连铸机中表面热处理的方法及装置

本发明涉及在连铸机中进行表面热处理的方法，也涉及实施该方法的装置。按照本发明的方法和装置用于治金领域，特别是用于连续铸造机中，对正在送进的钢坯进行连续的受控冷却。

本发明用于处理具有方、圆、矩形或多边形横截面且由细晶粒结构钢构成的方坯、钢坯或板坯。

在下文中为描述方便只使用“钢坯”一词，但实际也指具有上述任意横截面的方坯和板坯等。

本发明最好但又不只用于处理下述钢种：结构钢，冷处理钢，锻造用钢，渗碳钢，淬火和回火钢以及表面硬化钢。

另外，本发明特别用于具有可析出的铝成分的钢。

连铸设备使用在将钢坯送入热装料的炉中之前对运行中的钢坯进行淬火操作的技术。

在连铸设备中的这种淬火操作是在剪切组件下游进行的，剪切组件例如可包括剪切装置或氧割炬，这取决于钢坯的厚度；这种剪切组件安装在设备的拔出和调直段的下游。

但是，上述淬火操作由于到达淬火工位的钢坯温度太低而有一系列缺点。

另外，在现有技术的连铸设备中，在对剪切后的钢坯进行淬火操作时，在其两端具有相当大的温差，这种温差会使结构不均质，在钢坯中产生缺陷和/或在设备下游引发问题。

还有一种在空气中冷却钢坯的方法，空气是低于600℃的强制气流，促成钢坯表面层在钢坯装入炉中之前的奥氏体转变。

实际上这涉及与热装料方法有关的钢坯的冷却。

现有技术包括一种辅助冷却方法，它采用布置在拔出和调直组件上游的一种装置。这种方法的构思主要是减少钢坯中轴线的碳偏析但又不减少或消除热脆性问题，而这是含铝钢的热装料的特点。

另外，上述方法主要用于含高碳而含低百分比的铝的钢。

另外，在现有技术的方法中，在洞直组件处钢坯表面温度为大约800℃，要补偿拔出和调直引起的拉应力，这一温度可能太高，在钢坯表皮中因这种拉应力可能会引起横向裂纹。

此外，当钢含量高时，现有技术的辅助冷却可能并不是以消除表面缺陷的形成，因为在这种情况下，表面缺陷并不只是由于高温，而且也是由于氮化物的析出而造成的。

本申请人为克服现有技术的上述缺陷，设计、试验并完成了本发明并取得了其它优点。

本发明的目的是提供一种在运行的钢坯中产生具有高强度和韧性的细晶粒外层的方法和装置。

按照本发明，提供一种在与加热热装料钢坯的炉有关的连铸机的线上进行表面热处理的方法，该方法适用于细晶粒结构钢，并适于防止铝、钒、铌等的化合物析出并消除或至少显著减少由于张力产生的表面缺陷，该方法包括在模中连续铸造钢坯，并将钢坯送过一个副冷却室，一个拔出和调直组件和一个剪切组件，该方法的特征在于：在将钢坯送过所述剪切组件之前，将钢坯送过多个喷嘴，以便借助所述多个喷嘴在压力下喷出的水基冷却液对钢坯表面进行强的集中冷却，所述冷却与钢坯的尺寸相适应，并产生一个具有热的芯部的钢坯，在由钢坯的热的芯部引起的自然回火之后，钢坯表面温度在大约400℃和大约900℃之间。

按照本发明，提供一种喷箱装置，其设置在连铸线中，用于实施细晶粒结构钢的表面热处理，以便防止铝、钒、铌等的化合物的析出及消除或至少显著减少由于张力产生的表面缺陷，所述连铸线包括至少一个模，一个副冷却室，一个拔出和调直组件和一个剪切组件，其特征在于：它包括多个绕所述钢坯的周围且面对钢坯的喷嘴，所述喷嘴由在压力下供送水基冷却液的且至少与调节压力的装置配合的装置送料，以便对钢坯表面进行强的集中冷却，从而产生一个具有热的芯部的钢坯，在由钢坯的热的芯部引起的自然回火之后，钢坯表面的温度在大约400℃和大约900℃之间。

按照本发明，热处理是在连铸线的紧靠拔出和调直组件的下游以及剪切组件的上游进行的。

按照本发明的一个变型，热处理是在拔出和调直组件的上游，连续线的副冷却室中进行的。

按照本发明的另一种变型，具体来说，在设有短的，未达到拔出和调直组件的副冷却室的情况下，热处理是在连铸线的副冷却室之外，在介于副冷却室和拔出和调直组件之间的一个位置上进行的。

按照另一种变型，热处理是在拔出和调直组件上游，或者在拔出和调直组件下游，剪切组件上游进行的。

按照本发明的装置可使剪切组件下游的细晶粒钢坯的表面温度介于400℃和900℃之间，并消除由于氮化铝或碳氮化钒(vanadium carbonitride)或碳氮化铌(niobium carbonitride)的析出而引起的热脆性。

这使下游的加热炉可在热装料条件下装载钢坯。

因此，本发明缩短热装载入炉中的钢坯的加热周期，显著节省能量。因此，以钢的种类为基础，可使用高达每小时500℃的加热速度使钢坯迅速达到所需要的温度。

本发明也可减少钢坯在空气中冷却因张力而形成的表面缺陷。

因此消除了必须添加固氮元素如钛和钒的需要，通常却要加入这些固氮元素以防止因张力而产生的上述表面缺陷。消除这种缺陷的原因在于，本发明可获得高达几厘米厚，一般至少一厘米厚的外层，这种外层在实际中可保持和吸收任何张力。

本发明的另一个应用是提供所谓的“减少热软化“(“fhermalsoft reduction”)方法，在调直组件出口处钢坯芯部还有液相，因而减少了中央的偏析。

按照本发明的装置包括排列紧凑的多排喷嘴，其安装在连铸机上以便连续冷却通过喷嘴的钢坯。

这些喷嘴绕着正被送进的钢坯的周围布置且对着钢坯，使钢坯受到冷却液流的冲击。

冷却液在压力下送往喷嘴，冷却液一般是水，其压力和流量可以按照需要调节以适应钢的种类，钢坯横截面尺寸和钢坯的送进速度。

另外，喷嘴处的流量和压力也可以按照淬硬外层的深度来调节。

按照本发明的一种变型，为满足特殊处理需要，调节喷嘴的装置可对各喷嘴处的压力和/或流量作有区别的调节。

对钢坯表面的局部化和集中冷却，可使连铸钢坯在离开调直工位的温度下进行表面淬火，而钢坯芯部却受到缓和得多的冷却，基本保持恒定的温度。

接着，钢坯芯部的热量使淬火的外层自回火，在最终温度的基础上形成一种索氏体结构，或一种铁素体和碳化物结构，或一种细晶粒奥氏体结构。

按照本发明的一种变型，在装置的下游，在拔出和调直组件和剪切组件之间设有至少一个绝热和可能有加热功能的罩，该罩可加速淬火外层的自回火，因而有助于其后的剪切操作，剪切操作按照钢坯尺寸可用剪切装置或氧割炬进行。

在自回火阶段中钢坯表面所达到的温度可以变化以便适应钢种以及所要获得的性质。

按照本发明的装置最好包括分别装在上、下游的温度测量装置，用于测量进入及离开装置的钢坯的温度。

这些测量温度的装置也与测量钢坯送进速度的装置配合工作，最好可调控一个控制，编程和调节装置，后者调节在喷嘴处的压力和流量。

上述控制，编程和调节装置最好包括存储装置，存储装置存有与钢的各种类型以及本发明装置的工作参数有关的技术数据。

与控制，编程和调节装置相关的存储装置特别存有与待冷却的钢坯厚度以及在冷却和接续的回火步骤中，该厚度所要达到的温度有关的技术数据。

控制，编程和调节装置最好与例如包括开关板的数据输入装置相关。

进入按照本发明的装置的钢坯的表面温度取决于连铸机的参数。

按照本发明的一种变型，位于拔出和调直组件下游的装置，以及位于其上游(至少在位于连铸机的副冷却室之外时)的装置，最好在上、下游都有一条系列缩空气喷嘴以形成气幕，其作用就象为进入和离开装置而设的门。

这种气幕的作用是防止从装置中逸出水并最大限度减少蒸汽从装置送出。

出口的气幕也用于消除倾向于滞留在离开装置的钢坯上表面上的水，而这些水会使钢坯表面局部地，非受控地过度冷却，导致钢坯的不均匀冷却。

按照本发明的另一种变型，装在吸气罩与按照本发明的装置配合工作，以便抽吸并除去产生的水蒸汽。

当按照本发明的装置处于连铸机的副冷却室中时也可不设吸气罩，事实上，在这种情况下，按照本发明的装置是与抽吸和容纳存在于副冷却室中的水蒸汽的装置配合工作的。

按照本发明的装置可实施冷却钢坯的一种方法，使得由喷嘴提供的冷却液的流量和压力按照钢的性质，钢坯送进速度和钢坯的温度而加以调节。

上述方法可以精确地将外层冷却至需要的温度，然后该外层按照确定的曲线回火。

现在对照下述限定性的附图，对本发明的推荐实施例进行详细描述。

图1a是装有按照本发明的装置的连铸设备的示意图；图1b局部地表示图1a所示设备的一种变型；图2是装置纵截面的放大图；图3a表示装置的横截面；图3b表示图3a所示装置的变型；图3c表示当装置在连铸机的副冷却室中时，装置的一种可能的横截面；图4表示作为时间的函数的钢坯表面温度和内部温度的一种可能的发展的半对数图。

在附图中，标号10-110代表按照本发明的喷箱装置。

按照本发明的喷箱装置安装于连铸线11，连铸线11在这种情况下包括浇口盘12，模13，副冷却室14，拔出和调直组件15以及剪切组件17。

应用于图1a所示的连铸线的按照本发明的喷箱装置10的目的是连续地冷却离开拔出和调直组件15的钢坯19，以便以一种受控的方式进行钢坯19的外层的表面淬火。

按照本发明的喷箱装置10装在紧靠拔出的调直组件15的下游和剪切组件17的上游。

按照本发明的一个变型，喷箱装置110装在拔出和调直组件15的上游，且位于连铸机的副冷却室14中。这种喷箱装置110可替代喷箱装置10安装，或与其一起安装。

按照图1b所示变型，一个短的副冷却室14a并未达到拔出和调直组件15的附近，喷箱装置108装在拔出和调直组件15的上游，但其位置在副冷却室14a之外。

按照本发明的喷箱装置10-110包括绕钢坯19的周围布置且对准正在送进的钢坯19的多个喷嘴18。

在至少有喷箱装置10的情况中，喷嘴18布置在箱形结构37中；在喷箱装置110(图3c)位于连铸机的副冷却室14内的情况中可以没有箱形结构37。

喷嘴18可以纵向成排20布置以便冲击钢坯19的一段确定的长度。

在这种情况下，喷嘴18与送料歧管21相关，使歧管21连接于在压力下供水的装置22。

送料歧管21最好包括调节水压的装置23，以及调节水的流量的装置24，以便使这两个参数可以按照材料种类和钢坯19送进速度的变化而加以变化，以保持恒定的冷却。

按照一种变型，压力调节装置23和流量调节装置24的位置使喷嘴18的供料可以按变化的方式进行以适应需要。

按照另一种变型，喷嘴18沿横向和/或纵向和/或按照其所面对的钢坯19的表面分成组118；这些组118与其自己的送料歧管21相关，歧管21则连接于在压力下供水的装置22。

例如，当需要生产特性不统一的钢坯19时，由喷嘴18-118提供的冷却液的压力和/或流量可以按需要变化。

钢坯19的速度最好由装在连铸线11上的速度测量装置16测量。

送往喷嘴18的水的压力和流量还可以按照钢的性质，钢坯19的送进速度以及钢坯19的温度调节，以便在需要的温度下获得一精确的冷却层，该冷却层然后再按照一定的曲线进行回火。

另外，送往喷嘴18的水的压力和流量还可以按照其后钢坯19要进行的加热和轧制工艺的种类来调节。

按照本发明的喷箱装置10-110最好与一个控制，编程和调节装置25相关以调控上述调节压力和流量的装置23-24。

按照一种变型，测量钢坯19的温度的装置26分别装在紧靠按照本发明的喷箱装置10-110的上游(26a)和下游(26b)。

测量钢坯19温度的装置26最好与控制，编程和调节装置25相关，以便自动地调控按照本发明的喷箱装置10-110。

控制，编程和调节装置25最好包括存储装置33，其存有调节各种钢的技术数据，以及按照本发明的喷箱装置10-110的工作参数。

控制，编程和调节装置25最好与例如包括开关板的数据输出装置34相关。

喷箱装置10在其入口和出口包括在压力下供气以防止因冷却水和钢坯19接触产生的蒸汽从箱形结构37涌出的装置27。在压力下供气的装置27用于产生与送进的钢坯19成直角的空气幕。

空气幕的作用是封闭按照本发明的喷箱装置，其目的是减少本发明喷箱装置10内产生的蒸汽从箱形结构37的涌出，布置在按照本发明的喷箱装置10的出口部分的空气幕还有除去倾向于留在钢坯19表面的水的作用，从而防止会造成冷却非均匀的钢坯19表面的局部和非受控冷却。

供送压缩空气的装置27，在此例中由管28送气，管28与吸气装置29相关，在管28端部包括一过滤装置30，过滤装置30最好是可更换的类型。

在此例中，吸气罩31装配在喷箱装置10上方以轴吸和排出离开喷箱装置10的蒸汽。

位于副冷却室14中的喷箱装置110也可不设吸气罩31。

在这种情况下，离开位于拔出和调直组件15下游的喷箱装置10的钢坯19在下游与一绝热配合工作，绝热罩32通过加速钢坯19的自回火而有助于下游的剪切组件17进行的剪切操作。

绝热罩32可设置自己的加热装置，例如可包括燃烧器(未画)。

按照一种变型，该绝热罩32延伸超出剪切组件17。

作为一个实例，图4所示的半对数曲线表示分别在本发明喷箱装置10中承受表面淬火处理的钢坯19的表面36和芯部35的瞬时温度演变。