Targeting Superheat in Thin-Slab Casters to Improve Productivity and Quality
薄板坯连铸过热度控制，提高产能和质量
薄板坯连铸连轧(CSP)模式在世界各地的出现打开了生产板卷短流程的大门，并在一定程度上生产先进的钢种与超薄厚度板卷。正是由于这个主要原因，所有CSP系统都在寻找更快、优化的板带产品，而无需对高炉(BFs)和所有相关的大量投资。在这篇文章中，简要描述了一个叫做CASTEV的模型的使用。CASTEV在一个核心中运行多个模型，这里显示的所有数据和数字都是关于一个CSP工厂的高效生产和非常繁忙过程，以及各种各样的产品，所有产品均为不同厚度和宽度的铝镇静钢带卷，生产关键因素是结晶器生成在足够厚度的初生坯壳，从而实现高拉速生产，如图1所示。显然，连铸拉速最为重要的一环，然而，其他因素，如浸入式水口(SEN)的设计和结晶器保护渣的行为也同样重要。结晶器保护渣的熔化、结晶和玻璃化在很大程度上决定了结晶器内的热流密度，[1,2]前提是其他参数(冷却水、结晶器铜板厚度、结晶器寿命、铜板镀层性质和镀层厚度)是可控的。在CSP操作中，提高生产率的约束和选择是有限的，[3] 所有选项都有利于提高连铸拉速，提高拉速就是提高产能。这为结晶器内的温度控制提供了明确的策略。这篇文章提出了一个选项，给连铸机提供适当的温度，使其实现更高的连铸拉速。
图1 薄板坯连铸机初生坯壳形成的关键因素(①：连铸拉速:；②：浸入式水口特殊设计→钢水流动模式，水口下来的钢水冲击结晶器区域，结晶器保护渣结晶-玻璃体化行为；③：钢水过热度；④：炉号输入→钢包钢水到达温度，钢厂物流，钢种；⑤：结晶器构造→冷却水温度）讨论
高拉速关键因素
薄板坯连铸在降低投资方面有巨大的益处，但技术挑战也同样显著，为了达到较高的拉速(5-7m/min)，离开结晶器时候的固态坯壳厚度必须达到一定的最小值。根据Kim等人的研究，[3]在结晶器内坯壳形成厚度与拉速相关，拉速低则坯壳厚度较大，然后随着拉速的增加，坯壳厚度减小(见图2)。作者还指出，凝固常数将随着铸坯的下行而变化，然后坯壳增加厚度的速度达到一个稳定的值(关于这个主题的更多评论将在后面的章节中给出)。如图2所示，当速度在5到7m/min之间时，壳体厚度约为9到11mm。这是一个关键点，因为在这些厚度下，固态坯壳的厚度对热通量的变化或结晶器保护渣性能的变化几乎没有容忍度。
图2 薄板坯连铸机的坯壳厚度 Kim等人[3]另一方面，钢液在结晶器内的流动规律不仅对结晶器保护渣的熔化和液态保护渣在铜板和坯壳之间的抽吸进入有重要影响，而且对沿结晶器窄面温度分布也有重要影响。钢液流的第一个影响因素是进入结晶器的初始钢液过热度，这个过热度在很大程度上决定了结晶器保护渣的行为，取决于钢水初始过热度。结晶相和沿结晶器铜板形成的玻璃相的控制取决于结晶器保护渣的性能和沿结晶器下行长度方向的温度变化，这是特别关键的是沿结晶器的窄面。关于结晶器保护渣的结晶和玻璃化形成，人们进行了大量的研究。[1,2,5~8]所有这些研究的一个共同结论是，高的结晶温度将导致更可控的热流密度。因此，很明显，从浸入式水口SEN影响结晶器第一个区域的钢液的初始温度对结晶器保护渣的行为具有关键作用，最重要的是，其中间包浇注每炉钢水的一致性在一个浇次中也至关重要。因此，连铸拉速是初生坯壳厚度和结晶器传热的热流密度的决定因素就不足为奇了。Santillana等人描述了使用特定模型来预测结晶器温度及其分布以及结晶器中的热流密度图，[3]给出了Santillana[4]和Kim[3]的数据。Santillana的模型预测显示，拉速在5到6.6m/min之间(对于新的结晶器铜板)，其热流密度为2.6-3.0MW/m2。Kim的数据正好符合这条线，连铸拉速达到每分钟7.5米。目前的工作将这些数字作为连铸拉速目标基础的一部分。一旦了解了所有这些因素，任务就变成了如何在结晶器中获得更低、一致的过热度。这是CSP钢厂的CASTEV模型面临的挑战。
图3 在薄板坯连铸机中，结晶器热流密度作为浇注速度的函数CSP试验
CASTEV模型的测试于2019年至2021年期间在CSP钢厂进行，目前仍在进行中。工厂布局如图4所示。该钢厂有两台电弧炉(EAF)、两台钢包炉(LF)和两台薄板坯连铸机。如图4所示，在钢包到达LF或连铸机之前，有多条交叉线路和多个钢包到达点，必须强调钢水温度控制的复杂性。其他因素，如连铸拉速，截面尺寸和钢种只会增加复杂性。
图4 薄板坯钢厂生产(CSP)工艺布局路线用于CASTEV模型测试图5显示了工厂模型运行的温度和过热度的典型图表。操作人员可以不用延迟地实时查看整个工厂的钢水温度状况。一个典型的过热度曲线图有一个混合区，过热度的陡然上升增加，然后是温度的缓慢下降，并伴有各种温度下降曲线。图5所示的图表是典型的高拉速生产模式，然而，这一套理想的过热度曲线制度很容易被许多钢厂变化所破坏，并且可能变得非常复杂。CASTEV模型考虑了所有这些因素，模型结果如图6所示。截至2021年6月，使用CASTEV模型的测试结果清楚地表明，与不使用该模型的运行相比，过热度范围明显缩小。还可以清楚地看到，使用模型与不使用模型相比，抵达各工序的钢水温度的变化要小得多。该模型不仅向精炼炉LF操作员发送抵达的钢水温度，而且还发送氩气搅拌条件以使钢液均匀化，这是一套完整的说明，评估正在进行中，随后会有一份完整的报告，但目前的好处是显而易见的。
图5 CSP工厂中用于钢包炉和连铸机操作员的典型实时温度(C°)屏幕
图6 CASTEV模型在有模型和无模型工况下的过热度范围和抵达工序点钢水温度结果结论
自2019年以来，CASTEV模型一直在进行紧张的测试，到目前为止，效果非常好，此时可以得出一些明确的结论:a) 使用该模型对过热度规范的符合率在89%以内，而不使用该模型的符合率仅为69%。b) 使用该模型，抵达工序点的钢水温度更加准确。c) 与不使用模型相比，钢液过热度变化小得多。
参考文献
1. M. Hanao and M. Kawamoto, ISIJ International, Vol. 48, No. 2, 2008, p. 180.2. H.D. Goodfellows and M. Pozzi, Tetsu-to-Hagané, Vol. 83, No. 2, 1997, p. 115.3. S.Y. Kim, Y.S. Choi, J.Y. Hwang and S.H. Lee, Iron & Steel Technology, Vol. 13, No. 7, 2016, p. 45.4. B. Santillana et al., ISIJ International, Vol. 48, No. 10, p. 1380.5. M. Okada, D. Katayama, J. Gilmore and Y. Iwamoto, Iron & Steel Technology, Vol. 18, No. 7, 2020, p. 64.6. K. Watanabe et al., Tetsu-to-Hagané, Vol. 83 No. 2, 1997, p. 115.7. A. Yamauchi et al., ISIJ International, Vol. 33, No. 1, p. 140.8. M. Kawamoto et al., Tetsu-to-Hagané, Vol. 80, No. 3, 1994, p. 219.
作者
Eloy Martinez Rehlaender SvMet Engineering SA, Santa Cruz Guadalupe, Pue., Mexico drmartinez @
唐杰民2023年8月上旬翻译自某国《钢铁技术》本月期刊，水平有限，翻译中不妥之处请各位看官给予指正。
会务组联系方式 电话：13248139830(展商名录咨询）
