CONCLUSIONES

Se ha desarrollado una herramienta computacional denominada módulo macro que resuelve con el método de elementos finitos en dos dimensiones el problema térmico del proceso de colada continua. Esta herramienta permite simular la transferencia de calor con parámetros de operación y propiedades reales del material. El interés principal de esta herramienta computacional es asentar las bases para estudiar en capítulos posteriores con una formulación macro-micro la microestructura de solidificación y la segregación en palanquillas de acero.

Las condiciones de borde en el programa son implementadas en función de los mecanismos de extracción del calor predominantes en cada zona de enfriamiento de la palanquilla. Es decir, si se tiene que llevar a cabo la simulación en la zona del molde con una función de flujo de calor impuesto ó sólo convección ó ambas, el programa permite la imposición de cualquier combinación que se desee en la frontera del material.

El coeficiente de transferencia de calor podría ser un valor constante o calculado con un modelo propuesto en bibliografía que esté en función del flujo de agua de los rociadores o sencillamente como un coeficiente que represente la extracción de calor por radiación.

El módulo macro ha sido validado satisfactoriamente con una solución analítica de la ecuación de balance de energía, aplicado a una barra finita unidimensional y adiabática, con un flujo de calor constante impuesto en el contorno. Además, ha sido validado con dos aplicaciones industriales presentadas en bibliografía. Por un lado, con una palanquilla de acero de dimensiones 150x150 , donde en cada una de las zonas de enfriamiento (molde, rociadores y radiación) se ha implementado un valor constante del coeficiente de transferencia de calor. Y por otro lado, con una palanquilla de acero de dimensiones 140x140 , donde se han implementado diferentes modelos de extracción del calor. De este modo, en la zona del molde se ha impuesto una función de flujo de calor, en la zona de rociadores el coeficiente pelicular ha sido calculado en función del flujo de agua y en la zona libre se ha implementado el modelo clásico de radiación de Stefan Boltzmann. Además, las temperaturas que enmarcan la solidificación han sido calculadas en función de la composición química del material.

81 En ambos casos la evolución de la temperatura en el NLM se termina de ajustar con los resultados presentados en bibliografía.

Se ha estudiado el problema de transferencia de calor en una palanquilla de acero de dimensiones 180x180 Se han mantenido constantes la composición química y las condiciones de operación tales como la temperatura de colada, la velocidad de colada, la temperatura del agua de los rociadores y la temperatura del medio ambiente. Y se han variado las condiciones de enfriamiento de la palanquilla. La mayor diferencia en la evolución de la temperatura se observa en la zona de los rociadores para los NLM y NLE. No obstante, no son notables las diferencias en la zona de radiación.

Manteniendo constantes las condiciones de operación se ha estudiado la transferencia de calor en dos aceros con diferente composición química (0.07%C y 0.8%C). Entonces, en el comienzo del proceso la evolución de la temperatura del acero B1 está por debajo de la evolución de las temperaturas del acero A1. En orden consecutivo, para los NMR, O, NLM y NLE, debido a que la composición química influye en las temperaturas liquidus y solidus, y en las propiedades de cada material. Se observa en la simulación que en la medida en que avanza el tiempo, la temperatura del acero B1 es mayor que la del acero A1.

Esta herramienta ha sido aplicada a seis palanquillas de acero (A-F). Donde, se ha implementado en el módulo macro las condiciones reales de operación, la composición química de cada acero y los modelos adecuados para cada zona de enfriamiento. Se ha obtenido la evolución del campo de temperaturas y los espesores de las zonas líquida y sólida, las velocidades de enfriamiento y el gradiente térmico.

En un cuarto de palanquilla de los aceros A, B y E se analizaron los efectos de la velocidad y temperatura de colada, flujo de agua de los rociadores y porcentaje de en la evolución del campo de temperaturas, el espesor de las zonas líquida y sólida, y la longitud metalúrgica.

En la medida en que se incrementa la velocidad de colada en 0.6 ( ), se observa que el proceso de solidificación comienza más tarde. Asimismo, para los NLM y NLE

82 la temperatura se incrementa desde las cercanías del menisco hasta la zona de radiación y la longitud metalúrgica aumenta aproximadamente 6 metros.

El efecto de la temperatura de colada es menor sobre la evolución de la temperatura. En los NLM y NLE no es apreciable, sin embargo, en los nodos O y NMR la temperatura se incrementa. El incremento del flujo de agua de los rociadores genera una disminución de la temperatura en los NLM y NLE, y en una posición más cerca del nodo O, el efecto demora más tiempo en llegar.

La variación del porcentaje de afecta sólo en la evolución de la temperatura en nodos interiores, sin embargo, el efecto sobre la longitud metalúrgica es mayor que el que produce la variación de la temperatura de colada.

La variación de la velocidad de colada ó del flujo de agua de los rociadores ó el porcentaje de , tienen un efecto mayor en el espesor de la capa sólida con respecto del espesor de la capa líquida. Sin embargo, la variación de la temperatura de colada tiene un efecto inverso. Asimismo, un incremento del flujo de agua de los rociadores produce una disminución de la longitud metalúrgica, a diferencia de todos los otros parámetros en estudio.

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