Hierro y Acero Edición 41 by AIST México

Enero - Marzo 2010

EDITORIAL • Año Nuevo, tiempo de reflexión y esperanza en el futuro ACERÍA • Determinación del contenido de carbono al final del soplo de los convertidores en función de los gases de salida AIST • Convocatoria de ponencias • Celebra la AIST México su tradicional evento de fin de año CANACERO • Trabajarán juntos CANACERO y PGJEM para abatir el robo en el transporte • Baja 21% producción siderúrgica en 2009: Venkataramanan ENTORNO DEL ACERO • Industria siderúrgica en México 2008-2009 LAMINACIÓN • Laminación en caliente de aceros al silicio PROCESOS Y USOS DEL ACERO • Comportamiento a la corrosión de aceros termogalvanizados

Vol. XI No. 41

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editorial AÑO NUEVO, tiempo de reﬂexión

y esperanza en el futuro Estamos comenzando un año nuevo y es tiempo de reﬂexionar sobre los objetivos que queremos alcanzar y las expectativas que esperamos para este año, particularmente ahora que acabamos de pasar un año muy difícil a nivel mundial y especialmente para México. Aunque a nivel mundial algunos países ya están alcanzando a salir de la crisis, todavía se ve con mucha prudencia esta recuperación. En el caso de México, se ve un poco más de optimismo que en el 2009, pero todavía existen dudas sobre la recuperación de nuestra economía en un corto plazo. Nuestra industria siderúrgica sufrió fuertemente los efectos de la crisis y varios proyectos muy importantes se tuvieron que aplazar, la demanda disminuyó considerablemente y se perdieron un buen número de plazas de trabajo. Este año se espera un repunte en la demanda y quizás sea el moAdicionalmente a este gran evento que celebramos este año, la revista “Hierro y Acero” también es un excelente recurso a disposición de la familia siderúrgica mexicana para estar al tanto de los eventos importantes en la industria siderúrgica nacional; con una acertada circulación, es una excelente plataforma para conocer experiencias y actualizaciones tecnológicas. No podemos dejar de mencionar los cursos especializados que AIST México organiza entre sus socios para el intercambio de conocimientos con la participación de un número importante de fabricantes de acero en áreas como acería y laminación de planos y largos. Un capítulo aparte merece la labor que AIST México desarrolla para atraer nuevo talento a nuestra industria, el programa anual de becas AIST México que en el 2009 entregó seis becas para alumnos de los últimos semestres de carreras aﬁnes a los procesos siderúrgicos, desde

mento de empezar a planear el reinicio de esos proyectos importantes para estar listos cuando la recuperación económica se consolide. En AIST México queremos participar con toda la familia siderúrgica, fabricantes, proveedores, usuarios y académicos, en el proceso de esta recuperación sirviendo como foro para el intercambio tecnológico y la generación de redes de intercambio. Este año AIST México celebra el CONAC 2010, su congreso bianual, que es la reunión nacional con toda la representación de la industria siderúrgica, una excelente oportunidad para el intercambio de experiencias, para conocer las nuevas tecnologías que ofrecen los proveedores, tanto nacionales como extranjeros, oportunidad también para una actualización tecnológica a través de los trabajos que se presentan y los cursos especializados programados antes del inicio del Congreso. su inicio ha tenido un entusiasta apoyo de la industria, fabricantes y proveedores, esperamos que este año de recuperación, podamos seguir este programa con más entusiasmo y apoyo de todos los interesados en que podamos atraer al mejor talento que se está preparando en nuestras universidades. Exhortamos a nuestros lectores a aprovechar estos recursos y a participar como socios de AIST México para que, en conjunto, podamos salir de esta crisis fortalecidos como industria, teniendo una posición más competitiva en este mundo globalizado. Deseándoles un feliz año nuevo y deseando que juntos podamos alcanzar los retos que presenta la recuperación económica. Dr. Ignacio Álvarez Elcoro Secretario AIST Profesor Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica UANL

3 HIERROy ACERO/AIST MÉXICO

directorio Vol. XI No. 41

CONSEJO DE ADMINISTRACIÓN Valente Delgado González, AHMSA Presidente Porﬁrio González Mier, GRUAS PMP Vicepresidente Ignacio Álvarez Elcoro, FIME, UANL Secretario Héctor Morales González, ACEROTECA Tesorero Félix Cárdenas Villarreal, Consejo Consultivo Rafael González de la Peña, Consejo Consultivo

201 Enero - Marzo EDITORIAL o de • Año nuevo, tiempanza en reﬂexión y esper el futuro

ACERÍA del • Determinación no contenido de carbo los de al ﬁnal del soplo función convertidores en salida de los gases de AIST de • Convocatoria ponencias México • Celebra la AIST evento de ional su tradic ﬁn de año CANACERO s • Trabajarán junto M CANACERO y PGJE el en para abatir el robo transporte cción • Baja 21% produ : siderúrgica en 2009 n Venkataramana DEL ENTORNO ACERO úrgica en • Industria sider 9 México 2008-200 N LAMINACIÓ caliente • Laminación en de aceros al silicio PROCESOS Y USOS DEL ACERO a la • Comportamiento corrosión de aceros os termogalvanizad

índice

México irectivos AIST d y 9 0 0 2 s Becario

EDITORIAL • Año Nuevo, tiempo de reﬂexión y esperanza en el futuro

CONSEJO EDITORIAL Ramiro A. García Fuentes, GRUPO CAPSA Miguel A. Muñoz Ramírez, UNIVERSIDAD TECMILENIO Ignacio Álvarez Elcoro, FIME UANL Gerardo Maximiliano Méndez, INSTITUTO TECNOLÓGICO DE N.L. Myrna Molina Reyna, AIST MÉXICO INTEGRANTES DE COMITÉS Industrial Acerías: Antonio Uribe, MELTER, Marco Herrera, TERNIUM Florentino Luna, TYPSSA Fernando Zapata, METALOIDES. Demetrio Velasco, AMI GE, Luis Jorge Vélez, AHMSA, Rubén Lule, ARCELOR MITTAL, Ramiro García, GRUPO CAPSA, Javier Sandoval, AHMSA Industrial Laminación: Emiliano Montoya, GRUPO CAPSA, Luis Leduc, FIME, Homero Pérez, AHMSA, Enrique Lara, TERNIUM, Fernando Pruneda, AHMSA, Julio Muñoz SMS SIEMAG, Eliseo Gutiérrez, AHMSA, Rafael Colás, FIME UANL, Héctor Morales, ACEROTECA

ACERÍA

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AIST • Convocatoria de ponencias CONAC 2010 • Celebra la AIST México su tradicional evento de ﬁn de año

CONACYT, Programas Educativos y Becas: Rafael Colás FIME UANL, Alberto Pérez FIME UANL, Édgar García, FIME UANL. Museo del Acero: Alberto Pérez, UANL Comunicación Electrónica: Ovidio Molina, TERNIUM Relación AIST EU: Felipe Villarreal, MELTER, Relación CANACERO: Porﬁrio González, GRUAS PMP Octavio Rodríguez, AMI GE Promoción Membresía: Julio Muñoz SMS SIEMAG

CANACERO

18 • Trabajarán juntos CANACERO y PGJEM para abatir el robo en el transporte • Baja 21% producción siderúrgica en 2009: Venkataramanan

ENTORNO DEL ACERO • Industria siderúrgica en México 2008-2009

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PUBLICAMOS TUS ARTÍCULOS Publica tus artículos e investigaciones sobre la industria del hierro y el acero en nuestra revista. Envía tu material escrito (máximo tres cuartillas) y las fotos e ilustraciones necesarias. Asegúrate de que tu escrito tenga enfoque práctico a la mejora de la calidad, la productividad o la solución de problemas específicos, así como una conclusión. Envía tus trabajos debidamente identificados y firmados a: info@aistmexico.org.mx rgarcia@capsagpo.com Revista Trimestral Enero-Marzo del 2010. Editor Responsable: Myrna Soledad Molina Reyna. Número de Certificado de Reserva otorgado por el Instituto Nacional del Derecho de Autor: 04-2004-073014323400-102. Número de Certificado de Licitud de Título: 13029 Número de Certificado de Licitud de Contenido: 10602. Domicilio de la Publicación: Tampico No. 218, Col. Las Brisas, Monterrey, N.L. C.P. 64780. Imprenta: Editora El Sol, S.A. de C.V. Washington No. 629 Ote. Monterrey, N.L. C.P. 64000. Distribuidor, AIST Capítulo México, A.C. Tampico No. 218, Col. Las Brisas , Monterrey, N.L. C.P. 64780. Tiraje: 1,500 ejemplares.

acería

Determinación del contenido de carbono al ﬁnal del soplo de los convertidores en función de los gases de salida Adolfo Gómez, Roberto Donayo Gerencia de Acería, Ternium Siderar, (2900) San Nicolás, Argentina Agustina Data, Guillermo Tomassini, Ulises Bertezzolo Gerencia de Automatización y Control, Ternium Siderar, (2900) San Nicolás, Argentina Carlos Cicutti Centro de Investigación Industrial, Tenaris, J. Simini 250 (2804) Campana, Argentina

RESUMEN La evolución del contenido de CO y CO2 en los gases de salida en un convertidor industrial presenta un patrón definido, reflejando la marcha de la decarburación del baño metálico. A pesar de las limitaciones presentes en los equipos de medición instalados en el convertidor de Siderar, que miden sólo la concentración pero no el caudal de los gases generados, fue posible desarrollar una metodología para estimar el contenido de carbono del acero al final del proceso. Se encontró que el tiempo transcurrido entre el máximo al final de la curva de CO2 y el momento de fin de soplo es la variable que mejor permite estimar el contenido de carbono del acero al final del proceso. Este procedimiento desarrollado permite mejorar apreciablemente los niveles de acierto del carbono, respecto de la práctica convencional. Los análisis realizados mostraron que esta variable es más robusta que otras evaluadas, siendo poco sensible a la influencia de los parámetros que afectan la entrada de aire al sistema y que inciden directamente sobre las concentraciones de los gases. Para poder implementarlo como una herramienta de control de proceso en tiempo real, se desarrolló un Sistema Experto que analiza, punto a punto, las curvas de los gases de salida del convertidor detectando el máximo de CO2 y enviando la señal al PLC para levantar la lanza de oxígeno en el momento indicado para cada carbono apuntado. 1. INTRODUCCIÓN El proceso de aceración al oxígeno en los convertidores consiste en afinar el arrabio líquido proveniente del Alto Horno. El alto contenido de carbono del arrabio le confiere poca maleabilidad y no resulta apto para la mayoría de los usos que requiere la industria. Por lo tanto, en condiciones de oxidación controlada, se disminuye el carbono y se eliminan otras impurezas.

1600 °C, y son aspirados por un ventilador de tiro inducido. Debido a las limitaciones físicas del sello entre la boca del convertidor y el anillo móvil de la caldera, hay ingreso de aire y se produce una post-combustión parcial del CO que aumenta la temperatura de los gases.

El profundo conocimiento a tiempo real durante el soplo de oxígeno de lo que ocurre en este sistema de alta complejidad y variabilidad, permite efectuar las correcciones necesarias para un mejor ajuste del proceso y obtener las condiciones requeridas al ﬁn del soplo, en el menor tiempo y con el menor costo posible, sin riesgos operativos y ambientales [1]. Por este motivo, Ternium Siderar desarrolló un procedimiento para estimar el contenido de carbono de acero desarrollo de este sistema. 2. ANÁLISIS DE GASES 2.1 Sistema de extracción de gases El sistema de extracción de gases del convertidor se muestra esquemáticamente en la Figura 1. Los gases generados por las reacciones de decarburación salen del convertidor a una temperatura máxima del orden de

Figura 1 Sistema Primario de Gases

5 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

acería 2.2 lida

Evolución de la composición de los gases de sa-

Las reacciones de decarburación que ocurren durante la evolución del soplo pueden observarse mediante mediciones continuas de la composición de los gases de salida. La Figura 2 muestra las curvas características de los gases CO y CO2 para una colada[1]. Se observa un mayor contenido de CO2 al principio del proceso, luego una disminución del mismo, y cerca del ﬁn de soplo un aumento nuevamente del porcentaje de CO2 en los gases de escape. Al inicio del soplo el sistema de captación de gases está lleno de aire y la primera fase de la decarburación es lenta. Por ello en este período hay un pasaje intenso de CO a CO2. Durante el proceso de máxima decarburación, el CO generado alcanza su valor máximo y simultáneamente disminuye el contenido de CO2.

Figura 2. Curva típica de evolución de CO y CO2 durante el soplo. 2.3 Requerimientos del sistema de análisis de gases Como se expone más adelante en este trabajo, era necesario contar con un analizador continuo que determinase los porcentajes de CO y CO2 en tiempo real. El conducto de salida del sistema primario de extracción, en su primera parte, es una caldera cuyas paredes están constituidas por cañerías de agua, la cual se eleva hasta la plataforma de 46 metros y luego se continúa con el sistema de lavado y control de presión. Los gases que recorren el conducto de extracción, no solo están a altas temperaturas sino que arrastran un importante contenido de partículas sólidas. Se debía, por lo tanto, instalar un sistema de extracción de muestra, que pudiese operar en forma continua, enviando la misma libre de partículas y condensados hasta los analizadores, el cual debería ser instalado en la pared misma de la caldera. 6

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2.4

Descripción funcional

Dos sondas instaladas en la caldera en la zona de plataforma de 46 metros, aspiran una muestra de los gases, la cual es conducida por un conducto ﬂexible calefaccionado (tracing) hasta un tablero en el que se encuentra un sistema de preparación de la muestra y los analizadores propiamente dichos. Como el contenido de partículas sólidas que arrastran los gases no deben alcanzar los analizadores ni producir obstrucciones en el sistema de transporte y tratamiento de la muestra, las sondas cuentan con ﬁltros, que deben ser inspeccionados y limpiados periódicamente para asegurar la continuidad operativa. Por este motivo se utilizan dos sondas de modo que mientras una está extrayendo la muestra, la otra se somete automáticamente a un proceso de limpieza. Existe una secuencia controlada por un PLC instalado en el tablero del analizador, que comanda los ciclos de medición y limpieza de cada sonda, sin que ello altere el caudal constante de muestra que llega hasta los analizadores. Originalmente se pensó en utilizar este equipamiento para dos convertidores, por lo que habría dos sondas por cada uno. Finalmente se decidió dedicar este equipo sólo al convertidor Nº 1, con lo cual las otras dos sondas quedaron deshabilitadas en la lógica de control y se utilizaron como repuesto (Fig. 3). La bomba M1, realiza la aspiración de la muestra desde una y otra sonda a través de las válvulas solenoide Y1 e Y3 respectivamente. En serie con la misma, se encuentra un caudalímetro (FF1), un detector de humedad (B1) y dos extractores de condensados.(A11.1 y A11.2). Toda esta línea está replicada (M2, FF2, B2, A12.1 y A12.2). Dos válvulas manuales UH1 y UH2 permiten seleccionar una u otra línea, con lo cual se pueden realizar tareas de mantenimiento a una de ellas mientras la otra se encuentra en servicio. Las válvulas neumáticas E2 y E5, controladas por las válvulas solenoide Y52 e Y54 respectivamente en cada sonda, permiten en una posición el pasaje de muestra, y en la otra la entrada de Nitrógeno de limpieza en contracorriente. La bomba M3 aspira desde la sonda que ya ha terminado su proceso de limpieza y espera su turno para entrar en secuencia de medición, momento hasta el cual se ventea lo que proviene de la misma, a través de las válvulas solenoides Y2 e Y4, respectivamente. El diagrama de tiempos de la Figura 4, muestra las secuencias de medición y limpieza de ambas sondas. Se programaron ciclos de 8 minutos. Durante los 4 primeros minutos del ciclo de limpieza, se realizan 4 lavados en contracorriente de 30 segundos cada uno, luego

acería de los cuales, la sonda comienza nuevamente a aspirar muestra, la cual se ventea. Estos 4 períodos de limpieza se realizan activando las válvulas solenoide Y51 e Y53 respectivamente. Los 4 minutos que quedan del ciclo aseguran que no quede ningún resto del gas de limpieza (nitrógeno) en la sonda, de modo que no se contamine la muestra cuando la sonda pase al ciclo de medición. Luego de la válvula UH2, la muestra llega a los analizadores propiamente dichos.

Figura 4 Secuencias de medición y limpieza de las sondas

2.4.1

Analizador de H2

El H2 se analiza no con ﬁnalidades de control o análisis del proceso, sino por seguridad, para advertir sobre la presencia de este gas en el sistema de aspiración primaria. En efecto, una pérdida de agua en las cañerías de la caldera del convertidor, generaría una potencialmente peligrosa concentración de H2, debido a la disociación del agua al caer sobre el baño. Figura 3. Esquema del sistema de análisis de gases

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acería 2.4.2 Analizador de O2, CO, CO2 Los demás gases ingresan al mismo analizador, que contiene 2 celdas de medición distintas, una de ellas, para medición de CO y CO2 cuyo principio de medición se basa en la absorción a nivel molecular, de bandas específicas de radiación, en el caso de CO y CO2 , en el rango infrarrojo, entre 2 y 9 µm. La otra celda determina la concentración de O2. Su principio de medición se basa en que las moléculas de oxígeno son paramagnéticas, por lo cual, cuando están en un campo magnético no homogéneo, se desplazan en la dirección hacia la cual la intensidad del campo es mayor. 3.Estimación del contenido de carbono al fin de soplo 3.1 Control estático De acuerdo a las especificaciones del tipo de acero a fabricar y las condiciones de proceso particulares de cada planta, se definen los valores apuntados para el contenido de Carbono y la temperatura del baño al fin de soplo. Ternium Siderar disponía para la operación de los convertidores solamente de un modelo de control estático (CE). Este modelo tiene tres cálculos: • Un cálculo previo que define la carga metálica en función del grado de acero, de las calidades de chatarra y de las condiciones del arrabio líquido. • Un cálculo de ajuste que corrige al anterior tomando los pesos reales de los materiales de la carga y la composición del arrabio medida en una muestra tomada en la cuchara de arrabio. Este cálculo determina el volumen de oxígeno a soplar y la cantidad de fundentes a adicionar para lograr las especificaciones de análisis de P, S y Mn. • Un cálculo posterior que ajusta por recurrencia los valores de rendimiento de oxígeno y pérdidas térmicas colada por colada. 3.2 Ventajas del control dinámico La importancia de un control dinámico para optimizar la estimación del carbono al fin de soplo está fundamentada en los siguientes puntos: • Aumentar el nivel de acierto en el carbono • Mejor control de nivel de oxidación del acero y de la escoria lo que permite disminuir los consumos de aluminio y ferroaleaciones • Acortar los tiempos de fin de soplo al colado, al evitar los resoplos para ajustar el análisis de carbono y bajar el consumo de oxígeno • Implementar prácticas de colado más eficientes, bajando el tiempo de proceso de los convertidores • Aumentar la productividad de los convertidores • Bajar los costos del acero. 3.3 Relación entre el Carbono de fin de soplo y la posición del máximo en la curva de CO2 8

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Debido a la incertidumbre en la determinación de las condiciones iniciales de los metálicos cargados: exactitud de los pesos y de sus composiciones químicas y los posibles errores en la estimación de los volúmenes y análisis químicos de CO y CO2 generados en el convertidor, no es posible realizar una predicción precisa del carbono de fin de soplo simplemente partiendo de un balance de masa del sistema. Se realizaron correlaciones del carbono de fin de soplo con los parámetros característicos de las curvas de las concentraciones de los gases. Si bien se obtuvieron expresiones con significación estadística para estimar %C en función de la composición de los gases, ni el %CO, ni la suma de CO y CO2, registradas al fin de soplo, resultaron variables robustas para predecir el contenido de carbono de fin de soplo. En la Figura 5 se observa la evolución de la concentración de los gases en función del tiempo para una colada típica. La curva correspondiente al CO muestra un período donde la concentración se mantiene aproximadamente constante. Esta etapa del proceso (cuyo inicio se indica con el punto N y el final con el punto P) representa el período de máxima decarburación del baño. En esta etapa prácticamente todo el oxígeno soplado por la lanza se utiliza en la reacción de decarburación del acero. Al finalizar este período, se observa un incremento en la concentración de CO2, la cual llega a un máximo (punto M) y luego vuelve a decrecer. En este período, la tasa de decarburación disminuye y, por lo tanto, una parte del oxígeno soplado puede reaccionar con el CO formando CO2. Por otro lado, el aire ingresado al convertidor desde el exterior, favorece la reacción de post-combustión que convierte CO en CO2. Esto origina el incremento observado en la curva del CO2 (acompañado por la reducción en la concentración de CO). Cuando el caudal de gases se reduce lo suficiente, todo el CO es convertido a CO2, obteniéndose el máximo en la curva de CO2 (punto M). A partir de este punto, al seguir disminuyendo el volumen de gases generados en la decarburación, se reduce también la concentración de CO2 medida y empieza a aparecer O2 en los conductos.

Figura 5. Punto máximo del CO2 en los últimos minutos del soplo

acería Para veriﬁcar el mecanismo mencionado se realizó un cálculo simpliﬁcado del proceso. Durante la etapa de máxima decarburación, el caudal de gases generado puede estimarse con la siguiente ecuación:

(VCO + VCO2)II = 2 VO2 / (1+α) = (12/22.4).10.Wace.(dC/dt)II

(1)

Donde VO2 es el caudal de oxígeno soplado por la lanza y α es el factor de post-combustión (α = %CO2 / [%CO+%CO2]), que puede calcularse de las curvas relevadas. Dado que la suma de %CO+%CO2 normalmente es inferior al 100%, se asume que el resto está compuesto por otros gases no medidos (Ar, N2, etc). De esta manera, se puede obtener el caudal total de gases extraídos del convertidor. Una vez ﬁnalizado el período de máxima decarburación, el proceso comienza a ser gobernado por la difusión de carbono en el baño:

(dC/dt)III = -K2 (C - Co)

(2)

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Integrando, se obtiene: (dC/dt)III = -K2 (Cc - Co).exp (-K2. t)

(3)

Donde Cc es el contenido de carbono crítico para el cual se produce el cambio de mecanismo de decarburación (aproximadamente 0.35 %), Co es el carbono de equilibrio en el baño (del orden de 0.02 % C) y K2 una constante. El caudal de gases generados en esta etapa se calcula: (VCO + VCO2)III = (12/22.4). 10. Wace. (dC/dt)III

(4)

Asumiendo que el caudal total de gases generado en el período de máxima decarburación se mantiene constante en todo el proceso, se puede estimar el ingreso de aire producido al disminuir la tasa de decarburación. El oxígeno ingresado reacciona con el CO para formar CO2, mientras que el N2 se incorpora al sistema como un gas inerte. A medida que avanza el proceso, la tasa de decarburación disminuye, por lo que se incrementa el aire incorporado, reduciendo la cantidad de CO y aumentando la proporción de CO2. De esta manera se puede calcular la evolución del contenido de CO y CO2 en las etapas ﬁnales del soplo. A modo de ejemplo, la Figura 6 compara los valores calculado por este procedimiento con los medidos en una de las coladas analizadas [1]. Puede observarse que las curvas calculadas reproducen aceptablemente la forma de los valores medidos. Se aprecia que el máximo en la curva del CO2 coincide con la eliminación total del CO y con la aparición de O2 en el sistema.

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acería Por conveniencia en la captación y en el tratamiento de los datos a tiempo real, las señales de las concentraciones fueron tomadas cada dos segundos. Por lo tanto como unidad de tiempo se utilizó 2 segundos. Tomando como referencia el punto de máxima concentración del CO2, cercano al fin del soplo, se determinó la diferencia de tiempos entre este punto (tmax.CO2) y el momento del fin del soplo (t FS). De este modo surge una nueva variable denominada TIEM = (t max.CO2 - t FS). El tiempo transcurrido entre el máximo de CO2 y el fin de soplo vale: δt [seg] = 2 . TIEM

Figura 6 Evolución de la composición de los gases en las etapas ﬁnales del soplo. Comparación entre las curvas medidas y calculadas Dado que el máximo en la curva de CO2 se produce para una determinada tasa de decarburación, este valor podría ser de utilidad para estimar el contenido de carbono a ﬁn de soplo. Si suponemos válida la expresión (4), el contenido de carbono en este punto valdrá: C(tM) = Co + (Cc-Co).exp (-K2.tM) ≅ Cc. exp (-K2. tM)

(9)

Si TIEM es negativo, el máximo de CO2 es anterior al ﬁn del soplo, y si TIEM es positivo, el punto máximo se encuentra después del ﬁn del soplo (Fig. 7). Ese tiempo de máxima concentración de CO2 es el capturado cuando se detecta el % máximo del gas por los equipos, y dado el retraso en la señal de los gases, no se corresponde efectivamente con el tiempo real cuando en el proceso se alcanza ese valor máximo de CO2 en la última etapa del soplo.

(5)

Luego de un cierto tiempo ∆t, el contenido de carbono será: C(tM+∆t) = Cc. exp [-K2(tM+∆t)]

(6)

Relacionando ambas expresiones: C(tM+∆t) = C(tM).exp (-K2. ∆t)

(7)

Ln (CFS) = A1 + A2. ∆t

(8)

Es decir, debiera verificarse una relación entre el contenido de carbono al final del proceso (CFS) y el tiempo transcurrido desde el máximo en la curva de CO2 y el fin de soplo. 3.4. Determinación del punto máximo de CO2 y de la variable TIEM Para disponer de los datos de un gran número de coladas se utilizó el sistema TExpert que permite monitorear y evaluar los puntos de una curva. Para determinar el punto máximo del CO2 se tomaron los últimos tres minutos del soplo, y se evaluaron los signos de las derivadas primeras del CO2 en función del tiempo: (d %CO2/dt), asegurando una constancia en el tiempo de los signos de las pendientes seleccionadas. 10 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

Figura 7 Contenidos de carbono en función de la variable TIEM. 3.5 Metodología para la estimación del contenido de carbono Se estudiaron distintos grupos de coladas para determinar la estimación del carbono basada en la variable δt [seg]. Se hallaron correlaciones para los distintos grupos de coladas, de las que se seleccionó la siguiente, por presentar los valores más consistentes: Ln(%C)=-3,068+0,0079*δt

(10)

De acuerdo a esta correlación para estimar el carbono, cuando el ﬁn de soplo coincide con el punto máximo de CO2, el % C es 0.047. Si el soplo se prolonga respecto

acería a ese máximo, los tiempos son negativos y los %C serán más bajos (δt = -80, %C es 0.025 y δt = -20, %C es 0.04). Si el ﬁn de soplo se determina antes del máximo, los tiempos son positivos y los %C son más altos (δt = 10, %C es 0.05). Para esta correlación se observa una distribución más centrada en cero y menor desviación estándar: 0.010% vs. 0.014%, ver Fig. 8. Dado que en Ternium Siderar el rango de %C apuntado de ﬁn de soplo varía de 0,025% a 0,05% (siendo este último valor el utilizado en más del 95% de los aceros producidos), la metodología desarrollada permite estimar, en tiempo real, los contenidos de carbono buscados.

4.Sistema experto - TExpert 4.1 Conceptos generales El TExpert, desarrollado por el personal de Ternium Siderar [2], es la herramienta seleccionada para llevar a la práctica esta metodología para determinar el contenido de carbono de fin de soplo (Fig. 9). Esta herramienta posee una interfaz gráfica orientada al usuario, utilizando un lenguaje familiar y dándole toda la flexibilidad de una aplicación gráfica “drag & drop”. Al no tener que preocuparse por todo lo relativo a administración de datos de entrada y salida, su principal tarea es transmitir su “knowhow” en un lenguaje gráfico amigable. Asimismo, el sistema contempla todas las restricciones propias de los sistemas de tiempo real; controlando la validez temporal de los hechos y el tiempo de evaluación de las reglas asociadas al problema en cuestión. 4.2

Figura 8 Histograma para diferencias entre %C real y %C calculado con la ecuación y con el control estático

Detección del valor máximo de CO2

El Sistema Experto detecta el valor máximo de CO2 analizando las curvas de los gases de salida del convertidor N° 1 en tiempo real. Es importante destacar que ésta es una de las primeras aplicaciones utilizadas on-line en Ternium Siderar que analiza curvas en tiempo real. Para determinar este punto, se tienen en cuenta las siguientes condiciones:

11 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

acería • El volumen de O2 acumulado se acota en un rango inferior al volumen de O2 calculado por el Control Estático. De esta manera sólo se analiza el tramo final de la curva de CO2. En principio se comenzó analizando una ventana mayor, pero se acotó para evitar falsos máximos de CO2. • El % CO debe ser menor a un cierto valor, habiéndose determinado que en más del 99% de los casos analizados, se captura el máximo, lo que permite filtrar falsos máximos de CO2. • La pendiente de la curva de CO2 debe ser negativa. Con el modelo on-line, sólo se puede detectar el máximo una vez que éste haya pasado. Por lo tanto se analiza la derivada de la curva de CO2 y se detecta el primer punto donde la misma se hace negativa unos 2 segundos después de haber pasado el pico máximo • Dependiendo del valor de C apuntado, está determinado el tiempo entre el máximo de la curva de CO2 y el momento de fin de soplo. Una vez detectado el punto y trascurrido el tiempo correspondiente se envía la señal al PLC para finalizar el soplo y levantar la lanza de oxígeno. • En caso de no encontrar el valor máximo de CO2 el sistema levanta la lanza pasado un tiempo determinado desde que se alcanzó el volumen de O2 calculado por el Control Estático

Figura 9 Sistema Experto desarrollado por Ternium Siderar

5. Resultados Con un uso del TExpert funcionando en automático en un 70% de las coladas durante el período analizado (abril-junio 2007) se obtuvieron niveles de acierto en el Convertidor N° 1 superiores a los del Control Estático del Convertidor N° 3. Esto es un 10% más en promedio para el Convertidor 1 usando una tolerancia de +/- 0.02%C. Mientras que si se utiliza una tolerancia menor, +/0.01%C, esta diferencia se acentúa aún más: 24% más en promedio (Fig. 10).

Figura 10. Nivel de acierto %C fin de soplo 6. Conclusiones • No es posible realizar una predicción precisa del carbono de fin de soplo simplemente partiendo de un balance de masas del sistema. • El % CO no es una variable robusta para estimar el carbono de fin de soplo • Se encontró una buena correlación entre el contenido de carbono al fin de soplo y la diferencia de tiempos entre el punto máximo de la curva de CO2 y el momento de fin de soplo. Esta variable mostró ser robusta y menos sensible a distorsiones de otras variables, como las que influyen en la entrada de aire al convertidor. • La metodología desarrollada permite estimar el contenido de carbono al fin de soplo, disponiendo solamente de la información de los analizadores de CO y CO2. Esta metodología mejora considerablemente los niveles de acierto del contenido de carbono en el acero, respecto a las obtenidas con la operatoria actual. • El análisis de las curvas de CO2 constituye una herramienta efectiva para definir el momento en que se debe detener el soplo. Esto es especialmente útil para el desarrollo de aceros de Extra Bajo Carbono. Bibliografía [1] A. Gómez, “Dinámica del soplo en los convertidores”, Tesis de Maestría en Siderurgia, Universidad de Buenos Aires, 2004. Supervisada por L. Ferro y C. Cicutti. [2] M. Viale, O. Martin, J. Franchin, “Sistema Experto Interactivo de Tiempo Real”, 2000, Reporte interno.

12 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

For more information or to reserve your booth, visit y ACERO/AIST MĂ&#x2030;XICO www.AISTech.org or call AIST Member Services at (724)13HIERRO 814-3000, ext. 1.

14 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

aist La AIST Capítulo México y la CANACERO se complacen en invitarle a participar al Cuarto Congreso y Exposición de la Industria del Acero.

CONVOCATORIA DE PONENCIAS Usted puede participar como conferencista, enviándonos un correo electrónico antes del 30 de abril, 2010, a: paper@aistmexico.org.mx, incluyendo sus datos y el resumen de alguna ponencia que desea compartir sobre los siguientes temas: Proceso Básico: • Minas y peletizado • Fabricación de hierro - Horno Alto - Reducción Directa Aceración • Convertidor al oxígeno (BOF ) • Horno de arco eléctrico ( EAF) • Metalurgia secundaría • Colada continua - Tocho y palanquilla - Planchón Laminación: Laminación en caliente • - Productos largos - Productos planos •

Laminación en frío y acabado - Molino frío - Recocido - Temple - Tenso nivelado

Transformado y Aplicaciones del Acero • Recubrimientos - Galvanizado - Pintado - Estañado

O enviarlo directamente por medio de la página de internet de la AIST www.aistmexico.org.mx en la sección del CONAC y dando clic en “regístrese”, “Registre su Abstract”. Antes del 18 de Junio, del presente año será notiﬁcado por la AIST México, si su ponencia

• Formado - Troquelado y estampado - Soldadura Aceros Especiales Seguridad • Normas • Programas de entrenamiento • Equipo de protección personal Mantenimiento • Automatización • Energéticos • Protección al Medio Ambiente • Grúas • Manejo de Producto • Regulación de transporte de rollos en plataforma Organización • Grupos de Trabajo • Seis Sigma • Mejora Continua • Recursos Humanos • Capacitación

fue aceptada para participar dentro del programa de conferencias. El texto ﬁnal de los trabajos técnicos debe ser entregado antes del 31 de agosto de 2010, para la edición de las memorias del congreso.

15 HIERROy ACERO/AIST MÉXICO

aist La AIST invita a los proveedores y representantes del sector acerero a que aprovechen la magniﬁca plataforma que ofrece el evento, para exponer sus productos y servicios entre los asistentes al Congreso, en alguno de los stands del área de exposición con la que contará este CONAC 2010 Ya iniciamos con la venta de la primera etapa:

CONAC 2010

Si usted está interesado es ser parte de los selectos proveedores participantes, le solicitamos que se contacte a la oﬁcina de la AIST México para una mayor información: AIST México A.C. Tel. (+52 81) 8479 3077 Fax (+52 81) 8479 3067 e-mail: info@aistmexico.org.mx Es importante mencionar que todos los ingresos de este evento son destinados para el beneﬁcio de la industria Siderúrgica.

Celebra la AIST México

su tradicional evento de ﬁn de año El pasado viernes 27 de noviembre de 2009 se realizó el institucional evento anual con el que la AIST México cierra sus actividades formales del año y comparte con colaboradores y amigos diversas ceremonias relevantes para la asociación. El sitio seleccionado fue un salón de eventos sociales de reconocido restaurante de la zona poniente de la ciudad de Monterrey y para la ocasión se tuvo la amable presencia de cerca de 80 personas, entre las cuales se encontraban los distinguidos miembros de la actual Mesa Directiva de la AIST Capítulo México, así como Directores de Comités de la misma.

16 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

La velada dio inicio con un mensaje alusivo a la ocasión por parte del Ing. Valente Delgado, actual Presidente de la asociación y el cual sirvió de preámbulo a uno de los momentos especiales de la noche que además forman parte de la razón de existir de la AIST México y que consistió en la entrega de becas a los alumnos seleccionados después de un proceso de inscripción y evaluación de los candidatos. Es relevante la participación de algunas empresas colaboradoras de la asociación que amablemente han otorgado apoyo económico para concretar estas becas. El proceso 2009 tuvo como ganadores a los siguientes estudiantes:

Dr. Alberto Perez, director del comité del apoyo al Museo del Acero.

aist la Natividad entre los asistentes antes de compartir la cena preparada para la ocasión y ﬁnalizar con una rifa de artículos diversos. La AIST Capítulo México desea a todos sus colaboradores, amigos y lectores, que hayan pasado unas muy felices ﬁestas decembrinas y que este nuevo año 2010 transcurra con grandes éxitos en todas sus actividades. Mesa Directiva AIST con sus distinguidas esposas.

Ganadores de Beca 100% • Isaac Muñiz Alvarado • Wendy Vázquez Zúñiga • Rocío Berenice Citlali Tavitas López • Dulce Esmeralda Ortega Zavala • Enedely Silerio Benavides Por ocasión especial: Ganadores de Beca 50% • Melissa Lizbeth Jiménez González • Fátima Pamela Lara Castillo

Al centro el Dr. Edgar García, director del comité de Becas AIST y su distinguida esposa .

Si desean conocer sobre la próxima convocatoria de becas y detalles sobre los eventos de la AIST México, los invitamos a visitar frecuentemente la página de internet de la asociación http://www.aistmexico.org.mx

Es de destacarse gratamente la cantidad de damas afortunadas con este apoyo económico. La AIST Capítulo México valora y agradece de una manera muy especial la colaboración de las siguientes compañías que participaron en la entrega de estos estímulos: CAPSA, VESUVIUS ACEROTECA y AMI GE, así como la ardua labor que realizaron los integrantes del comité de Becas, en especial al Dr. Édgar García, director de este comité. El Dr. Alberto Pérez, proporcionó un reporte de las actividades que la AIST realiza en conjunto con el Horno 3, Museo del Acero. En el aspecto social, el evento estuvo amenizado musicalmente por parte de un dueto de la localidad y prosiguió con una dinámica de un marcado signiﬁcado de

Con gran orgullo, la AIST México felicita al

Dr. Rafael Colás Ortiz gran colaborador de nuestra asociación, por su reciente nombramiento como Director del Centro de Innovación, Investigación y Desarrollo en Ingeniería y Tecnología de la UANL.

Le deseamos gran éxito. Becarios galardonados acompañados de sus familias.

17 HIERROy ACERO/AIST MÉXICO

canacero Trabajarán juntos CANACERO y PGJEM para abatir el robo en el transporte •

Apuestan a la denuncia como arma para enfrentar el crimen organizado • Contará la PGJEM con 50 módulos de denuncia exprés en Edomex • Refuerzan siderúrgicos la línea 01800 CANACERO para denuncia anónima La cultura de la denuncia será la base principal por la que, sociedad y Gobierno, logren una eﬁcaz lucha contra la delincuencia organizada y con ello se recupere la seguridad ciudadana. En lo anterior coincidieron Alberto Bazbaz Sacal, Procurador General de Justicia del Estado de México, y Roberto Márquez Hiriart, presidente de la Comisión de Seguridad en el Transporte de la Cámara Nacional de la Industria del Hierro y el Acero (CANACERO), durante una reunión de trabajo en la que acordaron acciones conjuntas para abatir los robos al transporte de carga. Al hablar de la modernización de la institución, Bazbaz Sacal recalcó que con el ﬁn de acercar aún más los servicios de la institución a la población, en el mediano plazo se contará con 50 centros de recepción de denuncia exprés. Por su parte, Márquez Hiriart subrayó los avances que como institución han tenido en el esfuerzo por abatir los robos de camiones cargados con productos de acero. Entre ellos, dijo, la línea 01800 CANACERO, para denuncias anónimas, asesoría y enlace del sector siderúrgico; con atención las 24 horas, los 365 días del año y como una herramienta de denuncia y enlace con la autoridad. Resaltó que la actividad delictiva que sufre el sector siderúrgico es dinámica, “de ahí la importancia de mantener una estrecha colaboración con las autoridades de justicia, como se está haciendo con la Procuraduría General de Justicia en el Estado de México”, dijo. Y es que, explicó, la industria siderúrgica es uno de los principales usuarios del transporte de carga del país, con el 5% del total. Por transporte terrestre mueve más de 34 millones de toneladas por año, de ahí que sea uno de los sectores que ha sufrido el impacto del creciente robo al transporte a nivel nacional. En este contexto, recordó que en 2004, año en el que el robo alcanzó índices de crecimiento del 200%, la CANACERO inició un programa para abatir estos ilícitos, que se enfocó a captar y disminuir la incidencia delictiva de hurtos de productos de acero durante la transportación, por lo que revisar las medidas preventivas en el transporte fue esencial. y ACERO/AIST MÉXICO 18 HIERRO

Al centro, Roberto Márquez Hiriart, Presidente de la Comisión de Seguridad en el Transporte de la CANACERO, y Alberto Bazbaz Sacal, Procurador General de Justicia del Estado de México.

Durante la reunión en la que los integrantes de la Comisión de Seguridad en el Transporte de la CANACERO conocieron los diferentes avances que se tienen en materia de procuración de justicia y se acordó la realización de acciones en conjunto para abatir los índices de robos al transporte especializado, así como el establecimiento de estrategias que permitan un trabajo conjunto entre ambas instituciones. ACERCA DE LA CANACERO: La Cámara Nacional de la Industria del Hierro y el Acero (CANACERO) fue fundada en septiembre de 1949. Agrupa a las 60 principales empresas productoras y transformadoras de acero del país, así como a aquéllas vinculadas con el sector. El PIB de la industria siderúrgica nacional asciende a 270.6 millones de pesos, lo que representa el 12.2 por ciento del PIB manufacturero. Genera más de 50 mil empleos directos y 550,000 indirectos. Es el primer consumidor privado de electricidad, con el 7.3 por ciento del consumo nacional total. Es el segundo consumidor privado de gas natural seco, al absorber el 29.1 por ciento del total nacional. Está entre los principales usuarios del transporte de México con casi el 5 por ciento del volumen nacional de carga. Acerca del Programa de Abatimiento de Robos Hace 5 años, la CANACERO puso en marcha el Programa de Abatimiento de Robos (PAR) del sector siderúrgico, enfocándose en la varilla, por ser el producto que mayor índice de robos presentaba. De 2002 a octubre de 2004 el robo de camiones y plataformas cargados de varilla se incrementó 270%, lo que representó 171 asaltos y pérdidas por más de 5 mil toneladas. Con la puesta en marcha del PAR disminuye 70% el robo de este producto. En 2005 se reportaron 92 casos, 53% debajo de los reportes de 2004, resultado de la cultura de denuncia que se promovió y por convenios que para el efecto ﬁrmó con la Procuraduría General de Justicia del Distrito Federal, entidad donde se presentaba el mayor número de casos. En 2006 el programa se amplía a todos los productos terminados. Este programa fue considerado como un caso de éxito dentro del sector industrial por el congreso de seguridad internacional durante el foro American Security Show 2007.

canacero Baja 21% producción siderúrgica en 2009: Venkataramanan

➢ Crecería consumo interno 14.5% en 2010, con Punta Colonet y desarrollos eólicos ➢ 59% de productos de acero, al sector construcción; llama a apostar a otros sectores ➢ Trabaja planta productiva al 60% de su capacidad; lista para satisfacer demanda Al reconocer que 2009 ha sido un año de recuperación lenta y con altibajos, el presidente de la Cámara Nacional de la Industria del Hierro y del Acero (CANACERO), PS Venkataramanan, adelantó para el cierre de este año una reducción del 21% en la producción siderúrgica, respecto a 2008, es decir 13.6 millones de toneladas contra 17.2 del año pasado. En el marco de la XXIX Convención de la Confederación Nacional de Distribuidores de Acero, AC (CONADIAC), efectuada en Huatulco, Oaxaca, el líder de los productores de acero en México, dijo que “nuestro país y nuestro sector han sido de los más afectados por la drástica caída del comercio internacional y la producción industrial en Estados Unidos. Lo anterior, señaló, se reﬂejó en los resultados al segundo trimestre del 2009 de algunos sectores consumidores: el automotriz, que cayó 44.5%, maquinaria y equipo 26.7%, y metálicas básicas 25.1%”, reﬁrió. Agregó que analistas internacionales prevén una recuperación para 2010,

derivada entre otras razones, por el empuje brindado por la banca de desarrollo, así como el impulso a las obras de infraestructura y vivienda. En este punto, dijo, resulta alentador que recién se hayan dado a conocer las nuevas bases de participación para concursar en el desarrollo portuario Punta Colonet. “Es innegable que anuncios como éste y la ejecución de los mismos son esenciales para impulsar la economía del país”. Venkataramanan señaló que si bien en México el 59% de los productos siderúrgicos se destinan al sector construcción, existen otras áreas de oportunidad a las que el país debe apostar. Por ejemplo, los proyectos de generación de energías alternas, como los parques eólicos, en los que la demanda de acero es importante, pero también la generación de energía con fuentes renovables. Como sabemos, continuó, el mundo enfrenta retos ante el cambio climático y México tendrá que asumir compromisos mundiales para reducir sus emisiones de efecto invernadero. Por ello es que resulta relevante el anuncio dado a conocer en esta semana acerca del desarrollo de nueve proyectos eólicos más en el país. Los generadores eólicos demandan acero, con propiedades físicas y mecánicas específicas, que pueden alcanzar diámetros de hasta 126 metros y alturas de hasta 198 metros, equiparables a un edificio de 50 pisos, más altos que la Torre Latinoamericana. “Nuestro sector tiene que ser protagonista de este nuevo segmento de mercado. Sobre todo, cuando la planta productiva que puede proveer el acero para estos generadores, está trabajando al 60% de su capacidad. Nuestra cadena de valor, además de impulsar la eficiencia energética en sus procesos, proveer el acero y desarrollar los productos que apoyan la mitigación del cambio climático, debe ser agente de cambio a favor de una

cultura de competitividad y sustentabilidad, no sólo de la industria misma, sino de toda la sociedad”. De llevarse a cabo éstos y más desarrollos, para 2010 esperaríamos un crecimiento en el consumo interno en 14.5%, alcanzando 21 millones de toneladas, adelantó. Como sector integral, prosiguió, hemos afrontado con responsabilidad la baja de demanda. Por un lado, los productores de la región han mantenido la disciplina de sólo producir lo que pueden vender, aunque esto haya representado una caída del 46% en diciembre del 2008, el peor momento de la crisis. Por otro lado, los laminadores, transformadores y distribuidores dieron claramente preferencia al consumo nacional con lo que se atenuó la caída de la producción en comparación con la caída del consumo. Asimismo, el presidente de la CANACERO refirió que el flujo comercial de productos de acero con Norteamérica, principal mercado del sector, disminuyó cerca del 50%; la producción siderúrgica en la región del TLCAN cayó a septiembre de 2009 en 45%, mientras que la de Asia sólo 2%. Es por esto, dijo, que hemos insistido, y seguiremos insistiendo en la necesidad de no realizar desgravaciones unilaterales a favor de los países asiáticos, que se caracterizan por prácticas comerciales desleales. “México está en buena posición para seguir ganando espacio a las importaciones y recuperar sus clientes y mercados en el exterior”, afirmó. Finalmente, Al hacer referencia a la intervención, en el mismo foro, de Jesús Silva Herzog, quien enfatizó la importancia de estar cerca de las autoridades, Venkataramanan dijo que en la CANACERO “nos esforzamos por estar alerta de las iniciativas gubernamentales, exigiendo cuentas, teniendo memoria histórica de lo que se promete, lo que se anuncia y lo que se hace”. 19 HIERROy ACERO/AIST MÉXICO

entorno del acero

industria

siderúrgica en México 2008 -2009 Por: M.A. Miguel Muñoz, comité editorial AIST México. A.C.

El año 2010 sigue siendo un año retador para todos los sectores económicos de nuestro país. La industria del hierro y del acero no es la excepción. La producción siderúrgica en México ha sido de gran relevancia en los indicadores macroeconómicos recientes al representar:

En el último período de 2 años, las actividades generadoras de bienes y servicios en gran parte del mundo han experimentado una caída en sus principales indicadores operativos y ﬁnancieros.

20 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

• El 2.2 % del PIB total. • El 6.2 % del PIB industrial. • 12.2 % del PIB de manufactura. Adicional a lo anterior, es importante establecer que la industria siderúrgica mexicana signiﬁca: El consumidor número uno de energía eléctrica con el 7.3 % del total nacional. El consumidor número uno de gas natural ( seco ) con el 29.1 % del total nacional. Es de los principales usuarios del sector transportista con el 4.84 % del total nacional.

entorno del acero Consumo Nacional Aparente Después de haber presentado un nivel máximo de crecimiento en el año 2007, el consumo de acero y productos siderúrgicos ha tenido un marcado descenso originado por una disminución en la demanda interna y la difícil situación económica mundial.

Al cierre del año 2008, el Consumo Nacional Aparente de acero alcanzó 23.7 millones de toneladas ( 6.3 % más que el año 2004 ) mientras que el mismo indicador pero de productos siderúrgicos muestra un nivel de 17.8

millones ( 5.6 % superior al año 2004 ). Esta anterior información se muestra en las siguientes gráﬁcas:

INVERSIONES SECTOR SIDERÚRGICO Inversiones Desde el año 2004 las inversiones efectuadas en el sector de la siderurgia de nuestro país han representado un incremento de la capacidad productiva instalada de 2.5 millones de toneladas de acero ( 12.9% ). Sin embargo, la producción de acero solamente aumentó medio millón de toneladas ( 2.9% ). Lo anterior signiﬁca que el indicador del nivel de utilización se decrementó de 85.6 % a 78.1%. Una visión más amplia de los niveles de inversión que han fortalecido y modernizado desde 1990 al sector siderúrgico se resume en la siguiente tabla:

PERÍODO

MILLONES DE USD

1990 - 1998

7402

1999 - 2006

2993

2007 - 2009

2027

Perspectiva La información disponible permite deducir que en este año 2010 debe recuperarse en forma gradual la producción y consumo interno de productos ligados a la industria del hierro y del acero. Los planes de acción de los diferentes grupos empresariales del medio siderúrgico con fuerte presencia en nuestro país y las políticas gubernamentales deben generar un mejor clima económico que revitalice al sector. El camino no es fácil, pero al ﬁnal de este año esperamos percibir una mejoría notoria en los principales indicadores productivos del sector. Con información de la página de internet oﬁcial de CANACERO.

21 HIERRO y ACERO/AIST MÉXICO

laminación

Laminación en caliente de aceros al silicio Pablo Rodríguez Calvillo1 • Yvan Houbaert2 • Rafael Colás3 1 2 3

CTM-Technologic Centre, Materials Technology Area, Manresa, Barcelona, España. Department of Metallurgy and Materials Science, University of Ghent, Bélgica. Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Universidad Autónoma de Nuevo León, México.

Resumen

Abstract

Los aparatos eléctricos como transformadores, motores y artículos domésticos hacen uso de aceros diseñados para reducir las pérdidas magnéticas. Se añaden silicio, aluminio y fósforo a estos aceros para incrementar la resistencia eléctrica y reducir las pérdidas magnéticas causadas por las corrientes parásitas; elementos como el carbono, nitrógeno y azufre se reducen por sus efectos dañinos. Los aceros pueden tener una orientación preferencial o no, denominándoseles como de grano orientado o no orientado. El proceso de laminación en caliente se puede llevar a cabo en el campo austenítico o ferrítico. Las condiciones de proceso se controlan para asegurar tanto el tamaño como la orientación del agregado policristalino. Se requiere que el acero laminado en el intervalo austenítico recristalice por completo antes de transformar a ferrita con la ﬁnalidad de obtener una textura adecuada. Los aceros con más de 3% de silicio son ferríticos y requieren de tiempo para recristalizar, dada la facilidad con la que recuperan, por lo que es normal que adquieran una estructura heterogénea al ﬁnal del proceso de laminación.

Electrical appliances such as transformers, motors and household goods rely on steels designed to reduce magnetic losses. Silicon, aluminium and phosphorous are added as they increase the electric resistivity and contribute to reduce the magnetic losses caused by eddy currents. Carbon, nitrogen and sulphur are reduced to minimum values as they are detrimental to these properties. The steels are processed to obtain either grain-oriented or non-grain oriented products. Hot rolling can be conducted within the austenitic or ferritic regions. Processing conditions are controlled to assure the size and orientation of the polycrystalline aggregate. It is required for steels rolled in the austentic region to achieve be fully recrystallized before transforming into ferrite to obtain an adequate texture. Steels with silicon above 3% are ferritic and require time to recrystallize, due to the easiness to recover, and may ﬁnish with a mixed heterogeneous structure.

Palabras clave: Aceros, laminación, magnetismo, textura, microestructura.

22 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

Keywords: Steels, rolling, magnetism, texture, microstructure.

laminación Introducción La producción y distribución de energía eléctrica requiere de generadores y transformadores de electricidad. Estos dispositivos están manufacturados a partir de laminaciones de aceros con características y propiedades específicas, que faciliten la magnetización y reduzcan las pérdidas eléctricas. Los aceros usados en la fabricación de transformadores, al estar localizados en posiciones estáticas, son fácilmente magnetizables en direcciones específicas; los aceros destinados a la fabricación de generadores y alternadores requieren ser fácilmente magnetizables en el plano de la laminación. Estas características afectan el diseño y especificaciones de los aceros, ya que un acero que pudiera desempeñarse en forma efectiva en un transformador podría incurrir en altas pérdidas magnéticas [1-4]. Los aceros usados en la manufactura de dispositivos eléctricos constituyen alrededor del 1% del total de acero producido a escala mundial. La mayor proporción de estos aceros están aleados con diversos contenidos de silicio, aunque en algunas ocasiones se emplea acero con bajos contenidos de carbono[1-4]. La producción de aceros eléctricos en el 2007 alcanzó los 14 millones de toneladas métricas, de las cuales el 13% fue del tipo de grano orientado y el restante no orientado (69% procesado y 18% semiprocesado)[5]. Las propiedades que requieren estos aceros son alta permeabilidad magnética, para reducir el tamaño de los dispositivos y reducir las pérdidas magnéticas asociadas con el ciclo de histéresis de magnetización, alta resistencia eléctrica, para reducir las pérdidas asociadas con las corrientes parásitas inducidas por el flujo eléctrico, y baja magnetoestricción, para reducir el zumbido asociado a transformadores de alta frecuencia. El nivel de pérdidas magnéticas de los aceros afecta fuertemente su costo y contribuye al calentamiento de los dispositivos. La resistencia eléctrica y la permeabilidad magnética del acero se incrementan conforme aumenta el contenido del silicio en el acero, sin embargo, la adición de este elemento se limita a niveles inferiores al 4% por su tendencia a endurecer y fragilizar al material a partir de la presencia de fases ordenadas [6-9], que se indican en el diagrama de equilibrio de Fe–Si [9-12], Fig. 1.

Figura. 1. Sección del diagrama de fases Fe-Si [9-12].

Los aceros destinados al sector eléctrico se clasifican como de grano orientado o no orientados en base a su textura cristalográfica. La ruta de proceso para un acero de grano no orientado inicia desde el proceso de fabricación del acero y su vaciado, el proceso de laminación en caliente, decapado y laminación en frío, ya sea en una o dos etapas y un recocido intermedio, recocido final y recubrimiento. Los aceros semiprocesados se ofrecen generalmente al término de la segunda reducción en frío. El recocido final se efectúa normalmente en piezas cortadas o maquinadas en hornos con atmósferas oxidantes para asegurar la decarburización, crecimiento de grano y oxidación de la superficie que imparten las óptimas propiedades magnéticas. Estos aceros se usan ampliamente en la fabricación de motores fraccionales y transformadores de baja potencia. El proceso seguido para obtener aceros de grano orientado asegura obtener una textura de fácil magnetización[13], Fig. 2, y se utilizan en la fabricación de los núcleos de transformadores de alta potencia, ya que el flujo magnético se mantiene a lo largo de una sola dirección.

Figura 2. Magnetización del hierro en función de la orientación cristalina, según [13].

Laminación en caliente El proceso de laminación en caliente se ha contemplado tradicionalmente como una forma de reducir el espesor de lingotes o planchones y obtener las dimensiones requeridas por la laminación en frío. Sin embargo, avances en la metalurgia física y en el control del proceso han modiﬁcado este punto de vista, por lo que el proceso en caliente se utiliza para mejorar las propiedades y características de los aceros[14,15]. Los aceros eléctricos se usan como piezas cortadas de hojas procesadas en frío o en caliente y se conocen como laminaciones; la superﬁcie de estas piezas se oxida o recubre para reducir las pérdidas eléctricas debidas a las corrientes parásitas[4]. El proceso en caliente inicia con el recalentamiento en hornos con diferentes tipos de combustibles[16,17]. Se debe tener cuidado del contenido de azufre en el combustible, ya que puede ser absorbido por el acero, lo que 23 HIERROy ACERO/AIST MÉXICO

laminación degrada sus propiedades magnéticas[18]. La temperatura de recalentamiento es crítica por el daño superﬁcial a que puede estar sujeto el acero por la formación de un eutéctico de wustita y fayalita a 1177°C[19]. Los primeros pasos de laminación se realizan normalmente en estaciones reversibles de desbaste capaces de impartir fuertes reducciones; la etapa de acabado se lleva a cabo en estaciones continuas o en reversibles del tipo Steckel [15]. El material pasa por la mesa de enfriamiento, se enrolla y se deja enfriar en patios hasta alcanzar la temperatura ambiente. La composición química afecta las propiedades magnéticas; se añade aluminio, fósforo y boro para mejorar estas propiedades. Elementos como el carbono, nitrógeno y azufre son considerados impurezas y se mantienen a niveles mínimos. Los elementos que tienden a estabilizar la austenita (como son el cobre, manganeso y níquel) se controlan dentro de intervalos cerrados[15,20-24]. Es común referir el contenido de silicio equivalente (Sieq) dado por[24]: Sieq = Si + 2 Al + 2.92 P – 0.5 Mn (1) en el que el contenido se expresa en peso.

sola fase. Los mecanismos de restauración se presentan en esta etapa, por lo que el acero se endurece y restaura a través de mecanismos de recuperación dinámica al ser deformado y, si la deformación impartida supera un valor crítico, el acero es capaz de recristalizar dinámicamente. El tamaño de grano crece una vez que la recristalización ha concluido para reducir la energía interna del sistema[28-30].

Laminación en austenita La mayor proporción de los aceros eléctricos producidos es del tipo de grano no orientado; el contenido de silicio varía en el intervalo de 0.6 al 2%, aunque es factible encontrar aceros no orientados con niveles de hasta el 3%. El contenido de aluminio se maneja en el intervalo del 0.1 al 0.5% y el carbono a los niveles más bajos posibles por el daño que ejerce en las pérdidas magnéticas, Fig. 3. Es común encontrar productos en los que las laminaciones se manufacturan a partir de aceros convencionales de bajo carbono[4,25].

Figura 3. Pérdidas magnéticas en función del carbono de vaciado del acero [25].

Aunque el carbono afecta las propiedades magnéticas, su adición permite el procesamiento del material al expandir la región de estabilidad de la austenita[26,27], Fig. 4, con lo cual la deformación se puede efectuar en una 24 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

Figura 4. Expansión de la región austenítica por adición de carbono [27].

Los pasos de acabado se pueden llevar a cabo en estaciones reversibles o continuas; estudios recientes mencionan la reducción en pérdidas magnéticas de un acero procesado en una estación tipo Steckel a 4.65 W/kg (1.5 T, 50 Hz) de 5.25 W/kg que se obtienen cuando el acero se lamina en un tren continuo[15]. Este comportamiento se puede explicar en término del mayor tiempo disponible entre pasos, que a su vez se llevan a mayores temperaturas. Estas condiciones permiten que los tiempos para recristalización y crecimiento de grano se alarguen, al tiempo que se permite el engrosamiento de precipitados y otro tipo de partículas. La temperatura de acabado afecta las propiedades magnéticas, dado que tanto la recristalización como el crecimiento de grano proceden a mayor velocidad conforme la temperatura se incrementa, con lo que se reducen las pérdidas magnéticas[24]. Las temperaturas de enrollado se encuentran por encima de los 700°C para promover el crecimiento de grano[31]. La Figura 5 muestra la variación del esfuerzo promedio de ﬂuencia (σ) en función del inverso de la temperatura absoluta para un acero de composición 0.04% C, 0.41% Si, 0.26% Al y 0.54% Mn. se deﬁne por: σ=

1 ε f − εo

∫

εf εo

σ dε

(2)

donde la integral representa el área debajo de la curva esfuerzo-deformación desde un valor inicial (εo) y ﬁnal

laminación (εf) de deformación. Las temperaturas críticas (A1 y A3) se calcularon por ecuaciones empíricas[32,33] o se determinan por medio de análisis térmico[34].

austenita en ferrita, puede afectar la calidad del material, ya que la deformación en la región bifásica promueve la fractura de la orilla de la cinta [36,37], Fig. 6.

Figura 6. Orilla fracturada en una bobina de acero de bajo silicio laminado en caliente [37]. Figura 5. Dependencia del esfuerzo promedio de deformación con el inverso de la temperatura absoluta para un acero de bajo silicio; se indican las temperaturas de transformación.

El diagrama muestra la reducción en resistencia debida a la transformación parcial de ferrita [35]. El incremento en la temperatura a la que se presenta la transformación de

Las propiedades magnéticas en aceros de grano no orientado se mejoran con el control de la textura, por lo que el desarrollo de las ﬁbras η y θ es deseable[38,39]. La forma más eﬁciente de describir los componentes de textura es por medio de la función de distribución orientación (ODF por orientation distribution function).

25 HIERROy ACERO/AIST MÉXICO

laminación ca de la superﬁcie de la lámina se asocian a fuertes componentes de deformación cortante inherentes al proceso de laminación. El tamaño de grano medido al centro de la lámina en este acero fue de 13.5 µm, Fig. 8.

Figura 7. Secciones de ODF de acero de bajo silicio laminado en caliente.

La Fig. 7 muestra un corte a φ2 igual a 45°, notación de Bunge, para una ODF obtenida de una lámina de 2.54 mm de espesor del acero de bajo silicio de la Fig. 5 producido en una línea de laminación compacta[40]; las temperaturas de acabado y enrollado fueron de 920 y 810°C respectivamente. Los componentes más desarrollados corresponden a la textura de cubo rotado {110}<110>, atribuida a la transformación de ferrita a partir de austenita recristalizada[39]. Los componentes de textura que se observan cer-

Figura 8. Microestructura del centro de la cinta de acero de la Fig. 7.

Laminación en ferrita El silicio tiende a estabilizar la ferrita, por lo que los aceros con más del 3% de este elemento pueden ser procesados exclusivamente en esta fase, ver Fig. 1. Sin embargo,

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laminación es posible que se forme cierta cantidad de austenita por efecto de la segregación natural que acontece durante la solidiﬁcación, aunada a la presencia de pequeñas cantidades de carbono. La austenita en estos materiales se descompondrá en estructuras aciculares durante el enfriamiento[27,40], Fig. 9.

Figura 9. Estructuras aciculares detectadas en aceros de alto silicio

para establecer los límites de grano y subgrano en las posiciones en las que se encontraba una desorientación de 15 y 2° entre dos puntos consecutivos. El triángulo estereográﬁco indica la orientación de dos granos adyacentes y se aprecia como el grano cercano a la posición (111) exhibe una estructura de subgranos generada durante su procesamiento.

[27]

Una característica adicional de los aceros con alto silicio es la heterogeneidad de su microestructura, tal y como se aprecia en la Fig. 10 para un acero con 4.6% de Si. Se observan claramente granos equiaxiales cercanos a la superﬁcie y otros alargados hacia el centro de la muestra. El tamaño de grano promedio de las dos poblaciones es de 60 y 317 µm respectivamente, el factor de forma de los granos alargados fue de 16:1. Se aprecia también que algunos granos alargados desarrollan una estructura de subgranos de alrededor de 11 µm, que se asocia a mecanismos de recuperación a alta temperatura [40-42].

Figura 10. Microestructura de un acero de alto silicio laminado en caliente.

La Fig. 11 muestra imágenes obtenidas por medio de la técnica de difracción de electrones retrodispersados (EBSD por electron backscattered difraction) del acero de la Fig. 10. La diferencia en la nitidez de las imágenes radica en los intervalos de barrido que se espaciaron en 10 y 1 µm. Una ventaja de esta técnica es la facilidad con la que se identiﬁcan regiones con mayor o menor grado de distorsión, ya que estas últimas aparecen más claras en la imagen. La información recopilada fue procesada

Figura 11. Análisis por EBSD del acero de la Fig. 10; barridos con un espaciamiento de 10 (a) y 1 (b) µm.

La información presentada en las Figs. 10 y 11 permite suponer que los granos equiaxiales cercanos a la superficie son producto de la recristalización a alta temperatura de una región fuertemente deformada por esfuerzos cortantes; se supone que la temperatura de laminación fue lo suficientemente alta como para permitir este fenómeno, lo que se confirma al apreciar que el tamaño de los granos equiaxiales se incrementa conforme la distancia a partir de la superficie aumenta. Los granos con planos del tipo {100} paralelos a la dirección de laminación cuentan con sus direcciones <110> a 45° con respecto a la dirección de laminación, por lo que es de esperar que la recuperación sea mayor en estos granos y se reduzca la tasa de recristalización, dado que la recuperación reduce la energía de distorsión acumulada [29,40-43]. La alta capacidad de recuperación de la ferrita ocasiona que el tiempo necesario para que el material recristalice se incremente por encima de varios miles de segundos, aunque esto depende de la temperatura y del grado de deformación[40-43], Fig. 12. Estos tiempos son varios órdenes de magnitud mayores a los disponibles durante la laminación en un tren continuo (sólo fracciones de segundo), por lo que los aceros procesados en estaciones reversibles tipo Steckel exhiben mejores propiedades. La Fig.1 indica claramente cómo el incremento en el contenido de silicio aumenta la tendencia a la formación de fases ordenadas que incrementan su fragilidad y dureza, Fig. 13. La precipitación de fases ordenadas se lleva a cabo durante el enfriamiento al término del proceso de laminación en caliente, por lo que es práctica normal recocer el acero de alto silicio antes de ser laminado en frío[44]. 27 HIERROy ACERO/AIST MÉXICO

laminación vocan la formación de ciertas cantidades de austenita que será capaz de transformar a estructuras aciculares al enfriar el acero. Estos aceros exhiben una estructura heterogénea consistente en mezclas de granos equiaxiales y alargados. La cinética de recristalización del acero será fuertemente afectada por la orientación de los granos, ya que aquellos que puedan recuperar rápidamente no recristalizarán y se alargarán. Referencias

Figura 12. Cinética de recristalización de un acero con 2.7% de Si.

Figura 13. Efecto del contenido de silicio y el tiempo posterior al enfriamiento en diversos medios sobre la resistencia mecánica de aceros al silicio calentados a 900°C.

Conclusiones El proceso de laminación en caliente constituye una etapa fundamental en la producción de acero al silicio de grano no orientado y de grano orientado. Las composiciones de los aceros de grano no orientado permiten que el proceso de laminación en caliente se lleve a cabo en la región austenítica, por lo que el material será capaz de recuperar y recristalizar. La cédula de reducción y el tiempo entre pases pueden ser críticos para asegurar la transformación a ferrita a partir de una austenita completamente recristalizada y asegurar una textura que permitirá la obtención de buenas propiedades magnéticas. El incremento en las temperaturas de transformación ocasiona que el material se deforme en el intervalo bifásico, lo que provoca su fractura. Los aceros con altos contenidos de silicio pueden no transformar a austenita, aunque pequeñas cantidades de carbono y la segregación natural del material pro28 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

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29 HIERROy ACERO/AIST MÉXICO

procesos y usos del acero

Comportamiento a la

corrosión de aceros

termogalvanizados J. Flores P.*1, I. Marín S.*, M. P. Guerrero Mata*, B. Valdez S.**, M. Schorr W.**

RESUMEN

ABSTRACT

Se evaluaron dos aceros termogalvanizados: libre de intersticiales (LI) y alta resistencia baja aleación (ARBA) mediante polarización potenciodinámica y gravimetría, en soluciones de NaCl y Na2SO4. Se observó un comportamiento activo en ambos recubrimientos. El potencial a circuito abierto (EOC) presentó un comportamiento más positivo durante la prueba y la velocidad de corrosión obtenida en los ensayos gravimétricos se vio disminuida. Se obtuvo la composición química de ambos aceros y del recubrimiento así como el espesor de cada recubrimiento.

Two different galvannealed steels: Interstitial free (IF) and high strength low alloy (HSLA) were evaluated using potentiodynamic and gravimetric testing, in both, NaCl and Na2SO4 solutions. An active behavior was observed in both steels. As the time increases, the open circuit potential (EOC) became more positive and the corrosion rate was lower. Chemical composition of the two steels and the coating was obtained also the thickness of each coating was measured.

Palabras claves

Polarisation, Galvannealed, intermetallic compounds, galvanic protection, FeZn alloy.

Polarización, termogalvanizado, intermetálicos, protección galvánica, aleación FeZn.

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Key words

procesos y usos del acero Con el objetivo de reducir peso, aumentar la resistencia estructural y elevar la protección contra corrosión, el acero termogalvanizado (TG) ha sido utilizado por varios años en componentes automotrices que no son expuestos al ambiente. En la actualidad se ha incrementado su uso para partes expuestas tanto en la industria automotriz como en la industria de la construcción[1-2]. Durante el proceso de termogalvanizado, el acero es galvanizado por inmersión en caliente y sometido a un tratamiento térmico entre 500 y 570º C, durante un tiempo aproximado de 10 segundos[3]. Este tiempo es suﬁciente para promover la formación de fases intermetálicas de hierro (Fe) y zinc (Zn). En condiciones de equilibrio se desarrollan los intermetálicos: gamma (δ, Fe3Zn10-bcc), delta (δ, FeZn7 o FeZn10), y zeta (δ, FeZn13-monoclínica centrada en la base), las fases hexagonal son formadas por difusión generándose un gradiente de concentración de Fe a través del recubrimiento. Fases ricas en Fe se localizan en la interfase Fe-Zn y las fases ricas en Zn se observan en la superﬁcie[3-4]. Las aleaciones de FeZn presentan una menor diferencia de potencial contra el acero base comparada con la de los recubrimientos de Zn como el electrogalvanizado (EG) o el galvanizado por inmersión en caliente (GIC), esto resulta en una menor tasa de corrosión[3-6]. El acero termogalvanizado además, presenta mejores características de soldabilidad, facilidad de pintado y resistencia a la corrosión que el EG o GIC por tales motivos es ampliamente utilizado por las armadoras de automóviles[7-8]. Se han publicado una serie de artículos relacionados con el estudio del comportamiento a la corrosión de aceros TG pintados [1,9] así como la caracterización de los productos de corrosión al ser sometidos a estudios en cámara salina [2]. Al momento existe poca información del comportamiento a la corrosión de recubrimientos TG en diferentes tipos de aceros de baja aleación. El objetivo del presente trabajo es evaluar la capacidad protectora del recubrimiento termogalvanizado en dos

tipos de aceros: libre de intersticiales (LI) y alta resistencia baja aleación (ARBA), en dos soluciones; NaCl y NaSO4. 2 Experimentación Se obtuvieron láminas termogalvanizadas de acero LI de 0.9 mm de espesor y de acero ARBA de 1.5 mm de espesor. La composición química de los aceros fue determinada con un espectrómetro de chispa (ARL METAL ANALYZER). Se montaron muestras de 10 X 15 mm en baquelita, el pulido grueso se llevó hasta lija 2400 y el pulido ﬁno en paño con alúmina de hasta 0.3 µm. La microestructura de los aceros y el espesor del recubrimiento se obtuvieron utilizando un microscopio óptico OLYMPUS con analizador de imágenes. La sección transversal y la composición química del recubrimiento se analizaron mediante microscopia electrónica de barrido en un equipo JEOL. Para el análisis gravimétrico se utilizaron 8 probetas de 30 X 30 mm de cada acero, éstas fueron etiquetadas y pesadas al inicio de la prueba. Se pesaron cada 48 horas durante 14 días. Se utilizó una solución al 5% en peso de NaCl de pH 6.5 como electrolito. Las probetas se limpiaron en baño ultrasónico al retirarse de la solución y fueron secadas con alcohol etílico y aire caliente, la pérdida de peso fue determinada en una microbalanza. La medición del PCA fue realizada durante 13 días en el mismo electrolito que en las pruebas gravimétricas. Se obtuvieron velocidades y potenciales de corrosión mediante polarización potenciodinámica y extrapolación de Tafel usando un potenciostato-galvanostato PC1-FAS4 marca Gamry Instrument. Las mediciones de polarización se realizaron utilizando un electrodo de referencia de calomel saturado (ECS) y graﬁto como contraelectrodo. El análisis de datos se llevó a cabo usando el software CMS-100 del equipo de medición. Los barridos se realizaron después de 1, 24, 48 y 168 horas de inmersión.

Carretera Mty-Laredo km 22.7 Ciénega de Flores N.L., C.P. 65550 Tels. (81) 8329-8412, (81) 8329-8407 Fax. (81) 8329-8413 jfespinosa@itw.com.mx cdojeda@signode.com.mx jagarcia@signode.com.mx

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procesos y usos del acero El rango de polarización fue de 500 mV anódica y catódicamente contra el potencial a circuito abierto (PCA); la velocidad de barrido de 5 mV/s y el área del electrodo de trabajo de 4 cm2. Como comparativo se realizaron ensayos electroquímicos utilizando una solución de 0.5 M de Na2SO4 pH 4. * Programa Doctoral en Ingeniería de Materiales, FIME-UANL, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México, Ave. Pedro de Alba s/n, Cd. Universitaria, C.P. 66451. ** UABC, Instituto de Ingeniería, Laboratorio de Corrosión y Materiales, Mexicali, Baja California, México, Blvd. Benito Juárez y Calle de la Normal s/n Col. Insurgentes Este, C.P. 21280.

0.065

0.022

0.0049

0.0151

0.5

0.008

0.003

0.040

0.008

0.005

0.003

0.001

0.013

0.007

0.008 0.002

0.001 0.004 0.012 a) Acero ARBA P

0.0089 0.0137 Ti

0.038

0.035

0.133

0.005

0.013

0.003

0.031 0.003 0.009 0.042 0.011 b) Acero LI Tabla 1. Composición química de los aceros (a) acero ARBA, (b) acero LI Elemento

Acero LI

Acero ARBA

13.48 %

9.40 %

86.52 % a) Fase δ

90.60 %

Elemento

Acero LI

Acero ARBA

32.84 %

25.53 %

67.16 % 74.47 % b) Fase Γ Tabla 2. Composición química de las fases del recubrimiento (a) fase δ, (b) fase Γ.

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b) Fig. 1: Microestructura del acero base, a) ARBA, b) LI.

Resultados y discusión La composición química de los aceros se muestra en la Tabla 1, el menor contenido de elementos de aleación lo presenta el acero LI. La microestructura de este acero se compone de granos grandes de ferrita, debido principalmente a su composición química, el acero ARBA presentó carburos segregados en las fronteras de grano, (Figura 1). Se observó sólo la presencia de dos fases en el recubrimiento de los aceros analizados, las fases Γ y δ, la composición química del recubrimiento en ambos aceros se presenta en la Tabla 2. La fase δ en el acero LI presentó un mayor porcentaje de Fe (13.48%) que en el ARBA (9.4%), en el caso de la fase Γ se presentó el mismo comportamiento. Ambas láminas son sometidas al mismo tratamiento térmico posterior al galvanizado en la línea de producción. El menor espesor de la lámina de acero LI coadyuva a una mayor difusión de átomos de Fe hacia la superﬁcie del recubrimiento. En la Figura 2 se muestra la imagen de SEM de la sección transversal del recubrimiento de ambos aceros. El espesor promedio del recubrimiento en el acero LI fue de 7.348 µm y de 5.791 µm en el ARBA. a)

procesos y usos del acero b)

Fig. 2. Micrografía del recubrimiento, (a) acero ARBA, (b) acero LI.

Fig. 3. Micrografía del acero LI termogalvanizado después de 168 horas de inmersión en el electrolito.

Las mediciones del PCA se realizaron durante 13 días, las gráﬁcas se muestran en la Gráﬁca 1. El valor inicial del PCA en el recubrimiento del acero LI fue de –0.890 V y de –0.874 V en el caso del ARBA. Este valor se aleja de las mediciones típicas de recubrimientos como el EG o GIC donde la parte superior del recubrimiento presenta porcentajes de Fe incluso menores al 5% y valores de PCA superiores a -1 V.[7]. Se observó un comportamiento estable durante los primeros 4 días de prueba, posteriormente se presentó una tendencia a ennoblecimiento. A partir del tercer día de inmersión en el electrolito se formaron depósitos blancos de productos de corrosión principalmete simoncoleita e hidróxido de Zn como los que se observan en las Figuras 3 y 4. El valor del PCA depende de la concentración de Fe en el recubrimiento, conforme éste se incrementa el PCA tenderá a un valor más positivo[8-10]. Fig. 4. Micrografía del acero ARBA termogalvanizado después de 168 horas de inmersión en el electrolito.

33 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

procesos y usos del acero pués de 120 horas en inmersión. El mayor contenido de Fe presente en la fase δ (Tabla 3) contribuye a disminuir los valores de velocidad de corrosión y de EOC. Las gráﬁcas obtenidas después de 1, 24, 48 y 168 horas de inmersión son similares a las mostradas en la Gráﬁca 4. Se observó una tendencia más positiva del EOC conforme transcurrió el tiempo de inmersión aunque éste siguió en la zona de inmunidad del acero. Es bien conocido que en ambientes industriales los recubrimientos de Zn son más afectados que en ambientes marinos o rurales.

Gráﬁca 1. Valores de EOC durante 13 días en inmersión en la solución de cloruros.

Gráﬁca 3. Gráﬁcas de polarización después de 120 horas de inmersión en la solución 5% NaCl pH 6.5.

Gráﬁca. 2. Gráﬁca de velocidades de corrosión de los dos aceros en mm/año.

Sin presentar periodos húmedo-seco se inhibe la formación de películas de productos de corrosión en la superﬁcie del recubrimiento.

Se obtuvieron las velocidades de corrosión en mm/año, Gráfica 2; éstas decrecieron conforme transcurrió la prueba tanto por el incremento en el contenido de Fe de la superficie como por la formación de productos de corrosión. La Gráfica 3 muestra las curvas de polarización obtenidas después de 120 horas de inmersión en el electrolito de 5% de NaCl. El comportamiento fue activo y se observó una disolución del Zn del recubrimiento. La menor velocidad de corrosión la presentó el acero LI como se observa en la Gráfica 2. Las gráficas obtenidas después de 1, 24, 48 y 168 horas de inmersión son similares a las mostradas en la Gráfica 3. Los resultados de las pruebas de polarización obtenidas en el electrolito ácido mostraron una tendencia activa durante todos los barridos. La capacidad de formar películas protectoras en el recubrimiento se vio mermada principalmente por la evolución de hidrógeno. La Gráfica 4 presenta el comportamiento en este electrolito des34 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO

Gráﬁca 4. Gráfcas de polarización electroquímica después de 120 horas en inmersión en una solución 0.5M Na2SO4 pH 4.

procesos y usos del acero Agradecimientos Los autores agradecen a las autoridades del Laboratorio de Corrosión y Materiales del Instituto de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Baja California y al Laboratorio de Corrosión del Programa Doctoral en Ingeniería de Materiales de la Universidad Autónoma de Nuevo León por las facilidades otorgadas para el uso del equipo de laboratorio, también se agradece a la empresa Galvak, S.A. de C.V. por el material proporcionado y el acceso a su laboratorio para la realización de este estudio. Conclusiones Los valores de PCA en los tres aceros presentaron una tendencia más positiva conforme se incrementaba el tiempo de inmersión en el electrolito. Los valores alcanzados están en la zona de inmunidad del acero. Las diferencias en los valores de PCA se explican por la variación en el porcentaje presente de Fe en el recubrimiento de los aceros termogalvanizados. Los valores de velocidad de corrosión expresados en mm/ año muestran una tendencia a la baja durante los ensayos gravimétricos debido al enriquecimiento de Fe en la superﬁcie del recubrimiento y el depósito de productos de corrosión insolubles, que se ve corroborado con los valores de EOC. El mayor porcentaje de Fe en la fase δ contribuyó a una menor velocidad de corrosión y valores de EOC en el acero LI. Mayores porcentajes de Fe en el recubrimiento facilitan además la soldadura por puntos. Referencias 1.-

N. Bandyopadhyay, G. Jha, A.K. Singh, T.K. Rout, Nitu Rani, “Corrosion Behaviour of galvannealed steel sheet”, Surface & Coatings Technology, Netherlands, 2006, 200, pp. 4312-4319. 2.- M. Elisabete M.Almeida. “Guia sobre Proteccao Anticorrosiva na Industria Automóvel.”, Portugal, Protap, 2000, p 45-51. 3.- Editor David L. Olson, ASM Handbook, Volume 13 Corrosion, EUA, 2001, pp 755–769. 4.- Elisabete Almeida, Manuel Morcillo. “Lap - Joint Corrosion of Automotive Coatings Materials In Cloride Media. Part 2 – Galvannealed Steel.” , Surface and Coatings Technology, EUA, 2000, Vol. 124, pp 180 –189. 5.- Mark S. Vukasovih. “A Glossary of Corrosion – Related Terms Used in Science and Industry.” SAE, EUA. – 1994. 6.- X.G. Zhang and I.C. Bravo., “Electrochemical Striping of Galvannealed Coatings on Steel.” Corrosion – E.U.A., 1994, Vol. 50, No. 4, pp 308–317. 7.- Toshio Nakamori, Yoshitaka Adachi, Massahiro Arai and Atsuyoshi Shibuya. “Coatings Adhesion and Interface Structure of Galvannealded Steel.”, ISIJ International, Japón, 1995, Vol, 35, no.12.pp 1494–1501. 8.- “Conventions Applicable to Electrochemical measurements in Corrosion Testing ASTM G3” Annual Book of ASTM standard, EUA, 2001, Volume 03.02, pp 102-110. 9.- “Standard Reference Method for Making Potentiostatic and Potentiodynamic Anodic Polarization Measurements ASTM G5”, Annual Book of ASTM standard, E.U.A., 2001, Volume 03.02., pp 124-134. 10.- “Standard Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus ASTM B117”, Annual Book of ASTM standard, E.U.A., 2001, Volume 03.02., pp 1-8. 11.- A. Besseyrias, F. Dalard, J.J. Rameau and Baudin. “A Study of Galvanic Corrosion During Coulometric Dissolution of Galvannealed Steel.” Corrosion Science, E.U.A., 1995, Vol. 37, No. 4, pp 587-595. 12.- A. Besseyrias, F. Dalard, J.J. Rameau and Baudin. “Electrochemical Behaviour of Zinc-Iron Intermetallic Compounds in an Aqueous Solution Containing NaCl and ZnSO4.” Corrosion Science, E.U.A., 1997, Vol. 39, No. 10-11, pp 1883-1896.

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