專利名稱：鋼帶在具有全氧燃燒器的連續(xù)爐中的熱處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋼產品尤其是鋼帶或鋼板的熱處理方法，其中在具有至 少一個燃燒器的助燃區(qū)內使該產品從起始溫度升溫至目標溫度，燃燒器
使用燃料尤其是燃氣和含氧氣體運行，含氧氣體包含多于21%的氧氣， 并使該產品直接與由該燃燒器產生的火焰接觸。
背景技術：
為了生產經涂布(例如熱浸鍍)的鋼帶，首先清洗待涂布的帶，在 連續(xù)的爐中加熱，然后在還原氣氛中退火以產生所期望的材料性能。隨 后在適合的熔體浴中或使用適合的方法進行實際的涂布操作。
在連續(xù)的爐中的加熱階段，在一定的條件下加熱鋼以允許在后續(xù)的 過程中更好地設置所期望的特性。取決于鋼的類型，可以有利地將氧化 過程最小化或者有意地實現一定程度的氧化。
目前在連續(xù)的爐中進行鋼帶的加熱，其中鋼帶通過對流區(qū)和加熱區(qū)。 在加熱區(qū)內使用燃燒器加熱鋼帶，而在連接在其上游的對流區(qū)內通過來 自加熱區(qū)的燃燒器的熱廢氣對它們進行加熱。尤其是在對流區(qū)內，氧化 程度難以控制，因為在該區(qū)內的溫度分布取決于對流區(qū)的長度和廢氣的 溫度和量。
對流區(qū)內的廢氣的組成是由燃燒器的操行模式以及任選由滲透進入 連續(xù)的爐中的漏氣決定的。這意味著對流區(qū)內的加熱條件基本上是由對 加熱區(qū)內的燃燒器的要求決定的。出于這些原因，目前仍無法以受控制 的方式調節(jié)對流區(qū)內的溫度分布。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是開發(fā)用于熱處理鋼產品的方法，其允許以受 控制的方式設置加熱條件。
該目的是通過鋼產品尤其是鋼帶或鋼板的熱處理方法實現的，其中 在具有至少一個燃燒器的助燃區(qū)內使該產品從起始溫度升溫至目標溫
度，燃燒器使用燃料尤其是燃氣和含氧氣體運行，含氧氣體包含多于21 % 的氧氣，并使該產品與由該燃燒器產生的火焰直接接觸，其特征在于， 在輸送方向上輸送該產品通過助燃區(qū)，該火焰在橫截輸送方向的整個外 圍上包圍該產品，并且取決于起始溫度和/或目標溫度設置該火焰內的空 氣比例X。
術語"助燃區(qū)(boosterzone)"應理解為熱處理爐或熱處理爐區(qū)，其 中具有至少一個使用燃氣和含有超過21 %的氧氣的含氧氣體運行的燃燒 器。燃燒器排列和運行的方式使得待處理的產品與燃燒器的火焰直接接 觸。
空氣比例X是指在燃燒期間提供的氧氣量與所用燃料的化學計量轉 化所需的氧氣量的比例。氧氣過量時，X>1，即在超化學計量的條件下 進行燃燒。相應地，缺少氧氣的亞化學計量反應表示為人<1。
根據本發(fā)明，該火焰非?？拷摦a品的表面。鋼表面發(fā)揮催化劑的 作用，任何未反應的燃料在鋼表面上進行后期燃燒。通過由火焰包圍鋼 產品的整個橫截面，在表面上形成均勻且確定的加熱和處理氣氛。因此， 可以確定的方式改變鋼產品的表面特性，例如可以將鋼表面氧化至特殊 的預定程度。
本發(fā)明非常適合于冷軋和熱軋鋼的處理。通過氧化根據本發(fā)明的鋼 表面，制備鋼用于后序的涂布或鍍層。
術語起始溫度和目標溫度均是指表面溫度或者取決于材料厚度的分 別在用助燃區(qū)的燃燒器處理之前或之后鋼產品的中心溫度。在厚度最多 為5 mm的薄片的情況下，表面溫度和中心溫度非常接近。然而在較厚工件的情況下，這些溫度可能彼此明顯不同。在后一種情況下，取決于 特殊的應用，選擇表面溫度或中心溫度作為起始溫度和目標溫度。
在此情況下，目標溫度并非必須高于起始溫度。在本發(fā)明的范圍內， 在助燃區(qū)內將產品的溫度保持在恒定的水平。在此情況下，起始溫度和 目標溫度相同。甚至可以考慮目標溫度低于起始溫度，例如若將鋼產品 以一定的方式冷卻并使用助燃區(qū)的燃燒器以避免過度冷卻或者控制冷卻 程度。
因此根據本發(fā)明，鋼產品的熱處理在具有使用燃料尤其是燃氣和多 于21%的氧氣運行的燃燒器的助燃區(qū)內進行。所用的氧化劑是富氧空氣
或工業(yè)純的氧氣。氧化劑的氧氣含量優(yōu)選多于50%，更優(yōu)選多于75%， 特別優(yōu)選多于90%。
富氧性一方面實現更高的火焰溫度，并因此更快地加熱鋼產品，另 一方面改善了氧化特性。
根據本發(fā)明，鋼產品直接暴露于燃燒器的火焰中，即鋼產品或部分 鋼產品與燃燒器的火焰直接接觸。此類燃燒器使用燃料和氧氣含量超過
21%的含氧氣體運行，并且其火焰的取向使得鋼產品與火焰直接接觸，
以下也將此類燃燒器稱為助燃燃燒器。助燃燃燒器原則上可以在熱處理 工藝中的任何需要的位置上使用。
鋼帶在連續(xù)的爐中的傳統(tǒng)加熱是使用設置在鋼帶上方和/或下方的 燃燒器進行的，燃燒器的火焰朝向爐周圍的耐火材料上。然后耐火材料 輻射熱能返回通過爐的帶上。因此，火焰沒有直接作用于鋼帶上，而是 僅借助來自被火焰加熱的耐火材料的輻射而間接地作用于其上。
根據本發(fā)明火焰直接作用在鋼產品上，這允許以確定的方式設置熱 處理條件。根據本發(fā)明，根據起始溫度和/或目標溫度選擇火焰內燃燒的 化學計量，即空氣比例入。
6形成本發(fā)明的前身的試驗表明，隨著鋼產品溫度的提高在助燃燃燒 器火焰內的化學計量優(yōu)選向更低氧氣含量的方向移動，以達到最佳的熱 處理效果。
對于標準鋼，例如在圖1中所示的X值與鋼產品溫度之間的依賴關
系已被證明是有利的。例如在100。C下優(yōu)選選擇X值為1.12，在200。C下 選擇X值為1.07，在40(TC下選擇X值為1.00，及在60(TC下選擇人值為 0.95。然而，在人值± 0.05的容許范圍內熱處理仍具有有利的結果。X 值與溫度的關系可能偏離圖1中所示的曲線，取決于鋼的種類。
有利的是，根據鋼產品的起始溫度設置火焰內的X值。然而，也可 以將目標溫度用作選擇X值的參數。尤其是在相對快速的加熱操作的情 況下，其中目標溫度明顯偏離起始溫度，在選擇X值時，將兩個溫度， 即起始溫度和目標溫度都加以考慮已被證明是有利的。
除了根據本發(fā)明的助燃區(qū)，有利的是提供至少一個其他的處理區(qū)，
其中使產品從起始溫度升溫至目標溫度，在此情況下，在額外的處理區(qū)
內優(yōu)選根據各自的起始溫度和/或各自的目標溫度設置X值。在額外的處
理區(qū)以及在助燃區(qū)內，可以此方式進行確定的熱處理。
若至少一個額外的處理區(qū)同樣被設計為助燃區(qū)，則是特別有利的。
因此，在該過程的變體中，具有至少兩個助燃區(qū)，其中鋼產品均使用至 少一個助燃燃燒器進行加熱，即用氧氣或富氧空氣和燃料運行的燃燒器 且其火焰直接作用于鋼產品上。在每個助燃區(qū)內，有利的是根據各個助 燃區(qū)的起始溫度和/或目標溫度設置人值。
在助燃燃燒器運行期間形成的廢氣優(yōu)選取決于其CO含量而在廢氣 塵中進行后期燃燒。
已證明有利的是，在助燃區(qū)內以300至1000kW/n^的熱通量密度作 用于產品上。換而言之，每平方米表面積上通過助燃燃燒器傳遞至鋼產 品的熱容量為300至1000 kW。只有根據本發(fā)明使用富氧空氣，即使使 用氧氣含量超過80%的工業(yè)級氧氣，也允許該高水平的熱傳遞。結果是，
7可以在更短的距離上更快地加熱鋼產品，結果是連續(xù)的爐的長度可以明 顯縮短，或者它們的產量可以顯著提高。
特別有利的是，在輸送方向上輸送產物通過助燃區(qū)，在此情況下， 該火焰在橫截輸送方向的整個外圍上包圍該產品。使鋼產品如鋼帶沿著 輸送方向通過爐。至少一個助燃燃燒器的火焰橫截該輸送方向作用在鋼 產品上，其中火焰完全包圍鋼產品，即在處理位置上鋼產品的橫截面完 全在火焰內。火焰在垂直于輸送方向的方向上包圍鋼產品。這導致在其 整個橫截面上均勻地并且由于根據本發(fā)明設置火焰中的化學計量而確定 地加熱鋼產品。
取決于待處理的鋼產品的形狀和幾何形狀，可能需要將鋼產品的邊 緣區(qū)和中心區(qū)加熱至不同的程度。在此情況下，有利的是助燃燃燒器的 火焰不用作完全包圍的火焰，如上所述，而是有意地朝向鋼產品的一定 區(qū)域上，例如只在邊緣區(qū)上。
助燃燃燒器的火焰直接作用在鋼產品上，也能夠通過改變火焰的幾 何形狀而有意地影響助燃區(qū)內的目標溫度。
本發(fā)明特別適合于鋼產品尤其是鋼帶或鋼板的熱處理，對它們在熔 體浴中實施后序的處理和/或涂布或其他適合的方法。例如，在熱浸鍍之 前，有利的是根據本發(fā)明對該待鍍層的產品進行熱處理。
下面基于圖中所示的實施方案更詳細地闡述本發(fā)明和本發(fā)明的其他 細節(jié)。


圖1所示為人值與待處理的產品的溫度的關系。
圖2所示為用于產生包圍火焰的助燃燃燒器的排列。 圖3所示為用于在連續(xù)的爐中預熱鋼帶的三個助燃區(qū)的排列。 圖4所示為在本發(fā)明的一個特殊的實施方案中人值和鋼產品的溫度 的曲線。
圖5所示為助燃區(qū)用于清潔鋼產品的應用。圖6所示為在圖5中所示的排列中鋼的溫度與爐長度的關系。 圖7所示為在傳統(tǒng)的預熱區(qū)下游的助燃區(qū)的應用。
具體實施例方式
圖2所示為根據本發(fā)明用于將鋼帶3從起始溫度加熱至目標溫度的 兩個助燃燃燒器l， 2。在垂直于附圖平面的方向上輸送帶3通過連續(xù)的 爐(未顯示)。垂直于輸送方向并垂直于帶的表面4排列燃燒器1， 2。 由助燃燃燒器1， 2產生的火焰5包圍鋼帶3的整個橫截面。在火焰5中， 根據起始溫度和目標溫度以確定的方式設置化學計量。根據本發(fā)明的包 圍火焰5確保均勻且確定地加熱和處理鋼帶3。
根據本發(fā)明的方法優(yōu)選用于在連續(xù)的爐中清洗和/或加熱帶形的鋼 產品。本發(fā)明特別有利地在后序的涂布/熱浸鍍過程之前加熱或預處理鋼 產品。以下圖3至7所示為在連續(xù)的爐中的一個或更多個助燃區(qū)的各種 可能的排列，特別是在連續(xù)的爐中通常在熱浸鍍過程之前實施加工步驟。
圖3所示為用于清洗和預熱鋼帶的助燃區(qū)的應用。對通過冷軋/熱軋 產生的鋼帶實施熱處理用于隨后的例如熱浸鍍。為此目的，將室溫下的 鋼帶送入第一助燃區(qū)6，其中基本上清洗該帶，并在第一階段中預熱。 根據帶的低起始溫度，在該區(qū)內選擇相對高的^值1.3,并將鋼帶在這些 超化學計量條件下加熱至400°C 。
為了進一步加熱鋼帶，具有兩個助燃區(qū)7、 8，其中首先將帶從400'C 加熱至60(TC，然后加熱至所期望的最終溫度65(TC。為此目的，將鋼帶 在兩個助燃區(qū)7、8內以及在助燃區(qū)6內均使用多個由富氧空氣和燃氣運 行的燃燒器進行加熱，燃燒器的火焰直接作用于鋼帶上。優(yōu)選地排列燃 燒器，如圖2所示，從而使燃燒器的火焰在鋼帶的橫截面上完全包圍鋼 帶。助燃區(qū)7中的燃燒器火焰中的人值在此情況下被設置為0.96的值， 而助燃區(qū)8中的燃燒器火焰的X值被設置為0.90的值。在通過助燃區(qū)6、 7、 8之后，將鋼帶暴露于爐的區(qū)段9中的還原氣氛中。圖4所示為待加熱的鋼帶的溫度與在不同熱處理爐的整個長度上加 熱鋼帶的火焰內的X值的曲線。在此情況下，將爐在其長度L上劃分成 多個助燃區(qū)，每個助燃區(qū)內的X值根據該助燃區(qū)相應的起始溫度逐步降 低。結果是，使熱處理條件最佳地符合瞬時的溫度條件。
圖5所示為本發(fā)明的實施方案，其中使用助燃燃燒器以清洗在熱軋 和/或冷軋后被軋制殘余物污染的鋼板。將助燃區(qū)10設置在爐長度的第
一個2.5m上。在該短區(qū)10內，將鋼帶從2(TC加熱至30(TC，并使存在 的軋制殘余物燃燒。在該區(qū)10內，將X值設置為1.1與1.6之間的值， 即建立超化學計量的燃燒條件。
助燃區(qū)10與40 m長的預熱區(qū)11相連，其中使鋼帶達到所期望的目 標溫度，例如650'C。在X值為0.96的亞化學計量的條件下在預熱區(qū)11 中進行加熱，然后將鋼帶送入還原爐12中。
圖6所示為鋼帶的溫度與其在如圖5所示的連續(xù)的爐中的位置的關 系。點線表示當在助燃區(qū)10中使用傳統(tǒng)的燃燒器排列時，即不使用本發(fā) 明的助燃燃燒器時的溫度曲線。帶的溫度僅緩慢升高；在第一區(qū)10中， 僅觀察到不明顯的溫度升高。
作為比較，實線表示當在如圖5所示的助燃區(qū)10中使用助燃燃燒器 時的溫度曲線。在爐長度的第一個2.5m上，即在助燃區(qū)10內，實現溫 度上升至300。C以上。以此方式可以將爐產量提高25%。實線表示產率 為每小時85噸時的溫度曲線，而點劃線表示若產率上升至每小時105噸 時的溫度曲線。
最后，圖7所示為本發(fā)明的變體，其中助燃區(qū)14被設置在熱處理爐 的還原區(qū)15的直接上游。首先，將鋼產品在傳統(tǒng)的預熱區(qū)內從環(huán)境溫度 加熱至550°C。接著是助燃區(qū)14，其中將鋼產品加熱至650°C。在該特 殊的情況下，助燃燃燒器在X值為1.1的超化學計量的條件下運行，從 而實現鋼帶在助燃區(qū)14內以受控制的方式氧化。
10除了圖中所示的排列以外，在熱處理的過程中，助燃區(qū)還可以位于 其他位置上。原則上可以有意義地在確定的氣氛中盡可能快地熱處理鋼 產品的任何位置上采用助燃區(qū)。
特別地，對鋼產品在助燃區(qū)內實施根據本發(fā)明的熱處理，接著實施 還原熱處理，已被證明是有利的。在該助燃區(qū)內，優(yōu)選使鋼產品的溫度 僅小幅升高或者甚至保持在相同的溫度水平。在此情況下，使用助燃區(qū) 從而以受控制的方式借助確定的氣氛影響材料，即以期望的方式調節(jié)鋼 產品的表面、特性或微觀結構。
權利要求
1、鋼產品(3)尤其是鋼帶或鋼板的熱處理方法，其中使該產品(3)在具有至少一個燃燒器(1，2)的助燃區(qū)(6，7，8，10，14)內從起始溫度升溫至目標溫度，該燃燒器(1，2)使用燃料尤其是燃氣和含氧氣體運行，該含氧氣體包含超過21％的氧氣，并使該產品(3)與由該燃燒器(1，2)產生的火焰(5)直接接觸，其特征在于，在輸送方向上輸送該產品(3)通過該助燃區(qū)(6，7，8，10，14)，并且該火焰(5)在橫截輸送方向的整個外圍上包圍該產品(3)，而在該火焰(5)內根據該起始溫度和/或該目標溫度設置空氣比例λ。
2、 根據權利要求1的方法，其特征在于，提供額外的處理區(qū)(9， 11， 12， 13， 15)，在這些處理區(qū)內均使所述產品(3)從起始溫度升溫 至目標溫度，根據各自的起始溫度和/或各自的目標溫度設置每個處理區(qū)(9， 11， 12， 13， 15)內的空氣比例L
3、 根據權利要求2的方法，其特征在于，提供多個均使用至少一個 燃燒器(1， 2)進行加熱的助燃區(qū)(6， 7， 8)，該燃燒器(1， 2)可使 用燃料尤其是燃氣和含有超過21Q/^的氧氣的氣體運行，使所述產品(3) 與由該燃燒器(1， 2)產生的火焰(5)直接接觸。
4、 根據權利要求1至3之一的方法，其特征在于，在所述助燃區(qū)(6， 7， 8， 10, 14)中以300至1000kW/m"的熱通量密度作用于所述產品。
5、 根據權利要求1至4之一的方法，其特征在于，使用所述燃燒器 (1， 2)的火焰幾何形狀影響助燃區(qū)(6， 7， 8， 10， 14)內的目標溫度。
6、 根據權利要求1至5之一的方法，其特征在于，該方法包括以下 步驟-在所述助燃區(qū)(6， 10)中將所述產品(3)加熱至300至300'C 的第一目標溫度，-在至少一個其他的處理區(qū)(7， 8， 11)中將所述產品(3)從該第 —目標溫度加熱至600至90(TC的溫度。
7、 根據權利要求1至6之一的方法，其特征在于，該方法包括以下 步驟-在第一處理區(qū)(13)中將所述產品(3)加熱至500至60(TC的第 —目標溫度，-在所述助燃區(qū)(14)中將所述產品(3)從該第一目標溫度加熱至 600至90(TC的溫度。
8、 根據權利要求1至7之一的方法，其特征在于，對所述產品(3) 實施涂布/鍍層過程。
9、 根據權利要求1至8之一的方法，其特征在于，將所述產品(3) 暴露于還原氣氛中，然后在所述助燃區(qū)內使其達到所述目標溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋼產品尤其是鋼帶或鋼板的熱處理方法，其中使該產品在具有至少一個燃燒器的助燃區(qū)(6，7，8)內從起始溫度升溫至目標溫度。該燃燒器使用燃料尤其是燃氣和包含超過21％的氧氣的含氧氣體運行。使該產品與由該燃燒器產生的火焰直接接觸，根據該起始溫度和/或該目標溫度設置該火焰內的空氣比例λ。
文檔編號C21D1/52GK101448963SQ200780004421
公開日2009年6月3日 申請日期2007年1月11日 優(yōu)先權日2006年2月3日
發(fā)明者F·因德拉, H·艾歇爾克勞特, H-J·海勒爾, O·里岑, P·萊茵哈德, W·赫格納 申請人:林德股份公司;蒂森克魯伯鋼鐵股份公司