Assessing operational performance in industrial billet casting using an instrumented mould

ABSTRACT

In the present study, the operational characteristics of an industrial billet caster were investigated. Two billet moulds were instrumented with Fibre Bragg Grating (FBG)-based temperature sensors and run for their full lives of 320 h each under normal plant conditions doing open casting with oil lubrication. The heat fluxes and temperatures of the mould wall were used to study the peritectic nature of the grades cast. The data from the moulds were also used to understand the main resistances to heat transfer by comparing the variation in mould wall temperatures to the variation in liquid steel temperature through a cast. The impact of mould life on the heat transfer through the mould was also studied by comparing data of similar casting conditions over the whole life of the mould. The instrumented moulds were also used to study sticker breakouts. The classical breakout signatures were obtained in the temperature profiles in the breakout events. It was found that the hot spot associated with the temperature peak was moving down at a speed of around 0.7–0.75 times the casting speed. The usefulness of FBG-based temperature sensors for practical billet caster operations has been shown.

Dans la présente étude, on a examiné les caractéristiques opérationnelles d’une machine industrielle de coulée pour billettes. On a équipé deux moules à billettes avec des capteurs de température basés sur un réseau de Bragg à fibre (FBG), utilisés pendant leur durée de vie complète de 320 heures chacun dans des conditions normales d’usine en coulée ouverte avec lubrification à l’huile. On a utilisé les flux calorifiques et les températures des parois du moule pour étudier la nature péritectique des nuances coulées. On a évalué différentes équations de la nature péritectique d’une nuance d’acier avec les données disponibles et l’on a identifié la plus appropriée. On a également utilisé les données du moule pour comprendre les principales résistances au transfert de chaleur en comparant la variation de température des parois du moule à la variation de température de l’acier liquide pendant une coulée. Cela a confirmé la théorie concernant les résistances au transfert de chaleur dans les parties supérieure et inférieure du moule, à savoir l’espace d’air et la coquille solidifiée, respectivement. On a également étudié l’impact de la durée de vie du moule sur le transfert de chaleur à travers le moule en comparant les données de conditions de coulée similaires sur toute la durée de vie du moule. On a observé une réduction graduelle du flux de chaleur et des températures des parois du moule au cours de la durée de vie du moule, possiblement un impact de la déformation permanente du tube du moule. On a également utilisé les moules instrumentés pour étudier les cassures de lingot bloqué. On a vu que les températures des parois du moule augmentaient, atteignaient un pic, et ensuite retombaient l’une après l’autre en commençant par le capteur le plus haut sur toute la longueur du moule. On a constaté que le point chaud associé au pic de température descendait à une vitesse d’environ 0.7 à 0.75 fois la vitesse de coulée. On a démontré l’utilité des capteurs de température basés sur FBG pour les opérations pratiques de coulée de billettes.

KEYWORDS:

• Billet casting
• continuous casting
• instrumented mould
• FBG sensors
• breakout
• fibre optic temperature sensors
• mould life
• superheat
• peritectic

Acknowledgements

The authors would like to thank the following people who helped in the conceiving and executing of this work: Dr Sanjay Chandra and Dr SK Ajmani of R&D Tata Steel; Mr Gurmit Singh; Mr Ashutosh Kumar; Mr Pankaj Kumar Pandey; Mr Krishna Murari Choubey; Ms Stutee Nanda; Mr OPK Singh and Mr Sushil Roy of LD Shop1 Tata Steel; Dr Somnath Bandopadhyay; Mr Palas Biswas and Ms Nandini Basumallick of CSIR-CGCRI Kolkata and Dr Tarun Das; Mr Chandan Dutta and Mr Alok Kumar of CSIR NML; Jamshedpur.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Correction Statement

This article has been corrected with minor changes. These changes do not impact the academic content of the article.