述第一喷淋架上的所述第一喷嘴沿所述板坯宽度方向上的间隔距离小于或等于每排所述第一喷淋架上的相邻两个所述第一喷嘴间隔距离的一半；
相邻两排所述第二喷淋架上的所述第二喷嘴互相交错布置，相邻两排所述第二喷淋架上的所述第二喷嘴沿所述板坯宽度方向上的间隔距离大于或等于50mm，相邻两排所述第二喷淋架上的所述第二喷嘴沿所述板坯宽度方向上的间隔距离小于或等于每排所述第二喷淋架上的相邻两个所述第二喷嘴间隔距离的一半。
进一步，所述基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统包括第一供水管和第二供水管，所述第一供水管和多排所述第一喷淋架连接，多排所述第一喷淋架并联设置，所述第二供水管和多排所述第二喷淋架连接，多排所述第二喷淋架并联设置；
所述基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统还包括第一截止阀、第二截止阀、第一调节阀、第二调节阀、第一流量计、第二流量计、第一压力计和第二压力计；
所述第一截止阀、第一调节阀、第一流量计和第一压力计设置在连接多排所述第一喷淋架之前的所述第一供水管上，所述第二截止阀、第二调节阀、第二流量计和第二压力计设置在连接多排所述第二喷淋架之前的所述第二供水管上。
本发明的另一方面介绍了一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火工艺，
对经压下扇形段进入如上所述一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统中的板坯进行淬火；
所述一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统包括淬火扇形段，所述淬火扇形段对所述板坯表面进行淬火；
在所述淬火扇形段中淬火时，所述板坯的表面皮下0～10mm范围内的温度从930℃以上降低至600℃以下。
进一步，所述板坯表面的淬火时间大于或等于60s，所述板坯表面的淬火层深度大于或等于10mm；
所述板坯表面皮下0～10mm深度范围内的温度平均下降速度大于5℃/s。
进一步，所述淬火扇形段包括第一喷淋架和第二喷淋架，所述第一喷淋架设置多排，多排所述第一喷淋架并联设置在所述板坯的一侧，所述第二喷淋架设置多排，多排所述第二喷淋架并联设置在所述板坯的另一侧，多排所述第一喷淋架和多排所述第二喷淋架相对设置；
所述一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统包括第一供水管、第二供水管，所述第一供水管和多排所述第一喷淋架连接，所述第二供水管和多排所述第二喷淋架连接；
所述一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统根据所述板坯的钢种和所述板坯的拉速确定所述第一供水管的流量和所述第二供水管的流量，以调整多排所述第一喷淋架和多排所述第二喷淋架喷出的喷淋水流量；
所述一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统控制所述第一供水管的流量与所述第二供水管的流量之间的比值小于或等于0.5。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：
本发明通过设在压下扇形段后的淬火扇形段对板坯表面实施淬火工艺，使经在线淬火后的含Nb、Al、V等微合金钢连铸板坯上下表面皮下0～10mm范围内的温度由930℃以上快速下降至600℃以下，实现碳氮化物弥散析出和结构由奥氏体转变为铁素体或贝氏体的目的，从根本上提高铸坯表层组织的塑性而根治微合金钢板坯热送裂纹产生。本发明解决铸坯热送裂纹效果稳定，对实现微合金钢板高质、高效与绿色化生产具有重要的意义，推广应用前景广阔。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统淬火扇形段主视图；
图2为本发明一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统淬火扇形段局部侧视图；
图3为本发明一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统的供水管道布置原理图；
图4为本发明一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统下的金相组织图；
图5为本发明一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统下的碳氮化物析出形貌图。
图中的附图标记分别表示为：
1-板坯；2-第一喷淋架；4-第二喷淋架；21,41-喷淋架供水管；22，42-喷淋管；6-第一喷嘴；7-第二喷嘴；8-主截止阀；9-第一截止阀；10-第二截止阀；11-第一调节阀；12-第二调节阀；13-第一流量计；14-第二流量计；15-第一压力计；16-第二压力计；17-第一铸辊；L1-板坯宽度；L2-相邻两排喷淋架上的喷嘴沿板坯宽度方向的间隔距离；L3-每排喷淋架相邻两个喷嘴的间隔距离；L4-每排喷淋架相邻两个喷嘴喷出的喷淋水在板坯表面沿板坯宽度方向的重叠宽度；L5-喷嘴末端与板坯表面的垂直距离；L6-喷嘴喷出的喷淋水在板坯表面沿板坯拉坯方向的覆盖宽度；θ1-喷嘴沿板坯宽度方向的喷射角；θ2-喷嘴沿板坯拉坯方向的喷射角；A-主供水管；B-第一供水管；C-第二供水管。
通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在对本发明实施方式作进一步地详细描述之前，本发明实施例中所涉及的方位名词，如“上部”、“下部”、“侧部”，以图1中所示方位为基准，并不具有限定本发明保护范围的意义。
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
如图1至图3所示，本实施例介绍了一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统，包括：淬火扇形段，淬火扇形段用于对板坯1表面进行淬火；连铸机包括压下扇形段，淬火扇形段位于压下扇形段之后，淬火扇形段入口处的板坯1表面的温度在930℃以上。
进一步，本实施例中的压下扇形段通常指轻压下段，淬火扇形段是轻压下扇形段之后的某个水平扇形段，板坯1先后通过轻压下段和淬火扇形段，可以理解是淬火扇形段入口处板坯1的表面温度在930℃以上。当连铸机中在轻压下段后还设有重压下段时，淬火扇形段指位于重压下段后的某一水平扇形段，板坯1先后通过轻压下段、重压下段和淬火扇形段。
进一步，本实施例中淬火扇形段为连铸机水平扇形段中的某一水平扇形段，将淬火扇形段设置在压下扇形段之后是考虑到板坯1的凝固终点位于压下扇形段内，压下扇形段出口处板坯1的表面温度通常高于930℃。
进一步，可以理解的是淬火过程中在奥氏体晶粒边界有氮化铝或钒、铌、硼的碳氮化合物析出，析出的“鼻子点”温度范围约为600℃～900℃，同时可以理解是重组铸坯表层组织并弥散其碳氮化物析出，是消除微合金钢连铸板坯表面热送裂纹的关键。本实施例中淬火扇形段入口处的板坯1表面温度在930℃以上，通过淬火扇形段对板坯1的表面进行淬火工艺，使经在线淬火后的含Nb、Al、V等微合金钢连铸板坯1的上表面和下表面皮下0～10mm范围内的温度由930℃以上快速下降至600℃以下，实现碳氮化物弥散析出和结构由奥氏体转变为铁素体或贝氏体的目的，从根本上提高铸坯表层组织的塑性而根治微合金钢板坯热送裂纹产生。本发明解决铸坯热送裂纹效果稳定，对实现微合金钢板高质、高效与绿色化生产具有重要的意义，推广应用前景广阔。
如图1所示，淬火扇形段包括第一喷淋架2和第二喷淋架4；第一喷淋架2和第二喷淋架4均设置多排，多排第一喷淋架2并联设置在板坯1的一侧，多排第一喷淋架2用于对板坯1的一侧表面进行淬火，多排第二喷淋架4并联设置在板坯1的另一侧，多排所述第二喷淋架4用于对所述板坯1的另一侧表面淬火，多排第一喷淋架2和多排第二喷淋架4相对设置；淬火扇形段还包括内弧结构和外弧结构，第一喷淋架2设置在内弧结构上，第二喷淋架4设置在外弧结构上；第一喷淋架2包括第一喷嘴6，第一喷嘴6设置多个，多个第一喷嘴6沿板坯1的宽度方向均匀布置；第二喷淋架4包括第二喷嘴7，第二喷嘴7设置多个，多个第二喷嘴7沿板坯1的宽度方向均匀布置。
进一步，本实施例中的淬火扇形段是以现有连铸机某一水平扇形段结构为基础，将其现有内弧喷淋架与外弧喷淋架分别改成第一喷淋架2和第二喷淋架4，原有的喷嘴改成大流量喷嘴，大流量喷嘴即为本发明的第一喷嘴6和第二喷嘴7。
进一步，如图1所示，可以理解的是水平扇形段中的板坯1处于水平运行状态，板坯1为长条形板坯，板坯1的横截面为长方形，图1所示L1为板坯1的宽度，同时L1指示了板坯1的宽度方向，图2中箭头指示了板坯1的拉坯方向。多排第一喷淋架2并联设置在板坯1的上部(结合图1和图3所示)，对板坯1的上表面进行淬火；多排第二喷淋架4并联设置在板坯1的下部(结合图1和图3所示)，对板坯1的下表面进行淬火。
进一步，本实施例中淬火扇形段是基于现有的水平扇形段进行改造，解决了高温铸坯淬火过程中排蒸汽和排水的难题。
进一步，结合图1和图2所示，第一喷嘴6的竖直轴线与板坯1的上表面垂直，第二喷嘴7的竖直轴线与板坯1的下表面垂直。
进一步，如图1所示，多排第一喷淋架2沿板坯1的拉坯方向均匀布置，第一喷淋架2包括喷淋架供水管21和多个喷淋管22，喷淋架供水管21和第一供水管B连接，多个喷淋管22沿板坯1的宽度方向均布在喷淋架供水管21上，喷淋管22和第一喷嘴6一一对应设置，喷淋管22和第一喷嘴6同轴设置，第一喷嘴6设置在喷淋管22靠近板坯1的一端，多个第一喷嘴6沿板坯1的宽度方向均匀布置。
进一步，多排第二喷淋架4沿板坯1的拉坯方向均匀布置，第二喷淋架4包括喷淋架供水管41和多个喷淋管42，喷淋架供水管41和第二供水管C连接，多个喷淋管42沿板坯1的宽度方向均布在喷淋架供水管41上，喷淋管42和第二喷嘴7一一对应设置，喷淋管42和第二喷嘴7同轴设置，第二喷嘴7设置在喷淋管42靠近板坯1的一端，多个第二喷嘴7沿板坯1的宽度方向均匀布置。
如图1所示，第一喷嘴6沿板坯1宽度方向的喷射角为60～120°，每排第一喷淋架2上相邻两个第一喷嘴6喷出的喷淋水在板坯1表面沿板坯1宽度方向的重叠宽度为0～70mm；第二喷嘴7沿板坯1宽度方向的喷射角为60～120°，每排第二喷淋架4上相邻两个第二喷嘴7喷出的喷淋水在板坯1表面沿板坯1宽度方向的重叠宽度为0～70mm。
进一步，图1中θ1示出了喷嘴沿板坯1宽度方向的喷射角，图1中L4示出每排喷淋架相邻两个喷嘴所喷出的喷淋水在板坯1表面沿板坯1宽度方向的重叠宽度。本实施例中第一喷嘴6沿板坯1宽度方向的喷射角θ1为60～120°，第二喷嘴7沿板坯1宽度方向的喷射角θ1为60～120°。
进一步，第一喷嘴6和第二喷嘴7可选为扇面或矩形纯水或气雾喷嘴。本实施例中在第一喷嘴6的选择应考虑在0.6MPa水压下的流量满足12～25L/min，第一喷嘴6沿板坯1宽度方向的喷射角θ1选择为60～120°；第二喷嘴7的选择应考虑在0.6MPa水压下的流量满足25～60L/min，第二喷嘴7沿板坯1宽度方向的喷射角θ1选择范围亦为60～120°。喷射角θ1选取原则为：相邻两个第一喷嘴6喷出的喷淋水在板坯1表面沿板坯1宽度方向的重叠宽度L4为0～70mm，相邻两个第二喷嘴7喷出的喷淋水在板坯1表面沿板坯1宽度方向的重叠宽度L4为0～70mm。
如图2所示，淬火扇形段还包括第一铸辊17和第二铸辊，第一铸辊17和第二铸辊分别设置多个，多个第一铸辊17设置在板坯1的一侧，多个第一铸辊17沿板坯1拉坯方向依次布置，多个第二铸辊设置在板坯1的另一侧，多个第二铸辊沿板坯1拉坯方向依次布置，第一铸辊17和第二铸辊一一对应设置；第一喷嘴6设置在相邻两个第一铸辊17之间，第一喷嘴6沿板坯1拉坯方向的喷射角的边线与相邻的第一铸辊17的外壁面相切；第二喷嘴7设置在相邻两个第二铸辊之间，第二喷嘴7沿板坯1拉坯方向的喷射角的边线与相邻的第二铸辊的外壁面相切。
进一步，图2中未示出第二铸辊，可以理解的是第一铸辊17设置在板坯1的上部，第一铸辊17与板坯1的上表面相抵，第二铸辊设置在板坯1的下部，第二铸辊与板坯1的下表面相抵。
进一步，如图2所示，本实施例中第一喷嘴6设置在相邻两个第一铸辊17之间，参考第一喷嘴6的设置方式，第二喷嘴7设置在相邻两个第二铸辊之间。图2中θ2示出了喷嘴沿板坯1拉坯方向的喷射角。本实施例中如图2所示，喷射角θ2具有两条边线，喷射角θ2的两条边线与板坯1的表面形成的两个交点之间的距离L6为喷嘴喷出的喷淋水在板坯1表面沿板坯拉坯方向的覆盖宽度。由图2可知，第一铸辊17和第二铸辊(图中未示出)均为圆柱体，第一铸辊17和第二铸辊的轴线延伸方向和板坯1的宽度方向平行。第一喷嘴6的喷射角θ2的两条边线与相邻的两个第一铸辊17的外壁面相切，第二喷嘴7的喷射角θ2的两条边线与相邻的两个第二铸辊的外壁面相切。
进一步，若第一喷嘴6或第二喷嘴7选择矩形喷嘴，喷射角θ2选取原则均为：由第一喷嘴6或第二喷嘴7喷出的喷淋水不淋至第一铸辊17或第二铸辊的前提下，喷淋水能沿板坯1拉坯方向尽可能宽的覆盖板坯1的表面。
如图1和图2所示，第一喷嘴6的末端与板坯1靠近第一喷嘴6的一侧表面之间的垂直距离为90～200mm；第二喷嘴7的末端与板坯1靠近第二喷嘴7的一侧表面之间的垂直距离为90～200mm。
进一步，图2和图1中L5示出了喷嘴末端与板坯1表面的垂直距离。本实施例中第一喷嘴6的末端与板坯1上表面之间的垂直距离L5为90～200mm；第二喷嘴7的末端与板坯1下表面之间的垂直距离L5为90～200mm。
如图1所示，相邻两排第一喷淋架2上的第一喷嘴6互相交错布置，相邻两排第一喷淋架2上的第一喷嘴6沿板坯1宽度方向上的间隔距离大于或等于50mm，相邻两排第一喷淋架2上的第一喷嘴6沿板坯1宽度方向上的间隔距离小于或等于每排第一喷淋架2上的相邻两个第一喷嘴6间隔距离的一半；相邻两排第二喷淋架4上的第二喷嘴7互相交错布置，相邻两排第二喷淋架4上的第二喷嘴7沿板坯1宽度方向上的间隔距离大于或等于50mm，相邻两排第二喷淋架4上的第二喷嘴7沿板坯1宽度方向上的间隔距离小于或等于每排第二喷淋架4上的相邻两个第二喷嘴7间隔距离的一半。
进一步，如图1所示，多排第一喷淋架2上的第一喷嘴6的个数相同，相邻两排第一喷淋架2上的第一喷嘴6相互交错布置；多排第二喷淋架4上的第二喷嘴7的个数相同，相邻两排第二喷淋架4上的第二喷嘴7相互交错布置。
进一步，图1中L3示出了每排喷淋架相邻两个喷嘴的间隔距离，L2示出了相邻两排喷淋架上的喷嘴沿板坯1宽度方向的间隔距离。本实施例中相邻两排第一喷淋架2上的第一喷嘴6沿板坯1宽度方向上的距离L2的选取范围为大于或等于50mm，同时小于或等于每排第一喷淋架2上的相邻两个第一喷嘴6间隔距离L3的一半；相邻两排第二喷淋架4上的第二喷嘴7沿板坯1宽度方向上的距离L2的选取范围为大于或等于50mm，同时小于或等于每排第二喷淋架4上的相邻两个第二喷嘴7间隔距离L3的一半。
如图3所示，基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统包括第一供水管B和第二供水管C，第一供水管B和多排第一喷淋架2连接，多排第一喷淋架2并联设置，第二供水管C和多排第二喷淋架4连接，多排第二喷淋架4并联设置；基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统还包括第一截止阀9、第二截止阀10、第一调节阀11、第二调节阀12、第一流量计13、第二流量计14、第一压力计15和第二压力计16；第一截止阀9、第一调节阀11、第一流量计13和第一压力计15设置在连接多排第一喷淋架2之前的第一供水管B上，第二截止阀10、第二调节阀12、第二流量计14和第二压力计16设置在连接多排第二喷淋架4之前的第二供水管C上。
进一步，本实施例中基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统还包括主供水管A，主供水管A上设有主截止阀8，第一供水管B和第二供水管C均从主供水管A上引出。第一供水管B上依次安装第一截止阀9、第一流量计13、第一调节阀11和第一压力计15，其中第一流量计13和第一调节阀11之间电性连接，第一调节阀11为气动调节阀，第一调节阀11根据第一流量计13的反馈信息调节自身开度；第二供水管C上依次安装第二截止阀10、第二流量计14、第二调节阀12和第二压力计16，其中第二流量计14和第二调节阀12之间电性连接，第二调节阀12为气动调节阀，第二调节阀12根据第二流量计14的反馈信息调节自身开度。
本实施例还介绍了一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火工艺，对经压下扇形段进入如上所述一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统中的板坯1进行淬火；一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统包括淬火扇形段，淬火扇形段对板坯1表面进行淬火；在淬火扇形段中淬火时，板坯1的表面皮下0～10mm范围内的温度从930℃以上降低至600℃以下。
进一步，板坯1的上表面和下表面的淬火介质为冷却水，由气雾或纯水喷淋喷嘴对板坯1表面强冷却淬火。
进一步，一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火工艺，应同时满足如下关键技术特征：(1)板坯1表面的淬火时间大于或等于60s；(2)板坯1表面的淬火层深度大于或等于10mm；(3)板坯1表面皮下0～10mm深度范围内的温度平均下降速度大于5℃/s；(4)板坯1的上表面和下表面的淬火终止温度为350～500℃；(5)第一供水管B的流量与第二供水管C的流量之间的比值小于或等于0.5。
根据板坯1的种类和板坯1的前进速度，板坯1的上表面和下表面的喷淋水量确定原则为：满足上述(1)～(5)条要求并保证板坯1淬火过程不产生“拱起”或“翘曲”变形。
进一步，淬火扇形段包括第一喷淋架2和第二喷淋架4，第一喷淋架2设置多排，多排第一喷淋架2并联设置在板坯1的一侧，第二喷淋架4设置多排，多排第二喷淋架4并联设置在板坯1的另一侧，多排第一喷淋架2和多排第二喷淋架4相对设置；一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统包括第一供水管B、第二供水管C，第一供水管B和多排第一喷淋架2连接，第二供水管C和多排第二喷淋架4连接。
进一步，一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统根据板坯1的钢种和板坯1的拉速确定第一供水管B的流量和第二供水管C的流量，以调整多排第一喷淋架2和多排第二喷淋架4喷出的喷淋水流量；一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统控制第一供水管B的流量与第二供水管C的流量之间的比值小于或等于0.5。
进一步，本实施例中主供水管A由不锈钢或镀锌材质钢管从供水源头铺设至连铸机二冷水阀室或连铸机附近，供水压力应≥1.0MPa，配备手动截止阀8。主供水管A的供水能力应满足该板坯连铸机微合金钢最高连铸拉速下的板坯表面淬火满足上述工艺(2)～(5)的要求。具体对于当前连铸拉速≤1.3m/min的主流宽厚板坯连铸机，主供水管A的供水能力应≥250m3/h/流，对于连铸拉速≤2.0m/min的常规板坯连铸机，主供水管A的供水能力应≥350m3/h/流。
进一步，本实施例中基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统还包括淬火水量动态控制系统，板坯1的上表面和下表面淬火水量控制逻辑为：淬火水量动态控制系统根据连铸机当前所生产的钢种与拉速，调用与钢种相配套的淬火水表(如表1所示)，对照连铸机当前拉速，按照配套淬火水表预设的板坯1的上表面淬火水量和板坯1的下表面淬火水量，通过实时独立动态控制第一供水管B上的第一调节阀11的开度和第二供水管C上的第二调节阀12的开度，动态控制板坯1的上表面和下表面的淬火水量。
表1某钢厂某含Nb微合金钢板坯上下表面淬火水量
| 拉速m/min | 0.8 | 0.9 | 1.0 | 1.1 | 1.2 |
| 上表面淬火水量L/min | 550 | 585 | 630 | 680 | 735 |
| 下表面淬火水量L/min | 1680 | 1750 | 1850 | 1950 | 2120 |
本实施例的基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统与工艺可实现板坯在线全连续淬火，不受铸坯的长度制约；本实施例的板坯1的淬火温度高，实现了板坯1表层碳氮化物弥散析出和组织结构转变，从根本上提高铸坯表层组织的塑性而根治微合金钢板坯热送裂纹产生，解决铸坯热送裂纹效果稳定；本实施例的通过调节板坯上表面和下表面淬火水量而实现铸坯表层淬火层深度的自由控制；本实施例可杜绝传统切割后长定尺板坯淬火过程过度变形影响生产的难题；本实施例的淬火扇形段位于水平扇形段上，解决了高温板坯淬火过程排蒸汽和排水的难题；本实施例对板坯1的上表面和下表面皮下约10mm深度的组织淬火，板坯1大部分的热量得以保留，且在板坯切割机附近可回温至约830℃，不影响板坯切割等正常生产；本实施例的板坯边生产边淬火，未增加任何工序环节和板坯在辊道上的停留时间。
实施例二
本实施例以某钢厂的具体实例介绍基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统与工艺。
本实施例中的板坯1为一种连铸断面为2100mm×250mm，即L1为2100mm。在该断面下主流连铸拉速为0.9～1.1m/min，最大拉速为1.2m/min。该钢厂的该连铸机设计有十四个扇形段，板坯1在最大拉速1.2m/min条件下的凝固终点位于第十三个扇形段，本实施例的淬火扇形段为第十四个扇形段，淬火扇形段是对原有第十四个扇形段的改进。第十四个扇形段沿拉坯方向的水平长度为2.1m，设有七对第一铸辊17和第二铸辊。
该钢厂在连铸拉速0.8～1.2m/min条件下生产横截面为2100mm×250mm的微合金钢板坯1时，第十四个扇形段入口处(即第十三扇形段出口处)板坯1的表面实测温度为935～980℃范围。根据该板坯1表面实际温度分布，设计第十四扇形段改进为淬火扇形段，并选择纯水为板坯1的上表面和下表面淬火的冷却介质。
通过在淬火扇形段实施表1所示的板坯1的上表面和下表面淬火水量，在拉速0.8～1.2m/min条件下(除连铸换中间包及漏钢预报等特殊条件下，板坯1在第十四段处的拉速极少超出该拉速范围，特殊条件下的板坯生产不实施本淬火工艺)，板坯1的上表面与下表面淬火持续时间达105～158s，淬火后的连铸板坯1的上表面和下表面温度为360～400℃，且未产生明显变形。同时，经板坯1的三维凝固传热模型计算，在表1淬火水量与105～158s淬火持续时长下，板坯1的上表面和下表面的淬火层深度达12～15mm，且上表面和下表面皮下0～10mm深度范围内的淬火冷却速度满足＞5℃/s要求。
经实际应用检验，经淬火后的含Nb、Al微合金钢板坯表面皮下10mm处的晶粒显著细化(如图4所示)，微合金碳氮化物弥散析出(如图5所示)，板坯1由辊道直接送至加热炉加热，全部无热送裂纹产生。
本实施例中基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统，由主供水管道A、第一供水管B、第二供水管道C、淬火扇形段、以及淬火水量动态控制系统构成。
主供水管A，由DN250镀锌材质钢管从二冷主管道分出，而后铺设至连铸机二冷水阀室，主供水管A的水压为1.08MPa，从二冷主管道接出后接手动截止阀8，而后通至二冷水阀室与第一供水管B和第二供水管C相连，如图3所示。主供水管A的供水能力约250m3/h。
如图3所示，第一供水管B和第二供水管C分别为DN125和DN200不锈钢材质钢管，第一供水管B的一端和第二供水管C的一端均连接主供水管A，然后第一供水管B连接第一截止阀9、第一流量计13、第一调节阀11和第一压力计15，第二供水管C连接第二截止阀10、第二流量计14、第二调节阀12和第二压力计16，随后第一供水管B和第二供水管C铺设至淬火扇形段(即原第十四个扇形段)铸流边，分别为多排第一喷淋架2和多排第二喷淋架4供水。第一供水管B和第二供水管C的供水能力分别为70m3/h和180m3/h，第一供水管B和第二供水管C的供水能力比为1:2.57。
本实施例基于现有连铸机水平段结构，将其现有内弧喷淋架与外弧喷淋架分别改成第一喷淋架2和第二喷淋架4，原有的喷嘴改成大流量的第一喷嘴6和第二喷嘴7。第一喷淋架2和第二喷淋架4沿拉坯方向均设置七排，七排第一喷淋架2固定于淬火扇形段(原第十四个扇形段)的内弧框架结构上，七排第二喷淋架4固定于淬火扇形段(原第十四个扇形段)的外弧框架结构上。
如图1和图2所示，本实施例中第一喷嘴6的末端与板坯1上表面的垂直距离L5为150mm，第二喷嘴7的末端与板坯1的下表面的垂直距离L5为150mm。根据板坯1最大宽度L1为2100mm，第一喷淋架2上设有七个第一喷嘴6，七个第一喷嘴6等间距布置，相邻两个第一喷嘴6的间隔距离L3为307.5mm；第二喷淋架4上设有七个第二喷嘴7，七个第二喷嘴7等间距布置，相邻两个第二喷嘴7的间隔距离L3为307.5mm。相邻两排第一喷淋架2上的第一喷嘴6沿板坯1的宽度方向交错式布局，相邻两排第一喷淋架2上的第一喷嘴6沿板坯1的宽度方向的间隔距离L2为90mm，相邻两排第二喷淋架4上的第二喷嘴7沿板坯1宽度方向交错式布局，相邻两排第二喷淋架4上的第二喷嘴7沿板坯1宽度方向的间隔距离L2为90mm。
如图1所示实施例中多排第一喷淋架2并联设置在第一供水管B上，多排第二喷淋架4并联设置在第二供水管C上。第一喷淋架2和第二喷淋架4均包括喷淋架供水管和多个喷淋管，其中第一喷淋架2的喷淋架供水管21和第一供水管B连接，多个喷淋管22沿板坯1的宽度方向均匀分布在喷淋架供水管21上，喷淋管22和第一喷嘴6同轴设置，大流量的第一喷嘴6采用螺丝拧入方式连接在第一喷淋架2的喷淋管22的末端，多个第一喷嘴6沿板坯1的宽度方向均匀布置；第二喷淋架4的喷淋架供水管41和第二供水管C连接，多个喷淋管42沿板坯1的宽度方向均匀分布在喷淋架供水管41上，喷淋管42和第二喷嘴7同轴设置，大流量的第二喷嘴7采用螺丝拧入方式连接在第二喷淋架4的喷淋管42的末端，多个第二喷嘴7沿板坯1的宽度方向均匀布置。
如图1和图2所示，第一喷嘴6选用矩形纯水喷嘴，在0.6MPa水压下的流量达23L/min，第一喷嘴6沿板坯1宽度方向的喷射角θ1为100°，沿拉坯方向的喷射角θ2为50°。第二喷嘴7同样选为矩形纯水喷嘴，在0.6MPa水压下的流量达60L/min，第二喷嘴7沿板坯1宽度方向的喷射角θ1亦为100°，沿拉坯方向的喷射角θ2同样为50°。由第一喷嘴6喷至板坯1上表面的喷淋水与第一铸辊17的外壁面相切，在板坯1的上表面沿拉坯方向上的覆盖宽度L6为140mm(如图2所示)；第二喷嘴7喷射至板坯1下表面的喷淋水与第二铸辊的外壁面相切，在板坯1的下表面在沿拉坯方向上的覆盖宽度L6为140mm。每排第一喷淋架2相邻两个第一喷嘴6所喷出的喷淋水在板坯1上表面沿板坯1宽度方向的重叠宽度L4为50mm，每排第二喷淋架4相邻两个第二喷嘴7所喷出的喷淋水在板坯1下表面沿板坯1宽度方向的重叠宽度L4为50mm。
本实施例中淬火水量动态控制系统对板坯1上表面和下表面淬火水量的控制逻辑为：淬火水量动态控制系统根据连铸机当前所生产的钢种与拉速，调用与钢种相配套的淬火水表(如表1所示)，对照连铸机当前拉速，按照淬火水表预设的板坯1的上表面淬火水量和板坯1下表面淬火水量，通过实时独立动态控制第一供水管B和第二供水管上的第一调节阀11和第二调节阀12的开度，动态调节板坯1上表面和下表面的淬火水量。
在本发明中，术语“第一”和“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的本发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统，其特征在于，包括：
淬火扇形段，所述淬火扇形段用于对板坯(1)表面进行淬火；
所述连铸机包括压下扇形段，所述淬火扇形段位于所述压下扇形段之后，所述淬火扇形段入口处的所述板坯(1)表面的温度在930℃以上。
2.根据权利要求1所述的一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统，其特征在于，
所述淬火扇形段包括第一喷淋架(2)和第二喷淋架(4)；
所述第一喷淋架(2)和所述第二喷淋架(4)均设置多排，多排所述第一喷淋架(2)并联设置在所述板坯(1)的一侧，多排所述第一喷淋架(2)用于对所述板坯(1)的一侧表面进行淬火，多排所述第二喷淋架(4)并联设置在所述板坯(1)的另一侧，多排所述第二喷淋架(4)用于对所述板坯(1)的另一侧表面淬火，多排所述第一喷淋架(2)和多排所述第二喷淋架(4)相对设置；
所述淬火扇形段还包括内弧结构和外弧结构，所述第一喷淋架(2)设置在所述内弧结构上，所述第二喷淋架(4)设置在所述外弧结构上；
所述第一喷淋架(2)包括第一喷嘴(6)，所述第一喷嘴(6)设置多个，多个所述第一喷嘴(6)沿所述板坯(1)的宽度方向均匀布置；
所述第二喷淋架(4)包括第二喷嘴(7)，所述第二喷嘴(7)设置多个，多个所述第二喷嘴(7)沿所述板坯(1)的宽度方向均匀布置。
3.根据权利要求2所述的一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统，其特征在于，
所述第一喷嘴(6)沿所述板坯(1)宽度方向的喷射角为60～120°，每排所述第一喷淋架(2)上相邻两个所述第一喷嘴(6)喷出的喷淋水在所述板坯(1)表面沿所述板坯(1)宽度方向的重叠宽度为0～70mm；
所述第二喷嘴(7)沿所述板坯(1)宽度方向的喷射角为60～120°,每排所述第二喷淋架(4)上相邻两个所述第二喷嘴(7)喷出的喷淋水在所述板坯(1)表面沿所述板坯(1)宽度方向的重叠宽度为0～70mm。
4.根据权利要求2所述的一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统，其特征在于，
所述淬火扇形段还包括第一铸辊(17)和第二铸辊，所述第一铸辊(17)和所述第二铸辊分别设置多个，多个所述第一铸辊(17)设置在所述板坯(1)的一侧，多个所述第一铸辊(17)沿所述板坯(1)拉坯方向依次布置，多个所述第二铸辊设置在所述板坯(1)的另一侧，多个所述第二铸辊沿所述板坯(1)拉坯方向依次布置，所述第一铸辊(17)和所述第二铸辊一一对应设置；
所述第一喷嘴(6)设置在相邻两个所述第一铸辊(17)之间，所述第一喷嘴(6)沿所述板坯(1)拉坯方向的喷射角的边线与相邻的所述第一铸辊(17)的外壁面相切；
所述第二喷嘴(7)设置在相邻两个所述第二铸辊之间，所述第二喷嘴(7)沿所述板坯(1)拉坯方向的喷射角的边线与相邻的所述第二铸辊的外壁面相切。
5.根据权利要求2所述的一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统，其特征在于，
所述第一喷嘴(6)的末端与所述板坯(1)靠近所述第一喷嘴(6)的一侧表面之间的垂直距离为90～200mm；
所述第二喷嘴(7)的末端与所述板坯(1)靠近所述第二喷嘴(7)的一侧表面之间的垂直距离为90～200mm。
6.根据权利要求2所述的一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统，其特征在于，
相邻两排所述第一喷淋架(2)上的所述第一喷嘴(6)互相交错布置，相邻两排所述第一喷淋架(2)上的所述第一喷嘴(6)沿所述板坯(1)宽度方向上的间隔距离大于或等于50mm，相邻两排所述第一喷淋架(2)上的所述第一喷嘴(6)沿所述板坯(1)宽度方向上的间隔距离小于或等于每排所述第一喷淋架(2)上的相邻两个所述第一喷嘴(6)间隔距离的一半；
相邻两排所述第二喷淋架(4)上的所述第二喷嘴(7)互相交错布置，相邻两排所述第二喷淋架(4)上的所述第二喷嘴(7)沿所述板坯(1)宽度方向上的间隔距离大于或等于50mm，相邻两排所述第二喷淋架(4)上的所述第二喷嘴(7)沿所述板坯(1)宽度方向上的间隔距离小于或等于每排所述第二喷淋架(4)上的相邻两个所述第二喷嘴(7)间隔距离的一半。
7.根据权利要求2所述的一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统，其特征在于，
所述基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统包括第一供水管(B)和第二供水管(C)，所述第一供水管(B)和多排所述第一喷淋架(2)连接，多排所述第一喷淋架(2)并联设置，所述第二供水管(C)和多排所述第二喷淋架(4)连接，多排所述第二喷淋架(4)并联设置；
所述基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统还包括第一截止阀(9)、第二截止阀(10)、第一调节阀(11)、第二调节阀(12)、第一流量计(13)、第二流量计(14)、第一压力计(15)和第二压力计(16)；
所述第一截止阀(9)、第一调节阀(11)、第一流量计(13)和第一压力计(15)设置在连接多排所述第一喷淋架(2)之前的所述第一供水管(B)上，所述第二截止阀(10)、第二调节阀(12)、第二流量计(14)和第二压力计(16)设置在连接多排所述第二喷淋架(4)之前的所述第二供水管(C)上。
8.一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火工艺，其特征在于，
对经压下扇形段进入如权利要求1至7任一项所述一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统中的板坯(1)进行淬火；
所述一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统包括淬火扇形段，所述淬火扇形段对所述板坯(1)表面进行淬火；
在所述淬火扇形段中淬火时，所述板坯(1)的表面皮下0～10mm范围内的温度从930℃以上降低至600℃以下。
9.一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火工艺，其特征在于，
所述板坯(1)表面的淬火时间大于或等于60s，所述板坯(1)表面的淬火层深度大于或等于10mm；
所述板坯(1)表面皮下0～10mm深度范围内的温度平均下降速度大于5℃/s。
10.一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火工艺，其特征在于，
所述淬火扇形段包括第一喷淋架(2)和第二喷淋架(4)，所述第一喷淋架(2)设置多排，多排所述第一喷淋架(2)并联设置在所述板坯(1)的一侧，所述第二喷淋架(4)设置多排，多排所述第二喷淋架(4)并联设置在所述板坯(1)的另一侧，多排所述第一喷淋架(2)和多排所述第二喷淋架(4)相对设置；
所述一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统包括第一供水管(B)、第二供水管(C)，所述第一供水管(B)和多排所述第一喷淋架(2)连接，所述第二供水管(C)和多排所述第二喷淋架(4)连接；
所述一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统根据所述板坯(1)的钢种和所述板坯(1)的拉速确定所述第一供水管(B)的流量和所述第二供水管(C)的流量，以调整多排所述第一喷淋架(2)和多排所述第二喷淋架(4)喷出的喷淋水流量；
所述一种基于连铸机水平段的板坯表面淬火系统控制所述第一供水管(B)的流量与所述第二供水管(C)的流量之间的比值小于或等于0.5。
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