CSP连铸中间包补偿加热技术的必要性

CSP连铸中间包补偿加热技术的必要性
杨学雨

河钢邯钢连铸连轧厂 河北邯郸 056001

摘要：随着钢铁行业市场的变化和连铸技术的进步，产品的质量和品质受到前所未有的关注和重视，提高连铸坯的质量成为了连铸生产中的重点。为此寻求外部热源补偿中间包钢水的温降、精确地控制最佳过热度，使进入结晶器的钢水温度稳定，越来越引起人们的重视。因此通过外部热源来补偿中间包钢水温降的加热技术得到了迅速发展。本本通过研究连铸钢包热损失造成温降的必然性和采用中间包补偿加热技术的必要性进行了分析研究，为中间包加热技术的实际运用提供必要的理论依据。
关键词：过热度；感应加热；CSP连铸
    前言：由于CSP(Compact Strip Production)薄板坯连铸属于近终形连铸，铸机拉速高，漏斗形结晶器形状不规则，钢水在结晶器里凝固前沿环境要求很高，为了得到质量均匀的产品，对进入结晶器的钢水的过热度的稳定性要求很高，为了获得优质的连铸坯，我们希望钢水在中间包内继续得到精炼和温度的调整，钢水温度始终保持在最佳过热度(由钢种决定)的上下，其波动愈小愈好，于是就体现出了中间包加热技术的必要性。
1.钢包钢水温度的控制
1.1钢水过程温降分析
    钢水从出钢开始到进入中间包一般需经历5个温降过程，即：
          Δt_过程＝Δt₁＋Δt₂＋Δt₃＋Δt₄＋Δt₅        
          式中Δt_过程——出钢开始到中间包内钢水总的温降；
                   Δt₁——出钢过程的温降；
                   Δt₂——出完钢钢水在运输和静置期间的温降；
                   Δt₃——钢包精炼过程的温降；
                   Δt₄——钢包精炼结束钢水在静置和运往连铸平台的过程温降；
                   Δt₅——钢水从钢包注入中间包的温降。
    连铸钢水由于过程温降大，因此要求出钢温度比模铸要高，为了保证严格的过热度，浇注温度要求波动范围很窄，这两个特点决定了连铸钢水温度控制难度很大。这也是许多连铸钢厂长期生产不顺、质量低下的重要原因所在。为了完成一系列的精炼任务，通常不是将初炼炉出钢温度提高到过热150℃的程度，就是精炼炉进行长时的升温操作。初炼炉出钢温度过高，不仅金属收得率降低、生产率下降、废钢比减少、耐材消耗激增、整个初炼炉指标恶化，同时钢水质量大大下降，反不利于下一工序的精炼。
2.中间包钢水温度稳定性控制
2.1中间包过热度控制对策
中间包钢水温度控制有以下三种方法^[1]：
1) 最大能量损失原则，按出钢温度上限出钢→钢包站调温(如加废钢冷却)→中间包目标温度值；
2) 优化能量损失原则，即严格按温度损失决定出钢温度，在钢包站不降温、不加热以达到中间包目标温度值；
3) 最小能量损失原则，按预定温度出钢，在钢包或中间包补充少量能量以达到目标温度值。
 第一种由于对生产组织有利，但是出钢温度高造成炉子和钢包耐火材料寿命低，消耗增加，对钢质量不利；第二种对策是按炼钢过程能量优化原则以决定出钢温度，是一种理想的状态，要求准确掌握从出钢到浇注过程中各工序的温降，这在实际生产中由于各种因素的影响很难实现；第三种对策向中间包提供外加能量，安装加热设备，可以提高炉衬寿命，能准确控制中间包钢水温度，使其波动范围最好控制在±5℃之间，获得稳定合适的中间包钢水温度，有利于实现低过热度浇铸。
2.2低过热度浇铸的优点
2.2.1过热度与凝固组织
    钢水温度低，等轴晶区大，反之钢水温度高，柱状晶区大。中心等轴晶区和柱状晶区相对尺寸是研究铸坯内部质量的主要指标。低过热度的恒温浇铸能有效抑制柱状晶生长而有利于等轴晶生长，是获得良好铸坯质量和提高生产率的最佳选择。
2.2.2过热度与铸坯质量
    在浇铸的过程中，使中间包内的钢水处于最佳过热度，不仅能获得大的等轴晶率和低的轴向偏析，而且能避免漏钢、冻结、回炉等事故的发生。不论何种断面，等轴晶率越高，中心偏析越轻。
2.2.3过热度与浇铸速度
    对任何钢种而言，浇铸速度随过热度降低而提高，中间包内的钢水能控制在低过热度的恒温状态，即目标温度的±5℃范围内，则能达到最佳浇铸速度。
2.2.4过热度与收得率
    在浇铸过程中，将中间包内钢水过热度控制在适当范围内，能显著提高产品的收得率和生产率，这是由于维持合适的过热度有利于提高连浇炉数，减少设备耐材消耗、节省能耗，大大减少中间包残钢量，在提高收得率的同时减少了事故发生，提高了生产率。
    只有采取中间包加热的方式，使中间包内钢水的温度始终保持在最佳点，更可避免通常新包启用、更换钢种要求中间放空钢水，以及大包内剩余钢水少时造成连铸温度不足的弊病。中间包作为冶炼与连铸两工序间必要的衔接环节，既需要继续起精炼作用，又要起调整温度的作用，因此中间包加热是十分必要的。
3.中间包加热技术的对比
目前开发出多种形式的中间包加热方法，包括电弧、电渣、等离子和感应加热和陶瓷电阻加热等。在各种物理加热方式中，应用最为广泛的是等离子体加热和电磁感应加热，但是国内曾自行研发过等离子体加热技术，也引进了等离子体加热技术，使用效果都不尽人意^[2]。其主要原因一是起弧困难;二是由于中间包钢水液而控制不稳，等离子体弧难于维持，导致熄弧;三是使用时噪声大，使人难以承受;四是等离子体产生的电磁辐射对弱电系统有比较大的干扰;五是加热效率低。
中间包感应加热方式的优点显著，它加热速度快，电热效率高，钢水不易沾污；某些类型还有一定得电磁搅拌作用，有利于夹杂物的去除，有可能用于改变中间包内钢水流动规律来达到一定得冶金效果；过程温度控制方便，最关键的是可较为精确的控制浇铸钢液的过热度^[3]。
    另外环境问题已经越来越引起人们的关注，工业排污问题已经升级到国际讨论范畴，节能减排更是先进企业单位追求的目标。中间包感应加热与化学加热相比，没有加热额外的元素将在某种程度会减少排渣量，与等离子加热方式相比没有那么大的噪音，对人体无害，与其他所有物理加热方式比它的电热效率比较高。因此采用中间包感应加热技术是上策。
4.结论
1）钢水的浇铸温度是连铸的重要工艺参数，是浇铸顺行的前提和获得良好质量铸坯的基础，但是获得最佳的过热度仅仅依靠精确控制钢包到中间包过程中的钢水温降难以实现，必须采取温度补偿措施。
2）在各种中间包加热方法中，电磁感应加热以其显著的优越性得到了广泛应用，是最佳的温度补偿措施。
3）CSP连铸作为近终形连铸，拉速高，平均拉速已超过4.0m/s，为适应高拉速高质量的连铸现状，CSP连铸应用中间包感应加热技术迫在眉睫。
总而言之，在激烈的市场竞争中唯有依靠质量才能取胜，CSP连铸机依靠自身的独特优势，须不断完善工艺技术，提高产品的多样性和稳定性，才能实现可持续的发展。
参考文献：
[1]. 时彦林,崔衡.连铸工培训教程[M].冶金工业出版社,2013
[2].向顺华, 刘应书. 连铸中间包中钢水的加热[J]. 工业加热，1996, (6): 8-12.
[3]. 毛斌, 蒋桃仙. 连铸中间罐碟形通道式感应加热装置[C]. 不锈钢会议，2008