acería
y 3-D[10]; y antes de emplearse en simulaciones dinámicas, sus versiones de estado estable son calibradas con
mediciones de temperatura superficial del planchón que
permiten determinar las condiciones de frontera promedio por zona de enfriamiento que mejor hacen coincidir
las temperaturas predichas con las medidas.
Este trabajo reporta un análisis de conducción de calor en 2-D sobre una rebanada transversal de acero que
desciende a la velocidad de colada, exponiéndose a las
diferentes condiciones de enfriamiento en la máquina de
colada continua tales como el enfriamiento en el molde,
la parrilla y por impacto de los chorros de agua y niebla.
Estas condiciones fueron determinadas en forma detallada con mediciones en planta y laboratorio reportados
previamente[1,2,5]. El buen acuerdo entre los resultados
calculados y obtenidos sugiere que una determinación
cuidadosa de las condiciones de frontera hace innecesario cualquier calibración del modelo y permite considerar
detalladamente el comportamiento del sistema de enfriamiento secundario.
Sistema Estudiado
La Fig. 1(a) muestra esquemáticamente el proceso de colada continua CSP considerado en este estudio. El acero
se vacía continuamente al molde recto con una sección en
forma ahusada que se hace gradualmente más angosta
hasta llegar a la sección rectangular que le proporciona al
planchón su espesor final de 54 mm, tal como se muestra
en la Figura 1(b). El planchón sale del molde con su núcleo
todavía pastoso y entra al sistema de enfriamiento secundario.Éste está compuesto por elementos de soporte
(parrilla y rodillos), que previenen el abombamiento del
planchón, y por arreglos de boquillas hidráulicas y neumáticas o de neblina. La Fig. 2(a) muestra la posición alternada de las boquillas en la parrilla entre rodillos de soporte. Esta configuración conlleva a un patrón complejo de
enfriamiento a lo ancho del planchón, que también lo es
a lo largo de la dirección de colada tal como puede apreciarse de los distintos modos de enfriamiento mostrados
en la Figura 2(b). Estas condiciones de enfriamiento requieren un control apropiado para garantizar la solidificación oportuna del planchón antes de abandonar el último
rodillo de soporte y para obtener el perfil de temperatura
superficial deseado para evitar grietas superficiales a pesar de los cambios en los parámetros del proceso.
lar del planchón por lo que el dominio de cálculo se reduce a una cuarta parte de la misma. La Fig. 1(b) muestra
una rebanada de acero moviéndose sucesivamente hacia
abajo en el molde.
b) Se desprecia la conducción de calor a lo largo de la
dirección de colada frente a la advección que resulta del
movimiento del planchón. La magnitud del número de
Peclet (Pe = ρCpucsL/k) para planchón delgado es ~104,
por lo tanto la advección de calor es mucho mayor que la
conducción de calor.
c) La transferencia de calor por convección se contabilizó
en forma aproximada al aumentar la conductividad térmica del líquido por un factor de 2.
d) Las propiedades termofísicas del líquido y del sólido
fueron consideradas independientes de la temperatura,
usando valores promedio dentro del rango de interés para
cada fase. Para la zona pastosa, se obtuvieron propiedades promedio ponderadas en base a la fracción volumínica de cada fase. Excepto por las temperaturas de solidus
y liquidus, las demás propiedades fueron las mismas para
los aceros considerados, i.e. de bajo y medio carbono.
e) La liberación del calor latente de solidificación, ∆H, se
evaluó a través de una pseudo-capacidad calorífica, Cp’,
definida como,
C p ' = C pl +
∆H
T liq − T sol
(1)
donde Cpl es la capacidad calorífica del líquido, y Tliq y
Tsol son las temperaturas de solidus y liquidus, respectivamente. Se despreciaron los calores latentes asociados
con transformaciones de fase en el estado sólido.
Modelo para la Predicción de la Solidificación
y la Evolución Térmica
Suposiciones del Modelo
Excepto por no estar restringido a condiciones de colada
estable, las suposiciones hechas en la presente formulación son iguales a aquellas usadas en un trabajo previo[1],
que se resumen a continuación:
a) Se considera la doble simetría de la sección rectangu6 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
(a)
(b)
Fig. 1- (a) Diagrama esquemático de una máquina de colada de planchón delgado CSP; (b) representación esquemática de una cuarta parte del acero en el