PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA LONGITUD DE CORTE DE PALANQUILLAS DE MEZCLA EN COLADAS SECUENCIALES DE ACEROS DE DIFERENTE CALIDAD.

Procedimiento de optimización de la longitud de corte de palanquillas de mezcla en coladas secuenciales de aceros de diferente calidad.

Procedimiento de optimización de cálculo de la longitud de una palanquilla de mezcla en colada continua en la práctica de coladas secuenciales de diferente calidad, la cual está destinada a ser cortada como material de desecho, donde en el comienzo de dicho procedimiento, definido como tiempo cero en el estudio, se encuentra diluido, en una artesa, una cantidad inicial de un primer acero, con una composición del elemento i constituyente del acero: yo (Tn) en un volumen definido como Vo (m3); y donde el procedimiento de optimización comprende las siguientes etapas:

a) evacuar dicho primer volumen de acero con un caudal de salida definido como Qs (m3/min), el cual viene dado por la velocidad de colada, número de líneas de colada, formato final de la palanquilla;

b) alimentar, a partir de la etapa a), dicha artesa con un segundo acero con que comprende una segunda composición química; comprende una concentración determinada del elemento i definida como Ce (Tn i/Tn) y comprende un caudal de entrada máximo definido como Qe (m3/min), correspondiente a una situación donde una corredera de paso está completamente abierta;

c) plantear un balance global a la artesa donde el caudal de entrada es igual al caudal de salida, más un término de acumulación definido como dV/dt; donde V es el volumen en la artesa;

d) plantear un balance por componentes a través de una ecuación diferencial;

e) resolver dicha ecuación diferencial determinando la evolución de la concentración de los elementos constituyentes de cada tipo de acero, a lo largo de dicha palanquilla de mezcla, en función del peso remanente en la artesa, formato a fabricar y composiciones objetivo de las coladas; y

f) calcular la longitud teórica de corte como un compromiso entre la longitud necesaria para alcanzar la composición objetivo de la segunda colada de dicho segundo acero y unas horquillas de fabricación fijadas.

Procedimiento de optimización de la longitud de corte de palanquillas de mezcla en coladas secuenciales de aceros de diferente calidad. 5

Objeto de la invención La presente invención se refiere a un procedimiento de optimización de la longitud de corte de palanquillas de mezcla resultantes en la práctica de coladas secuenciales de diferente calidad (SDC) en colada continua, donde dicho procedimiento tiene aplicación en el sector de la industria siderúrgica.

Este procedimiento tiene como finalidad la estimación de la longitud de una palanquilla que comprende la mezcla entre una pareja de aceros de diferente calidad, la cual está destinada a ser cortada como material de desecho y, por tanto, cuanta mayor sea la exactitud de corte, menor es el desaprovechamiento de material, así como menores demoras en la preparación y entrega de palanquillas a los respectivos clientes. El procedimiento objeto de invención permite estimar la longitud de la palanquilla de mezcla a través de una serie de etapas y formulación de fácil aplicación.

Antecedentes de la invención En el proceso de colada continua existe una práctica denominada colada secuencial de aceros de diferente calidad, SDC, donde al terminar de colar una primera cuchara, se interrumpe la aportación de un primer acero, descendiendo el nivel de acero en una artesa hasta un nivel preestablecido. Es justo en ese momento cuando se procede a abrir una segunda cuchara y, en ese instante, se comienza a verter un segundo acero colándose en el

molde un acero con una composición mezcla.

Un factor clave en el proceso, atendiendo a las necesidades de calidad y optimización de productividad, es la determinación de la longitud de la palanquilla de mezcla resultante, cuya composición química no corresponde a ninguna de las deseadas por los clientes. De este modo, los requerimientos de calidad exigen que la composición química sea uniforme a lo largo de toda la barra, y es por ello que las zonas de transición, deben de ser eliminadas mediante lo que se conoce como despuntes (deshechos de la colada continua) .

A raíz de dicha problemática se recalca la importancia de la determinación exacta de esta zona de mezcla, ya que la realización de SDC’s permite aumentar considerablemente la secuencialidad y producir un ahorro importante de pérdidas metálicas Sin embargo, la determinación exacta de la longitud de las zonas de mezcla generadas es una labor extremadamente complicada, lo cual ha sido motivo de estudio durante los últimos años:

En este sentido cabe destacar estudios que datan de 1993, donde debido al desconocimiento de la longitud exacta de mezcla, e independientemente de las condiciones de colada, el despunte aplicado en todos los casos se tomaba como longitud constante. Esta metodología es inviable actualmente, ya que la elevada gama de aceros producidos comprenden composiciones muy variables y, por tanto, dan lugar a longitudes de mezcla muy diferentes para cada caso, ; lo que hace indispensable el aplicar un cálculo matemático previamente establecido 45 para la determinación de la longitud de dichos despuntes.

Numerosos autores han desarrollado modelos de simulación enfocados al conocimiento del flujo de acero líquido en el interior de la artesa, donde la mayor parte de los trabajos están centrados en el desarrollo de modelos físicos, basados en modelos de agua.

Este tipo de ensayos otorgan un muy valioso aporte con respecto al comportamiento de fluidos en reactores metalúrgicos, y permiten evaluar de forma rápida y económica fenómenos como la distribución del tiempo de residencia, tipo de flujo y zonas muertas o cortocircuitos de mezclas, mediante la inyección de trazadores en la corriente fluida.

Con este tipo de ensayos se puede adquirir un conocimiento cualitativo de las condiciones que minimizan la mezcla en la zona de transición; sin embargo la estimación de la longitud de corte de las palanquillas de mezcla mediante la aplicación de simulaciones de modelos de agua no tiene una elevada precisión, estando por tanto restringidos a estudios a nivel de laboratorio y de difícil validación industrial.

Asimismo, se conoce la existencia de numerosos artículos que contemplan la resolución de modelos matemáticos, los cuales son más precisos que los modelos de agua, como en el modelo anteriormente descrito y donde dichos modelos matemáticos están basados en la resolución de las ecuaciones de Navier-Stokes. Este tipo de metodología aporta un conocimiento cuantitativo de la longitud de mezcla teórica a aplicar en los 65 despuntes (o palanquilla de mezcla) , si bien tiene el inconveniente de que son modelos matemáticos extremadamente complejos, cuya resolución del conjunto de ecuaciones conlleva un elevado tiempo de cálculo.

Por otro lado, en la práctica de coladas secuenciales de diferente calidad se requiere modelizar situaciones correspondientes al estado transitorio, donde el volumen de la artesa varía significativamente, no siendo tales modelizaciones habituales en los documentos encontrados. Para este fin se pueden emplear los dos métodos anteriormente descritos, es decir, tanto la modelización física a través de modelos de agua, como la modelización matemática a través de las ecuaciones de Navier-Stokes, pero son las condiciones transitorias en cuanto a tonelaje en la artesa lo que dificulta mucho la labor de simulación, además de los inconvenientes previamente mencionados.

Es por ello que, a la vista de los antecedentes mencionados, y de los inconvenientes que presentan los procedimientos descritos anteriormente, se hace necesario la aparición de un nuevo procedimiento de optimización que permita subsanar tales desventajas, de forma que sea lo suficientemente sencillo y simple para obtener la longitud de la palanquilla de mezcla, minimizando los metros desechados y generando un ahorro económico mediante la reducción de pérdidas metálicas.

Descripción de la invención La presente invención se refiere a un procedimiento de optimización de la longitud de corte de la palanquilla de mezcla en la práctica de coladas secuenciales de diferente calidad (SDC) , la cual está destinada a ser cortada como material de desecho, donde en el comienzo de dicho procedimiento, definido como tiempo cero en el estudio, se encuentra diluido, en una artesa, una cantidad inicial de un primer acero, con una composición del elemento i constituyente del acero: y0 (Tn) en un volumen definido como V0 (m3) .

Donde dicho procedimiento objeto de invención comprende las siguientes etapas: 25 a) evacuar dicho primer volumen de acero con un caudal de salida definido como Qs (m3/min) , el cual viene dado por la velocidad de colada, número de líneas de colada, formato final de la palanquilla;

b) alimentar, a partir de la etapa a) , dicha artesa con un segundo acero con que comprende una segunda composición química; comprende una concentración determinada del elemento i definida como Ce (Tn i/Tn) y comprende un caudal de entrada máximo definido como Qe (m3/min) , correspondiente a una situación donde una corredera de paso está completamente abierta;

c) plantear un balance global a la artesa donde el caudal de entrada es igual al caudal de salida, más un 35 término de acumulación definido como dV/dt; donde V es el volumen en la artesa, y el balance viene definido como:

v (m3) = va + (Qe -Qs) ( m3

min) .t (min)

d) plantear un balance por componentes a través de una ecuación diferencial, definida como:

y (t) (Tn) t + -y

Ce (Tn min) =Qs Tn) .ve ( Tn .

va+ (Qe-Qs) . -t

e) resolver dicha ecuación diferencial determinando la evolución de la concentración de los elementos 45 constituyentes de cada tipo de acero, a lo largo de dicha palanquilla de mezcla, en función del peso remanente en la artesa, formato a fabricar y composiciones objetivo de las coladas.

Es decir, para llegar a formular matemáticamente el procedimiento descrito, se simula una situación correspondiente al estado transitorio, donde el volumen de una artesa varía significativamente desde un volumen mínimo, viable desde el punto de vista operacional, hasta el volumen habitual de colada. Para ese fin se procede a resolver un conjunto de ecuaciones diferenciales basadas en la aplicación conjunta de los balances globales e individuales en dicha artesa.

De este modo se procede a plantear el balance global en la artesa, donde el caudal de entrada es igual al caudal

de salida, más el término de acumulación definido como “dV/dt”, y por tanto la variación de volumen en la artesa, “V”, viene definido como:

v= vo + (Qe-Qs) .t

De la misma manera se plantean los balances individuales... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de optimización de cálculo de la longitud de una palanquilla de mezcla en colada continua en la práctica de coladas secuenciales de diferente calidad, la cual está destinada a ser cortada como material de desecho, donde en el comienzo de dicho procedimiento, definido como tiempo cero en el estudio, se encuentra diluido, en una artesa, una cantidad inicial de un primer acero, con una composición del elemento i constituyente del acero: y0 (Tn) en un volumen definido como V0 (m3) ; y estando el procedimiento de optimización caracterizado por que comprende las siguientes etapas:

a) evacuar dicho primer volumen de acero con un caudal de salida definido como Qs (m3/min) , el cual viene dado por la velocidad de colada, número de líneas de colada, formato final de la palanquilla;

b) alimentar, a partir de la etapa a) , dicha artesa con un segundo acero con que comprende una segunda composición química; comprende una concentración determinada del elemento i definida como Ce (Tn 15 i/Tn) y comprende un caudal de entrada máximo definido como Qe (m3/min”, correspondiente a una situación donde una corredera de paso está completamente abierta;

c) plantear un balance global a la artesa donde el caudal de entrada es igual al caudal de salida, más un término de acumulación definido como dV/dt; donde V es el volumen en la artesa, y el balance viene 20 definido como:

v (m3) = va+ (Qe-Qs) ( m3

min) .t (min)

d) plantear un balance por componentes a través de una ecuación diferencial, definida como:

y (t) (Tn) -y

Ce (Tn min) =Qs.

Tn) .ve ( Tn va+ (Qe-Qs) .t + -t

e) resolver dicha ecuación diferencial determinando la evolución de la concentración de los elementos 30 constituyentes de cada tipo de acero, a lo largo de dicha palanquilla de mezcla, en función del peso remanente en la artesa, formato a fabricar y composiciones objetivo de las coladas; y

f) calcular la longitud teórica de corte como un compromiso entre la longitud necesaria para alcanzar la composición objetivo de la segunda colada de dicho segundo acero y unas horquillas de fabricación 35 fijadas.