Científicos del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), Unidad Saltillo, optimizan etapas de extracción de calor y solidificación en el proceso de colada continua para la industria siderúrgica.
“La colada continua es un proceso que consiste en la extracción de calor desde el acero líquido para formar un producto sólido semiterminado; una parte de la extracción de calor se lleva a cabo en el molde y otra parte fuera de él en el sistema de enfriamiento secundario, y los mecanismos de transferencia de calor son diferentes”, explicó el doctor Alfonso Humberto Castillejos Escobar, investigador del Departamento de Ingeniería Metalúrgica del Cinvestav Saltillo.
En el molde inicia la solidificación de acero líquido, en esta parte la extracción de calor es crítica puesto que allí se origina la mayoría de los defectos, y en función de cómo ocurra, el producto será de alta calidad o tendrá defectos que, en algunos casos, pueden ser catastróficos en la planta. La extracción inicial de calor sucede a través de una película de escoria que se forma entre el producto colado y el molde de cobre.
Los especialistas del centro trabajan particularmente en dos temas de interés en el proceso de colada continua: la caracterización de la película de escoria a través de la cual se extrae calor en el proceso de colada continua cuando el producto está dentro del molde, y la caracterización del enfriamiento con rocíos, mediante el cual se continúa la extracción de calor desde el producto de acero.
“Estamos estudiando las propiedades de la película de escoria en cuanto a su cristalización. La película de escoria inicialmente es un líquido, después, por un enfriamiento brusco, solidifica formando vidrio y en función de cómo esa película dé lugar a la formación de cristales será la intensidad de la extracción de calor. Por lo tanto, es fundamental poder diseñar escorias con las características de cristalización deseadas de acuerdo con el tipo de acero que se va a fabricar”, indicó el doctor Castillejos Escobar.
Una vez que sale el producto de acero con cierto espesor de capa sólida, esta misma capa contiene material líquido que va en el interior y la solidificación continúa mediante el impacto de rocíos de agua sobre la superficie.
“La intensidad y uniformidad con que se extraiga calor por esos rocíos tendrá gran influencia en la productividad del acero y en la calidad del producto final”, comentó el científico.
Innovación para la industria
Estos proyectos presentan innovaciones para optimizar el proceso de colada continua, en primera instancia, los investigadores desarrollaron un modelo cinético para predecir la rapidez con la cual las escorias cristalizan, es decir, a partir de una película en estado líquido o de una película de escoria sólida vítrea poder estimar la velocidad a la que van apareciendo las fases cristalinas.
“Actualmente estamos trabajando en el laboratorio validando el modelo cinético. Cuando uno desarrolla modelos matemáticos es muy importante que estén validados y que se comparen las predicciones del modelo contra mediciones hechas en el laboratorio o en planta de características físicas, y confirmar que el modelo es confiable”, detalló el investigador.
En segunda instancia, los científicos desarrollaron un método de medición de extracción de calor, en el cual suministran la misma cantidad de calor que aquella que extrae el rocío de una muestra. De esta forma, la muestra se mantiene a temperatura constante.
“Si sabemos cuánto calor suministramos a la muestra para que la temperatura se mantenga constante, quiere decir que podemos saber cuánto calor se está llevando el rocío, además este método puede emplearse bajo condiciones reales de enfriamiento”, puntualizó el doctor Castillejos Escobar.
Este sistema da la posibilidad de experimentar con rocíos reales, lo cual ha permitido proveer de información útil a la industria y modelar el proceso de enfriamiento de máquinas en condiciones reales de planta.
En cuanto al futuro de estos proyectos, Castillejos Escobar señaló que buscarán transferir la técnica de caracterización de las escorias de polvo de molde en la industria nacional o incluso extranjera, particularmente europea. Sobre el proyecto de enfriamiento con rocíos, un estudiante del Cinvestav Saltillo continuará el estudio de este tema a través de un posdoctorado en Colorado School of Mines, en Estados Unidos.
Fuente: CONACYT.
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