1.本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种基于连铸机末端的板坯表面淬火系统与工艺。
背景技术：
2.连板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“板坯下线
→
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，板坯进加热炉加热后表面会产生严重的网状裂纹缺陷，从而造成轧材表面严重的质量缺陷。
3.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板坯表面温度多降至650～550℃，该温度下的板坯表层组织处于γ
→
α转变的两相结构。板坯进加热炉加热，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，大幅降低了板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，板坯表面沿晶界开裂而形成网状裂纹缺陷。为此，重组板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。
4.实施高温连板坯表面淬火，可使其表层组织快速发生γ
→
α相变，而后利用板坯心部热量再次返温奥氏体化，从而重组细化板坯表层奥氏体。同时，高温板坯表面快速淬火将弥散其表层微合金钢碳氮化物析出，从而彻底解决引发微合金钢连板坯表面热送裂纹的成因而根治热送裂纹产生。
5.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喷淋装置，对定尺切割后的板坯快速冷却，从而达到板坯表面淬火的效果。然而，在实际连铸生产中，受限于连铸拉速，经切割后的板坯进入冷却水槽时的表面温度多已降至800℃以下。该温度下的板坯表层组织，含nb、al等微合金碳氮化物已完成析出，在此温度下进行板坯表面淬火，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。
6.目前，国内外已建立的板坯连铸机，其长度多为十三段扇形段以上。但仍有相当一部分板坯连铸机的扇形段只有十一段或十二段，但多预留了增加一段扇形段的空间。该类连铸机所生产的板坯，出最后一段扇形段的表面温度多高于930℃。若能在该类型连铸机末端预留扇形段的位置实施板坯表面全连续强喷淋表面淬火，因其板坯表面温度高，淬火可弥散其表层碳氮化物析出并促使其组织快速完成奥氏体向铁素体转变，淬火后的板坯，由于其心部的热量较高，可使表层淬火组织再次回温而奥氏体化，细化板坯表层组织晶粒而高塑化板坯表层高温组织，从而稳定消除其表面热送裂纹产生。同时由于该位置的辊道仅存在输送辊，而辊道上方无任何机械装置，易在该位置安装超强淬火喷淋装置，操作和维护
也均较便捷。为此，对扇形段较少的板坯连铸机，在其末端实施微合金钢板坯表面超强连续淬火，不仅可实现其微合金钢高质、高效与绿色化化生产，推广前景也十分广阔。
技术实现要素：
7.鉴于此，本发明提供一种基于连铸机末端的板坯表面淬火系统与工艺。
8.具体而言，包括以下的技术方案：
9.本发明一方面提供了一种基于连铸机末端的板坯表面淬火系统，包括：
10.喷淋装置，所述喷淋装置用于对板坯表面进行淬火；
11.所述连铸机包括扇形段，所述扇形段设置有多个，多个所述扇形段沿所述板坯拉坯方向顺次连接；
12.所述喷淋装置设置在最后一个所述扇形段的出口处，所述喷淋装置入口处的所述板坯表面温度在930℃以上。
13.进一步，所述喷淋装置包括第一喷淋架和第二喷淋架；
14.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进行淬火，多排所述第一喷淋架和多排所述第二喷淋架相对设置；
15.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；
16.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。
17.进一步，多排所述第一喷淋架沿所述板坯的拉坯方向依次排布，距离最后一个所述扇形段的出口最远的所述第一喷淋架为尾排第一喷淋架，除所述尾排第一喷淋架外的其余多排所述第一喷淋架均为里排第一喷淋架；
18.所述尾排第一喷淋架上的所述第一喷嘴向靠近相邻所述里排第一喷淋架的方向倾斜；
19.所述尾排第一喷淋架上的所述第一喷嘴的轴线延长线与所述板坯靠近所述第一喷淋架的一侧表面沿所述板坯拉坯方向的夹角为30
°
～50
°
，所述尾排第一喷淋架上的所述第一喷嘴的轴线延长线与所述板坯靠近所述第一喷淋架的一侧表面沿所述板坯宽度方向的夹角为90
°
；
20.所述里排第一喷淋架上的所述第一喷嘴的轴线延长线与所述板坯靠近所述第一喷淋架的一侧表面沿所述板坯拉坯方向的夹角为90
°
，所述里排第一喷淋架上的所述第一喷嘴的轴线延长线与所述板坯靠近所述第一喷淋架的一侧表面沿所述板坯宽度方向的夹角为60
°
～90
°
；
21.多排所述第二喷淋架沿所述板坯的拉坯方向依次排布，所述第二喷嘴的轴线延长线与所述板坯靠近所述第二喷淋架的一侧表面垂直。
22.进一步，多排所述第一喷淋架喷出的喷淋水沿所述板坯拉坯方向覆盖所述板坯的长度为第一长度，多排所述第二喷淋架喷出的喷淋水沿所述板坯拉坯方向覆盖所述板坯的长度为第二长度，所述第二长度比所述第一长度长0.3～0.6m。
23.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的间隔距离大于或等于30mm，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；
24.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的间隔距离大于或等于30mm，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。
25.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靠近所述第一喷嘴的一侧表面沿所述板坯宽度方向的重叠宽度为0～70mm，相邻两排所述第一喷淋架上的相邻两个所述第一喷嘴喷出的喷淋水在所述板坯靠近所述第一喷嘴的一侧表面沿所述板坯拉坯方向的重叠宽度为0～50mm；
26.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，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靠近所述第二喷嘴的一侧表面沿所述板坯宽度方向的重叠宽度为0～70mm，相邻两排所述第二喷淋架上的相邻两个所述第二喷嘴喷出的喷淋水在所述板坯靠近所述第二喷嘴的一侧表面沿所述板坯拉坯方向的重叠宽度为0～50mm。
27.进一步，所述基于连铸机末端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；
28.所述基于连铸机末端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；
29.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。
30.本发明另一方面介绍了一种基于连铸机末端的板坯表面淬火工艺，
31.对经最后一个所述扇形段的出口处进入如权利要求1至7任一项所述一种基于连铸机末端的板坯表面淬火系统中的板坯进行淬火；
32.所述一种基于连铸机末端的板坯表面淬火系统包括所述喷淋装置，所述喷淋装置对所述板坯表面进行淬火；
33.在所述喷淋装置中淬火时，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。
34.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；
35.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。
36.进一步，所述喷淋装置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；
37.所述一种基于连铸机末端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；
38.所述一种基于连铸机末端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的流量；
39.所述一种基于连铸机末端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0.4。
40.本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：
41.本发明通过在扇形段出口处设置喷淋装置对板坯表面实施全连续淬火工艺，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，从根本上提高板坯表层组织的塑性而根治微合金钢板坯热送裂纹产生。本发明解决板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
42.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。
43.图1为本发明一种基于连铸机末端的板坯表面淬火系统喷淋装置局部侧视图；
44.图2为本发明一种基于连铸机末端的板坯表面淬火系统喷淋装置主视图；
45.图3为本发明一种基于连铸机末端的板坯表面淬火系统的供水管道布置原理图；
46.图4为本发明一种基于连铸机末端的板坯表面淬火系统下的金相组织图；
47.图5为本发明一种基于连铸机末端的板坯表面淬火系统下的碳氮化物析出形貌图。
48.图中的附图标记分别表示为：
49.100-连铸机出口处铸辊；1-板坯；2-主截止阀；3-第一截止阀；4-第二截止阀；5-第一调节阀；6-第二调节阀；7-第一流量计；8-第二流量计；9-第一压力计；10-第二压力计；11-第一喷淋架；11a-里排第一喷淋架；11b-尾排第一喷淋架；13-第二喷淋架；111,131-喷淋管；112,132-喷淋架供水管；15-第一喷嘴；16-第二喷嘴；17-输送辊；
50.l
1-第一长度；l
2-第二长度；l
3-输送辊两侧的第二喷嘴距输送辊的距离；l
4-相邻两排喷淋架上的喷嘴沿板坯宽度方向的间隔距离；l
5-每排喷淋架相邻两个喷嘴所喷出的喷淋水在板坯表面沿板坯宽度方向的重叠宽度；l
6-第二喷嘴喷射出的喷淋水在板坯表面沿板坯拉坯方向的覆盖宽度；l
7-相邻两排第二喷淋架上的第二喷嘴喷出的喷淋水在板坯表面沿板坯拉坯方向的重叠宽度；l
8-喷嘴末端与板坯表面的垂直距离；l
9-第二喷淋架与连
铸机出口处铸辊的距离；l
10-每排喷淋架相邻两个喷嘴的间隔距离；θ
1-里排第一喷淋架上的第一喷嘴的轴线延长线与板坯表面沿板坯宽度方向形成的角度；θ
2-尾排第一喷淋架上的第一喷嘴的轴线延长线与板坯表面沿板坯拉坯方向形成的夹角；θ
3-第一喷嘴沿板坯宽度方向的喷射角；θ
4-第二喷嘴沿板坯宽度方向的喷射角；θ
5-第二喷嘴沿板坯拉坯方向的喷射角；
51.a-主供水管；b-第一供水管；c-第二供水管。
52.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
53.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。
54.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。
55.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。
56.实施例一
57.如图1至图3所示，本实施例介绍了一种基于连铸机末端的板坯表面淬火系统，包括：喷淋装置，喷淋装置用于对板坯1表面进行淬火；连铸机包括扇形段，扇形段设置有多个，多个扇形段沿板坯1拉坯方向顺次连接；喷淋装置设置在最后一个扇形段的出口处，喷淋装置入口处的板坯1表面温度在930℃以上。
58.进一步，本实施例中针对长度较短的板坯连铸机，连铸机扇形段一般少于十三段，此类连铸机最后一个扇形段(即第十三个扇形段)的出口处一般设置预留扇形段，此预留扇形段通常处于空闲状态。
59.进一步，本实施例中喷淋装置设置在最后一个扇形段出口处的预留扇形段。同时最后一个扇形段出口处板坯1的表面温度通常高于930℃。
60.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。本实施例中扇形段出口处的板坯表面温度在930℃以上，通过在扇形段出口处设置喷淋装置对板坯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。
61.如图1至图3所示，喷淋装置包括第一喷淋架11和第二喷淋架13；第一喷淋架11和第二喷淋架13均设置多排，多排第一喷淋架11并联设置在板坯1的一侧，多排第一喷淋架11用于对板坯1的一侧表面进行淬火，多排第二喷淋架13并联设置在板坯1的另一侧，多排第二喷淋架13用于对板坯1的另一侧表面进行淬火，多排第一喷淋架11和多排第二喷淋架13相对设置；第一喷淋架11包括第一喷嘴15，第一喷嘴15设置多个，多个第一喷嘴15沿板坯1的宽度方向均匀布置；第二喷淋架13包括第二喷嘴16，第二喷嘴16设置多个，多个第二喷嘴16沿板坯1的宽度方向均匀布置。
62.进一步，如图1和图2所示，可以理解的是喷淋装置中的板坯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2中双向箭头指示了板坯1的宽度方向，图1中单向箭头指示了板坯1的拉坯方向。多排第一喷淋架11并联设置在板坯1的上部(如图1所示)，对板坯1的上表面进行淬火；多排第二喷淋架13并联设置在板坯1的下部(如图1所示)，对板坯1的下表面进行淬火。
63.进一步，本实施例中设在现有的最后一个扇形段的出口处，解决了高温铸坯淬火过程中排水的难题。
64.进一步，如图1和图2所示，第一喷淋架11包括喷淋架供水管112和多个喷淋管111，喷淋架供水管112和第一供水管b连接，多个喷淋管111沿板坯1的宽度方向均布在喷淋架供水管112上，喷淋管111和第一喷嘴15一一对应设置，喷淋管111和第一喷嘴15同轴设置，第一喷嘴15设置在喷淋管111靠近板坯1的一端，多个第一喷嘴15沿板坯1的宽度方向均匀布置。第二喷淋架13包括喷淋架供水管132和多个喷淋管131，喷淋架供水管132和第二供水管c连接，多个喷淋管131沿板坯1的宽度方向均布在喷淋架供水管132上，喷淋管131和第二喷嘴16一一对应设置，喷淋管131和第二喷嘴16同轴设置，第二喷嘴16设置在喷淋管131靠近板坯1的一端，多个第二喷嘴16沿板坯1的宽度方向均匀布置。
65.如图1和图2所示，多排第一喷淋架11沿板坯1的拉坯方向依次排布，距离最后一个扇形段的出口最远的第一喷淋架11为尾排第一喷淋架11b，除尾排第一喷淋架11b外的其余多排第一喷淋架11为里排第一喷淋架11a；尾排第一喷淋架11b上的第一喷嘴15向靠近相邻里排第一喷淋架11a的方向倾斜；尾排第一喷淋架11b上的第一喷嘴15的轴线延长线与板坯1靠近第一喷淋架11的一侧表面沿板坯1拉坯方向的喷射角为30
°
～50
°
，尾排第一喷淋架11b上的第一喷嘴15的轴线延长线与板坯1靠近第一喷淋架11的一侧表面沿板坯1宽度方向的夹角为90
°
；里排第一喷淋架11a上的第一喷嘴15的轴线延长线与板坯1靠近第一喷淋架11的一侧表面沿板坯1拉坯方向的夹角为90
°
，里排第一喷淋架11a上的第一喷嘴15的轴线延长线与板坯1靠近第一喷淋架11的一侧表面沿板坯1宽度方向的夹角为60
°
～90
°
。
66.进一步，如图1所示，本实施例中多排第一喷淋架11沿板坯1的拉坯方向依次排布，尾排第一喷淋架11b上的喷淋管111在靠近板坯1的一端向靠近里排第一喷淋架11a的方向弯折，第一喷嘴15设置在尾排第一喷淋架11b上的喷淋管111的末端，由此尾排第一喷淋架11b上的第一喷嘴15向里排第一喷淋架11a的方向倾斜。此设置可阻拦落在板坯1表面的喷淋水随板坯拉坯方向移动。
67.进一步，图1中θ2示出了尾排第一喷淋架11b上的第一喷嘴15的轴线延长线与板坯1表面沿板坯1拉坯方向形成的夹角，本实施例中θ2指尾排第一喷淋架11b上的第一喷嘴15的轴线延长线与板坯1的上表面沿板坯1拉坯方向形成的夹角，θ2的选择范围为30
°
～50
°
。
68.进一步，如图2所示，本实施例中尾排第一喷淋架11b的喷淋管111与板坯1的上表面沿板坯1宽度方向的夹角为90
°
，设置在尾排第一喷淋架11b的喷淋管111末端上的第一喷嘴15的轴线延长线与板坯1上表面沿板坯1宽度方向的夹角为90
°
。
69.进一步，如图1所示，里排第一喷淋架11a的喷淋管111与板坯1上表面沿板坯1拉坯方向的夹角为90
°
，设置在里排第一喷淋架11a的喷淋管111上的第一喷嘴15的轴线延长线与板坯1上表面沿板坯1拉坯方向的夹角为90
°
。图2中θ1示出了里排第一喷淋架11a上的第一喷嘴15的轴线延长线与板坯1表面沿板坯1宽度方向形成的角度，本实施例中θ1指里排第一喷淋架11a上的第一喷嘴15的轴线延长线与板坯1上表面沿板坯1宽度方向形成的角度，θ1的选择范围为60
°
～90
°
。
70.进一步，本实施例中沿板坯1的拉坯方向等间距布置五至八排第一喷淋架11。
71.如图1和图2所示，多排第二喷淋架13沿板坯1的拉坯方向依次排布，第二喷嘴16的轴线延长线与板坯1靠近第二喷淋架13的一侧表面垂直。
72.进一步，如图1和图2所示，本实施例中第二喷淋架13的喷淋管131和第二喷嘴16同轴设置。第二喷嘴16的轴线与板坯1的下表面垂直。根据板坯1的下表面淬火区长度，沿板坯1的拉坯方向在合理避开输送辊17的前提下，尽可能等间距布置六至十排第二喷淋架13，同时尽最大可能保证由第二喷嘴16喷出的喷淋水全覆盖至板坯1的下表面。
73.进一步，在板坯1的拉坯方向上，根据输送辊17的布局，尽可能保证板坯1的上表面淬火区中心与板坯1的下表面淬火区中心对齐。
74.如图1所示，多排第一喷淋架11喷出的喷淋水沿板坯1拉坯方向覆盖板坯1的长度为第一长度，多排第二喷淋架13喷出的喷淋水沿板坯1拉坯方向覆盖板坯1的长度为第二长度，第二长度比第一长度长0.3～0.6m。
75.进一步，图1中l1示出了第一长度的范围，l2示出了第二长度的范围。本实施例中喷淋装置设置在沿板坯1拉坯方向的1.5～3.0m的长度范围。板坯1的上表面淬火区长度即为第一长度l1为1.5～2.5m，板坯1的下表面淬火区长度即为第二长度l2，第二长度l2比第一长度l1长0.3～0.6m。
76.如图2所示，相邻两排第一喷淋架11上的第一喷嘴15互相交错布置，相邻两排第一喷淋架11上的第一喷嘴15沿板坯1宽度方向的间隔距离大于或等于30mm，相邻两排第一喷淋架11上的第一喷嘴15沿板坯1宽度方向的间隔距离小于或等于每排第一喷淋架11上的相邻两个第一喷嘴15间隔距离的一半；相邻两排第二喷淋架13上的第二喷嘴16互相交错布置，相邻两排第二喷淋架13上的第二喷嘴16沿板坯1宽度方向的间隔距离大于或等于30mm，相邻两排第二喷淋架13上的第二喷嘴16沿板坯1宽度方向的间隔距离小于或等于每排第二喷淋架13上的相邻两个第二喷嘴16间隔距离的一半。
77.进一步，如图2所示，多排第一喷淋架11上的第一喷嘴15的个数相同，相邻两排第一喷淋架11上的第一喷嘴15相互交错布置；多排第二喷淋架13上的第二喷嘴16的个数相同，相邻两排第二喷淋架13上的第二喷嘴16相互交错布置。
78.进一步，图2中l
10
示出了每排喷淋架相邻两个喷嘴的间隔距离，l4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11上的第一喷嘴15沿板坯1宽度方向上的距离l4的选取范围为大于或等于30mm，同时小于或等于每排第一喷淋架11上的相邻两个第一喷嘴15间隔距离l
10
的一半；相邻两排第二喷淋架13上的
第二喷嘴16沿板坯1宽度方向上的距离l4的选取范围为大于或等于30mm，同时小于或等于每个第二喷淋架13上的相邻两个第二喷嘴16间隔距离l
10
的一半。
79.如图2所示，第一喷嘴15的末端与板坯1靠近第一喷嘴15的一侧表面之间的垂直距离为90～200mm，第一喷嘴15沿板坯1宽度方向的喷射角为60～120
°
，每排第一喷淋架11上相邻两个第一喷嘴15喷出的喷淋水在板坯1靠近第一喷嘴15的一侧表面沿板坯1宽度方向的重叠宽度为0～70mm，相邻两排第一喷淋架11上的相邻两个第一喷嘴15喷出的喷淋水在板坯1靠近第一喷嘴15的一侧表面沿板坯1拉坯方向的重叠宽度为0～50mm；第二喷嘴16的末端与板坯1靠近第二喷嘴16的一侧表面之间的垂直距离为90～200mm，第二喷嘴16沿板坯1宽度方向的喷射角为60～120
°
，每排第二喷淋架13上相邻两个第二喷嘴16喷出的喷淋水在板坯1靠近第二喷嘴16的一侧表面沿板坯1宽度方向的重叠宽度为0～70mm，相邻两排第二喷淋架13上的相邻两个第二喷嘴16喷出的喷淋水在板坯1靠近第二喷嘴16的一侧表面沿板坯1拉坯方向的重叠宽度为0～50mm。
80.进一步，图2和图1中l8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15的末端与板坯1上表面之间的垂直距离l8为90～200mm；第二喷嘴16的末端与板坯1下表面之间的垂直距离l8为90～200mm。
81.进一步，图2中θ3示出了第一喷嘴15沿板坯1宽度方向的喷射角，θ4示出了第二喷嘴16沿板坯1宽度方向的喷射角，l5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15沿板坯1宽度方向的喷射角θ1为60～120
°
，第二喷嘴16沿板坯1宽度方向的喷射角θ1为60～120
°
。
82.进一步，第一喷嘴15可选为扇面或矩形或圆锥形纯水或气雾喷嘴。本实施例中在第一喷嘴15的选择应考虑在0.6mpa水压下的流量满足12～25l/min，第一喷嘴15沿板坯1宽度方向的喷射角θ3选择范围为60～120
°
，相邻两个第一喷嘴15喷射出的喷淋水在板坯1表面沿板坯1宽度方向的重叠宽度l5为0～70mm，相邻两排第一喷淋架11上的相邻两个第一喷嘴15喷出的喷淋水在板坯1靠近第一喷嘴15的一侧表面沿板坯1拉坯方向的重叠宽度为0～50mm。
83.进一步，若第一喷嘴15选择为矩形喷嘴，第一喷嘴15沿板坯拉坯方向的喷射角选取原则为：相邻两排第一喷淋架11上的第一喷嘴15喷出的喷淋水在板坯1上表面沿板坯1拉坯方向不出现重叠。
84.进一步，第二喷嘴16可选为矩形或圆锥形纯水或气雾喷嘴。本实施例中第二喷嘴16的选择应考虑在0.6mpa水压下的流量满足30～60l/min，第二喷嘴16沿板坯1宽度方向的喷射角θ4选择范围亦为60～120
°
，相邻两个第二喷嘴16喷射出的喷淋水在板坯1表面沿板坯1宽度方向的重叠宽度l5为0～70mm，相邻两排第二喷淋架13上的相邻两个第二喷嘴16喷出的喷淋水在板坯1靠近第二喷嘴16的一侧表面沿板坯1拉坯方向的重叠宽度为0～50mm。
85.进一步，图1中θ5示出了第二喷嘴16沿板坯拉坯方向的喷射角。若第二喷嘴16选择为矩形喷嘴，第二喷嘴16沿板坯拉坯方向的喷射角θ5的选取原则为：相邻两排第二喷淋架13上的第二喷嘴16喷出的喷淋水在板坯1的下表面沿板坯1拉坯方向上尽可能全覆盖板坯1的下表面，但相邻两排第二喷淋架13上的第二喷嘴16喷出的喷淋水在板坯1的下表面沿板坯1拉坯方向的重叠宽度不超过50mm。
86.如图3所示，基于连铸机末端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11连接，多排第一喷淋架11并联设置，第二供水管c和多排第二喷淋架13连接，多排第二喷淋架13并联设置；基于连铸机末端的板坯表面淬火系统还包括第一截止阀3、第二截止阀4、第一调节阀5、第二调节阀6、第一流量计7、第二流量计8、第一压力计9和第二压力计10；第一截止阀3、第一调节阀5、第一流量计7和第一压力计9设置在连接多排第一喷淋架11之前的第一供水管b上，第二截止阀4、第二调节阀6、第二流量计8和第二压力计10设置在连接多排第二喷淋架13之前的第二供水管c上。
87.进一步，本实施例中基于连铸机末端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2，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3、第一流量计7、第一调节阀5和第一压力计9，其中第一流量计7和第一调节阀5之间电性连接，第一调节阀5为气动调节阀，第一调节阀5根据第一流量计7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4、第二流量计8、第二调节阀6和第二压力计10，其中第二流量计8和第二调节阀6之间电性连接，第二调节阀6为气动调节阀，第二调节阀6根据第二流量计8的反馈信息调节自身开度。
88.本实施例还介绍了一种基于连铸机末端的板坯表面淬火工艺，对经最后一个扇形段的出口处进入如上所述一种基于连铸机末端的板坯表面淬火系统中的板坯1进行淬火；一种基于连铸机末端的板坯表面淬火系统包括喷淋装置，喷淋装置对板坯1表面进行淬火；在喷淋装置中淬火时，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。
89.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。
90.进一步，一种基于连铸机末端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340～500℃；(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0.4。
91.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。
92.进一步，喷淋装置包括第一喷淋架11和第二喷淋架13，第一喷淋架11设置多排，多排并联设置在板坯1的一侧，第二喷淋架13设置多排，多排第二喷淋架13并联设置在板坯1的另一侧，多排第一喷淋架11和多排第二喷淋架13相对设置；一种基于连铸机末端的板坯1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11连接，第二供水管c和多排第二喷淋架13连接。
93.进一步，一种基于连铸机末端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11和多排第二喷淋架13喷出的喷淋水流量；一种基于连铸机末端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0.4。
94.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接出后连接手动截止阀2，而后铺设至连铸机二冷水阀室或连铸机附近，主供水管a内的供水压力应≥1.0mpa，供水量≥200m3/h。
95.进一步，本实施例中基于连铸机末端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。
96.表1某钢厂某含nb微合金钢板坯上下表面淬火水量
97.拉速m/min0.70.80.91.01.1上表面淬火水量l/min530560595645690下表面淬火水量l/min17201785186519802110
98.本实施例的基于连铸机末端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；本实施例的喷淋装置位于扇形段出口处，解决了高温板坯淬火过程排水的难题；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；本实施例的基于连铸机末端的板坯表面淬火系统与工艺适用于全部断面的板坯坯型，同时也适用于方坯连铸。
99.实施例二
100.本实施例以某钢厂的具体实例介绍基于连铸机末端的板坯表面淬火系统与工艺。
101.根据该钢厂微合金钢板坯实际连铸工艺与表面实际温度分布，本实施例中连铸机包括十二个扇形段，设计板坯1的表面淬火区间位于连铸机最后一个扇形段(即第十二个扇形段)出口至其往后(沿拉坯方向)的2.05m长度区间内，并选择纯水为板坯1上表面和下表面淬火的冷却介质。其中，板坯1上表面淬火区长度l1为1.8m，板坯1下表面淬火区长度l2为2.05m；根据板坯1上表面与下表面淬火区长度，主流拉速下板坯1上表面在淬火区内的淬火持续时间为114～144s，板坯1下表面在淬火区内的淬火持续时间为129～164s。
102.基于上述淬火区设计，通过实施表1所示的随拉速变化的板坯1上表面和下表面淬火水量(两个拉速之间的水量采用线性差值法求得)，淬火后的板坯1上表面和下表面温度为340～400℃，且未产生明显变形。同时，经对板坯1三维凝固传热数值模拟计算，在表1淬火水量与淬火持续时长下，板坯1上表面和下表面的淬火层深度达15～20mm，且板坯1上表面和下表面皮下0～10mm深度处的淬火冷却速度均＞5℃/s。经实际应用检验，经淬火后的含nb、al微合金钢板坯1表面皮下15mm处的晶粒显著细化(如图4所示)，皮下10mm处的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。
103.同样，结合基于上述某钢厂最大铸坯断面2100mm
×
250mm宽厚板坯连铸机第十二段出口辊道及其生产现场实际，一种基于连铸机末端的板坯表面淬火系统，由主供水管a、
第一供水管b、第二供水管c、喷淋装置以及淬火水量动态控制系统构成。
104.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1.0mpa，从二冷主管道接出后接手动截止阀2，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。第一供水管b由dn125不锈钢材质钢管从主供水管a接出，而后连接第一截止阀3、第一调节阀5、第一流量计7和第一压力计9，最终铺设至第十二个扇形段出口的边上，为多排第一喷淋架11供水；第二供水管c由dn200不锈钢材质钢管从主供水管a接出，而后连接第二截止阀4、第二调节阀6、第二流量计8和第二压力计10，最终铺设至扇形段第十二段末(即连铸机出口)的边上，为多排第二喷淋架13供水。第一供水管b和第二供水管c的供水能力分别为60m3/h和180m3/h，第一供水管b和第二供水管c的供水能力比为1:3。
105.本实施例中多排第一喷淋架11为板坯1的上表面淬火，多排第二喷淋架13为板坯1的下表面淬火，第一喷淋架11和第二喷淋架13上分别连接大流量的第一喷嘴15和第二喷嘴16。根据板坯1上表面淬火区的长度1.8m，沿拉坯方向等间距布置六排第一喷淋架11，每排第一喷淋架11的喷淋架供水管112上等间距布置七个喷淋管111。图2中l
10
示出了每排喷淋架相邻两个喷嘴的间隔距离，本实施例中l
10
选择307.5mm。其中，里排第一喷淋架11a为从最后一个扇形段(第十二个扇形段)出口处算起第一至五排第一喷淋架11，里排第一喷淋架11a上的喷淋管111及第一喷嘴15均统一朝向板坯1的一侧边，使第一喷嘴15的轴线延长线与板坯1的上表面沿板坯1宽度方向形成的角度θ1呈80
°
角。而沿拉坯方向上，里排第一喷淋架11a上的喷淋管111及第一喷嘴15均垂直于板坯1上表面，如图1所示。从最后一个扇形段(第十二个扇形段)出口处算起最后一排(第六排)第一喷淋架11为尾排第一喷淋架11b，尾排第一喷淋架11b上的喷淋管111的下端向里排第一喷淋架11a的方向倾斜，使得尾排第一喷淋架11b上的第一喷嘴15的轴线延长线与板坯1上表面沿板坯1拉坯方向上朝向拉坯方向的反方向，使第一喷嘴15的轴线延长线与板坯1上表面沿板坯1拉坯方向的夹角θ2呈45
°
角，以阻拦板坯1表面的喷淋水随板坯1向拉坯方向移动，如图1所示；而尾排第一喷淋架11b上的第一喷嘴15的轴线延长线与板坯1上表面沿板坯1宽度方向垂直。
106.为板坯1下表面淬火的多排第二喷淋架13，根据板坯1下表面2.05m淬火区长，从距最后一个扇形段(第十二个扇形段)末的最后一根辊，即连铸机出口处铸辊100(辊径300mm)的辊面55mm(图1中l9所示)，以输送辊17(辊径350mm)两侧的第二喷淋架13距输送辊17的距离l3为30mm、两个输送辊17之间(辊间距为1500mm)的第二喷淋架13等间距分布为原则，布置七排第二喷淋架13。位于板坯1下表面的各排第二喷淋架13及其第二喷嘴16均垂直于板坯1的下表面。
107.第一喷嘴15与板坯1的上表面之间的垂直距离l8为150mm，第二喷嘴16与板坯1的下表面之间的垂直距离l8为150mm。在拉坯方向上，根据最后一个扇形段出口后输送辊17布局，板坯1上表面淬火区中心与板坯1下表面淬火区中心对齐，如图1和图2所示。
108.此外，如图2所示，相邻两排第一喷淋架11上的第一喷嘴15沿板坯1宽度方向交错式布局，相邻两排第一喷淋架11上的第一喷嘴15沿板坯1的宽度方向的间隔距离l4为90mm，相邻两排第二喷淋架13上的第二喷嘴16沿板坯1宽度方向交错式布局，相邻两排第二喷淋架13上的第二喷嘴16沿板坯1宽度方向的间隔距离l4为90mm。
109.如图3所示实施例中多排第一喷淋架11并联设置在第一供水管b上，多排第二喷淋
架13并联设置在第二供水管c上。
110.第一喷淋架11和第二喷淋架13均包括喷淋架供水管和多个喷淋管，其中第一喷淋架11的喷淋架供水管112和第一供水管b连接，多个喷淋管111沿板坯1的宽度方向均匀分布在喷淋架供水管112上，大流量的第一喷嘴15采用螺丝拧入方式连接在第一喷淋架11的喷淋管111的末端，多个第一喷嘴15沿板坯1的宽度方向均匀布置；第二喷淋架13的喷淋架供水管132和第二供水管c连接，多个喷淋管131沿板坯1的宽度方向均匀分布在喷淋架供水管132上，喷淋管131和第二喷嘴16同轴设置，大流量的第二喷嘴16采用螺丝拧入方式连接在第二喷淋架13的喷淋管131的末端，多个第二喷嘴16沿板坯1的宽度方向均匀布置。
111.本实施例中第一喷嘴15选用扇形纯水喷嘴，在0.6mpa水压下的流量可达24l/min，第一喷嘴15沿板坯1宽度方向的喷射角θ3为100
°
。第二喷嘴16选为矩形纯水喷嘴，在0.6mpa水压下的流量达60l/min，第二喷嘴16沿板坯1宽度方向的喷射角θ4亦为100
°
，沿拉坯方向的喷射角θ5设计为85
°
。每排第一喷淋架11相邻两个第一喷嘴15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l5为50mm，每排第二喷淋架13相邻两个第二喷嘴16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l5为50mm，如图2所示。第二喷嘴16喷出的喷淋水在板坯1表面沿板坯1拉坯方向的覆盖宽度l6约为275mm，相邻两排第二喷淋架13上的第二喷嘴16喷出的喷淋水在板坯1表面沿板坯1拉坯方向的重叠宽度l7为2.5mm，如图1所示。
112.本实施例中淬火水量动态控制系统控制板坯1上表面和下表面淬火水量的逻辑为：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(例如表1)，对照连铸机当前拉速，按照水表预设的板坯1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c的第一调节阀5和第二调节阀6的开度，动态控制板坯1上表面和下表面的淬火水量。
113.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。
114.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。
115.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。