Quality improvement of continuous casted billets through secondary cooling optimization

Continuous casting of molten steel is a consolidated technology that has adapted to modernization over many decades. Many developments have taken place during this time which enabling steelmakers to optimise production, increase product quality and, at the same time, decrease costs and reduce environment impact. Billets internal cracks are one of the most critical defects that could decrease the mechanical resistance of the semiproduct and could cause rupture during the following plastic deformation operations. Cracks origin and their position depend on several factors. In this study, internal cracks that arise during secondary cooling zone are investigated. Internal cracks can be correlated to the presence of inclusions in the steel and/or to the cooling parameters of the secondary zone of the continuous casting machine. To understand the role of the inclusions, XRF and SEM analyses on tundish slag are done, defining the slag capacity to trap the harmful solid elements present in steel. For what concern cooling parameters, the wetted area of each nozzle and the water supply parameters (water pressure and specific volumetric flow rate, i.e. litres of water given for kilogram of steel) were considered). Statistical analyses by the software Minitab are done to point out the correlation between the process variables and the cracks. Based on those analyses a new coefficient, based on pressure and specific volumetric flow rate, is defined to develop software capable to increase the billet quality by changing in real time the secondary cooling parameters. Validation of steel improved quality is performed through a dedicated experimental campaign. Corrective actions have been demonstrated to decrease internal cracking in the billet by up to 52%.

La colata continua di acciaio fuso è una tecnologia consolidata che si è adattata alla modernizzazione nel corso di molti decenni. Durante questo periodo si sono verificati molti sviluppi che hanno permesso ai produttori di acciaio di ottimizzare la produzione, aumentare la qualità del prodotto e, allo stesso tempo, diminuire i costi e ridurre l’impatto ambientale. Le cricche rappresentano uno dei difetti più critici all’interno delle billette. Le cricche potrebbero diminuire la resistenza meccanica del semiprodotto e causare la rottura durante le successive operazioni di deformazione plastica. L’origine delle cricche e la loro posizione dipendono da diversi fattori. In questo studio, vengono analizzate le cricche interne che si formano durante il raffreddamento secondario. Le cricche interne possono essere correlate alla presenza di inclusioni nell’acciaio e/o ai parametri di raffreddamento secondario della macchina di colata continua. Per capire il ruolo delle inclusioni, vengono effettuate analisi XRF e SEM sulle scorie di paniera, definendo la capacità delle scorie di intrappolare gli elementi solidi dannosi presenti nell’acciaio. Per quanto riguarda i parametri di raffreddamento, sono stati considerati l’area bagnata che ogni ugello è in grado di produrre sulla superficie della billetta e i parametri di fornitura dell’acqua (pressione e portata volumetrica specifica, ovvero i litri di acqua forniti per chilogrammo di acciaio). Analisi statistiche tramite Minitab sono state svolte per evidenziare la correlazione tra le variabili di processo e le cricche. Sulla base di queste analisi viene definito un nuovo coefficiente, in funzione della pressione e della portata volumetrica specifica, per sviluppare un software in grado di aumentare la qualità della billetta cambiando in tempo reale i parametri di raffreddamento secondario. La convalida della miglior qualità dell’acciaio viene eseguita attraverso una campagna sperimentale dedicata. È stato dimostrato che le azioni correttive diminuiscono l’insorgenza di cricche interne alla billetta fino al 52%.