Julio - Septiembre 2013
Vol. XIII No. 55
“Plug and Work”– Simulación de automatización
... prueba su eficiencia antes de su instalación. „Plug and Work“, el producto de probada eficacia de nuestros especialistas en automatización. Ya no se requieren largas fases de prueba en la factoría del cliente. El sistema de automatización se conecta al modelo de simulación que corresponda al proceso en su totalidad. Ello permite probar y optimizar minuciosamente los procesos y funciones tecnológicas antes de su puesta en servicio.
El resultado: Sólo se instala y se conecta un sistema probado y fiable que esté apto para su funcionamiento inmejorable. Su ventaja: Empinadas curvas de puesta en régimen al tratarse de nuevas instalaciones y modernizaciones. Optimización de la rentabilidad de su inversión (ROI) gracias a períodos de montaje más cortos. Ventaja para su cliente: Fiabilidad de producción y plazos de entrega asegurados.
SMS SIEMAG AG
Eduard-Schloemann-Strasse 4 40237 Düsseldorf, Alemania
Teléfono: +49 211 881-0 Telefax: +49 211 881-4902
E-Mail: communications@sms-siemag.com Internet: www.sms-siemag.com
directorio Vol. XIII No. bre Julio - Septiem
55
2013
CONSEJO DE ADMINISTRACIÓN Hugo Solís Tovar, Ternium México, Presidente Rafael Colás Ortiz, FIME UANL, Vicepresidente Andrés Delfino Martínez, Vesuvius México, Secretario Ignacio Díaz Moreno, GM Vykon, Tesorero CONSEJO EDITORIAL Ramiro A. García Fuentes, GRUPO CAPSA, Miguel A. Muñoz Ramírez, ALMyM Ignacio Álvarez Elcoro, FIME UANL, Luis R. Salazar Garza, TERNIUM Myrna Molina Reyna, AIST MÉXICO, Paloma González, ICE INTEGRANTES DE COMITÉS PROCESOS PRIMARIOS: Juan Carlos Rodrigues, Marco Herrera TERNIUM, Sergio Zapata, Luis Jorge Vélez, Ramiro Araiza, Javier Sandoval AHMSA, Ruben Lule ARCELORMITTAL, Rafael González CEGI CONSULTORES, Andrés Delfino, Francisco Hernández VESUVIUS, Ramiro García GRUPO CAPSA, Eduardo Mora METALOIDES, Florentino Luna TYPSSA, Antonio Uribe MELTER, Demetrio Velasco AMI GE, Marco Garza GRÚAS PMP. LAMINACIÓN: Valente Delgado, Homero Pérez, Eliseo Gutiérrez AHMSA, Carlos Baieli, Enrique Lara TERNIUM, Óscar Fco. Villarreal VILLACERO, Emiliano Montoya GRUPO CAPSA, Luis Leduc ALMyM, Julio Muñoz SMS SIEMAG, Rafael Colás FIME UANL, Héctor Morales, Pedro Molina, ACEROTECA, Roberto Laureano
s
Talleres y Acero
mensaje de la empresa
5 • Talleres y Aceros Acería
8 • Implementación de módulo de control
índice
de energía química en el horno de arco eléctrico No. 2 (EAF2) de Nucor Yamato Steel
MANTENIMIENTO Y SEGURIDAD: Paloma González, ICE, Alejandro Campos TERNIUM, Roosevelt Pérez AHMSA, Luis Llanes CDI-PYCOPSA PROCESOS Y USOS DEL ACERO: Alberto Pérez, FIME UANL, Óscar Fco. Villarreal, VILLACERO, Rodrigo Grosso TERNIUM ESTUDIANTIL, CONACYT, BECAS Y RELACIÓN CON UNIV. Y ESCUELAS TÉCNICAS: Édgar García, Alberto Pérez, Rafael Mercado, Rafael Colás FIME UANL, Demófilo Maldonado UDEM, Jorge Fernández AMI GE, Paloma González ICE, Marco Garza GRUAS PMP
museo del acero
EVENTOS ESPECIALES, ACERO DEL MILENIO, CONAC, CURSOS: Félix Cárdenas CEGI CONSULTORES, Luis Jorge Vélez, AHMSA, Héctor Morales ACEROTECA, Paloma González ICE, Porfirio González, Marco Garza GRÚAS PMP, Luis Llanes CDI-PYCOPSA, Aarón Garza, MELTER
AIST
Museo del Acero: Alberto Pérez, FIME UANL, Comunicación Electrónica: Luis Bautista, AIST México, Desarrollo de Cursos: Luis Jorge Vélez, AHMSA
16 • Viven la ciencia y la transmiten
18 • Se impartió el seminario: The making, shaping and treating of steel: 101 • Reunión con Metal Mecánica UAM • Reunión con Capítulo UNAM-SIGMA • Reunión con alumnos de ITQ • Presencia de la AIST México en el magno evento AISTECH 2013 • Atiende la AIST México invitación de la UAEH • Convocatoria de Ponencia Conac 2014 Sexto Congreso y Exposición de la Industria del Acero • Conac 2014: Stands laminaciÓn
26 • Evaluación del uso de rodillos de trabajo HSS en los primeros stands del laminador en caliente de la Planta Churubusco en Ternium México procesos y usos del acero
32 • Sistemas de medición capacitivos para el guiado de la banda con banda caliente y banda fría 4 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
Relación AIST EU: Héctor Morales, ACEROTECA Relación CANACERO: Porfirio González, GRÚAS PMP Octavio Rodríguez, AMI GE 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 Julio-Septiembre del 2013. Editor Responsable: Myrna Soledad Molina Reyna. Número de Certificado de Reserva otorgado por el Instituto Nacional del Derecho de Autor: 04-2004-073014323400102. Número de Certificado de Licitud de Título: 13029. Número de Certificado de Licitud de Contenido: 10602. Domicilio de la Publicación: Av. Fundidora # 501 Local 71, Planta Baja, Col. Obrera, Monterrey, N.L., C.P. 64010. 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. Av. Fundidora # 501 Local 71, Planta Baja, Col. Obrera, Monterrey, N.L., C.P. 64010. Tiraje: 2,000 ejemplares.
mensaje de la empresa te inversión en rá una importan ha e qu ó ci un s siderúrgicos sa) an ión de producto s y Aceros (Tya ac re ic lle br el Ta fa la ón ci rá ta uc constr cremen iar operaciones oductos para la a planta que in estimamos inic pr e un de qu de te lo n r ió an po ic ac , al br ción El fa de la inst tra en construc racruz, se trata ecto se encuen oy pr el estado de Ve o ch di , de Orizaba como lo en el municipio de productos, 2013. al de tu e tr ac es go im lo tr ta o tro ca que en la últim os nuestro enfo ucción de nues od em pr ar nu de ti on en C m volu cido. riel Costa y alambre reco incrementar el aró el Lic. Gab cl os en de ill st os ”, ca rn os s, ca añ la fo s al m “Vamos a en dido por mucho sus derivados: que hemos aten el alambrón y do ca er m el son: la varilla, es que construcción, s industria de la rá 500 empleo a planta genera ev nu a. la ñí e pa qu m Aizcorbe. ó co Aizcorbe precis laboran para la ores que ahora Veracruz, Costa ad de aj ro ab tr nt il ce m s ón lo a pacto en la regi ales se suman nte hasta Respecto al im eración, los cu op en e tr en ndencia crecie e te qu a z ve un a n un co ir os direct les y la idea es ora”, estimó. toneladas anua il m 0 45 de nemos hasta ah r te e do de qu re le al ip tr os l de producim ción que sería “Actualmente r lo que hacia ima de produc áx m d da ci en el 2014, po pa e ca nt la pu ar re n nz ió ca cc al a de la Constru cidad. que la Industri su máxima capa es a a iv ar at er ct op pe ía ex dr la po e a qu es pr ió em añad ahora e de ese año la Gabriel Costa México, donde cuarto trimestr de o e o st er re rc su te l y de centro algunos finales n, además de a Tyasa es en el tá es ca pr Yu em de la a ul de l sco y la Peníns mercado natura Chiapas, Taba detalló que el én bi do m ta ta is ev ro tr pe en , El algo y Tlaxcala. racruz de México, Hid el estado de Ve o d ad da st ri E io l, pr ra rá de el se o Fe como el Distrit que puede ser sitios del centro ventaja de lo
tomar otros ca e intentar ar en algunos p ar ci m ti e ar d p a en ci n r se re na y pensa rzar nuestra p cción en esta zo ru st n “Queremos refo co la e d puntualizó. la industria participación”, a aj b os em n crecimiento de te e ública en los qu estados de la Rep
5 HIERROy ACERO/AIST MÉXICO
6 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
7 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
acería
Implementación de módulo de control de energía química en el horno de arco eléctrico No. 2 (EAF2) de Nucor-Yamato Steel
Ismael Valdez AMIGE Blvd. Gustavo Díaz Ordaz 402 Monterrey, N.L., México, 64650 Email: ismael.valdez@amige.com
Omar Quintanilla Nucor-Yamato Steel Company 5929 Highway 18 East Armorel, Arkansas, 72310 Email: oquintanilla@nucor-yamato.com
Resumen El presente artículo describe la implementación de un sistema de control de energía química que predice la temperatura del acero y las ppm de O2, así como la calidad de la escoria para lograr un óptimo uso de la energía química en el HAE que redunda en ahorros de energía y menores tiempos de colada. Se presentan y discuten los obstáculos superados y los resultados obtenidos tras la implementación del sistema en el Horno no. 2 de Nucor Yamato. Se confirma que es factible utilizar herramientas de lógica difusa para estimar algunas variables difíciles de medir o bien cuando no están disponibles. Introducción Se ha incrementado el uso de energía química en EAF tratando de disminuir el consumo de energía eléctrica por colada. La mayoría de los hornos modernos emplea una combinación de oxi-quemadores, inyección de carbón pulverizado e inyección de oxígeno para complementar la entrada de energía eléctrica; en estos casos, entre el 35% y el 60% de la energía total alimentada es química1. Terminar la colada con la cantidad correcta de carbón y a la temperatura adecuada reduce el uso de energía y las pérdidas de tiempo de colada derivadas de los requerimientos de de-carburización u oxidación. Predecir la temperatura del baño y su contenido de carbón no es tarea sencilla porque, contrariamente a la energía eléctrica, la química se suministra al horno por diversos medios, tales como la combustión del gas natural, carbón o coque y la oxidación de elementos que vienen con la chatarra. Las variaciones del tipo de chatarra, la calidad de la escoria y la eficiencia de combustión del carbón hacen esta tarea aún más difícil. Nucor Yamato Steel, como otras acerías, siempre está en la búsqueda de alcanzar mejoras en sus operaciones. Incluso cuando su rendimiento de energía es satisfactorio, siempre se pueden lograr mejores resultados. Antes de incorporar el Módulo de Control de Energía Química, ya se había implementado SmartFurnace, que ayudó a mejorar e integrar tres subsistemas en el EAF: subsistema eléctrico (Transformador de EAF), químico (quema8 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
Guillermo Fernández AMIGE Blvd. Gustavo Díaz Ordaz 402 Monterrey, N.L., México, 64650 Email: gfernandez@amige.com
Eugene Pretorius Nucor Steel -Berkeley P.O. Box 2259 Email: Eugene.pretorius@nucor.com
dores) y sistema de gases de escape (casa de filtros)2. Con la introducción de este nuevo subsistema, NYS puede monitorear en tiempo real variables que no pueden medirse de manera continua, además de incorporar otro subsistema a SmartFurnace: el sistema de monitoreo de escoria. Descripción del sistema El sistema de control se construyó mediante la plataforma Visual KB, como herramienta complementaria del SmartFurnaceTM y está embebido en el SmartARC™ que lee datos desde los PLC y otros dispositivos, los procesa y envía información para registro a un servidor Web de Windows. La aplicación de Interface de Usuario suministrada ayuda a hacer uso de la información con controles avanzados y fáciles de utilizar como cuadros, controles de navegación y más. La aplicación está diseñada para proporcionar un sólido sistema capaz de funcionar con distintas condiciones de horno, mezclas de chatarra, cambios en las prácticas, etc. La principal diferencia con respecto a un programa convencional de quemadores, basado únicamente en fases de energía, reside en que esta aplicación cuenta con varios sub-módulos con funciones específicas para determinar los diferentes requisitos del proceso a fin de optimizar las prácticas de operación. El sistema predice al mismo tiempo la temperatura del acero y controla el contenido de carbón y la calidad de la escoria a fin de lograr resultados óptimos. Balance de carbón y oxígeno Este sub-módulo calcula la oxidación del baño en función de la cantidad total de oxígeno inyectado durante la colada y el que demandan las reacciones de oxidación además de lo que indican las herramientas estadísticas y de control. De este modo, la estimación se usa para determinar el timing óptimo para el arranque o parada de las lanzas de oxígeno o para cambiar el flujo de oxígeno y de carbón. El objetivo es reducir las demoras que ocasionan la descarburización al final de la colada, además de optimizar el uso de oxígeno y minimizar el contenido de FeO en la escoria. Cuando está disponible la muestra del contenido de carbón, el módulo autoajusta sus parámetros a fin de mejorar las estimaciones.
acería
Fig. 2.- Perfil de quemadores
Fig. 1.- Pantalla de estimación carbón Perfil del oxi-quemador Este perfil incorpora flexibilidad a los programas típicos de quemadores al permitir cambiar los modos de operación aprovechando que cuenta con más información acerca de las condiciones reales del horno, como por ejemplo, detección de la fase de colada, condiciones de la escoria, entrada de energía y salidas del sub-módulo de balance de carbón y oxígeno. En la tabla (fig. 2), si se alcanza alguno de los límites (celdas azules), el programa avanzará al siguiente paso. Además de los indicadores de energía eléctrica como kWh/ton y MWh, esta tabla incorpora otros indicadores importantes como la estabilidad de arco y PPMDiff. La estabilidad puede usarse para ciertos objetivos como garantizar un uso seguro de los modos de lanza, con el objeto de proteger el panel, así como de modificar los flujos de inyección de carbón para mejorar el espumado de escoria. PPMDiff es, básicamente, la diferencia entre el nivel objetivo de oxígeno en ppm y la estimación de este valor; dependiendo de esta diferencia, los flujos de oxígeno y de carbón pueden modificarse para finalizar la colada con la cantidad correcta de carbón. Balance de energía Este sub-módulo proporciona un balance de las entradas y salidas de energía que ayuda a visualizar su distribución y a dónde se va la energía cuando se produce un cambio en el perfil de quemadores. Se consideran entradas la energía eléctrica de los quemadores, y la energía proveniente de las reacciones de oxidación, conforme al balance carbón-oxígeno, que también resulta útil para estimar el contenido de FeO en la escoria. Por otra parte, las salidas de energía incluyen la formación de escoria, las pérdidas de energía por los paneles enfriados y los gases de salida y la energía usada para fundir el metal. Este sub-módulo estima la temperatura del baño y ayuda a medir la eficiencia del uso de energía química cuando se modifican las prácticas operativas, así como el balance carbón-oxígeno. Cada vez que se dispone de una muestra de temperatura el modelo ajusta sus parámetros para mejorar las estimaciones. El sistema también guarda un historial de la distribución de las entradas y salidas de energía a fin de compararlas a través del tiempo.
Análisis de la escoria Este módulo se basa en el análisis químico de la escoria y recomienda la cantidad de fundentes que deben agregarse al horno para alcanzar el nivel de saturación óptimo de MgO para mejorar el espumado de escoria, la estabilidad del arco y la protección al refractario. El sistema genera gráficos de los datos históricos, lo que permite a los usuarios decidir la mejor basicidad objetivo de la escoria. Estas estimaciones son fundamentales para lograr una operación de alto performance, minimizando el contenido de FeO y la energía requerida para crear la escoria.
Fig. 3.- Balance de energía Integración del sistema Desde el PLC y otros dispositivos, el sistema lee todos los datos relacionados con la operación del horno y los usa para alimentar los modelos. Si alguna información no está disponible se usa una combinación de valores típicos y algoritmos de lógica difusa en lugar de los datos faltantes; por ejemplo, si no se dispone de la energía perdida por los gases de salida y los paneles enfriados, o si esta información no es confiable, estimamos las pérdidas en función de las demoras y del tiempo de horno conectado. Todos los módulos están correlacionados entre sí, lo que permite un control integral de la energía química. La siguiente figura presenta una imagen general de esta integración. 9 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
acería El sistema cuenta con un servidor web ligero cuyo objetivo principal es trabajar como depósito de información para: • Registro de datos de colada • Registro de muestras de escoria • Depósito de configuración • Registro de mensajes • Actualizaciones de la aplicación IU • Base de datos de páginas de ayuda
Fig. 4.- Saturación MgO Implementación en Nucor-Yamato Steel (NYS) Sistema de quemadores Cuatro quemadores localizados alrededor de la coraza generan 6.9 MW, tres de ellos se usan en el modo Burner para crear combustión entre el oxígeno de bajo flujo y el gas natural. El modo Lance usa flujo de oxígeno supersónico y carbón inyectado. Los flujos nominales son: 10.5 m3/min de gas natural, 42 m3/min de oxígeno y 40 kg/min de carbón. Coraza La coraza fue diseñada para vaciar 122 toneladas métricas y manejar el 10% de Hot Heel. Configuración del sistema en la red La Interface de Usuario está diseñada para ejecutarse en un CPU Windows con el propósito de permitir un procesamiento avanzado de gráficos y capacidades interactivas. La IU del Módulo de Control de Energía Química cuenta con un área de visualización de 1280x1024 pixeles, diseñada para monitores con pantalla táctil.
Fig. 5 -Integración del módulo
10 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
Fig. 6.- Distribución de quemadores Centraliza la información en un solo lugar al que se puede acceder con facilidad mediante un navegador Web estándar o a través del visualizador de ayuda que se incluye en la Interface de Usuario. En NYS, la información entre SmartArc y el servidor HMI se transporta a través de la red de control como se presenta en la Figura 7.
Fig. 7.- Configuración del sistema
acería Adquisición de datos Los modelos determinísticos exigen una correcta entrada de los datos más importantes del proceso en el momento adecuado y con precisión. Para este horno en particular, disponíamos de información de procesos relacionada con: • Consumo de energía • Quemadores • Materias primas, tipos de chatarra, cal, cal dolomítica y carbón • Temperatura y flujo estimado de los gases de escape • Flujos y temperaturas de los paneles de enfriamiento de agua • Muestras de escoria • Muestras de carbón y temperatura Implementación del modelo de escoria El espumado de escoria en el horno de arco eléctrico (EAF) no solo ha reducido el consumo de refractarios y electrodos, sino que también ha tenido un impacto significativo en la mejora de la eficiencia térmica y en la disminución del tiempo de fusión. El proceso de espumado de escoria puede explicarse sencillamente como reacciones que generan burbujas de gas con la química de escoria adecuada para sostener estas burbujas.3
toma una muestra de temperatura y de carbón, las eficiencias estimadas estadísticamente se compensan por medio de un offset, con lo que el resultado mejora sustancialmente. Los hornos de NYS cuentan con un sensor de temperatura de salida de los gases y un flujo estimado de los mismos; esto nos permite calcular pérdidas sensibles de energía provenientes del gas de escape; sin embargo, como NYS no cuenta con un analizador de gases para determinar las pérdidas químicas por combustión incompleta en los gases, fue necesario determinar la proporción de pérdidas químicas en base a las pérdidas de energía calculadas a partir de temperatura y flujo. Las pérdidas de gases de salida son principalmente una función del flujo debido a sus grandes fluctuaciones; basándose en esta observación y las coladas analizadas con diferentes prácticas de operación, fue posible determinar un factor móvil para esta proporción basado en el flujo de los gases de salida. Cuando no se dispone de la información necesaria para calcular las pérdidas de energía, hemos hallado que es posible estimar dichas pérdidas mediante algoritmos de lógica difusa basados en el ciclo de la colada.
Con respecto a la química de escoria, dado que la mayoría de los refractarios en la línea de escoria de hornos eléctricos son básicos, se requiere entonces la saturación de MgO y/o CaO para minimizar el ataque químico de los refractarios. Además, la saturación de la escoria con estos óxidos (la presencia de partículas de segunda fase) es un requisito esencial para un buen espumado. Por lo tanto, en función de las propiedades de espumado requeridas y la intención de proteger los refractarios, se requiere una saturación dual (CaO y MgO) o al menos una saturación de MgO.3 El modelo que se usa para calcular la saturación de MgO se basa en estudios anteriores de Pretorius y Carlisle3 y en el sistema CaO-MgO-SiO2-FeO, con el modelo y usando un enfoque de balance de masa es posible calcular la cantidad necesaria de cal y cal dolomítica que debe usarse para optimizar la química de escoria adecuada. Dificultades durante la implementación Hacer que el balance de energía se adapte a entradas y salidas no es una tarea sencilla. Por ejemplo, para calcular la entrada de energía para la combustión del carbón, al principio usamos análisis de muestras de laboratorio para determinar la calidad del carbón inyectado, alimentado desde el techo y el cargado en la cesta de chatarra para medir el carbón al interior del horno. Pero esto no fue suficiente, también tuvimos que determinar el rendimiento de los diferentes tipos de carbón que el horno estaba usando, porque parte de este carbón se perdía antes de ingresar en el baño (a través del ducto de gases de escape, en el momento de la carga, o simplemente por variaciones en la calidad). Por lo tanto, fue necesario llevar a cabo un análisis estadístico intentando hallar el mejor rendimiento para el carbón usado en la colada. Aunque la calidad y rendimiento pueden variar de colada en colada, éste es un buen punto de partida, y cada vez que se 11 HIERROy ACERO/AIST MÉXICO
acería Resultados Modificación del perfil de acuerdo con estimaciones. El corazón del sistema depende de la estimación del carbón en el baño; basados en esta estimación, podemos optimizar la operación de los quemadores a fin de terminar la colada con la oxidación correcta. El sistema autoajusta los flujos de oxígeno y de carbón según la estimación de ppm de O2. NYS tiene como objetivo 450-500 ppm de O2. A modo de ejemplo, en la siguiente figura se presenta una colada típica: Se puede observar que, en función de la estimación, el sistema corta la lanza sur (LSOJ) y compensa el oxígeno necesario con las tres lanzas restantes. La colada termina con 440 O2 PPM.
Fig. 8.- Funcionamiento de los quemadores basado en la estimación del carbón Precisión de las estimaciones La precisión de las estimaciones de O2 PPM, temperatura y carbón se presentan en las siguientes figuras; también se muestra el rango de datos y número de muestras.
Fig. 9.- Estimación de O2 PPM
12 HIERROy ACERO/AIST MÉXICO
acería
Fig. 10.Estimación de temperatura
Fig. 11.Estimación de carbón
Nuestros productos:
ANSSEN está dedicado a proveer un amplio rango de equipos y consumibles para el proceso de producción de Acero. Productos ampliamente aceptados por más de 100 usuarios en 30 países como ArcelorMittal, Gerdau, V&M, SAIL, Kardemir, Sidenor, MMK, etc. • Electrodos de grafito • Moldes de cobre • Sonda de oxígeno y termopares • Eje de transmisión • Rodillos para laminación • Juntas rotatorias para la MCC • Material refractario • Lanzas de oxígeno con tubo cerámico • Recubrimiento de cobre para Electrodos • Olla para escoria
México: +52 (777) 380-20-71 • 380-13-80 • www.bhemx.com, ventas@bhemx.com • agonzalez@bhemx.com • lsilva@bhemx.com China: +86 411 84390809 • Fax: +86 411 84390806 • www.anssen.com • sales@anssen.com 13 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
acería Problema resuelto en la inyección de carbón Además de la información que las estimaciones arriba indicadas brindan a los operadores, también ayudan a monitorear la confiabilidad de la información. Como ejemplo, durante el mes de enero de 2012 el sistema comenzó a tener problemas con las predicciones; las estimaciones de la primera muestra no eran confiables. Luego de analizar los modelos y los datos del proceso, se concluyó que había problemas con los datos crudos. Luego de una parada las tolvas de carbón quedaron mal calibradas; en promedio, la medición de carbón inyectado era 70% del valor real. La figura 11 muestra que el sistema predecía una oxidación del baño mayor que el valor real. Después de hallarse y resolverse el problema, las predicciones se realizaron con normalidad.
Fig. 12.- Problema en la estimación PPM durante enero de 2012 Problema resuelto en la inyección de cal En lo referente al control de la química de escoria, se mejoró la diferencia en la saturación de MgO, se recomienda trabajar entre el 0 y 1% por encima de la saturación. Durante marzo de 2012, sospechamos que la cantidad de cal y cal dolomítica que ingresaba al horno no era exacta. Luego de analizar información relacionada con las muestras de escoria, encontramos que la configuración en la escala del sistema Hi-Cal Lime era errónea y que la cantidad real era tan solo el 80% del valor medido. Con este hallazgo, fue posible realizar el control de la saturación de MgO, y el beneficio fue una mayor protección de refractarios y cobertura de arco durante la fase final de la colada.
14 HIERRO y ACERO/AIST MÉXICO
acería Average of MgoSat
Total 20 per. Mov. Avg. (Total)
MgO Saturation Difference 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8
2009
2010
2011
Jan 15-Jan Feb 2-Feb
Dec 8-Dec2 8-Dec
Nov 1-Nov 19-Nov
Sep 25-Sep Oct 13-Oct
12-Aug
Aug 31-Aug
Jul 5-Jul 25-Jul
Jun 13-Jun
May 3-May 25-May
Apr 15-Apr
3-Mar
Mar 21-Mar
Feb 13-Feb
Jan 8-Jan 26-Jan
Dec 18-Dec
Nov 11-Nov 30-Nov
Oct 24-Oct
23-Sep
Jul 20-Jul Aug 13-Aug Sep 1-Sep
Jun 8-Jun 26-Jun
May 18-May
Apr 9-Apr 29-Apr
Jan Feb 19-Feb Mar 15-Mar
11-Nov 7-Dec 28-Dec 27-Jan
23-Oct
12-Jul 5-Aug 29-Aug 17-Sep
18-Jun
16-Feb 27-Mar 18-Apr
Feb Mar Apr Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
Jan 2-Jan 22-Jan
-1
2012
Fig. 13- Historial de la diferencia de saturación en el EAF2 de NYS Referencias 1. Marcus Kirschen, Marcus; Risonarta, Victor; Pfeifer, Herbert, “Energy efficiency and the influence of gas burners to the energy related carbon dioxide emissions of electric arc furnaces in steel industry”, Energy, Vol. 34, 2009, pp. 1065–1072
2. O. Quintanilla y G. Fernández, “EAF Energy Optimization at Nucor-Yamato Steel”, Enero 2009, pp. 78. 3. E. Pretorius y R. Carlisle. “Foamy Slag Fundamentals and their Practical Application to Electric Furnace Steelmaking”, Iron and Steelmaking, No. 10, 1999, pp. 79-88.
15 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
museo del acero
EL GIGANTE ES CIENTÍFICO
Explora con imaginación la ciencia y la tecnología
Por: Dra. Claudia Fernández Limón. Investigación y Diseño de Recursos Didácticos, horno3
Viven la ciencia, y la transmiten El pasado agosto, horno3 en conjunto con científicos de la Universidad Autónoma de Nuevo León, aplicaron a la convocatoria de CONACYT de Apoyo a Proyectos de Comunicación Pública de la Ciencia, la Tecnología y la Innovación. Con el apoyo recibido se compraron tres microscopios (óptico, estereomicroscopio y metalúrgico) que conectados a unas grandes pantallas nos permiten mostrar a niños y jóvenes escolares y público en general el maravilloso mundo de lo muy pequeño, que es invisible a simple vista, pero que conforma una riqueza sorprendente e inmensa. Podrán preparar muestras de células de plantas y animales, así como los cristales en los minerales, insectos, partes de objetos, entre muchas otras cosas más para observarlas, y posteriormente conocer nuestro impacto sobre ellas. 16 HIERROy ACERO/AIST MÉXICO
Con unas interactivas prácticas y actividades, los participantes desarrollarán habilidades de observación y análisis que les permitirá plantearse hipótesis y buscar soluciones a problemas comunes, guiándolos a pensar críticamente y a conocer la composición de gran cantidad de los seres y objetos que nos rodean. La adquisición de los microscopios y el desarrollo de las prácticas en conjunto con investigadores de la UANL, es la primera parte del Laboratorio “Ventana a la Ciencia”, cuyo fin es dar a conocer a la comunidad las investigaciones que los científicos realizan en nuestra ciudad y motivar a las nuevas generaciones a seguir estos pasos por el desarrollo de la ciencia y la tecnología en nuestro país, que constituye hoy más que nunca, una necesidad evidente.
museo del acero horno3 y la UANL en su alianza permanente buscan fortalecer la cadena de educación, ciencia básica y aplicada, tecnología e innovación, mediante esfuerzos de divulgación de la ciencia en beneficio de la
Informes T (81) 8126.1100 www.horno3.org Interior Parque Fundidora
comunidad. Con estas acciones fomentamos una cultura que contribuye a la mejor divulgación, percepción y apropiación de la ciencia, la tecnología y la innovación en la sociedad.
¡Siguenos! /MuseoAcero.horno3 @horno3
horno3 es una asociación civil sin fines de lucro, autónoma e independiente de otros espacios de Parque Fundidora 17 HIERROy ACERO/AIST MÉXICO
aist
rio
mina e S l e rtió a p m i Se
Co-organizado por la AIST de los EUA y la AIST México se desarrolló con gran éxito el Seminario “The Making, Shaping and Treating of Steel: 101” que por primera vez se trae a México. La sede fue un hotel de la Ciudad de San Pedro Garza García, Nuevo León, que los días miércoles 19 y jueves 20 de junio de 2013 albergó en el salón destinado para el evento a cerca de 80 participantes de destacadas empresas e instituciones educativas. El seminario estaba dirigido a operarios y supervisores de la industria productora del hierro y el acero, proveedores de equipos y materiales para la industria siderúrgica, personal de comercialización y ventas de acero, operarios de talleres, técnicos, ingenieros y supervisores de control de calidad y otros procesos. Cabe destacar que también se tuvo la asistencia de alumnos becados para
este Seminario que fueron seleccionados después de un proceso de evaluación, 10 estudiantes por parte de la AIST de los EUA y 5 más por parte de la AIST México, todos ellos de diversas Universidades incluyendo una del extranjero. Se contó con traducción simultánea inglés - español. Los conferencistas que transmitieron sus valiosos conocimientos fueron el Dr. Ronald J. O'Malley (PlantMetallurgist de la Compañía Nucor) y Robert E. Greuter (VP Long Products - Services USA de la Compañía Danieli - Morgârdshammar) y por parte de la AIST de EU estuvieron al pendiente de la organización del curso Shannon Kiley y Ken Landau. El viernes 21 de junio del 2013, concluyó el curso con una muy interesante visita
a la empresa Ternium Planta Churubusco. Un especial agradecimiento al Ing. Hugo Solís, Director Industrial Ternium México, al Ing. Luis
18 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
Salazar, quienes nos otorgaron todas las facilidades para la realización de esta visita, así como a los ingenieros: (Foto de izq. a der.) César Villanueva, Édgar Her-
nández, Manuel Hernández, Alejandro Gámez, Benito Gauna, Juan José García, Bernardo Guerra, Rogelio Martínez, Jorge Juárez, Alejandro Flores, Arturo García, Fernando González, Joel Nochebuena y al personal de seguridad, quienes nos brindaron su tiempo, acompañándonos durante el recorrido y explicándonos detalladamente cada proceso de la producción de acero en esa planta. Los invitamos a visitar frecuentemente nuestra página de internet oficial http://www.aistmexico.org.mx para conocer sobre los siguientes importantes eventos y cursos por desarrollar.
aist REPRESENTANTES DEL CAPÍTULO ESTUDIANTIL AIST MÉXICO
RECORREN UNIVERSIDADES DEL CENTRO DEL PAÍS Reunión
con
Metal
Mecánica
UAM Posteriormente, se llevó a cabo una plática informativa sobre “Los Beneficios de formar parte del Capítulo Estudiantil de la AIST México” y la importancia de establecer un capítulo interno en la citada universidad; en donde se vio un gran interés por parte de los alumnos para crear su capítulo. Se llenaron las solicitudes y posteriormente se realizará un solo depósito de las membresías de todos los alumnos.
El día 29 de abril del presente año se llevó a cabo una reunión con directivos del departamento de metal-mecánica de la UAM en donde se realizó el trato con la Dra. Miriam Aguilar Sánchez (Jefa de Departamento de Materiales) y el Dr. Juan Daniel Muños Andrade (Coordinador de la carrera de Ingeniería en Materiales) en la que se abordó como punto principal la necesidad de la universidad de contar con un capítulo estudiantil con el objetivo de vincular a los egresados de la citada universidad con el sector industrial.
UAM
19 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
aist
Reunión con Capítulo
UNAM SIGMA El día 30 de abril del año en curso se dio lugar a una junta con el Presidente (Javier Esquivel Guerrero) de la mesa directiva del capítulo UNAM-SIGMA con el objetivo de renovar el trabajo que se había realizado con la mesa directiva estudiantil de la AIST México anterior; creando así una red de comunicación entre los capítulos de la zona centro del país con el norte del país.
Reunión
con
alumnos
ITQ
de
El día 26 de abril del presente año, se visitó el Instituto Tecnológico de Querétaro, en donde se impartió la plática para dar a conocer los beneficios de pertenecer al capítulo estudiantil AIST México. En esta universidad sólo se contaba con 2 miembros integrados al capítulo; se estableció el contacto con la Dra. María Luisa Mendoza (Jefa de proyectos de investigación) para trabajar con ella en el establecimiento de un capítulo interno en la citada universidad. To submit a paper, extended abstract or presentation, or to reserve your booth, visit AISTech.org or call AIST Member Services at +1.724.814.3000, ext. 1.
20 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
b
21 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
aist
Presencia de la AIST México en el magno evento
AISTECH 2013
Como ya es una acostumbrada y esperada presencia, la AIST México instaló su correspondiente stand en la institucional exposición y conjunto de conferencias AISTech que en esta edición 2013 se desarrolló en la emblemática ciudad de Pittsburgh, PA, en los EUA del lunes 6 al miércoles 8 de mayo de 2013. Los objetivos primordiales se cumplieron satisfactoriamente y consistieron en promocionar la venta de espacios para el área de exhibición del próximo Sexto Congreso y Exposición de la Industria del Acero CONAC 2014 y también promover la contratación de anuncios en la revista “Hierro y Acero” de nuestra asociación. Se tuvo también participación oficial de la AIST México como asistentes a
eventos programados, tales como el President’s Award Breakfast, la Reunión de los Representantes de los Capítulos y la Recepción de Bienvenida; en este último evento se tuvo un momento especial para la AIST México al entregársele al Ing. Felipe Villarreal (de la empresa Melter) un reconocimiento por su trayectoria como enlace y facilitador en las actividades conjuntas entre AIST de los EUA y el Capítulo México. Al acudir a este importante evento anual se mantiene el espíritu de colaboración y beneficios mutuos que desde hace bastante tiempo existe entre la AIST de los EUA y la AIST México el cual se ha buscado y logrado además incrementar con gran éxito.
Atiende la AIST México Dentro de las actividades programadas que realizó el capítulo estudiantil, se llevaron a cabo el pasado 30 de abril del presente año en las instalaciones de la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo conferencias impartidas por ingenieros involucrados directamente con la industria del acero, esto con motivo de la XIII Semana de Geología, Materiales, Metalurgia y Minería. "Evaluación de la entrada de oxígeno y pérdida de carbono durante el vaciado del convertidor BOF a la olla de acero", fue el tema que impartió el MI. Nephtali Calvillo Ramírez, Superintendente de Control de Calidad de Laminación en Frío Planta 2, en Altos Hornos de México, y " La fabricación de acero en Ternium" ofrecida por el M. en C. Marco Antonio Herrera García, Jefe de Departamento de Procesos Calientes en Ternium Planta Guerrero. Estas conferencias fueron ofrecidas a los alumnos de Ingeniería Minero Metalúrgica donde se trataron aspectos técnicos que fortaleció en gran parte el aprendizaje de los alumnos. 22 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
invitación de la UAEH
Los conferencistas en todo momento se mostraron dispuestos a compartir sus conocimientos y experiencia en la industria siderúrgica con los alumnos de la UAEH, ya que fue la primera ocasión en que visitaron esta casa de estudios, donde se les hizo la invitación para participar nuevamente en otros eventos del Área Académica de Ciencias de la Tierra y Materiales, ya que es muy importante para los alumnos miembros de la AIST estar recibiendo información continuamente acerca de los procesos que involucran la producción del acero en México.
Agradecemos la entusiasta colaboración de los ponentes, así como a la AIST México por la gestión que realizó para llevar a cabo las conferencias, y al Ing. Alberto Perea Garduño, Subdirector de Control Calidad por las facilidades brindadas.
Nuestra experiencia mundial en el corazón de su proceso de aceración
Socios en Desempeño www.vesuvius.com
Vesuvius México, S.A. de C.V. — Carretera a San Miguel Km 1 Guadalupe, N.L. México. Tel. 81 8319 4500 23 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
aist
Convocatoria de Ponencia CONAC 2014
Sexto Congreso y Exposición de la Industria del Acero 23 al 26 de Marzo, 2014, Monterrey, N.L., México La AIST México invita al personal de la Industria del Acero, a fabricantes, proveedores y usuarios, así como a instituciones académicas a presentar trabajos prácticos y teóricos relacionados con los procesos de la industria del Acero, en el Sexto Congreso y Exposición de la Industria del Acero, CONAC 2014. Los temas solicitados de las ponencias son los relacionados con desarrollos tecnológicos, aplicaciones prácticas, proyectos de automatización, nuevas instalaciones e investigaciones científicas en las áreas de: Proceso Básico: l Minas y peletizado l Fabricación de hierro - Horno Alto - Reducción Directa
l Formado - Troquelado y estampado - Soldadura Aceros especiales
Aceración
Seguridad
l Convertidor al oxígeno (BOF ) l Horno de arco eléctrico ( EAF) l Metalurgia secundaría l Colada continua - Tocho y palanquilla - Planchón
Laminación: l Laminación en caliente - Productos largos - Productos planos
l
Laminación en frío y acabado - Molino frío - Recocido - Temple - Tenso nivelado
Transformado y Aplicaciones del Acero l Recubrimientos - Galvanizado - Pintado - Estañado 24 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
Normas Programas de entrenamiento l Equipo de protección personal l l
Mantenimiento l Automatización l Energéticos l Protección al medio ambiente l Grúas l Manejo de Producto l Regulación de transporte de rollos en plataforma Organización
Grupos de Trabajo Seis Sigma l Mejora continua l Recursos Humanos l Capacitación l l
Si usted está interesado por favor envíenos el resumen del tema, máximo una cuartilla, para su evaluación y aprobación por el comité técnico antes del 14 de octubre de 2013. Una vez que se haya seleccionado la ponencia, será notificado por escrito por la AIST México. Algunas de las ponencias seleccionadas serán publicadas en la revista trimestral “Hierro y Acero” de la AIST México. Nota importante: en caso de varios autores para un mismo artículo técnico, en sólo uno de ellos será aplicable el descuento que el congreso ofrece a los expositores en la cuota de inscripción.
Para el envío del resumen de ponencia, venta de stand o información de este evento contactarse a: AIST México. Tel (+52 81) 8479 3077 Fax (+52 81) 8479 3067 e-mail: paper@aistmexico.org.mx o directamente en la página de internet www.aistmexico.org.mx
aist
25 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
laminación
Evaluación del uso de rodillos de trabajo HSS en los primeros stands del laminador en caliente de la Planta Churubusco en Ternium México
Bernardo Guerra B.
bguerrab@ternium.com.mx Ternium México. Tel. 83295382. Planta Churubusco. Av. Churubusco 1000 Nte., Fracc. Santa Fe, Monterrey, N.L. Méx. CP 64560
Carlos Baieli
C.CBAIELI@ternium.com.ar Ternium México. Tel. 88655201. Planta Churubusco. Av. Churubusco 1000 Nte., Fracc. Santa Fé, Monterrey, N.L. Méx. CP 64560
Resumen La fatiga térmica bajo la cual están sometidos los primeros castillos de un Molino Acabador, determina en gran medida la calidad superficial de la cinta laminada en caliente. Factores relacionados con los rodillos de trabajo tales como su resistencia al desgaste, la temperatura de operación, la presión ejercida durante la deformación, los kilómetros laminados, entre otros, influyen en la aparición de defectos superficiales en la lámina como óxido de rodillos. La aparición de este defecto además de afectar negativamente la calidad de la lámina, representa una disminución importante en la productividad debido al cambio de rodillos que interrumpe la manifestación de dicho defecto. Con el objetivo de disminuir la aparición de óxido de rodillos en la cinta laminada en caliente, se evalúo el uso de rodillos HSS (High Speed Steel por sus siglas en inglés), en los primeros castillos (F1 a F3) del molino acabador. Estos rodillos poseen mejor desempeño que los rodillos de Alto Cromo (HiCr) (normalmente utilizados en los primeros castillos), lo que provee mayor resistencia al desgaste. Fueron utilizados con la restricción de no contar con un sistema de lubricación en el molino acabador. Las pruebas se realizaron en campañas que exigían altos niveles de calidad superficial en la cinta. A través de un software de inspección que emite imágenes de la cinta laminada a la salida del molino laminador y del análisis de las variables de proceso, fue posible observar una disminución considerable del defecto óxido de rodillos en campañas donde se utilizaron rodillos HSS contra rodillos HiCr, a su vez las demoras por cambio de rodillos prematuramente se redujeron considerablemente. 1. Introducción. El proceso de producción de acero en TERNIUM México Planta Churubusco está basado en un laminador convencional con proveeduría de planchón nacional y extranjera. Está integrado por 2 hornos de recalentamiento, uno tipo empujador de 280 tons/hr y otro de tipo viga caminante con capacidad de 300 tons/hr. Adicionalmente se cuenta con un laminador reversible tipo cuatro, 26 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
Monserrat S. López C.
mlopezco@ternium.com.mx Ternium México. Tel. 88652046. Planta Churubusco. Av. Churubusco 1000 Nte., Fracc. Santa Fe, Monterrey, N.L. Méx. CP 64560
Luis Toledo S. ltoledo@ternium.com.mx Ternium México. Tel. 83295195. Planta Churubusco. Av. Churubusco 1000 Nte., Fracc. Santa Fé, Monterrey, N.L. Méx. CP 64560
con 2 motores de 6000 HP y un molino canteador integrado con dos motores de 1200 HP. A la entrada del molino acabador se tiene un coilbox con capacidad máxima de 23 tons, el molino acabador cuenta con 6 castillos en tándem, el cual tiene una potencia total instalada de 37500 HP. La mesa de enfriamiento es de flujo laminar con un flujo máximo de 6,330 m3/hr. Al final de la línea se tiene un par de enrolladores con 2 motores de 1200 HP. Para cada una de las secciones del proceso, se cuenta con un modelo matemático adaptivo.
Figura1. Layout, Planta Churubusco México.
2. Deterioro de los rodillos utilizados en laminación en caliente. Los rodillos son herramientas que se ven sometidas a todo tipo de esfuerzos, cargas asociadas a las condiciones normales y anormales de laminación que varían a medida que los rodillos empiezan a trabajar[1], esto constituye una restricción importante en la operación de la laminación en caliente en cuanto a la duración de las campañas, ya que está fuertemente limitada por las condiciones superficiales de los rodillos de trabajo que se utilizan[2]. Durante el proceso de laminación en caliente, la superficie del rodillo de trabajo se calienta hasta alcanzar una temperatura media, la cual se estabiliza una vez transcurrido cierto tiempo de proceso. La alta temperatura del material (alrededor de 1080°C en el primer castillo) más la temperatura asociada con la deformación se transfiere a los rodillos y penetra a través de ellos.
laminación Cuando el sistema de enfriamiento por agua produce un efecto de templado sobre la superficie del rodillo generando un gradiente térmico perpendicular a la superficie durante un ciclo, esto aumenta las tensiones de tracción a nivel superficial. Durante este periodo se generan severas condiciones de fatiga térmica, mecánica y algunos factores tribológicos como impacto, abrasión, adhesión y oxidación. Como consecuencia de la fatiga térmica, la parte exterior de un rodillo presenta un mayor grado de dilatación térmica que la interior. De este modo, se crea una tensión térmica, al existir un esfuerzo de compresión en la superficie y un esfuerzo de tensión en el núcleo del rodillo, debido a esto se genera una grieta de origen térmico, dañando la calidad superficial del rodillo, que a su vez transfiere defectos superficiales al producto final[1]. 3. Ecuación para el cálculo del desgaste. Actualmente la relación que existe en el desgaste generado en los rodillos de trabajo se da por el cálculo de Kilómetros de desgaste (Kides) que se laminan en cada castillo [3] siendo como pivote los kilómetros del castillo 6.
Donde: W=Ancho de la cinta (mm). ld= Longitud de contacto (mm). FW= Fuerza de laminado (kN). Lg= Longitud total de laminado (m). DWr=Diámetro del rodillo de trabajo (mm). KWr=Coeficiente de desgaste (mm3/kN km). WW=Profundidad de desgaste. n=0.3 4. Ecuación de cálculo de los ciclos en los rodillos de trabajo (Fatiga Térmica). La fatiga térmica es conocida por ser uno de los mecanismos predominantes de degradación de los rodillos de trabajo en los primeros castillos del molino acabador. La afectación en el rodillo de trabajo por los efectos térmicos es función de la difusividad térmica del rodillo y de su período de rotación. La figura 2 representa las zonas de enfriamiento y calentamiento del rodillo de trabajo (ciclos térmicos)[6].
(1) Figura 2. Zonas de enfriamiento y calentamiento del rodillo de trabajo en sus diferentes ciclos de laminado.
Donde l= Es la longitud laminada (km). W= El peso del rollo. A= el ancho de la cinta (mm) Cal= El espesor de la cinta en ese castillo (mm). = Densidad del acero. La ecuación 1 a su vez es modificada por un factor que depende de la dureza del acero laminado en donde para los aceros bajo carbono comerciales su factor es de 1.
Kides = Km * Factor
(2)
La ecuación anterior representa los Kides (Kilómetros de desgaste) generados por el acero laminado y éste es el parámetro principal para relacionar el desgaste de los rodillos. Esta ecuación no considera algunos otros factores importantes como el esfuerzo sobre la superficie, los ciclos térmicos y la abrasión entre algunos otros. Durante el laminado en caliente, además existe desgaste abrasivo por el óxido, éste está intrínsecamente presente y acelera la velocidad a la cual la superficie se desgasta, los óxidos que se generan son extremadamente duros y por lo tanto crean condiciones muy abrasivas en el rodillo. La ecuación para el cálculo de desgaste utilizada en este trabajo se presenta a continuación. [4,5]:
(3)
La diferencia entre la superficie y la temperatura promedio es una medición del gradiente térmico experimentado en la superficie, la deformación térmica está dada por la siguiente expresión[7]. (4) Donde el coeficiente de expansión térmica del material sobre un rango de temperatura de Ts a Tav es definido por [8]. (5) Para casos prácticos este valor oscila entre 1.10 x 10-5 a 1.10 x10-5 (1/K) [9] asumiendo que los efectos térmicos son suficientes para producir una deformación plástica sobre la cinta la deformación mecánica es igualada a la deformación térmica que está dada por: (6)
27 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
laminación La deformación plástica en el primer estado de calentamiento se obtiene como:
(7) Cuando el rodillo se empieza a enfriar al salir de la zona de mordida se reducen los esfuerzos de compresión, incrementándose paulatinamente los esfuerzos de tensión, por lo que la expresión de la deformación por el enfriamiento está dada por [10]: (8)
(9)
De la ecuación (9), se definió un parámetro que representa el daño por fatiga térmica considerando el efecto de la temperatura superficial y la profundidad de penetración del calor [8], derivaron una ecuación para el número de ciclos para que se inicie una grieta, tanto para altos como bajos ciclos usando la ecuación de Cofin-Manson, la cual relaciona el rango para la deformación plástica (ep) y el número de ciclos para que falle (Nf) como:
5. Resultados. En octubre del 2011, el laminador en Caliente de la Planta Churubusco se enfrentó con un problema severo de óxido de rodillo, manifestándose en productos que demandaban alta calidad superficial. Debido a ello, se emprendieron pruebas con rodillos HSS en los primeros castillos del Molino acabador, partiendo de la premisa de que este tipo de rodillos poseen mayor dureza que los rodillos HiCr (utilizados normalmente) lo que conlleva a un menor desgaste y disminuye la probabilidad de que se presente oxido de rodillo en la cinta de forma prematura. Las pruebas con rodillos HSS se iniciaron en 15 campañas donde se utilizaron en los castillos 1, 2 y 3 de manera alternada. Para comparar su desempeño con los rodillos HiCr, se utilizaron en campañas del mismo tipo de producto. Durante las pruebas se analizaron variables de proceso tales como fuerzas de laminación, espesor final de la cinta, temperaturas de acabado, área de contacto entre la cinta y rodillo y velocidades de reducción, para los tres primeros castillos del Molino Tándem. Utilizando estos datos en la ecuación (12) y con observaciones de la calidad superficial de la cinta en toda la campaña hasta la aparición del defecto, se obtuvieron los ciclos térmicos promedio donde ocurre un desgaste más severo del rodillo para ambas calidades. Como se observa en la Figura 3, para los rodillos HSS su probabilidad de falla se alcanza en una cantidad mayor de ciclos, comparados con los obtenidos cuando se usan rodillos HiCr. Estos resultados presentaron la misma tendencia para los tres castillos en ambos tipos de rodillos.
(10) 16000
Donde epes la deformación real a la fractura, n es una constante (0<n<1) usualmente de 0.5 para aceros y C es una constante de (0<C<1) esto es:
(11)
14400.24
14000
12594.21
12000 10000
10762.14
12073.26
10423.79
8947.16
8000 6000 4000
Considerando el ∆T como el efecto más importante en la zona de la mordida, C y ef igual a 1, con = a= 1.20x10-6 y 1.1X106 (1/K), para un rodillo HiCr y HSS respectivamente, con ∆T calculado del castillo en donde se encuentre la cinta en base a una modelación fuera de línea de las temperaturas. Para un acero HiCr (High Chromium) y HSS (High Speed Steel), se considera el módulo como E1= 2.26x105 y 2.35x105 (MPa)[11] respectivamente, y v1 =0.3, a = F/A (MPa), con F como la fuerza de laminación entre el área de contacto de la cinta en la zona de la mordida que a su vez es el ancho de la cinta por el arco de contacto [7]:
(12)
28 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
2000 0
F1 Promedio rodillo HiCr
F2
F3 Promedio rodillo HSS
Figura 3. Posibilidad de falla del rodillo por ciclos térmicos en los castillos F1, F2, y F3.
La forma más factible de correlacionar los ciclos a los que puede fallar un rodillo y empezar a generar defectos superficiales en la cinta, se comprueba con su desgaste a lo largo de una campaña. Aplicando la ecuación (3), se obtuvo una proyección del desgaste esperado para los tres castillos utilizando ambas calidades de rodillos. En la Figura 4 se ilustra el comparativo de dos campañas de la misma longitud. Se observa un mayor desgaste en estos castillos para los rodillos HiCr en comparación con los rodillos HSS. En ambos casos el desgaste es progresivo a lo largo de los 3 castillos.
laminación con el desgaste acumulado obtenido a partir de la ecuación (3) a lo largo de una campaña, se muestra en la Figura 5.
Figura 4. Desgaste generado en los castillos F1-F3.
El laminador en caliente de la planta de Churubusco cuenta con un equipo de inspección en línea, a través del cual es posible detectar la aparición de defectos superficiales sobre la cinta en la salida del molino acabador. Este equipo identifica el tipo de defecto detectado, su posición a lo largo de la cinta, su frecuencia de aparición y su gravedad. En este trabajo, se analizaron las imágenes obtenidas durante las campañas laminadas con ambos tipos de rodillos. La correlación de la apariencia superficial de la cinta
Figura 5. Evolución de la aparición de RGA en una campaña en el castillo F2.
Para la campaña laminada con rodillos HSS, la manifestación del defecto óxido de rodillo fue en promedio hasta los 47 kides, a comparación de la campaña laminada con rodillos HiCr, donde este defecto apareció en promedio desde los 40 kides. Sin embargo, tal vez la principal diferencia es la profundidad del de-
29 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
laminación fecto, que aunque se detecta para ambas campañas, cuando se utilizan rodillos HSS su gravedad es menor. En la Figura 6 a) se muestra la imagen de la cinta a los 44 kides laminados utilizando rodillos HiCr donde se aprecia claramente la aparición del defecto de óxido de rodillo. Para una campaña utilizando rodillos HSS, en los 50 kides laminados aún no se presentan indicios de óxido de rodillo tal como se ilustra en la Figura 6 b).
16500 16000 15500 15000 14500 14000 13500
a)
b)
Figura 6.Calidad superficial de la cinta laminada con rodillos a) HiCr a 44 Kides laminados y b) HSS a 50 Kides Laminados.
13000 12500
F1
F2 Castillo HiCr
La Figura 7 ejemplifica claramente la diferencia en apariencias para ambos tipos de rodillos al concluir una campaña de laminación. En la Figura 7a) se muestra el rodillo inferior del castillo 2 del tipo HSS en una campaña de 65 kides. Como se puede apreciar, su apariencia denota poco desgaste. En contraste, la Figura 7b) muestra el acercamiento al rodillo inferior del castillo 2 del tipo HiCr, donde se observa un desgaste severo en una campaña de 57 kides. Algo característico que se observa en esta Figura es que el desgaste del rodillo se genera en sus extremos, lo cual coincide con las fotografías que se obtienen del equipo de inspección, donde se detecta que la presencia de óxido de rodillo es más común en los extremos de la lámina.
a)
b)
Figura 7. Vista frontal de los rodillos inferiores tipo a) HSS en una campaña de 65 kides y b) HiCr en una campaña de laminación de 57 kides.
El efecto de la fuerza de laminación es importante en la fabricación de espesores de cinta muy delgados, lo que requiere tener una buena distribución de fuerzas en todos los castillos del molino acabador para evitar defectos en la cinta[2]. Los rodillos HSS presentan un mayor incremento en la fuerza, debido a que al removerse las partículas de carburos entre los rodillos y éstos al ser muy duros aumentan la fricción que existe entre la cinta y el rodillo. Este efecto de fricción se reduce significativamente con la lubricación entre castillos al llenar las asperezas con aceite lubricante, sin embargo hasta ahora no se cuenta con este sistema en la planta Churubusco. La Figura 8 muestra el comparativo del incremento de la fuerza en los dos tipos de rodillos, donde se observa un marcado incremento en las fuerzas de los rodillos HSS en los tres castillos, lo cual en la actualidad limitaría su uso en algunos productos delgados al no tener aceite de rolado en los castillos de laminación. 30 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
F3 HSS
Figura 8. Comparativo de fuerzas de laminado en los diferentes castillos.
6. Discusión En los tres primeros castillos del molino acabador, el desempeño de los rodillos de trabajo se ve fuertemente afectado por los ciclos térmicos a los que son sometidos. Una alternativa para disminuir el defecto de óxido de rodillo que se presenta como consecuencia de la fatiga térmica, es emplear rodillos que provean una dureza mayor con el objetivo de reducir su desgaste durante el proceso de laminación y obtener una mejor calidad superficial. A través de las pruebas realizadas, se encontró que en las campañas donde se emplearon rodillos HSS, su desgaste fue menor en un promedio de 24.6% (Figura 4.) a comparación de los rodillos HiCr. Con el uso del equipo de inspección se detectó el defecto de óxido de rodillo aparece a los 40 y 447 kides promedio para los HiCr y HSS respectivamente, por lo cual al utilizar los rodillos HSS fue posible prolongar las campañas de laminación sin este defecto y por ende una mejor calidad superficial. Esta mejora se refleja en las caídas cualitativas debido a este defecto, en las campañas laminadas con rodillos HSS a lo largo del mes de octubre del 2011, el porcentaje de generación de óxido de rodillo fue de 6.58%, a comparación de las campañas laminadas el mismo mes con rodilllos HiCr, donde se presentó un 11% de generación de este defecto. Si bien es difícil que este defecto no esté presente en la cinta, a través del equipo de inspección fue posible comprobar que la gravedad del defecto disminuyó en las campañas en donde se utilizaron rodillos HSS. El aumento en las fuerzas de laminación fue en promedio de 3.9% más alto que los rodillos HiCr, debido al aumento en el coeficiente de fricción para los rodillos HSS. Aunado a esto, los espesores finales en las campañas de prueba fueron de hasta 1.9 mm, lo que aumenta considerablemente las fuerzas aplicadas en el molino acabador. Una alternativa para disminuir la fricción en este tipo de rodillos es implementar un sistema de lubricación entre castillos. Este proyecto está contemplado para una instalación futura en el laminador en caliente de Churubusco.
laminación 7. Conclusiones
9. Referencias.
1.- Los rodillos HSS en los 3 primeros castillos del molino acabador presentaron en promedio un 24.6% menos de desgaste en comparación con los rodillos HiCr. Esta disminución representa reducciones importantes en la frecuencia de rectificado de rodillos de trabajo, disminución en demoras operativas por concepto de cambio de rodillos y aumento en la programación de Kides por campaña.
[1]
2.- La utilización de los rodillos HSS tiene que ser complementada con un sistema de lubricación entre castillos, debido a que este tipo de rodillos presenta mayores fuerzas de laminado, de hasta un 3.9% mayor que en el caso de los rodillos HiCr. 3.- Se mejoró la calidad superficial en las campañas laminadas con rodillos HSS. Esta práctica permitió modificar los kides promedio por campaña, aumentando hasta 65 kides laminados. Los kides laminados por campaña para el tipo de producto analizado eran en promedio de 60. 8. Reconocimientos. Este trabajo ha sido gracias al apoyo, orientación y colaboración de todas las áreas de Ternium México. A la dirección industrial y a la gerencia de laminación planos de Churubusco.
Karl Heinrich Schröder. “Descripción básica de los fundamentos mecánicos de los cilindros de laminación”. Manual de Distribución ESW. Julio 2003. 57-80 [2] Jorge Ramírez Cuéllar, Luis A.LeDuc Lezama, Ignacio Sandoval y aut., “Mecanismos que influyen en el desgaste en los rodillos de trabajo de los primeros stands del laminador en caliente de la planta de Churubusco en Ternium México”. 4º Congreso y Exposición de la Industria del Acero”, CONAC, 2010. [3] Reporte interno laminación en caliente Churubusco. [4] Información técnica del laminador compacto SMS-DEMAG 1995 [5] José Olvera Briceño. "Coeficiente de desgaste en rodillos de trabajo para un laminador de acero en caliente" Tesis licenciatura, UDEM División de Arquitectura, Diseño e Ingeniería. Diciembre 2002. [6] Eliette Mathey, Christophe Cera y aut. “A tool to evaluate work roll damage due to thermal fatigue in hot strip mill”. ISIJ International, 2-3. [7] Rafael D. Mercado Solís,” Simulation of Thermal Fatigue in Hot Mill Work Rolls. Thesis November 2002, Department of Mechanical Engineering, The University of Sheffield. [8] Malm,S.J. y L.A. Norstrom (1979),”Material related modeled for thermal fatigue applied to tool steel in hot-work applications”.Metal Science 13(9): 544-550. [9] Boley, B. A, y J.H. Weiner ,”Theory of thermal stresses”, John Wiley & Sons. [10] Ryu, J.H.O.Kwon, y aut,”Evaluation of the finishing roll surface deterioration at hot strip mill. ISIJ International 32 (11): 1221 -1223. [11] R.Leticia Corral Bustamene, “Desarrollo de un modelo matemático para el estudio y simulación del comportamiento termo-elástico de un rodillo de trabajo de un molino de laminación de acero en caliente”,Tesis. Centro de Investigación en Materiales Avanzados CIMAV, abril 2002.
31 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
procesos y usos del acero
Sistemas de medición capacitivos
para el guiado de la banda con banda caliente y banda fría Dipl. Ing. Ronald Urbaniak- Regional Sales Manager - FIFE-Tidland GmbH, Germany
Los sensores ópticos para el centrado de banda son sistemas bien conocidos en la industria del metal. Sin embargo, estos sistemas tienen varias desventajas en comparación con los sensores capacitivos, tales como la sensibilidad a las interferencias, menor vida útil y mayores exigencias de mantenimiento. Además, el sensor capacitivo puede utilizarse para la detección del centro de la banda en líneas de tratamiento que operan a temperaturas normales, así como las que trabajan con temperaturas superiores a 1000°C. Esto es debido a que el principio de operación del sensor capacitivo no se ve afectado por la luz externa, la contaminación o los campos magnéticos. El sensor capacitivo es totalmente libre de mantenimiento y además no dispone de partes móviles que se desgastan con el uso. 1. Introducción En un correcto paso de banda en operación continua, los sistemas de banda significan un parámetro de calidad adicional. En los últimos años las velocidades de procesamiento han aumentado y se han introducido nuevos procesos de tratamiento de la banda. Con ello el registro de la desviación de la banda y la regulación del paso de dicha banda toman un significado especial, tanto para aumentar la capacidad de producción como para mejorar las condiciones económicas. Un componente importante de los sistemas de regulación de la banda son los sensores para la detección de la posición de la banda. Los sensores más conocidos son los de tipo óptico, pero debido a su susceptibilidad a las interferencias de la luz externa, la vida útil de las lámparas y el mantenimiento (limpieza de los elementos ópticos) las desventajas que adquieren son considerables en comparación con el sistema de medición capacitivo que se presenta en este documento. 2. Sistema capacitivo de medición de banda El objetivo en el desarrollo de los sistemas capacitivos de medición del centro de banda fue la creación de sensores compactos para la detección sin contacto de la posición del centro de la banda en bandas metálicas o metalizadas, además de ser insensibles a las influencias perturbadoras externas, lo cual se traduce en una gran sensibilidad a la detección de los cambios de posición laterales de la banda. El principio de funcionamiento de los sensores capacitivos se muestra en el dibujo 1. El sensor dispone de dos electrodos emisores (1, 2) y un electrodo receptor (3). El emisor tiene un apantallamiento simple y el receptor tiene un apantallamiento doble, además al mismo tiempo forman la parte exterior de una pantalla de chapa en el bastidor del sensor. El transmisor está alojado en 32 HIERRO y ACERO/AIST MÉXICO
una carcasa bien posicionada en el perfil del marco de protección (dibujo 2.). Ambos electrodos emisores están alimentados por un oscilador con un generador de alta frecuencia alterna, en el que las tensiones de los electrodos (1 y 2) están en contrafase por efecto de los amplificadores (6). La tensión de la señal del electrodo receptor es suministrada al amplificador (9) y luego al demodulador (10). Al estar la banda centrada en medio del sensor, los campos capacitivos entre los dos electrodos son iguales. La influencia de ambos campos en contrafase en el electrodo receptor sube y la tensión de señal es cero. En posiciones no centradas de la banda predomina la influencia de uno de los electrodos emisores sobre el electrodo receptor y el signo de la tensión de señal depende de la desviación de la línea central de la banda. La tensión de señal es derivada a un transformador de tensión - corriente (11) convertida en una señal de corriente estándar y que alimenta al amplificador de señal del armario eléctrico, donde es procesada para el control de regulación de la banda. Las influencias perturbadoras externas causadas por piezas mecánicas o personas cercanas al sensor y sus campos capacitivos formados en el electrodo receptor (3) serán excluidos. Esto se consigue a través de pantallas especiales que contienen tanto el electrodo receptor como el electrodo emisor. Campos eléctricos generados por ejemplo por equipo de radioteléfono de mano que son utilizados por el personal de servicio directamente junto al sensor, bajo ciertas circunstancias pueden perturbar al sensor. El sensor recibe una interferencia fuerte, esta interferencia se produce para mostrar el fallo y para bloquear eléctricamente la regulación de la banda hasta que desaparezca la interferencia.
Dibujo 1. Principio de los sensores capacitivos para centrado de banda (1,2 electrodos emisores, 3 electrodo receptor, 4 pantalla del receptor, 5 oscilador, 6, 7, 9 amplificador, 8 condensador, 10 demodulador, 11 transformador de intensidad de corriente.
procesos y usos del acero 3. Uso del sensor capacitivo de centrado de banda Los sensores capacitivos según el principio de funcionamiento descrito arriba (dibujo 2) ya han sido probados con éxito en la industria. Ellos pueden determinar el centro de banda en las líneas de tratamiento, como por ejemplo son las incandescentes, de galvanizado, de revestimiento o líneas de decapado. La señal de salida del sistema de medición se utiliza para controlar el paso de la banda. Con este sensor la banda mantiene las condiciones normales de calidad de la planta con una tolerancia máxima de ±5mm de la línea centro. Con un cambio en la altura de la banda se consigue que la señal de salida del sensor no se vea afectada y no haya un desplazamiento en la banda que sea significativo.
Líderes por más de 20 años en la fabricación y diseño de Sistemas enfriados por agua y componentes mecánicos para Hornos de Arco Eléctrico. Exportamos más del 60% de nuestros productos a USA, Canadá, el Caribe, Centro y Sudamérica. Contamos con personal altamente calificado expertos en el manejo de cualquier tipo de acero u otros materiales de aleaciones especiales.
Sirviendo a la Industria del Acero con: Componentes enfriados por agua.
Los sensores dependen de los diseños constructivos y de la selección de los materiales – y son utilizados para anchuras de banda usuales que van desde 40mm hasta 2200mm y para un rango de temperaturas desde 80°C hasta 400°C y desde 400°C hasta un máximo de 1200°C. El sensor capacitivo para el rango de temperatura de hasta 80°C es adecuado para su uso en zonas de difícil acceso, ya que su diseño permite un ahorro de espacio y gracias a su libertad de mantenimiento, como por ejemplo en un acumulador de banda. Una aplicación especialmente importante para los sensores de altas temperaturas es la regulación de la banda en hornos de paso continuo incandescente o líneas de galvanizado, ya que el paso de la banda por el horno es el punto más crítico de estas líneas. Hasta ahora se habían utilizado los sistemas de medición ópticos para el control de la banda, que requieren de equipos costosos como videos o cámaras de diodos, carcasas refrigeradas para las cámaras, sistemas de iluminación, ventanas en horno para el control de las cámaras, y que debido a la contaminación en el horno, son propensos a fallar. Los sensores capacitivos para el centrado de banda pueden instalarse en hornos ya existentes donde el paso de la banda no es satisfactorio. El sensor se instala íntegramente en el horno, ya que los diferentes elementos de dicho sensor son de acero y resistentes al calor además de aisladores de cerámica especiales. Los sensores capacitivos para el centrado de banda tienen un principio de funcionamiento libre de mantenimiento y son insensibles a la luz ambiental, suciedad y campos magnéticos. Debido a estas propiedades ventajosas les convierten en una contribución para la mejora de calidad en las bandas metálicas y ahorro en los costes, ya que se reducen al mínimo los tiempos de parada. Para una mayor información sobre este artículo contactarse con: Dipl. Ing. Ronald Urbaniak- Regional Sales Manager - FIFETidland GmbH, Germany. Ph: +49 6195 7002 - 423, ronald.urbaniak@maxcess.eu. En México TTEM, S.A. de C.V. Contacto: Ing. Israel Rodríguez, (81) 8421-9984, rocaid@ttemsa.com
Sirviendo a la Industria Química y Petroquímica con Intercambiadores de Calor, Tanques a Presión, Columnas y Torres.
Certificaciones -ASME U, U2, S y R. -NATIONAL BOARD -ISO-9001-2008 -INDUSTRIA LIMPIA
Para la Industria en General: Recuperadores de calor, economizadores y enfriadores de aire. Tapas formadas en frío y fabricación de piezas especiales formadas en caliente.
Nuestra Política de Calidad La Satisfacción de nuestros clientes es nuestra mayor prioridad
Melter, S.A de C.V. Tel. +(52-81) 8000-9600 Fax.+(52-81) 8369-3531 Contacto: Ing. Aarón Garza Para más información: Email: agarza@melter.com.mx www.melter.com.mx
33 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
Las ventajas del equipo CRMC de Lubricación Inteligente son: 1-. Monitoreo del flujo de Lubricante, aviso en caso de bloqueo de línea (no más calentamientos de equipos o baleros pegados). 2-. Se programa la cantidad de lubricante en cada punto de manera independiente (ahorro en el uso de lubricante y mayor limpieza de línea).
3-. La lubricación por computadora programa cuántas veces al día se lubrica cada punto. 4-. El acomodo de la línea es más eficiente ya que cada punto es independiente en cantidad y ciclo de aplicación de lubricación sin importar la secuencia de la línea.
Aceroteca México: Oriente 4 # 2990 int. 2 • Parque Ind. La Puerta Santa Catarina, N.L. • México 66350 Tel. +52 81 82 98 20 02 • Fax: +52 81 82 98 20 03 Email: info@aceroteca.com • www.aceroteca.com
34 HIERRO y ACERO/AIST MÉXICO
AHMSA
ALTOS HORNOS DE MEXICO Calidad con Voluntad de
Quality with the Strenght of
ACERO STEEL
Técnicos y operadores altamente capacitados, equipamiento de avanzada y procesos internacionalmente certificados garantizan la calidad y
competitividad mundial de los aceros AHMSA.
Highly trained technicians and operators, advanced equipment and internationally certified processes guarantee the quality and world-wide competitiveness of the AHMSA steels.
PLACA, LÁMINA ROLADA EN CALIENTE, LÁMINA ROLADA EN FRÍO, PERFILES ESTRUCTURALES, HOJALATA Y LÁMINA CROMADA. PLATE, HOT-ROLLED SHEET, COLD-ROLLED SHEET, STRUCTURAL SHAPES, TINPLATE AND TIN-FREE STEEL (TFS). OFICINAS CORPORATIVAS • CORPORATE OFFICES Prolongación Juárez s/n • Edificio GAN Módulo II, 2do. Piso • Col. La Loma • Monclova, Coahuila • México 25770 Tel. +52 (866) 649-3400 • Fax +52 (866) 649-2052 • Lada sin costo • Toll free in Mexico 01-800-7186290
www.ahmsa.com