一种连铸坯的表面处理方法与流程

本发明涉及金属材料加工
技术领域：
，具体涉及一种连铸坯的表面处理方法。
背景技术：
：如何提升炼钢连铸坯的内部质量是钢厂品种开发永恒的话题，尤其是连铸坯的表面和皮下的微裂纹直接遗传给轧材，对于汽车板、管线钢、冷镦钢、齿轮钢以及低碳微合金钢等以al脱氧钢为主的钢种，连铸坯的表面微裂纹一直困扰轧钢厂轧材的表面控制。为了节能降耗、缩短生产周期，大部分钢铁企业采用连铸坯热送方式进行表面处理。但是大量生产实践表明，热送铸坯更加剧了热裂纹产生，其主要原因是连铸坯在600～900℃范围内，aln、bn、vn等析出物，尤其是aln晶界大量析出，严重降低晶界的结合能，同时析出物产生拖曳作用，阻止晶界的迁移，恶化了铸坯表面组织的延展性，导致产生非常严重的应力集中。在一定情况下，连铸坯表面和皮下就容易出现裂纹。钢厂为了控制铸坯的表面质量，需要降低表面裂纹的产生，通常采取以下解决途径：合金加入法、高温热送法、延时热送法和铸坯表面淬火技术。其中连铸坯的表面快速淬火方法的基本原理就是通过冷却介质，例如水冷方式对经连铸火切和定尺后的铸坯进行淬火，使铸坯表面温度迅速降低，铸坯表层淬火后形成很细的马氏体组织。而铸坯心部潜热返温对表面进行回火，在铸坯表层形成一层致密的回火组织，避开了aln、bn、vn等析出物的热力学析出温度区间，从而减少表面微裂纹的产生。该技术由于设备简单、投资小、见效快被钢厂广泛接受。达涅利公司在意大利首先采用了铸坯在线淬火装置，对微合金钢及碳钢进行表面淬火，铸坯表面淬火设备设在拉矫机之后，由一套喷水系统组成。在喷水冷却段内，沿铸流方向布置数排喷嘴，根据铸坯断面和拉速来调整淬火冷却区长度。同时需要计算喷水压力和流量，要求既能够打破在铸坯表面上形成的水膜，防止沸腾膜产生气隙降低冷却速率，满足铸坯表面所需的冷却强度，又不能同时因激冷产生应力裂纹。新日铁住友金属采用相同的技术思路，不同的是将出拉矫机的铸坯切断后进行浸泡冷却，使铸坯表面的组织细化，降低热送过程中微裂纹的产生。同时对无水冷和水冷的铸坯组织分析发现，析出物明显减少，表面微裂纹产生概率也大为降低。随后国内众多钢厂和科研院所都进行了实践性的开发。对于板坯，首钢专利cn102059331a提供了一种连铸坯热装热送工艺，即连铸坯在切割辊道上切割后进行快速喷水冷却，使表面温度迅速降低到600℃左右，同时对连铸坯的表面温度进行有限元分析，并对冷却速率和冷却时间进行控制，从而满足高端用户对表面质量的要求。重钢铸坯经在线快冷之后，在规定表面温降的同时控制表面激冷层的深度，取得了一定的效果。对于方坯连铸生产线材，南钢专利cn104975146a提供了一种合金钢连铸方坯直接送装工艺，通过控制铸坯的冷速，保证铸坯合理的温降，确保冷却工艺的最优化和连铸坯热装时铸坯的最优质量。邢钢作为国内高档冷镦钢生产企业，在生产低碳铝镇静钢和微合金钢时，热装热送过程中也时常受到铸坯表面裂纹困扰。该企业在大方坯连铸机上应用了在线表面淬火工艺技术，裂纹发生率由0.30％大幅降低至0.08％，在改善质量方面取得了良好效果。连铸坯在线水冷在提高铸坯表面质量方面的作用是显著的，但是将水作为冷却介质会面临一个无法回避的问题，就是水的沸点只有100℃，在进行喷淋和浸泡的过程中，无疑会产生膜沸腾阶段，导致铸坯表面的冷却速度无法控制，经常会出现冷却不均的情况，导致连铸坯在线淬火后铸坯发生弯曲，为此必须加大喷水的压力或者加强水槽内的搅拌来保证铸坯的淬火均匀性；另外水冷淬火过程是一个铸坯表面激冷的过程，其冷却强度往往很难控制，很多高端汽车板和冷镦钢至今也无法实现热送，主要的原因就是虽然控制了aln析出，但又引入了淬火裂纹。因此需要提供一种能够同时控制氮化物析出并不会引入裂纹的连铸坯冷却方法。鉴于此，特提出本发明。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种连铸坯的表面处理方法。为实现上述目的，本发明的技术方案如下：本发明涉及一种连铸坯的表面处理方法，所述方法包括具有以下步骤的冷却过程：(1)对连铸坯进行火焰切割和定尺切割后，将切割后的所述连铸坯输送至熔盐槽内进行淬火，实现连铸坯表面的快速冷却；(2)将淬火后的所述连铸坯输出所述熔盐槽后，进行表面残盐清洗，完成所述连铸坯的冷却。优选地，所述连铸坯的形态为板坯、方坯、矩形坯或圆坯。优选地，步骤(1)中，所述连铸坯进入所述熔盐槽时的温度为900～1100℃。优选地，步骤(1)中，所述熔盐槽内的熔盐温度为450～600℃，所述连铸坯在所述熔盐槽内的停留时间为2～10min。优选地，步骤(1)中，所述熔盐槽的材质为316不锈钢，所述连铸坯的运输采用辊道或天车吊运，在所述熔盐槽内设有盐泵或搅拌器。优选地，所述熔盐槽内设有换热系统，采用水冷器管束换热方式，将所述熔盐槽内的温度波动控制在±10℃以内。优选地，所述熔盐选自碳酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐中的至少一种，所述碳酸盐为碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂的三元混合盐，所述硝酸盐选自硝酸钾、硝酸钠、硝酸钙中的至少一种，所述亚硝酸盐选自亚硝酸钾、亚硝酸钠中的至少一种。优选地，所述熔盐为碳酸盐的混合熔盐，其中碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂的质量比为1:1:1；或者所述熔盐为硝酸盐的混合熔盐，其中硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙的质量比为4:3:1；或者所述熔盐为亚硝酸盐的混合熔盐，其中亚硝酸钾、亚硝酸钠的质量比为1:1。优选地，步骤(2)中，通过高温蒸汽对所述连铸坯的表面残盐进行清洗，所述高温蒸汽的温度为120～180℃。优选地，所述方法还包括热量回收步骤，通过所述换热系统将所述连铸坯与所述熔盐槽发生热交换产生的热量导出，产生高温蒸汽并输送到热力管道。优选地，将所述产生的高温蒸汽用于对所述连铸坯表面的残盐进行清洗。优选地，清洗所述连铸坯产生的盐水通过多级蒸发浓缩得到浓盐水，然后通过分离器分离出盐颗粒进行回收；或者将浓盐水直接输送至熔盐槽的蒸发装置，实现残盐的在线回收。本发明的有益效果：本发明从淬火介质的优化出发，提供了一种连铸坯的表面处理方法，将水冷转变为高温熔盐冷却。高温熔盐的沸点在950℃以上，很好的解决了水冷过程中因连铸坯温度远高于水的沸点，导致膜沸腾阶段冷却速度无法控制，以及冷却不均的问题，降低连铸坯发生弯曲的概率。同时在连铸坯冷却过程中，由于高温熔盐的粘度低，热熔大，流动性好，会产生强烈的对流换热作用。再加上位于熔盐槽内的盐泵和搅拌器的流动强化作用，连铸坯表面实际上是一个稳定的等温淬火过程。根据品种钢生产要求，可以将熔盐温度设计在450～600℃范围内。这样连铸坯表面温度始终处于熔盐温度以上，不会因激冷而产生淬火裂纹。实践证明，本发明提供的采用高温熔盐对连铸坯进行淬火处理的方法，可以很好地解决连铸坯表面裂纹问题，同时又能在最大程度上保证工艺的稳定性。另外，在本发明优选的方案中，对连铸坯进行表面淬火的同时还能够实现连铸坯余热的回收。高温熔盐冷却连铸坯的过程也是熔盐换热储能的过程，熔盐作为最新的储能材料，已经在新能源行业得到利用。通过对连铸坯余热进行回收，能够实现钢厂热能的循环利用，为钢厂实现绿色、低能耗生产提供最佳的工业解决方案。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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aln的ptt析出曲线。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。本发明实施例涉及一种连铸坯的表面处理方法，该方法包括具有以下步骤的冷却过程：(1)对连铸坯进行火焰切割和定尺切割后，将切割后的连铸坯输送至熔盐槽内进行淬火，实现连铸坯表面的快速冷却，避开表面al、b、ti等氮化物在原始奥氏体晶界快速析出的敏感区。(2)将淬火后的连铸坯输出所述熔盐槽后，进行表面残盐清洗，完成连铸坯的冷却。需要说明的是，目前采用钢铁转炉炼钢，以及采用立弯或者弧形铸机生产连铸坯。连铸坯的形态可以为板坯、方坯、矩形坯或圆坯。板坯的拉伸速率控制在2.3～2.6m/min，方坯的拉伸速率为1.8～2.2m/min，部分碳钢和建筑用钢的拉伸速率可能更高。通常为了保证热送、直轧或连铸连轧，拉伸速率都会有所提高。拉伸完成后，对连铸坯进行火焰切割和定尺切割，简称为火切定尺。进一步地，本发明将连铸坯进入熔盐槽时的温度设定为900～1100℃。由于要防止连铸坯在进入熔盐槽之前就发生氮化物析出，火切定尺后的连铸坯温度必须在900℃以上。为满足这一条件，连铸车间需要对中间包过热度、拉伸速率进行优化，防止在低过热度浇钢过程后二冷区的冷却温降大，铸坯角部在进入高温熔盐槽前发生氮化物析出，所以必须保证连铸坯过热度控制在40℃以内，保证在不产生严重中心偏析和疏松的前提下，通过优化铸坯拉伸速率，满足连铸坯在进入高温盐槽前，温度在900℃以上。进一步地，本发明将熔盐槽内的熔盐温度控制在450～600℃，将连铸坯在熔盐槽内的停留时间设计为2～10min。如何选择并控制高温熔盐槽的温度，对于连铸坯表面冷却淬火是很关键的工艺点。申请人通过对引起铸坯表面裂纹的析出物进行热力学分析，发现必须保证在熔盐槽内将连铸坯的表面温度降低至600℃以下，才能够降低氮化物析出，减少裂纹生成，这就需要使熔盐槽内的熔盐温度低于600℃。另外随着熔盐温度的降低，其粘度提高，流动性降低，不利于高温连铸坯的对流换热，因此需要保证粘度在4.5cp以下。以熔融状态下碳酸盐的粘度和温度变化关系为例，式1为碳酸熔盐的粘度计算公式：μ＝atexp(100/bt)(1)其中，μ为粘度，a为粘度系数，t为温度，b为影响因子。表1为熔融状态下的同一碳酸盐对应的lna值和b值。将其与温度值代入式1，就可以计算得到该温度下的粘度值。表1熔融状态下碳酸盐种类lnabli2co3189na2co32113k2co32315对于混合熔盐，可按照其质量比例计算其粘度值。设混合熔盐中含有熔盐m和n，熔盐m的质量分数为40％，熔盐n的质量分数为60％。在温度t1下分别计算得到熔盐m的粘度值为μ1，熔盐n的粘度值为μ2，则混合熔盐的粘度值μ＝μ1×40％+μ2×60％。保温时间，即表面淬火时间根据连铸坯的表面终冷温度设定。应保证在高温熔盐中冷却结束后，连铸坯的表面温度降至600℃以下。可参考图1为aln的析出动力学(ptt)曲线，在840～940℃的温度范围内对应aln的析出温度。将连铸坯的表面温度降至600℃以下，能够避免aln等氮化物的ptt析出区间。在本发明的一个实施例中，熔盐槽采用316不锈钢焊接得到。由于高温熔盐具有一定的腐蚀性，同时熔盐的高温状态需要熔盐槽在600℃具有一定的强度，因此选择采用316耐热不锈钢作为熔盐槽的材料。同时采用气体保护焊接工艺进行焊接和整体退火工艺，降低熔盐槽的应力。本发明中，连铸坯输入和输出熔盐槽采用辊道或者天车进行吊运。由于在熔盐槽内，连铸坯和熔盐会发生剧烈的热交换，导致熔盐温度升高，因此需要在熔盐槽内设置耐高温的熔盐泵或者搅拌器，以保证高温熔盐的流动性，避免由于淬火区域的温升导致连铸坯表面淬火冷速降低。搅拌器或者盐泵的流量控制在60m3/h。在熔盐槽内还设有换热系统，可采用水冷器管束换热方式，以实现熔盐槽内的温度恒定，将熔盐槽内的温度波动控制在±10℃以内。对于炼钢厂而言，一台板坯连铸机的产能为200万吨/年，一台方坯连铸机的产能为100万吨/年。要保证对连铸坯进行火切定尺后的在线处理，必须保证在连铸坯表面淬火过程中高温熔盐温度的稳定性，即熔盐槽能必须配有冷却系统，将连铸坯与熔盐的交换热量源源不断地导出。本发明通过在熔盐槽内设计水冷器管束的方式保证熔盐槽与外界的换热，向管路中通入循环水或者其它高沸点、低熔点的介质保证热量输出，水冷器管束的换热面积大约在500m2。根据连铸坯生产效率，通过控制冷却管路内的流量来控制冷却强度的大小，保证熔盐槽内的温度在±10℃内波动。如果温度超出工艺设定，则冷却系统自动开启，采用pid控制水冷器管束内的流量。在本发明的一个实施例中，熔盐炉内的熔盐可选自碳酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐中的至少一种。由于碳酸钾的熔点为891℃，碳酸钠熔点为851℃，两者的熔点均在600℃以上，因此碳酸盐应选择碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂三元混合盐，硝酸盐选自硝酸钾、硝酸钠、硝酸钙中的至少一种，亚硝酸盐选自亚硝酸钾、亚硝酸钠中的至少一种。高温熔盐的选择，应保证熔盐在450～600℃的温度区间内具有流动性、热稳定性和蓄热性。在熔盐状态下，三元混合碳酸盐的适宜温度区间为400～850℃，硝酸盐的适宜温度区间为120～620℃，亚硝酸盐的适宜温度区间为120～500℃。进一步地，熔盐可以为碳酸盐的混合熔盐，其中碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂的质量比为1:1:1；或者熔盐为硝酸盐的混合熔盐，其中硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙的质量比为4:3:1，或者硝酸钠、硝酸钾的质量比为1:1；或者熔盐为亚硝酸盐的混合熔盐，其中亚硝酸钾、亚硝酸钠的质量比为1:1。上述混合熔盐的性能稳定，传热效率高，价格便宜。表2为上述混合熔盐的熔点和热容值。表2三元碳酸盐二元硝酸盐二元亚硝酸盐熔点450℃180℃120℃热容190j·mol·k140j·mol·k120j·mol·k本发明实施例提供的连铸坯表面处理方法还包括热量回收步骤。通过换热系统将连铸坯与熔盐槽发生热交换产生的热量导出，产生高温高压蒸汽并输送到热力管道。产生的高温高压蒸汽可用于对连铸坯表面的残盐进行清洗。快速冷却完成后，需要将淬火后的连铸坯输出熔盐槽。由于连铸坯表面沾有大量的熔盐，必须进行回收。可以利用熔盐槽换热系统产生的高温蒸汽通过减压降温后，由喷嘴对连铸坯进行表面清扫；也可以利用厂房内现有的蒸汽管路的高温蒸汽对连铸坯的表面残盐进行清洗。高温蒸汽的温度为120～180℃，蒸汽温度太高经济性不好，蒸汽温度低则压力不够，清洗效果不佳。在本发明的一个实施例中，清洗连铸坯会产生大量的高浓度盐水，可通过多级蒸发浓缩得到浓盐水，然后通过离心分离器分离出盐颗粒进行回收；或者将浓盐水直接输送至熔盐槽的蒸发装置，实现残盐的在线回收。多级蒸发的热力来源可以是盐槽产生的高温蒸汽或者厂房内的蒸汽，最终实现盐的回收和利用，达到物料闭环和环保要求。综上所述，本发明提供了一种连铸坯的表面处理方法，该方法通过对连铸坯进行火切定尺后，输送至熔盐槽内进行淬火，实现高温下连铸坯表面的快速冷却。通过将熔盐槽内的熔盐温度控制在450～600℃，以避开600～900℃温度区间，从而抑制连铸坯表面al、b、ti等氮化物在原始奥氏体晶界的析出。并且改善了连铸坯表面组织，增加表面强度和塑性，避免了在随后的输送、吊运、堆冷及加热等过程中坯料的表面开裂。在优选的方案中，本发明还将熔盐槽与连铸坯的交换热进行回收，通过换热系统将热量导出，对产生的高温蒸汽进行并网回收。该方法能够实现连铸车间铸坯的余热回收，具有绿色环保和节能高效的优点，特别适合炼钢厂的产品质量提升以及节能改造，为钢铁企业转型升级提供了技术支持。实施例1将本发明的方法用于板坯连铸车间高端汽车板的生产中，包括具有以下步骤的冷却过程：(1)对连铸板坯进行火焰切割和定尺切割后，将切割后的连铸板坯输送至熔盐槽内进行淬火，实现连铸板坯表面的快速冷却。其中，连铸板坯进入熔盐槽的温度为1050℃，熔盐温度为560℃，熔盐粘度为3.7cp。熔盐为碳酸盐的混合熔盐，其中碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂的质量比为1:1:1。连铸板坯在熔盐槽内的停留时间，即表面淬火时间为10min。(2)将淬火后的连铸板坯输出熔盐槽后，通过高温蒸汽对表面残盐进行清洗，高温蒸汽的温度为170℃。该方法还包括热量回收步骤，通过换热系统将连铸坯与熔盐槽发生热交换产生的热量导出，产生高温高压蒸汽并输送到热力管道。最终连铸板坯的激冷层深度为10mm(该值对应水冷淬火的深度，表征了表面淬火层的控制，在这一范围内不会有aln析出，也就没有裂纹的产生)说明表面aln析出率得到抑制，表面裂纹发生率为0.05％，一年热力回收产生的经济价值达到3000万元。如采用空冷方式对连铸板坯进行表面处理，表面裂纹发生率为0.4％；如采用水冷，表面裂纹发生率为1％。实施例1-2至实施例1-11的表面处理过程与实施例1相同，区别在于改变熔盐温度、表面淬火时间和清洗过程的高温蒸汽温度。相应的表面裂纹发生率和激冷层深度见表3。从表3可知，改变上述参数，表面裂纹发生率均有所上升，激冷层深度也有所波动。对于连铸板坯，激冷层深度在10mm左右是比较合适的，因此实施例1-1和1-9具有最好的处理效果。表3实施例2将本发明的方法用于连铸方坯车间高端冷镦钢的生产中，包括具有以下步骤的冷却过程：(1)对连铸方坯进行火焰切割和定尺切割后，将切割后的连铸方坯输送至熔盐槽内进行淬火，实现连铸方坯表面的快速冷却。其中，方坯尺寸为160×160mm，连铸方坯进入熔盐槽的温度为900℃，熔盐温度为450℃，熔盐粘度为1.5cp。熔盐为硝酸盐的混合熔盐，其中硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙的质量比为4:3:1。连铸方坯在熔盐槽内的停留时间，即表面淬火时间为3min。(2)将淬火后的连铸方坯输出熔盐槽后，通过高温蒸汽对表面残盐进行清洗，高温蒸汽的温度为120～180℃。该方法还包括热量回收步骤，通过换热系统将连铸坯与熔盐槽发生热交换产生的热量导出，产生高温高压蒸汽并输送到热力管道。最终连铸方坯的激冷层深度为6mm，说明表面aln析出率得到抑制，表面裂纹发生率为0.06％，一年热力回收产生的经济价值达到1500万元。如采用空冷，表面裂纹发生率为1％；如采用水冷，表面裂纹发生率为0.3％。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。当前第1页12