CN116287664A - 一种基于能源循环利用的高速线材在线热处理设备及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于能源循环利用的高速线材在线热处理设备及工艺，属于金属线材制造及材料热处理、钢铁生产余热发电技术领域，设备包括在线热处理设备、余热回收系统和熔盐储能调峰发电系统；在线热处理设备包括从左向右依次通过盘条的快冷槽（1）、等温槽（3）、风冷控冷设备、清洗系统和烘干设备（14）；快冷槽（1）和等温槽（3）内均盛装有熔盐；快冷槽（1）下方设置有用于与快冷槽（1）循环熔盐的下槽体Ⅰ（2）；等温槽（3）下方设置有用于与等温槽（3）循环熔盐的下槽体Ⅱ（4）。本发明用于高速线材轧钢生产线上对盘条进行在线热处理，且对轧后余热进行回收并通过熔盐储能进行调峰发电，实现能源循环利用。

Description

一种基于能源循环利用的高速线材在线热处理设备及工艺
技术领域
本发明涉及一种基于能源循环利用的高速线材在线热处理设备及工艺，属于金属线材制造及材料热处理、钢铁生产余热发电技术领域。
背景技术
目前，国内外常规高速线材盘条经吐丝后在斯太尔摩线进行冷却来控制组织转变。随着我国经济的持续发展，汽车领域、交通领域发展日新月异，轻量化要求逐步提高，对高速线材的强度和塑韧性提出更高要求。高速线材在斯太尔摩冷却线往往通过调整风冷线长度、风机风量、辊道速度和保温罩等参数来调控盘条的微观组织、力学性能和同圈性能均匀性。斯太尔摩冷却线由于冷却能力不足，过共析钢和亚共析钢盘条在风冷辊道上会长时间分别处于二次网状碳化物和三次渗碳体析出温度区间，同时，由于冷却能力不足，同圈性能均匀性差，难以满足1960MPa以上级别桥索用钢、2200MPa以上级别超强钢绞线等更高强韧性要求高速线材的生产。
具体的，现有的高速线材冷却方法包括以下几种：（方/圆坯尺寸有多种，220mm×220mm为示例说明）：
1、钢厂离线盐浴：钢坯→轧制→吐丝→斯太尔摩冷却线冷却（风冷）→集卷→单/多丝放线→矫直→除鳞→加热→盐浴→清洗→集卷。
2、拉丝厂（钢厂下游）离线盐浴：①钢坯→轧制→吐丝→斯太尔摩冷却线冷却→集卷，②到拉丝厂后：单/多丝放线→除鳞/酸洗→加热→盐浴→清洗→拉丝→收线。
3、拉丝厂在线盐浴：①钢坯→轧制→吐丝（如15mm直径盘条）→斯太尔摩冷却线冷却（风冷）→集卷→单/多丝放线→除鳞→加热→盐浴→清洗→集卷，②到拉丝厂后：单/多丝放线→矫直→除鳞/酸洗→加热→盐浴→清洗→拉丝→收线。
中国专利202210328695.0公开了2200MPa级钢丝用盘条及其制造方法，但是，该专利采用高速线材轧制、斯太尔摩冷却、盐浴制备而成，工艺为风冷盘条再盐浴，即离线盐浴生产，同样存在工序多且复杂的问题。
国内兴澄特钢和鞍钢采用在线水浴处理，在一定程度上弥补了风冷线的不足，但盘条在线入水过程中表面气膜迅速形成，阻碍与水的对流，导致盘条冷却速度极不稳定，工艺极难控制，仍无法实现对盘条的等温索氏体相变控制，材料性能波动很大。
离线铅浴则需对盘条进行重新加热，工序繁琐，能耗和碳排放较高，线材表面残余铅及废铅液的排放处理费用高昂，同时生产过程中产生的铅烟、铅尘及挥发蒸汽有毒性，对人体和环境造成危害。
熔盐具有高比热容、高换热能力、稳定性好的物理属性，成为一种替代风冷、水冷的良好冷却/换热介质。国际上新日铁DLP和国内的青钢、宝钢、沙钢、济源等均采用熔盐作为冷却介质进行在线或离线盐浴处理。离线盐浴因需要对风冷盘条进行重新拆包、除鳞、放线、再热处理、收线等工序进行处理，导致其生产效率低、成材率低、成本高。
在能源利用方面，钢铁制造工艺流程中，仅有30%～50%的能量得到有效利用，剩余大量能量则以余热形式存在，回收潜力巨大。在炼铁、炼钢、烧结等工序，余热回收技术均有所应用，棒材冷床余热回收技术尚不成熟，线材轧后余热回收则未有应用。
国内外尚无成熟应用的轧线余热回收技术。常规轧后风冷线热源不稳定，盘条通过风机进行冷却，风能收集难度大、热量分散、温度低，导致余热波动大、热-水平衡难度大，同时低温回收的热量能源利用率极低，限制了轧后余热回收发展。如瑞典阿维斯特钢厂在板坯散热冷床上利用板坯热能的能源回收系统，锅炉供给的循环水通过冷床内衬管道被板坯热辐射加热至约85℃，这种类型的热回收系统，仅可获得低温蒸汽，能源利用率极低。
同时，现有技术中，熔盐储能技术则主要应用于太阳能光热电站，在钢铁领域未有应用。
另外，现有技术中，盐浴后的盘条或拉丝材存在表面残盐除不尽的问题，熔盐具有吸潮和腐蚀性，搭接处残盐清除不净会造成腐蚀加剧，下游制丝过程会断丝加剧，即表面残盐除不尽会加剧腐蚀。目前已知表面除盐的方法均为气吹+高压水喷淋方式。熔盐通过水喷淋后会凝固，增加喷淋除盐难度，同时盘条存在相互搭接处，气吹+高压水喷淋方式则无法清除搭接处残盐。
目前，钢厂对盘条进行离线盐浴后，在进行表面除盐时，会将盘条或钢丝矫直，从而便于清除直条钢丝残盐，但是存在盘条或钢丝表面易擦划伤的问题。
现有技术对盘条进行离线盐浴后，只采用气吹进行表面除盐，由于气吹除盐不尽，导致半年后盘条锈蚀严重。
现有技术采用气吹+高压水喷淋进行表面除盐，表面具有由于水渍形成的浅红锈，吹不干，锈蚀加剧。并且搭接处残盐造成腐蚀加剧。
目前缺乏一种生产效率高、液面稳定和温度均匀性高、高效表面除盐、换热效率高、轧后余热回收、绿色低碳、能源循环利用、熔盐储能调峰发电一体化设备，既能在线热处理有效提高高速线材微观组织、力学性能和同圈性能均匀性，又能实现余热回收进行能源循环利用和储能调峰发电。
鉴于目前斯太尔摩线冷却能力不足、水浴处理冷却速度波动大、离线铅浴环保限制、离线盐浴生产效率低、成材率低、成本高、表面除盐不尽等问题，本发明提出了一种基于能源循环利用的高速线材在线热处理设备及工艺，目的在于通过对盘条进行在线快速冷却淬火-等温-控冷-清洗，抑制过共析钢二次网状碳化物和亚共析钢三次渗碳体析出，实现对盘条的索氏体/贝氏体处理，不仅实现高速线材在线生产效率高、表面质量好、强度高、塑性好、韧性好、同圈力学性能均匀性好目的，而且实现轧后余热回收用于熔盐储能调峰发电，达到绿色低碳、能源循环利用的目的。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种基于能源循环利用的高速线材在线热处理设备，由在线热处理设备、余热回收系统、熔盐储能发电系统耦合组成，采用上述设备，吐丝后盘条进入在线热处理设备进行在线快速冷却淬火-等温-控冷-清洗，可有效抑制过共析钢二次网状碳化物和亚共析钢三次渗碳体析出，实现对盘条的索氏体/贝氏体处理、组织均匀性和表面质量控制；升温后盐浴用熔盐通过余热回收系统，实现对轧后余热回收；余热回收系统回收的热量通过熔盐储能发电系统储存和释放，实现熔盐储能调峰发电。
同时，本发明提供了一种基于能源循环利用的高速线材在线热处理的工艺，具有低成本、绿色低碳、能量循环利用的优点，不仅实现高速线材在线生产效率高、表面质量好、强度高、塑性好、韧性好、同圈力学性能均匀性好目的，而且实现轧后余热回收用于熔盐储能调峰发电，达到绿色低碳、能源循环利用的目的。
同时，本发明提供一种基于能源循环利用的高速线材在线热处理的工艺获得的盘条。
同时，本发明提供了上述盘条在贝氏体冷镦钢、弹簧钢、工具钢、轴承钢、桥梁缆索、钢绞线、胎圈帘线、切割丝、金刚线中的应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于能源循环利用的高速线材在线热处理设备及工艺，用于高速线材轧钢生产线上对盘条进行在线热处理，且对轧后余热进行回收并通过熔盐储能进行调峰发电，实现能源循环利用。
一种基于能源循环利用的高速线材在线热处理设备，包括在线热处理设备、余热回收系统和熔盐储能调峰发电系统；在线热处理设备包括熔盐、输送辊道、快冷槽、等温槽、风冷控冷设备、清洗系统、烟气收集系统、盐水分离系统，熔盐盛放于快冷槽、等温槽，烟气收集系统管道位于快冷槽、等温槽、风冷控冷设备、清洗系统上方，盐水分离系统与清洗系统相连接；余热回收系统包括熔盐、盐-盐换热器；熔盐储能发电系统包括熔盐、低温储罐、余热锅炉、中间储罐、熔盐炉、高温储罐、过热器、蒸发器、预热器。
具体地，在线热处理设备包括从左向右依次通过盘条的快冷槽、等温槽、风冷控冷设备、清洗系统和烘干设备；
快冷槽和等温槽内均盛装有熔盐；
快冷槽下方设置有用于与快冷槽循环熔盐的下槽体Ⅰ；等温槽下方设置有用于与等温槽循环熔盐的下槽体Ⅱ；
余热回收系统包括用于与下槽体Ⅰ和下槽体Ⅱ中的熔盐换热的盐-盐换热器；
盐-盐换热器中换热后的熔盐流向熔盐储能调峰发电系统。
快冷槽、等温槽、风冷控冷设备和清洗系统的上方设置有烟气收集系统。
盐水分离系统与清洗系统连接；清洗系统包括从左向右依次设置的清洗喷嘴Ⅰ、环形气刀Ⅲ、阶梯型水槽、环形气刀Ⅳ、清洗喷嘴Ⅱ和环形气刀Ⅴ；风冷控冷设备包括位于等温槽和清洗系统之间的环形气刀Ⅰ和环形气刀Ⅱ。
熔盐储能调峰发电系统包括用于储存盐-盐换热器中升温后的熔盐的中间储罐，中间储罐与高温储罐相连，高温储罐中的熔盐为发电设备供热，供热后的熔盐储存于低温储罐中；低温储罐内的熔盐回流至盐-盐换热器壳程和中间储罐中。
快冷槽的熔盐温度为250~600℃，快冷槽的冷却速率至少为30℃/s；等温槽的熔盐温度为400~585℃。
阶梯型水槽内部设置有辊道，辊道设置2~7个跌落段，前一跌落段尾部与后一跌落段头部水平投影重叠距离为100mm~1500mm，每个跌落段形成一个阶梯型，每个跌落段包括从左到右依次设置的倾斜向上延伸的3~20个辊、跌落高度为100mm~500mm、倾斜角度为10°~60°、辊间距为50mm~400mm；阶梯型水槽内设置有超声波振动设备。
一种基于能源循环利用的高速线材在线热处理工艺，包括以下步骤：
S01，盐浴快速冷却：吐丝后盘条温度为800~1050℃，进入快冷槽中250~600℃熔盐进行快速冷却淬火，淬火时间4~40s；
S02，盐浴等温：将快速冷却淬火盘条进入等温槽中400~585℃熔盐进行等温转变，等温时间为30~400s；
S03，控冷：盘条出等温槽后，通过环形气刀Ⅰ中200~550℃热风吹扫，热风吹扫时间为5~20s，再通过环形气刀Ⅱ中压缩空气吹扫，压缩空气吹扫时间为5~30s；
S04，清洗：控冷后盘条进入清洗系统，通过清洗喷嘴Ⅰ清除表面残盐，然后通过环形气刀Ⅲ吹扫，依次进入阶梯型水槽清除盘条表面残盐，再通过环形气刀Ⅳ、清洗喷嘴Ⅱ清除表面盐水，再通过环形气刀Ⅴ清除残盐水；
S05，烘干：清洗后的盘条进入烘干设备烘干后，集卷获得成品；
S06，盐浴用熔盐走盐-盐换热器管程放热：快冷槽和等温槽中升温至430~610℃的熔盐先溢流至下槽体Ⅰ和下槽体Ⅱ中，再通过管道进入盐-盐换热器，走盐-盐换热器管程进行放热，放热后循环至下槽体Ⅰ和下槽体Ⅱ中；
S07，余热回收系统吸热：230~350℃的冷却盐从熔盐储能调峰发电系统的低温储罐中进入盐-盐换热器的壳程，盐-盐换热器的壳程冷却盐吸收盐-盐换热器的管程的高温熔盐热量，盐-盐换热器的壳程冷却盐吸热温度升至400~585℃后，回到熔盐储能调峰发电系统完成热量回收；
S08，熔盐储能调峰发电工艺：
谷电时段储热：盐-盐换热器的壳程冷却盐吸热温度升至400~585℃后回到熔盐储能调峰发电系统的中间储罐，中间储罐熔盐进入熔盐炉加热至550~600℃后进入高温储罐储存热量；
峰电时段放热：峰电时段将高温储罐550~600℃熔盐中的热量转化为高温蒸汽进入发电设备发电，熔盐温度降至230~350℃后进入低温储罐循环，起到调峰发电作用。
熔盐由硝酸钾、硝酸钠、硝酸锂、硝酸钙、硝酸银、亚硝酸钾、亚硝酸钠中的两种或两种以上构成的冷却介质/传热介质，盐浴用熔盐中含水量不超过1wt.%。
本发明的工艺获得的盘条。
本发明的盘条在贝氏体冷镦钢、弹簧钢、工具钢、轴承钢、桥梁缆索、钢绞线、胎圈帘线、切割丝、金刚线中的应用。
本发明的原料盘条为92Si、97Si、Y10B21和55SiCrA，其成分如下表1，表1中余量的成分均为Fe。
表1盘条成分表
Figure SMS_1
本发明的盘条盐浴后组织（以索氏体组织为例）见下表2。
表2盐浴后组织
Figure SMS_2
本发明盐浴后盘条力学性能（以索氏体组织为例）见下表3。
表3盐浴后盘条力学性能
Figure SMS_3
本发明具有如下技术效果或优点：
本发明公开了一种基于能源循环利用的高速线材在线热处理设备及工艺，用于高速线材轧钢生产线上对盘条进行在线热处理，且对轧后余热进行回收并通过熔盐储能进行调峰发电，实现能源循环利用。
本发明的在线盐浴工艺为：连铸坯（220mm×220mm方坯）→轧制→吐丝（15mm直径盘条）→盐浴→清洗→集卷，具有生产效率高、流程短、可省去放线、抛丸除磷、再加热、收线多个工序，真正实现绿色低碳、高效生产。
本发明的一种基于能源循环利用的高速线材在线热处理设备能够实现对盘条的索氏体/贝氏体处理，提升索氏体/贝氏体组织比例，削弱或消除异常组织风险，用以生产贝氏体冷镦钢、弹簧钢、工具钢、轴承钢、桥梁缆索、钢绞线、胎圈帘线、切割丝、金刚线等用途盘条，利用快冷槽和等温槽热量集中和盐-盐高效换热优势实现轧后余热回收，余热回收的热量通过熔盐储能调峰发电系统，在谷电时段储热、峰电时段放热进行调峰发电，不仅实现高速线材在线生产效率高、表面质量好、强度高、塑性好、韧性好、同圈力学性能均匀性好目的，而且实现轧后余热回收用于熔盐储能调峰发电，达到绿色低碳、能源循环利用的目的。
本发明采用气刀+冲洗+阶梯型水槽+超声震荡洗进行清洗盘条，确保盘条搭接处也可清洗干净。
本发明适合盘条吐丝后直接进行盐浴处理、轧后余热回收及熔盐储能调峰发电，整体结构设计合理，在线热处理连续式设备熔盐循环、流速、液面、温度、流场等参数可调控，有效保证了盐浴快冷槽、盐浴等温槽内冷却介质/传热介质的液面稳定性、温度均匀性和精度，风冷控冷设备有效保证了盘条控制冷却能力，清洗设备有效保证了盘条表面质量，盐浴快冷槽和盐浴等温槽热量集中，有效保证了余热回收，利用熔盐进行热量储存和释放，有效保证了余热回收热量进行储能调峰发电。
本发明的盐浴快冷可以有效控制过共析钢二次网状碳化物和亚共析钢三次渗碳体析出、有效控制过共析钢和亚共析钢盘条奥氏体向索氏体/贝氏体转变，盐浴等温可以有效控制过共析钢和亚共析钢未转变奥氏体向索氏体/贝氏体转变，风冷控冷设备可以有效控制过共析钢和亚共析钢相变后组织均匀性，最后盘条经清洗除掉表面熔盐并烘干水分后，从而实现对盘条表面质量、组织性能均匀性的有效调控目的。
现有的常规风冷盘条组织为（以索氏体组织为例）：片层间距~120μm，索氏体化率80~90%，同圈性能均匀性~80MPa，而本发明热处理后的盘条微观组织图，片层间距~80μm，索氏体化率≥95%，同圈性能均匀性~30MPa。
现有的常规风冷盘条力学性能（以索氏体组织为例）：常规风冷盘条抗拉强度1400MPa，面缩30%，下游制丝后可达1960MPa级及以下；而本发明热处理后的盘条抗拉强度1512MPa，面缩35%；下游制丝后可达2200MPa级及以上。
附图说明
图1为本发明的基于能源循环利用的高速线材在线热处理设备的结构示意图；
图2为本发明实施例1获得的回火屈氏体+回火马氏体+残余奥氏体组织图；
图3为本发明实施例2获得的贝氏体组织图；
图4为本发明实施例3获得的贝氏体组织图；
图5为本发明实施例4获得的索氏体组织图；
图6为本发明的基于能源循环利用的高速线材在线热处理工艺图；
图7为本发明实施例2的设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
如图1和图7所示，一种基于能源循环利用的高速线材在线热处理设备，包括在线热处理设备、余热回收系统和熔盐储能调峰发电系统；
在线热处理设备包括从左向右依次通过盘条的快冷槽1、等温槽3、风冷控冷设备、清洗系统和烘干设备14；
快冷槽1和等温槽3内均盛装有熔盐；
快冷槽1下方设置有用于与快冷槽1循环熔盐的下槽体Ⅰ2；等温槽3下方设置有用于与等温槽3循环熔盐的下槽体Ⅱ4；
余热回收系统包括用于与下槽体Ⅰ2和下槽体Ⅱ4中的熔盐换热的盐-盐换热器15；
盐-盐换热器15中换热后的熔盐流向熔盐储能调峰发电系统。
快冷槽1、等温槽3、风冷控冷设备和清洗系统的上方设置有烟气收集系统5。
盐水分离系统24与清洗系统连接；清洗系统包括从左向右依次设置的清洗喷嘴Ⅰ8、环形气刀Ⅲ9、阶梯型水槽10、环形气刀Ⅳ11、清洗喷嘴Ⅱ12和环形气刀Ⅴ13；风冷控冷设备包括位于等温槽3和清洗系统之间的环形气刀Ⅰ6和环形气刀Ⅱ7。
熔盐储能调峰发电系统包括用于储存盐-盐换热器15中升温后的熔盐的中间储罐16，中间储罐16与高温储罐18相连，高温储罐18中的熔盐为发电设备供热，供热后的熔盐储存于低温储罐22中；低温储罐22内的熔盐回流至盐-盐换热器15的壳程和中间储罐16中。
快冷槽1的冷却速率为30℃/s。
阶梯型水槽10内部设置有辊道，辊道设置2个跌落段，前一跌落段尾部与后一跌落段头部水平投影重叠距离为100mm，每个跌落段形成一个阶梯型，每个跌落段包括从左到右依次设置的倾斜向上延伸的3个辊、跌落高度为100mm、倾斜角度为60°、辊间距为50mm；阶梯型水槽10内设置有超声波振动设备。
一种基于能源循环利用的高速线材在线热处理工艺，包括以下步骤：
e，吐丝后盘条加热熔盐：吐丝后盘条温度为800℃，进入快冷槽1中250℃熔盐进行快速冷却，淬火时间4s，盘条加热熔盐，熔盐温升180℃；
f，等温段盘条加热熔盐：快速冷却淬火盘条进入等温槽3中400℃熔盐进行等温转变，等温时间为30s，盘条加热此段熔盐，熔盐温升210℃；
g，控冷：盘条出等温槽3后，通过环形气刀Ⅰ6中200℃热风吹扫，热风吹扫时间为5s，再通过环形气刀Ⅱ7中压缩空气吹扫，压缩空气吹扫时间为5s；
h，清洗：控冷后盘条进入清洗系统，通过清洗喷嘴Ⅰ8清除表面残盐，然后通过环形气刀Ⅲ9吹扫，依次进入阶梯型水槽10清除盘条表面残盐，再通过环形气刀Ⅳ11、清洗喷嘴Ⅱ12清除表面盐水，再通过环形气刀Ⅴ13清除残盐水；
i，烘干：清洗后的盘条进入烘干设备14烘干后，集卷获得成品；
j，盐浴用熔盐走盐-盐换热器15管程放热：快冷槽1和等温槽3中分别升温至430℃和610℃的熔盐先溢流至下槽体Ⅰ2和下槽体Ⅱ4中，再通过管道进入盐-盐换热器15，走盐-盐换热器15管程进行放热，放热后循环至下槽体Ⅰ2和下槽体Ⅱ4中；
k，余热回收系统吸热：230℃的冷却盐从熔盐储能调峰发电系统的低温储罐22中进入盐-盐换热器15的壳程，盐-盐换热器15的壳程冷却盐吸收盐-盐换热器15的管程的高温熔盐热量，盐-盐换热器15的壳程冷却盐吸热温度升至400℃后，回到熔盐储能调峰发电系统完成热量回收；
l，熔盐储能调峰发电工艺：谷电时段储热：盐-盐换热器15的壳程冷却盐吸热温度升至400℃后回到熔盐储能调峰发电系统的中间储罐16，中间储罐16熔盐进入熔盐炉17加热至550℃后进入高温储罐18储存热量；
峰电时段放热：峰电时段将高温储罐18的550℃熔盐中的热量转化为高温蒸汽进入发电设备发电，熔盐温度降至230℃后进入低温储罐22循环，起到调峰发电作用。
本实施例的工艺为淬火-回火工艺，快冷槽1熔盐温度250℃，等温槽3熔盐温度为400℃。本实施例设计35万吨/年，出钢量约120t/h，年运行约2640h。线材冷却时，经盐浴段进行等温热处理，可生产高强度钢材，同时可产生显热2.59×107kJ/h热量，按回收70%热量计，初步预测可回收1.81×107kJ/h热量，并通过耦合熔盐储热系统进行发电。
熔盐由硝酸钾、硝酸钠、硝酸锂、硝酸钙、硝酸银、亚硝酸钾、亚硝酸钠中的两种或两种以上构成的冷却介质/传热介质，盐浴用熔盐中含水量为1wt.%。
如图2和图6所示，本实施例工艺为淬火-回火工艺，得到的组织为回火屈氏体+回火马氏体+残余奥氏体，组织照片如图2所示，原料为55SiCrA，同圈性能均匀性约50MPa。抗拉强度1989MPa，断面收缩率47%。
本实施例的盘条在弹簧钢、工具钢、轴承钢、桥梁缆索、钢绞线、胎圈帘线、切割丝、金刚线中的应用。
实施例2
如图7所示，一种基于能源循环利用的高速线材在线热处理设备，包括快冷槽1，下槽体Ⅰ2，等温槽3，下槽体Ⅱ4，烟气收集系统5，环形气刀Ⅰ6，环形气刀Ⅱ7，清洗喷嘴Ⅰ8，环形气刀Ⅲ9，阶梯型水槽10，环形气刀Ⅳ11，清洗喷嘴Ⅱ12，环形气刀Ⅴ13，烘干设备14，盐-盐换热器15，中间储罐16，熔盐炉17，高温储罐18，过热器19，蒸发器20，预热器21，低温储罐22，汽包23和盐水分离系统24。
本实施例的一种基于能源循环利用的高速线材在线热处理设备，包括在线热处理设备、余热回收系统和熔盐储能调峰发电系统；
在线热处理设备包括从左向右依次通过盘条的快冷槽1、等温槽3、环形气刀Ⅰ6、环形气刀Ⅱ7、清洗喷嘴Ⅰ8、环形气刀Ⅲ9、阶梯型水槽10、环形气刀Ⅳ11、清洗喷嘴Ⅱ12、环形气刀Ⅴ13和烘干设备14；
快冷槽1和等温槽3内均盛装有熔盐；
快冷槽1下方设置有用于与快冷槽1循环熔盐的下槽体Ⅰ2；等温槽3下方设置有用于与等温槽3循环熔盐的下槽体Ⅱ4；
余热回收系统包括用于与下槽体Ⅰ2和下槽体Ⅱ4中的熔盐换热的盐-盐换热器15，盐-盐换热器15包括用于盐浴用熔盐放热走盐的管程和用于盛装冷却盐的壳程；升温后的下槽体Ⅰ2和下槽体Ⅱ4中的熔盐走盐-盐换热器15管程放热，盐-盐换热器15壳程冷却盐吸收盐-盐换热器15管程高温熔盐热量，盐-盐换热器15壳程冷却盐吸热温度升高后回到熔盐储能调峰发电系统完成热量回收；
快冷槽1和等温槽3的上方设置有烟气收集系统5。
盐水分离系统24位于阶梯型水槽10的下方并与阶梯型水槽10相连接。
熔盐储能调峰发电系统包括用于储存盐-盐换热器15壳程升温后的熔盐的中间储罐16，中间储罐16与熔盐炉17相连，中间储罐16中的熔盐经熔盐炉17升温后进入高温储罐18，高温储罐18中的熔盐经过过热器19和蒸发器20后，水吸热后变为高温蒸汽并进入汽包23直接发电，过热器19和蒸发器20之间设置有汽包23，供热后的熔盐经过预热器21储存于低温储罐22；低温储罐22内的熔盐回流至盐-盐换热器15的壳程和中间储罐16中。
快冷槽1的熔盐温度为400℃，快冷槽1的冷却速率为50℃/s；等温槽3的熔盐温度为585℃。
如图7所示，阶梯型水槽10内部设置有辊道，辊道设置7个跌落段并形成阶梯型；前一跌落段尾部与后一跌落段头部水平投影重叠距离为1500mm，每个跌落段形成一个阶梯型，每个跌落段包括从左到右依次设置的倾斜向上延伸的20个辊、跌落高度为500mm、倾斜角度为30°、辊间距为400mm；阶梯型水槽10内设置有超声波振动设备。
优选地，盐浴快冷辊道、盐浴等温辊道、风冷控冷辊道、清洗辊道均采用316L不锈钢材质，辊身长1540mm，辊径120mm，辊间距253mm。
优选的，盐浴快冷辊道、盐浴等温辊道、风冷控冷辊道、清洗辊道均可变速调节，辊道速度为0.01m/s。
优选的，快冷槽1、下槽体Ⅰ2、等温槽3、下槽体Ⅱ4与熔盐接触部件均采用316L、347H材质，厚度为5mm。
优选的，盐浴快冷槽内熔盐泵用于调控快冷槽1和下槽体Ⅰ2熔盐循环、流速、液面、温度、流场等参数。
优选的，盐浴等温槽内熔盐泵用于调控等温槽3和下槽体Ⅱ4熔盐循环、流速、液面、温度、流场等参数。
优选的，盐浴用熔盐量在100t。
优选的，风冷控冷设备可实现盘条出盐槽后慢冷控制，冷速为3℃/s。
优选的，清洗系统可实现盘条残盐清除，盐水循环利用。
优选的，烟气收集系统5可实现盐雾冷凝循环利用，含盐水进入清洗系统循环使用。
优选的，盐水分离系统24利用高温余热实现盐结晶析出重复利用和水蒸汽排入清洗系统循环使用。
优选的，盐-盐换热器15的换热面积为100m2。
优选的，盐-盐换热器15与下槽体Ⅰ2、下槽体Ⅱ4连接处管道设置有滤网，可机械过滤氧化铁皮，实现氧化铁皮集中收集。
优选的，熔盐储能调峰发电系统可利用煤气进行加热储能，提升熔盐储能系统调峰发电调节能力。
优选的，熔盐储能调峰发电系统用熔盐量在500t。
优选的，高温储罐18、中间储罐16与熔盐接触部件均采用347H材质，厚度为5mm。
一种基于能源循环利用的高速线材在线热处理工艺，包括以下步骤：
e，吐丝后盘条加热熔盐：吐丝后盘条温度为1050℃，进入快冷槽1中400℃熔盐进行快速冷却，淬火时间40s，盘条加热熔盐，熔盐温升200℃；
f，等温段盘条加热熔盐：快速冷却淬火盘条进入等温槽3中585℃熔盐进行等温转变，等温时间为400s，盘条加热此段熔盐，熔盐温升10℃；
g，控冷：盘条出等温槽3后，通过环形气刀Ⅰ6中550℃热风吹扫，热风吹扫时间为20s，再通过环形气刀Ⅱ7中压缩空气吹扫，压缩空气吹扫时间为30s；
h，清洗：控冷后盘条进入清洗系统，通过清洗喷嘴Ⅰ8清除表面残盐，然后通过环形气刀Ⅲ9吹扫，依次进入阶梯型水槽10清除盘条表面残盐，再通过环形气刀Ⅳ11、清洗喷嘴Ⅱ12清除表面盐水，再通过环形气刀Ⅴ13清除残盐水；
i，烘干：清洗后的盘条进入烘干设备14烘干后，集卷获得成品；
j，盐浴用熔盐走盐-盐换热器15管程放热：快冷槽1和等温槽3中升温分别至600℃和595℃的熔盐先溢流至下槽体Ⅰ2和下槽体Ⅱ4中，再通过管道进入盐-盐换热器15，走盐-盐换热器15管程进行放热，放热后循环至下槽体Ⅰ2和下槽体Ⅱ4中；
k，余热回收系统吸热：350℃的冷却盐从熔盐储能调峰发电系统的低温储罐22中进入盐-盐换热器15的壳程，盐-盐换热器15的壳程冷却盐吸收盐-盐换热器15的管程的高温熔盐热量，盐-盐换热器15的壳程冷却盐吸热温度升至585℃后，回到熔盐储能调峰发电系统完成热量回收；
l，熔盐储能调峰发电工艺：谷电时段储热：盐-盐换热器15的壳程冷却盐吸热温度升至585℃后回到熔盐储能调峰发电系统的中间储罐16，中间储罐16熔盐进入熔盐炉17加热至600℃后进入高温储罐18储存热量；
峰电时段放热：峰电时段将高温储罐18的600℃熔盐中的热量转化为高温蒸汽进入发电设备发电，熔盐温度降至350℃后进入低温储罐22循环，起到调峰发电作用。
熔盐由硝酸钾、硝酸钠、硝酸锂、硝酸钙、硝酸银、亚硝酸钾、亚硝酸钠中的两种或两种以上构成的冷却介质/传热介质，盐浴用熔盐中含水量为0.5wt.%。
本实施例的工艺为贝氏体工艺，得到的组织为贝氏体组织，组织照片如图3所示，原料为Y10B21，快冷槽1温度400℃，等温槽3温度为585℃。本实施例的盘条在贝氏体冷镦钢中的应用。
实施例3
本实施例的设备与实施例2的设备区别仅在于：
阶梯型水槽10内部设置有辊道，辊道设置5个跌落段，前一跌落段尾部与后一跌落段头部水平投影重叠距离为500mm，每个跌落段形成一个阶梯型，每个跌落段包括从左到右依次设置的倾斜向上延伸的10个辊、跌落高度为300mm、倾斜角度为10°、辊间距为60mm。
快冷槽1的熔盐温度为405℃，等温槽3的熔盐温度为400℃。
盐浴快冷辊道、盐浴等温辊道、风冷控冷辊道、清洗辊道均可变速调节，辊道速度为1m/s。
快冷槽1、下槽体Ⅰ2、等温槽3、下槽体Ⅱ4与熔盐接触部件均采用316L、347H材质，厚度为20mm。
盐浴用熔盐量在500t。
风冷控冷设备可实现盘条出盐槽后慢冷控制，冷速为15℃/s。
盐-盐换热器15的换热面积为500m2。
熔盐储能调峰发电系统用熔盐量在3000t。
高温储罐18、中间储罐16与熔盐接触部件均采用347H材质，厚度为20mm。
一种基于能源循环利用的高速线材在线热处理工艺，包括以下步骤：
e，吐丝后盘条加热熔盐：吐丝后盘条温度为1000℃，进入快冷槽1中405℃熔盐进行快速冷却，淬火时间10s，盘条加热熔盐，熔盐温升150℃；
f，等温段盘条加热熔盐：快速冷却淬火盘条进入等温槽3中400℃熔盐进行等温转变，等温时间为100s，盘条加热此段熔盐，熔盐温升100℃；
g，控冷：盘条出等温槽3后，通过环形气刀Ⅰ6中300℃热风吹扫，热风吹扫时间为10s，再通过环形气刀Ⅱ7中压缩空气吹扫，压缩空气吹扫时间为10s；
h，清洗：控冷后盘条进入清洗系统，通过清洗喷嘴Ⅰ8清除表面残盐，然后通过环形气刀Ⅲ9吹扫，依次进入阶梯型水槽10清除盘条表面残盐，再通过环形气刀Ⅳ11、清洗喷嘴Ⅱ12清除表面盐水，再通过环形气刀Ⅴ13清除残盐水；
i，烘干：清洗后的盘条进入烘干设备14烘干后，集卷获得成品；
j，盐浴用熔盐走盐-盐换热器15管程放热：快冷槽1和等温槽3中分别升温至555℃和500℃的熔盐先溢流至下槽体Ⅰ2和下槽体Ⅱ4中，再通过管道进入盐-盐换热器15，走盐-盐换热器15管程进行放热，放热后循环至下槽体Ⅰ2和下槽体Ⅱ4中；
k，余热回收系统吸热：300℃的冷却盐从熔盐储能调峰发电系统的低温储罐22中进入盐-盐换热器15的壳程，盐-盐换热器15的壳程冷却盐吸收盐-盐换热器15的管程的高温熔盐热量，盐-盐换热器15的壳程冷却盐吸热温度升至500℃后，回到熔盐储能调峰发电系统完成热量回收；
l，熔盐储能调峰发电工艺：谷电时段储热：盐-盐换热器15的壳程冷却盐吸热温度升至500℃后回到熔盐储能调峰发电系统的中间储罐16，中间储罐16熔盐进入熔盐炉17加热至580℃后进入高温储罐18储存热量；
峰电时段放热：峰电时段将高温储罐18的580℃熔盐中的热量转化为高温蒸汽进入发电设备发电，熔盐温度降至300℃后进入低温储罐22循环，起到调峰发电作用。
熔盐由硝酸钾、硝酸钠、硝酸锂、硝酸钙、硝酸银、亚硝酸钾、亚硝酸钠中的两种或两种以上构成的冷却介质/传热介质，盐浴用熔盐中含水量为0.3wt.%。
本实施例的工艺为贝氏体工艺，得到的组织为贝氏体组织，组织照片如图4所示，原料为Y10B21，快冷槽1温度405℃，等温槽3温度为400℃。本实施例的盘条在贝氏体冷镦钢中的应用。
实施例4
本实施例与实施例3的区别仅在于：
一种基于能源循环利用的高速线材在线热处理工艺，包括以下步骤：
e，吐丝后盘条加热熔盐：吐丝后盘条温度为900℃，进入快冷槽1中600℃熔盐进行快速冷却，淬火时间15s，盘条加热熔盐，熔盐温升10℃；
f，等温段盘条加热熔盐：快速冷却淬火盘条进入等温槽3中545℃熔盐进行等温转变，等温时间为50s，盘条加热此段熔盐，熔盐温升10℃；
g，控冷：盘条出等温槽3后，通过环形气刀Ⅰ6中400℃热风吹扫，热风吹扫时间为15s，再通过环形气刀Ⅱ7中压缩空气吹扫，压缩空气吹扫时间为20s；
h，清洗：控冷后盘条进入清洗系统，通过清洗喷嘴Ⅰ8清除表面残盐，然后通过环形气刀Ⅲ9吹扫，依次进入阶梯型水槽10清除盘条表面残盐，再通过环形气刀Ⅳ11、清洗喷嘴Ⅱ12清除表面盐水，再通过环形气刀Ⅴ13清除残盐水；
i，烘干：清洗后的盘条进入烘干设备14烘干后，集卷获得成品；
j，盐浴用熔盐走盐-盐换热器15管程放热：快冷槽1和等温槽3中分别升温至610℃和555℃的熔盐先溢流至下槽体Ⅰ2和下槽体Ⅱ4中，再通过管道进入盐-盐换热器15，走盐-盐换热器15管程进行放热，放热后循环至下槽体Ⅰ2和下槽体Ⅱ4中；
k，余热回收系统吸热：300℃的冷却盐从熔盐储能调峰发电系统的低温储罐22中进入盐-盐换热器15的壳程，盐-盐换热器15的壳程冷却盐吸收盐-盐换热器15的管程的高温熔盐热量，盐-盐换热器15的壳程冷却盐吸热温度升至585℃后，回到熔盐储能调峰发电系统完成热量回收；
l，熔盐储能调峰发电工艺：谷电时段储热：盐-盐换热器15的壳程冷却盐吸热温度升至585℃后回到熔盐储能调峰发电系统的中间储罐16，中间储罐16熔盐进入熔盐炉17加热至600℃后进入高温储罐18储存热量；
峰电时段放热：峰电时段将高温储罐18的600℃熔盐中的热量转化为高温蒸汽进入发电设备发电，熔盐温度降至300℃后进入低温储罐22循环，起到调峰发电作用。
熔盐由硝酸钾、硝酸钠、硝酸锂、硝酸钙、硝酸银、亚硝酸钾、亚硝酸钠中的两种或两种以上构成的冷却介质/传热介质，盐浴用熔盐中含水量为0.6wt.%。
本实施例的工艺为索氏体工艺，得到的组织为索氏体组织，图5为对应组织照片，索氏体化率95%，片层间距75nm，网状碳化物1.0级，同圈性能均匀性约30MPa，抗拉强度1512MPa，面缩35%；下游制丝后可达2200MPa级及以上，原料为92Si，快冷槽1温度600℃，等温槽3温度为545℃。本实施例的盘条在弹簧钢、工具钢、轴承钢、桥梁缆索、钢绞线、胎圈帘线、切割丝、金刚线中的应用。
实施例5
本实施例与实施例4的区别仅在于：原料为97Si，索氏体化率96%，片层间距79nm，网状碳化物1.0级，同圈性能均匀性约30MPa，抗拉强度1585MPa，面缩31%；下游制丝后可达2300MPa级及以上。
下表4为本发明实施例1~实施例5获得的盐浴后盘条组织表。
表4 实施例1~实施例5获得的盐浴后盘条组织
Figure SMS_4
下表5为本发明实施例1~实施例5获得的盐浴后盘条力学性能表。
表5 实施例1~实施例5获得的盐浴后盘条力学性能
Figure SMS_5
同圈力学波动范围测试方法：距盘卷端部5m取2圈盘条，以搭接区域位置为基点，将每圈盘条平均等分为8段，在每段上各取1个拉伸试样，所取拉伸试样经拉伸测试后的强度极差即为盘条同圈差，拉伸测试采用《GB-T 228.1-2021金属材料 拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行测试。
抗拉强度和断面收缩率均由上述拉伸测试获得。
本发明实施例1~实施例5获得的盐浴后盘条，搭接处也能实现高效表面除盐，处理后的盘条无表面腐蚀现象出现。
实施例6
本实施例与实施例1的区别仅在于：水槽为现有的水槽，无跌落段；本实施例获得的盘条搭接处残盐除不尽，半年后腐蚀加剧。
应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于能源循环利用的高速线材在线热处理设备，其特征在于，包括在线热处理设备、余热回收系统和熔盐储能调峰发电系统；
在线热处理设备包括从左向右依次通过盘条的快冷槽（1）、等温槽（3）、风冷控冷设备、清洗系统和烘干设备（14）；
快冷槽（1）和等温槽（3）内均盛装有熔盐；
快冷槽（1）下方设置有用于与快冷槽（1）循环熔盐的下槽体Ⅰ（2）；等温槽（3）下方设置有用于与等温槽（3）循环熔盐的下槽体Ⅱ（4）；
余热回收系统包括用于与下槽体Ⅰ（2）和下槽体Ⅱ（4）中的熔盐换热的盐-盐换热器（15）；
盐-盐换热器（15）中换热后的熔盐流向熔盐储能调峰发电系统；
清洗系统与盐水分离系统（24）连接；清洗系统包括从左向右依次设置的清洗喷嘴Ⅰ（8）、环形气刀Ⅲ（9）、阶梯型水槽（10）、环形气刀Ⅳ（11）、清洗喷嘴Ⅱ（12）和环形气刀Ⅴ（13）；风冷控冷设备包括位于等温槽（3）和清洗系统之间的环形气刀Ⅰ（6）和环形气刀Ⅱ（7）；
阶梯型水槽（10）内部设置有辊道，辊道设置2~7个跌落段，前一跌落段尾部与后一跌落段头部水平投影重叠距离为100mm~1500mm，每个跌落段形成一个阶梯型，每个跌落段包括从左到右依次设置的倾斜向上延伸的3~20个辊、跌落高度为100mm~500mm、倾斜角度为10°~60°、辊间距为50mm~400mm；阶梯型水槽（10）内设置有超声波振动设备。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，快冷槽（1）、等温槽（3）、风冷控冷设备和清洗系统的上方设置有烟气收集系统（5）。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，熔盐储能调峰发电系统包括用于储存盐-盐换热器（15）中升温后的熔盐的中间储罐（16），中间储罐（16）与高温储罐（18）相连，高温储罐（18）中的熔盐为发电设备供热，供热后的熔盐储存于低温储罐（22）中；低温储罐（22）内的熔盐回流至盐-盐换热器（15）的壳程和中间储罐（16）中。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，快冷槽（1）的熔盐温度为250~600℃，快冷槽（1）的冷却速率至少为30℃/s；等温槽（3）的熔盐温度为400~585℃。
5.根据权利要求1~4任意一项所述的一种基于能源循环利用的高速线材在线热处理设备的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S01，盐浴快速冷却：吐丝后盘条温度为800~1050℃，进入快冷槽（1）中250~600℃熔盐进行快速冷却淬火，淬火时间4~40s；
S02，盐浴等温：将快速冷却淬火盘条进入等温槽（3）中400~585℃熔盐进行等温转变，等温时间为30~400s；
S03，控冷：盘条出等温槽（3）后，通过环形气刀Ⅰ（6）中200~550℃热风吹扫，热风吹扫时间为5~20s，再通过环形气刀Ⅱ（7）中压缩空气吹扫，压缩空气吹扫时间为5~30s；
S04，清洗：控冷后盘条进入清洗系统，通过清洗喷嘴Ⅰ（8）清除表面残盐，然后通过环形气刀Ⅲ（9）吹扫，依次进入阶梯型水槽（10）清除盘条表面残盐，再通过环形气刀Ⅳ（11）、清洗喷嘴Ⅱ（12）清除表面盐水，再通过环形气刀Ⅴ（13）清除残盐水；
S05，烘干：清洗后的盘条进入烘干设备（14）烘干后，集卷获得成品；
S06，盐浴用熔盐走盐-盐换热器（15）管程放热：快冷槽（1）和等温槽（3）中升温至430~610℃的熔盐先溢流至下槽体Ⅰ（2）和下槽体Ⅱ（4）中，再通过管道进入盐-盐换热器（15），走盐-盐换热器（15）管程进行放热，放热后循环至下槽体Ⅰ（2）和下槽体Ⅱ（4）中；
S07，余热回收系统吸热：230~350℃的冷却盐从熔盐储能调峰发电系统的低温储罐（22）中进入盐-盐换热器（15）的壳程，盐-盐换热器（15）的壳程冷却盐吸收盐-盐换热器（15）的管程的高温熔盐热量，盐-盐换热器（15）的壳程冷却盐吸热温度升至400~585℃后，回到熔盐储能调峰发电系统完成热量回收；
S08，熔盐储能调峰发电工艺：
谷电时段储热：盐-盐换热器（15）的壳程冷却盐吸热温度升至400~585℃后回到熔盐储能调峰发电系统的中间储罐（16），中间储罐（16）熔盐进入熔盐炉（17）加热至550~600℃后进入高温储罐（18）储存热量；
峰电时段放热：峰电时段将高温储罐（18）550~600℃熔盐中的热量转化为高温蒸汽进入发电设备发电，熔盐温度降至230~350℃后进入低温储罐（22）循环，起到调峰发电作用。
6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，熔盐由硝酸钾、硝酸钠、硝酸锂、硝酸钙、硝酸银、亚硝酸钾、亚硝酸钠中的两种或两种以上构成的冷却介质/传热介质，盐浴用熔盐中含水量不超过1wt.%。
7.根据权利要求5或6所述的工艺获得的盘条。
8.根据权利要求7所述的盘条在贝氏体冷镦钢、弹簧钢、工具钢、轴承钢、桥梁缆索、钢绞线、胎圈帘线、切割丝、金刚线中的应用。
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