Procedimiento para la colada contínua de una barra metálica.

Procedimiento para la colada continua de una barra metálica (6) en una instalación de colada continua,

en donde la barra metálica (6) con un núcleo líquido (4) confinado por una envoltura de barra (5) se extrae de una coquilla de circulación (1) refrigerada, se apoya en una instalación de apoyo de barra (7) asociada a la coquilla de circulación (1) y se refrigera con un refrigerante, en donde se calculan unas variaciones de estado termodinámicas de toda la barra metálica (6) en un modelo de simulación matemático, teniendo en cuenta los parámetros físicos del metal, del grosor de la barra metálica (6) y de la velocidad de extracción medida continuamente, caracterizado porque en el modelo de simulación matemático se resuelve numéricamente una ecuación de conducción térmica tridimensional en tiempo real, teniendo en cuenta las variaciones de densidad de la barra metálica (6) en función de la temperatura, y la refrigeración de la barra metálica (6) se ajusta teniendo en cuenta las variaciones de estado calculadas.

Procedimiento para la colada continua de una barra metálica

La presente invención hace referencia a un procedimiento para la colada continua de una barra metálica

La invención hace referencia en concreto a un procedimiento para la colada continua de una barra metálica, en especial de una barra de acero, en una instalación de colada continua, en donde una barra con un núcleo líquido confinado por una envoltura de barra se extrae de una coquilla de circulación refrigerada, se apoya en una instalación de apoyo de barra asociada a la coquilla de circulación y se refrigera con un refrigerante, en donde se calculan unas variaciones de estado termodinámicas de toda la barra en un modelo de simulación matemático, teniendo en cuenta los parámetros físicos del metal, el grosor de la barra y la velocidad de extracción medida continuamente.

Del documento DE 4417808 A1 se conoce un procedimiento para la colada continua de una barra metálica, en el que se extrae una barra con un núcleo líquido confinado por una envoltura de barra de una coquilla refrigerada, a continuación se apoya en una instalación de apoyo de barra y se refrigera con un refrigerante. Las variaciones de estado que suceden en el curso del proceso de colada continua se calculan mediante un modelo de simulación matemático, que contiene la ecuación de conducción térmica bidimensional, para toda la barra en tiempo real y se ajusta la refrigeración de la barra en función de las variaciones de estado termodinámicas calculadas.

A causa de la bidimensionalidad de la ecuación de conducción térmica utilizada no era posible hasta ahora calcular la conducción térmica y las variaciones de estado ligadas a ello en todas las direcciones (en grosor de barra, en anchura de barra y en la dirección de extracción de barra) de la barra metálica y ajustar específicamente el desarrollo de temperatura en función de las variaciones de estado calculadas mediante la refrigeración de barra. Aparte de esto, a causa de efectos termodinámicos - no tenidos en cuenta en el modelo de simulación - puede llegarse a discrepancias entre el punto de solidificación profunda calculado y el real.

Del documento EP 0 997 203 A1 se conoce un procedimiento para regular un tramo de refrigeración, en donde mediante un modelo de proceso matemático se calcula el desarrollo de temperatura a lo largo de la banda. A continuación de esto se regula el tramo de refrigeración teniendo en cuenta un desarrollo de temperatura de referencia y el desarrollo de temperatura calculado.

La tarea de la invención consiste en crear un procedimiento de la clase citada al comienzo, con el que pueda aumentarse todavía más la precisión de la simulación de las variaciones de estado termodinámicas de toda la barra y mejorarse, en unión a la refrigeración, la calidad de producto de la barra metálica y el rendimiento productivo del proceso de colada continua.

Esta tarea es resuelta mediante un procedimiento de la clase citada al comienzo, en el que en el modelo de simulación matemático se resuelve numéricamente una ecuación de conducción térmica tridimensional en tiempo real y la refrigeración de la barra se ajusta teniendo en cuenta las variaciones de estado calculadas.

Mediante el procedimiento del documento DE 4417808 A1 es posible calcular en tiempo real variaciones de estado termodinámicas en función de la conducción térmica bidimensional y, mediante la refrigeración de barra, influir en el desarrollo de temperatura de la barra. Según el procedimiento conforme a la invenciones posible calcular en tiempo real variaciones de estado termodinámicas mediante una ecuación de conducción térmica no estacionaria, no lineal, en función de la conducción térmica tridimensional, precisamente en la dirección en grosor de barra, en la dirección en anchura de barra y en la dirección en longitud de barra, es decir en la dirección de extracción de la barra, e influir en ellas específicamente mediante la refrigeración de barra. Por medio de esto pueden calcularse las variaciones de estado termodinámicas con una mayor precisión y puede influirse en ellas muy específicamente, mediante una refrigeración de barra adaptada a las mismas. En el modelo de simulación matemático se divide la barra en elementos volumétricos aislados, es decir, se realiza el llamado discrecionado, en donde cada elemento volumétrico discreto presenta una extensión en la dirección en longitud de barra, en la dirección en grosor de barra y en la dirección en anchura de barra. Mediante este discrecionado pueden asociarse toberas aisladas de la refrigeración de barra a uno o varios elementos volumétricos discretos de la barra y, de este modo, en primer lugar determinar con una alta precisión las variaciones de estado termodinámicas en estos elementos volumétricos, teniendo en cuenta la conducción térmica en todas las dimensiones espaciales y la cantidad de calor evacuada mediante la refrigeración de barra, y en segundo lugar, mediante estas toberas, influir de forma muy específica y con una elevada eficiencia en las características termodinámicas de la barra.

En una manifestación especialmente ventajosa se resuelve numéricamente en el modelo de simulación del procedimiento conforme a la invención la ecuación de conducción térmica tridimensional, teniendo en cuenta la variación de densidad en función de la temperatura de la barra metálica. Para el técnico es conocido que la variación de densidad del metal puede adoptar unas magnitudes significativas en función de la temperatura. De este modo,

por ejemplo, durante el proceso de colada aumenta la densidad del acero de unos 7.000 kg/m3 a 1.550 °C (temperatura del caldo en el distribuidor de colada) hasta unos 7.800 kg/m3 a 300 °C (barra solidificada profundamente). Las variaciones de densidad son relevantes durante el proceso de colada continua, en unión a la ecuación de conducción térmica, también a la hora de determinar el punto de solidificación profunda. Como punto de 5 solidificación profunda se designa aquel punto en la dirección de extracción de barra, a partir del cual la barra metálica está por completo solidificada profundamente, es decir, la barra metálica ya no dispone de ningún núcleo líquido. En cualquier caso es extremadamente ventajoso un cálculo lo más exacto posible del punto de solidificación profunda. Si se subestima la posición del punto de solidificación profunda, es decir, en la dirección de extracción el punto calculado está menos alejado de la coquilla que el punto real, esto puede conducir a unas situaciones de 10 colada muy peligrosas (por ejemplo también a una perforación de barra). Por otro lado se limita de forma innecesaria la velocidad de colada admisible en el caso de sobrevalorarse el punto de solidificación profunda, lo que a su vez empeoraría la productividad de la instalación.

Puede obtenerse otra manifestación especialmente ventajosa del procedimiento conforme a la invención si, para la solución numérica de la ecuación de conducción térmica teniendo en cuenta variaciones de densidad de la barra 15 metálica en función de la temperatura, se utilizan unas ecuaciones aproximativas para la entalpia, que presenten para toda la barra la masa exacta y la entalpia exacta. En este punto quiere destacarse que la ecuación de conducción térmica exacta tridimensional, no lineal y no estacionaria, teniendo en cuenta la variación de densidad en función de la temperatura, no se ha resuelto todavía hoy en día. Las ecuación de conducción térmicas utilizadas hoy en día sin tener en cuenta la variación de densidad en función de la temperatura son solamente meras 20 aproximaciones de la ecuación y sus soluciones pueden diferir claramente de la solución exacta. Mediante la utilización de ecuaciones aproximativas para la entalpia con el global - es decir cuando se contempla toda la barra - de la masa exacta y de la entalpia exacta, se garantiza sin embargo que estas magnitudes de estado termodinámicas fundamentales se correspondan con los valores exactos.

El procedimiento conforme a la invención puede realizarse de forma especialmente ventajosa sí para solucionar la 25 ecuación de conducción térmica en el modelo de simulación matemático se aplica o bien un método de volúmenes finitos o un método de elementos finitos. La ecuación de conducción térmica es una ecuación diferencial parcial parabólica que puede resolverse con métodos estándar de la matemática numérica, en especial el método de volúmenes finitos o el método de elementos finitos (véase el capítulo 19: matemática numérica de I.N. Bronstein, K. A. Semendjajew, G. Musiol, H. Mühlig: Taschenbuch der Mathematik, editorial Harri Deutsch, 6a edición, 2005).

30 De un modo especialmente... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la colada continua de una barra metálica (6) en una instalación de colada continua, en donde la barra metálica (6) con un núcleo líquido (4) confinado por una envoltura de barra (5) se extrae de una coquilla de circulación (1) refrigerada, se apoya en una instalación de apoyo de barra (7) asociada a la coquilla de circulación (1)

5 y se refrigera con un refrigerante, en donde se calculan unas variaciones de estado termodinámicas de toda la barra metálica (6) en un modelo de simulación matemático, teniendo en cuenta los parámetros físicos del metal, del grosor de la barra metálica (6) y de la velocidad de extracción medida continuamente, caracterizado porque en el modelo de simulación matemático se resuelve numéricamente una ecuación de conducción térmica tridimensional en tiempo real, teniendo en cuenta las variaciones de densidad de la barra metálica (6) en fundón de la temperatura, y la 10 refrigeración de la barra metálica (6) se ajusta teniendo en cuenta las variaciones de estado calculadas.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la barra metálica (6) está configurada como una barra de acero.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque para la solución numérica de la ecuación de conducción térmica, teniendo en cuenta variaciones de densidad de la barra metálica (6) en función de

15 la temperatura, se utilizan unas ecuaciones aproximativas para la entalpia, que presenten para toda la barra metálica (6) la masa exacta y la entalpia exacta.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la ecuación de conducción térmica se resuelve numéricamente mediante un método de volúmenes finitos o un método de elementos finitos.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las variaciones de estado 20 termodinámicas, a causa de la simetría espacial, sólo se calculan para un cuarto (20) de la sección transversal de

barra.