摘要：高效化连铸生产对钢水过热度控制提出更高精度要求，温度波动直接影响铸坯组织与成品质量，文章围绕过热度控制窗口设置、实时测温系统精度控制以及影响温度稳定性等关键因素展开研究，提出适配高速连铸工况的温控节律匹配路径与中间包动态调温策略，并开展结晶器热场波动、铸坯裂纹分布与成品一致性指标的定量分析，验证控温精度提升在稳态浇注中的有效性。研究结果可促进连铸温控技术进一步智能化发展，具有改善生产稳定性与提升质量水准的工程应用价值。

　　关键词：连铸钢水；过热度控制；温度稳定性；高效化生产

　　连铸即为连续铸钢的简称，在钢铁厂生产各类钢铁产品过程中，使用钢水凝固成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。在高效化连铸生产模式下，钢水温度控制的稳定性直接影响铸坯质量、拉速节奏和成品收得率，过热度偏差已成为制约高速连铸质量提升的关键变量。温控系统在多点传热、快速输送与短节拍转换条件下出现实时响应困难等问题，传统静态控温模式难以适应动态调节需求。文章聚焦钢水过热度控制窗口设定、测温系统精度控制与温度波动因素识别，提出面向高效连铸工况的精准控温策略，并构建控制效果的定量分析体系，从系统路径与技术验证两个层面展开深入研究。

　　1过热度精准控制的技术基础

　　1.1过热度控制窗口设置

　　连铸过程中的钢水温度控制需根据钢种成分、断面尺寸与拉速工况设定不同的过热度控制区间。在出钢阶段，合金元素氧化敏感度高的高强钢需保持较窄过热度波动范围，常设定为1535~1545℃；普通碳素钢可设定在1520~1540℃,兼顾流动性与夹杂上浮时间。进入中间包区域后，温降速率需考虑包体结构与滞留时间，需将目标温度设定在比结晶器前端控制下限高出10~15℃,以保证传热驱动充足。在结晶器上口区域，温度需严格控制在液相线以上5~10℃,避免液芯收缩过快引发缩孔。不同规格的断面铸坯在高速拉速下对结晶器前温度控制容差更小，需缩窄控制窗口宽度至8℃以内，增强热场稳定性。

　　1.2实时测温系统精度控制

　　钢水高温测量的实时性与精度决定了控温系统响应质量。热电偶适用于钢包与中间包出流口的接触测温，部署位置需靠近钢水主流区，避免冷边干扰，响应时间在0.8~1.5s。光纤测温具备连续非接触测量能力，适用于中间包出口或浇铸平台位置，响应时间控制在0.3s以内。无线测温装置在钢包转运与倾倒过程中补充非接触采集，数据采集频率较低但具备防电磁干扰功能［1］。不同测温装置在冗余配置时需通过数据融合算法修正零漂、延迟与环境漂移误差，确保测温数据可用于高频调温指令驱动，支持过热度控制系统稳定运行。不同测温方式的动态响应与数据准确性的响应特性对比，如表1所示。

　　由表1数据可知，光纤测温响应最快、精度最高，适用于快速调温位置；热电偶性能稳定、应用面广，适合作为主要监测手段；无线测温抗干扰能力强但采样频率低，更适合动态转运阶段的辅助采集。

　　从表1数据可以看出，不同测温方式在响应速度、精度及适用工况方面存在显著差异。光纤测温系统响应时间最短（0.3~0.5s）、测温精度最高(±2℃),且数据采样频率达到20Hz，能够满足高速连铸过程中对温度快速变化的实时捕捉需求，适合布置于中间包出口等关键调温位置。热电偶响应时间处于0.8~1.5s，精度为±3℃,在稳定性与适用范围方面表现均衡，适合作为钢包与中间包区域的主要监测手段。无线测温虽具备较强抗干扰能力，适用于钢包转运等复杂环境，但其响应时间较长、精度较低且采样频率仅为1Hz，难以支撑高频控温调节要求，更适合作为过程补充监测手段。总体来看，多测温方式协同配置可兼顾精度、响应速度与工况适应性，为过热度精准控制提供可靠数据基础。

　　1.3浇铸过程中影响温度波动的核心因素

　　1.3.1钢包温降与滞留时间

　　钢包在出炉后存在显著的自然冷却过程，若出钢节奏不稳定或等待时间超过设计窗口，钢水在输送路径中的温降将超过15℃,易导致中间包起始温度不足，引发后续温度调节压力增加。

　　1.3.2中间包残留钢水与包间切换影响

　　上一炉残余钢水在未排净条件下进入下一炉钢水混合，温度扰动幅度可达8℃以上，且不同钢种切换时热容量差异造成控温系统响应滞后，使得前端温度波动放大，影响铸流稳定性。

　　1.3.3拉速波动与铸流调节干扰

　　铸机拉速波动带动结晶器热负荷变化，若拉速调整频繁，温控系统指令无法及时响应，钢水流速与热损失率不匹配，将导致结晶器前端温度出现剧烈起伏，破坏液芯长度控制目标。

　　2高效生产背景下的过热度控制策略

　　2.1温控节律匹配方式

　　在高速连铸节拍提升背景下，温度控制系统需匹配铸机拉速变化的动态变化节律，通过构建自动调温参数库与自适应调节算法，缩短温控响应时延，保障铸坯质量稳定性［2］。系统需设定多档拉速对应的目标温度调整间隔、测温周期与调节幅度上限，确保在变速状态下温度始终处于过热度窗口范围内。调温节奏可按拉速波动频率动态调整测温触发周期，设定在1.5~3.5s，并联动中间包调温逻辑，降低温差传递延迟风险。数据模型中需绑定拉速-温差-调节幅度三元组关系，形成规则表供PLC调用执行，提升系统自适应能力。不同拉速条件下目标过热度、测温周期、调温步长和响应延迟的变化趋势，如图1所示。

　　拉速越高，目标过热度设置越低，测温周期与调节步长越短，以保证钢水在快速流动状态下仍具备可控的热力输出。延迟控制必须紧跟拉速变化趋势，防止因调节滞后引发结晶器区温降超限问题。在具体实现中，温控节律匹配算法需与铸机拉速控制系统实时耦合。PLC模块将拉速信号经滤波平滑处理后，以0.2s为采样周期输入控温逻辑端，实现温差闭环计算。系统内部采用分级PID调节结构，粗调层负责拉速变化阶段的快速补偿，微调层依据温差变化速率ΔT/Δt动态修正加热功率与冷却水量分配。为避免系统震荡，设置动态死区阈值，当温差绝对值低于0.8℃时，禁止连续调节动作。数据传输层引入Modbus-TCP协议，实现温控参数与拉速状态的高速互通，响应延迟小于150ms。

　　2.2中间包控温技术的动态调节路径

　　在高效化连铸工况下，中间包作为温度缓冲与二次调温核心单元，须具备动态响应能力。感应加热装置根据实时钢水出口温度偏差调整功率，结合保温盖结构与温控反馈控制中间包出口热稳定性。控温系统以目标出口温度Tt与当前实际温度Ta的差值驱动加热指令，设定加热时间th为式（1）：

　　式中：C为钢水比热容；m为钢水质量；P为感应加热功率。系统控制策略采用限幅函数约束th不超过最大设定加热时间，避免局部过热。为提升调温速率，在钢水流速高峰时段增大反馈频率至1.5Hz，实时刷新目标偏差值。保温盖采用双层复合陶瓷结构，稳定出口热流，配合在线热像仪测温，提高温场识别分辨率，有效降低出口温度波动标准差至±3℃。为提高中间包控温系统的动态灵敏度，感应加热功率控制单元采用双闭环模式：外环以出口温差为主控量，内环以加热线圈电流为快速响应变量。两环间以滞后补偿算法解耦，使得热负荷变化时加热输出在1.2s内完成90%响应。系统同时引入模糊自适应控制模块，依据温度波动趋势自动修正加热功率增益系数Kp，防止热惯性引发过调现象。为保证加热均匀性，在中间包底部布置6点热电偶阵列，形成二维温场反馈网络，经插值修正后实时绘制温度等值面，实现区域控温精度±2℃。感应装置采用水冷铜线圈结构，维持运行温度85℃以下，保证系统长期稳定运行。

　　2.3精炼温度控制向连铸区段的衔接模式

　　钢水从精炼工位至连铸平台过程中存在复杂的热损失过程，需在出钢前完成温降预测并预调控温度［3］。为提高预测精度，引入钢包路径温降估算模型，预估温降值Tloss可表示为式（2）：基于输送时间t、环境换热系数h、钢包有效表面积A与初始温差ΔT，

　　式中：m为钢水质量；C为比热容。该公式嵌入智能推钢调度系统中，在钢包出钢指令发出前完成温降预估，并对精炼出钢目标温度作出修正。为增强调度指令合理性，系统采集输送路径时序数据并建立库内输送热阻曲线，实现路径差异补偿。预估值偏差大于2℃时，系统自动重新生成出钢推送指令。为进一步提升精炼与连铸区段的温度衔接精度，系统在钢包出钢阶段引入基于时间序列的温降自回归预测模型（ARIMAX），以历史温度、环境湿度、输送时间和钢包状态为输入变量，动态修正公式中换热系数h的瞬时取值。模型参数每10炉更新一次，使预测误差保持在±1.5℃以内。智能调度平台根据模型输出自动分配推钢顺序与路径优先级，并对异常路径实施提前加热指令。为了抵消出钢后期温降梯度变化，系统设置钢包外壁红外监测点，对表面热辐射进行反演计算，以评估实际传热损失，与理论值偏差超过5%时触发二次调度。

　　3控制效果的定量分析与稳定性评估

　　3.1温控精度对结晶器热场波动的影响

　　结晶器热场波动主要表现为上下游壁面热流密度不均，直接影响液芯长度与凝固稳定性。高精度控温条件下，热流密度沿纵向保持在0.85~1.05MW/m2范围，波动幅度小于0.2MW/m2，液芯长度维持在3.8~4.0m，波动幅度收敛至±0.1m。对比常规控温状态，液芯尾部温降梯度呈现剧烈变化，导致缩孔区域提前收缩，引发内部缺陷累积。高精度温控可延长稳定凝固段长度，提高拉速区间的热适应能力，降低大断面铸坯表面偏析区面积，稳定次冷区换热速率。控制系统反馈频率提升至2Hz后，热场平衡点定位精度提高18%，对液芯长度的跟踪能力显著增强。不同控温精度条件下结晶器热流密度及液芯长度波动特征的变化趋势，如图2所示。

　　3.2铸坯裂纹分布对温度控制精度的响应

　　铸坯内部裂纹形成受控温波动驱动敏感性显著，高频温度偏离引起非稳定凝固界面形变，导致轴心裂纹与表面横裂加剧。过热度控制波动保持在±5℃范围内时，轴线裂纹总长度控制在110mm以内，表面横裂数低于3条，裂纹起点多集中于液固转化初期区段。温控精度低于±3℃时，裂纹扩展角度减缓，偏析等级由C级下降至B级，中心偏析区半径缩小20%以上。宏观组织切片显示，晶粒生长方向一致性提升，裂纹趋于钝化且穿透能力下降，温控窗口收窄后，缺陷空间分布更加集中且易于规避，提升了铸流可预测性与缺陷干预效率。

　　3.3连铸断面温差控制对成品一致性的作用

　　控温精度提升后，断面各测点温差收敛，成品几何偏差与组织不均程度显著降低。红外测温数据显示，边部与中部平均温差由14.2℃下降至6.7℃,标准差减小至2.5℃。金相组织分析显示，等轴晶区宽度增大，过渡带晶粒尺寸差异减小，显微硬度波动幅度下降。

　　为量化控温精度提升对成品一致性的影响，可对尺寸偏差与组织指标进行数据对比，如表2所示。

　　当控温波动收窄至±3℃内，尺寸偏差缩减50%以上，晶粒分布趋于均衡，组织一致性指标显著改善，表明精细控温可直接提升成品几何稳定性与结构性能可靠性。

　　4结论

　　研究结果表明，在高效连铸生产条件下，合理设定钢水过热度控制窗口、提升测温系统响应精度并构建节拍匹配调温逻辑可有效提高温度稳定性。中间包控温路径具备动态调节能力，感应加热参数与反馈模型实现实时调控，精炼段温度预测模型可精准修正出钢温度偏差，保障连铸首包热状态平衡。控制精度提升后，结晶器热场波动幅度明显减小，液芯长度趋于稳定，裂纹发生率降低，铸坯组织趋于均匀，尺寸一致性显著改善。研究所构建的控温策略体系具备工程实用性，为连铸智能控温系统集成提供技术基础与量化支撑。

参考文献

　　［1］刘雪莹，郭亮，朱俊超，等.连铸连轧产线计划优化系统的设计与实现［J］.电脑编程技巧与维护，2024（6）：34-35+47.

　　［2］彭霞林，谢森林，向往，等.薄板坯连铸高效化生产工艺的研究与应用［J］.金属材料与冶金工程，2023，51（5）：12-17.

　　［3］李军辉，张永亮，方伟伟，等.降低转炉直上连铸钢水夹杂物的应用实践［J］.山东冶金，2021，43（3）：1-2+5.