Julio - Septiembre 2011
Vol. XII No. 47
Crear valores reales …
La fascinación de la tecnología de colada continua La tecnología de colada continua inteligente es el resultado de la creatividad y competencia de nuestros ingenieros. La calidad del producto posterior viene ya determinada por la calidad de los planchones. Y es aquí donde la decisión en favor de la tecnología punta de SMS Siemag demuestra que vale su peso en oro.
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directorio Vol. XII No. 47 1
bre 201 Julio - Septiem
CONSEJO DE ADMINISTRACIÓN Porfirio Alfredo González Mier, Grúas PMP, Presidente Hugo Solís Tovar, Ternium México, Vicepresidente Sergio Zapata Zamora, AHMSA, Secretario Édgar González Rubio, Tecniquimia Mexicana, Tesorero Félix Cárdenas Villarreal, Consejo Consultivo Rafael González de la Peña, Consejo Consultivo 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: Eduardo Mora, METALOIDES, Florentino Luna, TYPSSA Marco Herrera, TERNIUM, Antonio Uribe, MELTER, Demetrio Velasco, AMI GE, Luis Jorge Vélez, AHMSA, Rubén Lule, ARCELOR MITTAL, Ramiro García, GRUPO CAPSA, Javier Sandoval, AHMSA
5
EDITORIAL • La UDEM y la industria siderúrgica ACERÍA
índice
6 • Tecnologías de punta instaladas en el nuevo Alto Horno # 6 y experiencia con sistemas expertos en los altos hornos de AHMSA
SEMBLANZA
18 • Apuesta UDEM por eficiencia en la industria metal mecánica
CANACERO
21 • Premio nacional del acero: lo que deja entrever
AIST
23 • Inicia la AIST México programa de
26
cursos • AIST México presente en la AISTECH 2011 PROCESOS Y USOS DEL ACERO • Aplicación de tratamiento criogénico y recubrimientos PVD para incrementar la resistencia al desgaste en aceros para herramientas
ENTORNO DEL ACERO
31 • Los metales “Blanco de los ladrones en México”
4 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
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, Pedro Molina, IMS-ACEROTECA 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: Martha Guerra, AIST México Desarrollo de Seminarios: Luis Llanes, HYL Technologies 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 2011. Editor Responsable: Myrna Soledad Molina Reyna. Número de Certificado de Reserva otorgado por el Instituto Nacional del Derecho de Autor: 04-2004073014323400-102. 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.
editorial
La
UDEM y la industria siderúrgica puesto a disposición de la industria. La otra tiene que ver con el relanzamiento del “Diplomado en Fabricación y Aplicaciones de Productos del Acero”, que abrirá un nuevo grupo en las próximas semanas. Es un programa fantástico que incluye temas como procesos metalúrgicos y aplicaciones del acero, además de visitas a un buen número de plantas metal mecánicas. Ojalá muchos de ustedes puedan aprovechar esta oportunidad de aprender más sobre el tema.
e
stimados Colegas y Amigos de la Industria del Hierro y el Acero: Reciban un afectuoso saludo de parte de todos los profesores, alumnos y colaboradores de la Universidad de Monterrey. Pocas industrias en el mundo viven tiempos tan emocionantes como la del hierro y el acero. Emocionante, porque está enmarcada por los signos de nuestro tiempo: alta competencia, globalización, cambios tecnológicos y necesidades cambiantes y cada vez más exigentes de los clientes. El nombre del juego es innovar, reducir costos, mejorar las capacidades del personal, diferenciarnos. De la misma manera, pocas industrias han marcado tanto el desarrollo de nuestro país como lo ha hecho la del hierro y el acero. Mucho en esta nación se ha construido teniendo como bastión a la industria siderúrgica. Nada cambiará en el futuro: parte central de la economía y el desarrollo de México se explicará por el rol de esta industria y, por ello, deberemos apostar a tener todos los elementos que nos permitan competir y crecer exitosamente en este entorno aguerrido y global. En la Universidad de Monterrey hemos tenido la fortuna de colaborar en este esfuerzo durante las últimas cua-
Benito Flores, Ph.D. Director División de Ingeniería y Tecnologías UNIVERSIDAD DE MONTERREY
Conforme nos adentramos en el siglo XXI, todos quienes de una forma u otra formamos la comunidad del hierro y el acero, vemos con entusiasmo los retos que tenemos y nos preparamos —y trabajamos— para hacer de esta industria un orgullo tanto de nuestra región como de México. En la UDEM consideramos un privilegio formar parte de esta emocionante empresa.
tro décadas y seguiremos haciéndolo en los años venideros. Para ilustrarlo, les comento brevemente dos emocionantes iniciativas que estamos desarrollando actualmente. Una tiene que ver con la reciente creación de un Centro de Investigaciones y Aplicaciones Tribológicas, que realiza estudios y genera soluciones para maximizar el uso y vida de herramientas usadas en la fabricación del acero. Hemos conjuntado 20 años de expertise en el tema, un grupo entusiasta de investigadores, estudiantes, equipo y procedimientos de punta, que hemos 53 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
acería
TECNOLOGÍAS DE PUNTA
instaladas en el nuevo Alto Horno # 6 y experiencia con sistemas expertos en los Altos Hornos de AHMSA
Ing. Édgar David Martínez Ruiz Supte. Sistema Experto y Automatización Alto Horno # 6 Altos Hornos de México S.A.B. de C.V. Prolong. Juárez S/N, Monclova, Coah. México Tel. (52) 866 6493330 Ext. 1336 edmartinez@gan.com.mx
INTRODUCCIÓN Altos Hornos de México es una empresa siderúrgica integrada localizada al norte de México, con un plan de producción de 3.8 millones de tons. de metal líquido durante el 2010, y utiliza mineral de hierro y carbón de sus propias minas. AHMSA cuenta con una planta peletizadora, una planta de sinter, 2 plantas coquizadoras, 2 BOF´s con colada continua, cuenta también con una laminadora en frío y una laminadora en caliente. La primera parte de este artículo expone las mejoras y el uso de las tecnologías de punta utilizadas en los sistemas de automatización y control del nuevo Alto Horno # 6 de AHMSA. La segunda parte está dedicada a la experiencia del personal de AHMSA con los sistemas expertos en los Altos Hornos.
6 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
Introducción a los diferentes niveles de automatización y control dentro de AHMSA.
Nivel
3
Nivel
2
Nivel
1.5
Nivel
1
Nivel
0
acería Nivel 0. Incluye todos los sensores, actuadores, instrumentos, drives, etc. instalados en campo. Nivel 1. Incluye los sistemas de PLC’s y DC’S. Nivel 1.5 Maneja el sistema de representación visual de todo el nivel 1, el cuál es típicamente instalado en los cuartos de control de los Altos Hornos. Nivel 2. Es un sistema de adquisición de datos (histórico y en tiempo real) de larga duración, que permite a los ingenieros de proceso accesar a la información del Alto Horno desde diferentes puntos de la planta (contiene información en línea e histórica, tendencias, gráficas, reportes). Nivel 3. El Sistema Experto (Siemens-VAI) contiene información histórica de mediano plazo, modelos del Alto Horno y un sistema experto basado en reglas. Los niveles 2 y 3 están conectados a la red de AHMSA así como también a la red Internet (web). El Alto Horno # 6 fue construido pensando en los criterios de redundancia y alta disponibilidad, utilizando tecnologías de punta a través del “Estado del Arte” y utilizando solamente redes (buses) de campo. ❒ Es el primer Alto Horno en el mundo en utilizar este concepto. ❒ No hay ningún cable de I/O hacia algún dispositivo de campo. ❒ No existe cableado “punto a punto” desde los PLC´s o DCS´s. ❒ En el Alto Horno # 6 solo hay 2 formas de conectar un dispositivo en el campo: ❒ Utilizando redes ASi ❒ Utilizando segmentos FF (Foundation Fieldbus) Nivel 0 - Redes ASi y Foundation Fieldbus Principales conceptos a evitar (Método tradicional) ❒ 2 o 3 cables por cada entrada o salida ❒ Tarjetas de entrada/salida muy caras ❒ Demasiado trabajo en cableado e instalación
Diseñando y fabricando partes por más de 19 años, actualmente exportando más del 60% de nuestra producción a E.U.A., Canadá, el Caribe, Centro y Sudamérica. Sirvie Sirviendo Sirv iend nd do a la Ind Industria ndus ustr tria a dell Ace Acero cero r c ro con: on: on Componentes enfriados agua. Comp mp po on nente en nte tess e en nfria ado d s po porr ag agua ua..
Pl Plan a taas ddee TTratamiento an rata ra tam mien ento ddee Ag A Agu gua ((con conn laa ttecnología co ecnnologí ec g a ddee R avvag gna na nan, Plantas Agua Ravagnan, S Sp A, llíder íd derr eeuropeo urop ur opeo eo een n ees ste ccampo). a poo).. am SpA, este
Sirv Si rv vie end ndo a la l IIndustria nd n dus str tria aQ uími mica ca ayP etrro et oqu uím ímica co c on Sirviendo Química Petroquímica con Inte In terc rcaambi ambi biaadores d es ddee C Ca alo lor, TTanques aannnqqu quess a PPresión, resi re sióón, Co Colu lumn mnnas, To orr rres ess y TTapas aappas FFormadas orrma mada das en frío.. das Intercambiadores Calor, Columnas, Torres
C rtifi Ce rttiifi ficaciones cac cione iones io Certifi Esta Es tta amp amp pa as s: • Estampas: “U U””, “S S” y “R R”. ”. “U”, “S” “R”. IS SO - 9001-2000 9001 90 01-2 200 0 0 • ISO
Pa ara ra lla a Ind IIndustria In ndust stria e nG enerral a: Para en General: Re Rec cupe p rado radore rees de res de ccalor, allor or, ec cono onom on omizzador o es y enf nffri r ad dorres ddee aaire. ire re.. Recuperadores economizadores enfriadores
Ventajas de redes ASi vs. Método tradicional (punto a punto) ◗ ◗ ◗ ◗
Ahorro hasta del 55% del costo total $$$ del equipo (basado en Estufa # 1 de AH4) El tiempo de instalación se reduce en un 50%. El personal para instalación se reduce en un 70% El manejo de los dibujos de ingenierías básicas se vuelve mucho más fácil de entender.
Nuestra Política de Calidad La satisfacción de nuestros clientes es nuestra mayor prioridad
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acería
◗
◗ ◗ ◗
Existe la capacidad para detectar fallas en las señales o dispositivos (falla a tierra, cortocircuito, etc.) Desaparece el uso de fusibles. Muy fácil de expandir hacia nuevas señales y dispositivos. Tiempo de solución a fallas extremas se disminuye enormemente (cables dañados, incendios, etc.)
Gabinete de red ASi (Estufa # 1 AH4 Después).
Gabinete de tarjetas de I/O y cableado bajo el sistema tradicional en un sistema de PLC (Estufa # 1 AH4 Antes)
Gabinetes de redes ASi y FF para estufas 1,2,3,5 y 6 del Alto Horno # 6 (Solamente 2 gabinetes para 5 estufas)
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 • Alambres huecos con aleaciones Para mayor información:
8 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
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acería
Montaje de dispositivos en campo con red ASi
Estructura de red ASi redundante. El diseño de las redes ASi del Alto Horno # 6 fue pensando en un sistema redundante. De acuerdo a nuestra experiencia existen muchas ventajas al utilizar esta tecnología, una de ellas es la simplificación del mantenimiento. La Figura 5 muestra la arquitectura utilizada en las redes ASi del Alto Horno # 6 con sus esquemas de redundancia.
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acería Estructura de red FF Foundation Fieldbus El Alto Horno # 6 es el primer departamento en AHMSA en utilizar segmentos de FF para su instrumentación en su control digital y dispositivos inteligentes, y están conectados al sistema Delta V de Emerson; adicionalmente tiene distribuida la programación de los lazos de control en sus válvulas (alrededor del 30 % de todos los lazos están así) para ofrecer mayor disponibilidad de operación en caso de falla del sistema Delta V.
Nivel 1 - Sistema de control El Alto Horno # 6 fue construido en un sistema híbrido: ◗ Última generación de PLC´s Unity de Schneider. ◗ Aquí residen las secuencias eléctricas, interlocks, permisivos y señales discretas. ◗ Se utiliza en las áreas de: Casa de tolvas, BLT, Estufas, Sistema de lavado de gases.
Sistema DCS Delta V de Emerson más reciente en el mercado.
◗ Aquí se encuentran los lazos de control, señales digitales con dispositivos inteligentes. Presiones, flujos, temperaturas, válvulas, posicionadores. ◗ Usado en las siguientes áreas: Control de Combustión de Estufas, Sistema de Enfriamiento del Alto Horno e Inyección de Combustibles al Alto Horno.
10 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
Gabinetes de PLC del BLT
acería Nivel 1.5 -
Sistema Archestra
Para la visualización de la información de los PLC´s se utiliza la tecnología de Archestra de Invensys (System Platform) en conjunto con HMI de Intouch. Ventajas del sistema: ◗ Todos los objetos son derivados de plantillas que pueden re-utilizarse en todos los departamentos de la planta AHMSA. ◗ Se integra el concepto de alta disponibilidad. ◗ Las pantallas de operación pueden mostrarse a través de la red Intranet para los ingenieros de proceso fuera del cuarto de control. ◗ Se reduce el tráfico entre el PLC y las HMI debido a que solo una HMI interactúa con los PLC´s y pone la información disponible hacia el resto de las HMI. ◗ Señales de salud y estatus para todos los objetos.
Nivel 2 - Sistema Pi de OSI Soft con servidores en Alta Disponibilidad Usado en los Altos Hornos de AHMSA (AH4, AH5 y AH6) ◗ Visualización de tendencias y gráficas a través de Process Book ◗ Reportes en MS Excel y PI Data Link ◗ Sistema de capturas de vaciado y manejo de materia prima desarrollados en interfaces visuales por personal de AHMSA (Visual Basic .NET)
Figura 6. Muestra el esquema utilizado para las comunicaciones entre HMI y los PLC´s del AH6, se utiliza el término de “pares redundantes” y ofrece la capacidad de cambiarse automáticamente de la HMI que está leyendo (Workstation 1 a la Workstation 2) en caso de falla; lo mismo para la WS3 y WS4
11 HIERROy ACERO/AIST MÉXICO
acería Experiencia en AHMSA con Sistemas Expertos en los Altos Hornos. Desde mediados del 2007 el Alto Horno # 4 y Alto Horno # 5 cuentan con un sistema experto llamado “SIMETALCIS BF VAIRON” de la compañía Siemens-VAI; dicho sistema también se instalará en el Alto Horno # 6. Actualmente también se cuenta con el asesoramiento del Ing. Johann Hörl, Consultant Automation and Optimization Systems Consultancy Reduction Metallurgy SC.
Alto Horno # 4
12 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
acería Alto Horno # 5
Estructura del Sistema Experto. Introducción. Uso del Sistema Experto en lazo cerrado (modo automático) Uno de los aspectos más relevantes para el éxito de la operación en Lazo Cerrado del Sistema Experto es la aceptación de todas las personas involucradas – esto incluye a los gerentes, ingenieros y operadores.
Fig. 1 La funcionalidad de este sistema y su uso en Altos Hornos ha sido previamente publicada en varias presentaciones, en contraste, este artículo explica “nuestra experiencia (AHMSA)” con estos sistemas después de 3 años de operación. La fig. 1 muestra la estructura básica del sistema experto. ◗ La capa básica es llamada “Process Information Management” y es responsable de todo el manejo de información de los datos relacionados al Alto Horno como son: datos de proceso, datos de materia prima y vaciado. ◗ La segunda capa “Process Models” incluye distintos modelos matemáticos para cálculos tanto en línea como fuera de línea. ◗ La capa superior es llamada “Expert System” y utiliza los datos de entrada de los niveles inferiores así como operaciones en lazo cerrado (automático) y envía los nuevos set point a los niveles inferiores. En adelante usaremos el término de “Sistema Experto” para el sistema completo y no solo para la capa superior.
Con la instalación del Sistema Experto en 2007, uno de los mayores cambios fue la introducción del concepto del uso de pesos específicos para controlar el nivel de carga. En el pasado, los operadores acostumbraban cambiar los setpoints del peso directamente en las HMI del nivel 1.5 en términos de “kgs. por carga”. Con el Sistema Experto los pesos cambiaron a “kgs. THM (Ton. Metal Caliente producida (Arrabio))” utilizando el modelo de control de carga. Tal cambio puede tomar varios años hasta que todas las personas involucradas empiezan a pensar en base a los nuevos términos. Un punto esencial es que los ingenieros de proceso y operación expliquen sus instrucciones al personal de turnos de manera consistente, utilizando los “nuevos términos” y que todos los operadores estén bien entrenados con el nuevo sistema. Introducción de nuevos “términos” e “instrucciones de trabajo” ◗ Ejemplos: ▲ Sin Sistema Experto: ◆ Cambiar el coke rate por +/- 1000 kg de coke/carga ◆ Cambiar el rate de carbón por +/- 25 kg/min ▲ Con Sistema Experto: ◆ Cambiar el rate de carbón por +/- 25 kg de carbón/ton. de arrabio 13 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
acería Puntos clave de acuerdo a la experiencia AHMSA para el éxito en el uso del Sistema Experto en Lazo Cerrado. ◗ Calidad y confiabilidad de la información. ▲ Muy confiable. ▲ Las fallas son detectadas y arregladas rápidamente. ◗ Entrada de datos manual. ▲ Demora en la captura de los datos de vaciado. ◗ Análisis de materia prima. ▲ Problemas muy esporádicos del laboratorio. ▲ Principalmente problemas con la toma de muestras. Estadísticas de operación y uso en Lazo Cerrado. Operar el Sistema Experto en “Lazo Cerrado” significa que todas las recomendaciones hechas por este sistema sean automáticamente ejecutadas; esto quiere decir: Que los nuevos set points sean enviados directamente hasta el nivel 1 (PLC o DCS). Para cada función en “Lazo Cerrado” del Sistema Experto, el operador puede decidir qué función puede activar o desactivar (Lazo Cerrado) o (Modo Sugerencia). Closed Loop Function
BF4
BF5
Thermal control (Coke, coal. nat. gas.)
94.2%
93.5%
Slag basicity control
98.9%
98.2%
Injected coal control
95.3%
95.4%
Injected natural gas control
98.5%
-
Adicional oxygen control
97.6%
97.7%
Aditional steam control
18.8% -
Adicional coke for low stockline
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14 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
La tabla 1 muestra el porcentaje del tiempo de operación en “Modo Cerrado” desde julio 1 de 2007 hasta enero 31 de 2011. El porcentaje en el uso del “Control de Humedad” se presenta bajo, debido que esta adición de humedad solo se requiere cuando el Alto Horno lo necesita en su operación. Tabla II muestra el número de sugerencias hechas por el Sistema Experto en base a las reglas preestablecidas y la aceptación de estas por parte de los operadores. Período del 1-julio 2007 al 31-enero 2011. La mayor parte de las sugerencias provienen de las reglas de “Control de Basicidad en la Escoria” y “Control Térmico”. El promedio de aceptación (número de sugerencias aceptadas divididas por el total de sugerencias hechas) es diferente en los 2 Altos Hornos: Alto Horno # 4 con 72.8% y Alto Horno # 5 con 81.3%. Para las reglas con una aceptación menor al 50% la regla tiene que verificarse para encontrar que puede mejorarse. Rule name
BF4
BF5
Suggestiones Acceptance Suggestiones Acceptance
Blast temperature Setpoint change Coal loss Coke skip weight Limit Fast charging HM Manganese Low HM temperature Low stockline
240
45.4%
382
5.0%
522 183
57.9% 29.5%
827
60.8%
220 699 186
66.8% 70.7% 22.0%
101 118 169
84.2% 19.5% 10.1%
15
26.7%
-
-
69.0%
Low top-gas temperature Slag basicity control
4678
85.7%
5491
93.8%
90.3%
Thermal control
5043
67.9%
7450
81.1%
acería Mejoras realizadas en el Sistema Experto. Cambios mayores. ◗ Mejoras en la confiabilidad del intercambio de información. En el Alto Horno # 4 el sistema de nivel 2 fue actualizado a su versión de “Alta Disponibilidad” y desde entonces la información de vaciado y datos de laboratorio no han tenido mayores problemas.
Prod NJ: Combinación de Prod O2 y Prod CM en un nuevo algoritmo. En la parte de la izquierda de la gráfica 3 se muestra el comportamiento de estos cálculos ProdO2 (línea roja) y ProdCM (línea azul) después de un paro del Alto Horno. Durante operación normal, ProdCM debe ser usado para el control de los materiales cargados, ya que refleja mejor la reducción actual del nivel de carga. Pero durante situaciones anormales como en un arranque u horno con bajo soplo, el cálculo ProdCM resulta demasiado bajo, así que para obtener un mejor resultado el sistema experto utiliza un tercer cálculo de producción téorica: • ProdINJ: Valor actual de ProdCM limitado por ProdO2 ± 5%. En la gráfica de la derecha de la fig. 3 se pueden ver los límites superior e inferior en color naranja así como el resultado de ProdINJ en color verde.
◗ Mejoras en los algoritmos para los cálculos teóricos de producción Prod O2: THM/h basada en inyección de O2. Prod CM: THM/h basada en los materiales cargados al horno, análisis químico y tiempo.
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acería ◗ Nuevas reglas en el sistema experto. Regla para “Cargado Rápido”: Esta regla detecta situaciones de cargado rápido en el Horno, lo que significa que se comienza a incrementar el descenso de la carga así como el rate de cargado. Sin ninguna acción por parte del operador, esto normalmente conlleva a situaciones críticas de operación como bajas temperaturas de arrabio y contenido de silicio. La regla asiste al operador detectando esta situación tan rápido como sea posible. Fue implementada como modo de recomendación.
Regla de “Coke adicional por bajo nivel de carga”: Esta regla detecta bajo nivel de carga y agrega cantidades de coke adicional a cada carga hacia el Alto Horno hasta que el nivel de carga se normaliza. Está implementada en “lazo cerrado” por lo cual no se requiere interacción con el operador.
Nuevo Alto Horno # 6 de AHMSA. Versión más reciente del Sistema Experto Arranque el 8 de Abril de 2011. Puesta en modo de Lazo Cerrado 14 Abril 2011 ◗ Fórmulas y reglas basadas on BF #4 ◗ Modelo de desgaste del crisol 3-Dimensional ◗ Sistema de información móvil. PDA
16 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
CONCLUSIONES El uso de las tecnologías de punta, modelos matemáticos y sistemas expertos buscan un mismo fin: ◗ Mejorar la estabilidad del proceso del Alto Horno, incrementar la productividad y la calidad del metal caliente. ❑ Basado en muchos cambios (prácticas operativas, equipos, tecnologías, etc…) ◗ El Sistema Experto ha reducido los trabajos rutinarios y ha estandarizado las operaciones ❑ El modo en Lazo Cerrado ha sido usado en promedio más del 95% del tiempo de operación. ❑ La disponibilidad y la corrección de las entradas manuales son esenciales. ◗ Nuevo Alto Horno # 6 con la última tecnología desde el estado del arte. ❑ Tecnología de automatización desde el estado del arte en todos los niveles ❑ Diseñado con enfoque hacia la redundancia para alcanzar la más alta disponibilidad ❑ Entrenamientos intensivos se requieren para todos los ingenieros involucrados. ❑ Pruebas de laboratorio para simular escenarios de falla. ◗ Meta: Operar el nuevo Alto Horno # 6 con el más alto nivel de productividad comparable al Alto Horno # 4 y Alto Horno # 5.
Convocatoria de Ponencia 08 al 11 de Octubre, 2012, Monterrey, N.L., México Si usted está interesado en presentar trabajos prácticos y teóricos relacionados con los procesos de la Industria del Hierro y el Acero, es la oportunidad que nos envíe el resumen de su trabajo para evaluarlo y poder aceptar su ponencia para que participe en el programa de conferencias del Quinto Congreso y Exposición de la Industria del Acero, que organiza la AIST México. 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: • Minas y peletizado • Fabricación de hierro - Horno Alto - Reducción Directa Aceración • Convertidor al oxígeno (BOF) • Horno de arco eléctrico (EAF) • Metalurgia secundaria • Colada continua - Tocho y palanquilla - Planchón
- Temple - Tenso nivelado Transformado y Aplicaciones del Acero • Recubrimientos - Galvanizado - Pintado - Estañado • Formado - Troquelado y estampado - Soldadura Aceros especiales
Laminación: • Laminación en caliente - Productos largos - Productos planos • Laminación en frío y acabado - Molino frío - Recocido
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
Por favor envíenos el resumen del tema, máximo una cuartilla, para su evaluación y aprobación por el comité técnico antes del día 28 de mayo de 2012. 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 solo uno de ellos será aplicable el descuento que el congreso ofrece a los conferencistas en la cuota de inscripción. ¿A dónde enviar el resumen?: AIST México. Tel(+52 81) 8479 3077 Fax (+52 81) 8479 3067 email: paper@aistmexico.org.mx 17 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
Apuesta
por eficienc
e
n el ramo metal mecánico resulta fundamental alcanzar altos niveles de calidad y reducir constantemente los costos. Dado que en esta industria se hacen inversiones millonarias en equipos, es necesario mantenerlos en excelente estado; por otro lado, la aguerrida competencia mundial propia del sector, solo deja lugar para los más innovadores y eficientes. Para responder a este reto, la Universidad de Monterrey prepara a sus alumnos para ser más efectivos a la hora de trabajar en el maravilloso mundo del hierro y el acero. Les enseña diversas estrategias que les permitan hacer contribuciones significativas. En particular, destacan los estudios realizados por profesores y alumnos con el propósito de aumentar la vida útil de las herramientas propias del acero. A través de prácticas e investigaciones que se llevan a cabo en laboratorios especializados, los alumnos de la UDEM, asesorados por sus profesores, han logrado plantear proyectos con excelentes resultados que se aplican en el sector industrial. La Universidad de Monterrey es una institución de inspiración católica que ofrece una sólida formación integral en un entorno personalizado, intercultural y de excelencia académica. Es heredera del prestigio de las instituciones educativas católicas que le dieron vida en 1969. Sostiene acreditaciones de organismos como SACS y FIMPES, que dan testimonio de su alta calidad educativa. Cuenta con un campus único enmarcado por la belleza de la Sierra Madre Oriental en donde ofrece programas académicos en los niveles de bachillerato, 34 programas de profesional, 10 de maestría, 7 especialidades de posgrado y 28 especialidades médicas. Tiene una población de 12,000 alumnos y 1,000 profesores.
18 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
UDEM a en la industria
metal mecánica Si bien todas las profesiones están de una forma u otra relacionadas con la industria del acero, las carreras de Ingeniero Mecánico Administrador, Ingeniero en Mecatrónica e Ingeniero Industrial y de Sistemas vinculan estrechamente a la Universidad con la industria metal mecánica. En particular, la UDEM ha desarrollado un expertise excepcional en el campo de la tribología, ciencia que estudia el desgaste de materiales y herramientas y cómo alargar la vida útil de los mismos. Parte central del currículo de las carreras de la UDEM son las Prácticas Profesionales Dirigidas que realizan todos sus estudiantes. En ellas, muchos futuros ingenieros generan propuestas en el campo de la tribología, en particular, y en el de la industria del acero, en general, guiados por sus profesores. Los resultados de estos esfuerzos han encontrado una rápida aceptación en las industrias, debido a que el metal-mecánico es un sector en el que se hacen cuantiosas inversiones en equipo y por ello, es imprescindible contar con opciones que disminuyan los gastos. Por la relevancia de la industria del acero en la economía mexicana, en fechas recientes se desarrollaron en la UDEM cuatro iniciativas relacionadas con el estudio de la
fricción y el desgaste de las herramientas que transforman el acero. Los proyectos tenían como objetivo aumentar la resistencia al desgaste de los rodillos formadores de tubos de acero en una compañía específica, así como encontrar soluciones que permitieran alargar la vida útil de las cuchillas scrap, los rodillos de calibrado de tubos y el rodillo de preformado de tubos. Los proyectos fueron realizados por estudiantes de la carrera de Ingeniero Mecánico Administrador bajo la supervisión de los doctores Zygmunt Haduch, Laura Peña Parás y Demófilo Maldonado. El beneficiario directo de estos proyectos fue TERNIUM, empresa líder mundial en este ramo que respaldó económicamente el desarrollo de las investigaciones. Los resultados fueron por demás satisfactorios, pues se logró contribuir a la mejora de costos así como al aumento de la vida útil de herramientas y equipos específicos. Como se ha probado en los países del primer mundo, la unión entre industria, instituciones académicas y entidades gubernamentales —la Triple Hélice- puede desarrollar efectivamente industrias clave para una región. Afortunadamente, en México son cada vez más los casos de éxito en los que estos tres actores
semblanza
trabajan en conjunto. Esta sinergia es motivo de celebración, puesto que difícilmente se podría concebir nuestro futuro sin la industria del hierro y el acero. Apostar por más innovación, investigación y desarrollo será apostar por una industria más sólida y a la vez competitiva. Del laboratorio a la aplicación Desde hace más de 20 años, la UDEM ha participado en proyectos relacionados con la industria metal mecánica. En aquel tiempo, se trabajaba en laboratorios externos como el de COMIMSA, en Saltillo, e incluso se mandaban muestras para ser probadas en institutos especializados en países como Polonia, Estados Unidos y Alemania. Los trabajos sobre fricción y desgaste realizados en Monterrey comenzaron hace unos diez años con el estudio criogénico desarrollado por Rogelio Stackpole y Adrián Irías, entonces alumnos de la UDEM, apoyados por el profesor Zygmunt Haduch. La innovación de Stackpole e Irías consistió en mejorar las propiedades del acero aplicando un tratamiento que lograba mejorar la vida útil de herramientas de corte y transformación. Los estudiantes ganaron por su magnífica propuesta el Premio Nacional del Acero otorgado por la CANACERO. A partir de ese momento, se generó en los Centros de Investigación de la UDEM y en el marco de una estrecha vinculación con la industria, un gran número de propuestas que 19 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
[ semblanza
buscaban alargar el tiempo funcional de las herramientas relacionadas con el hierro y el acero. Hace algunos años, la UDEM y METALSA formaron una alianza estratégica gracias a la cual se logró equipar un laboratorio altamente especializado, al nivel de los mejores del mundo, para realizar estudios de fricción y desgaste. En este espacio, se trabaja con probetas que facilitan la experimentación con nuevos
materiales, tratamientos técnicos, recubrimientos y lubricantes. Una vez que se comprueba la mejoría en el material de prueba, se fabrica la pieza real con la certeza de que va a funcionar al aplicarse en planta. Numerosas industrias, como METALSA, se han beneficiado de los hallazgos de estos estudios, así como del uso de procedimientos sistemáticos y científicos a fin de mejorar la vida útil de herramientas que tratan el acero. Al trabajar unidos, industria, gobierno y universidades, disminuyen los costos de investigación y desarrollo, pues se trabaja con elementos relativamente baratos. Además las soluciones están enfocadas claramente a impactar las operaciones de las compañías metal mecánicas. Las metas
A futuro, en la UDEM se contemplan interesantes iniciativas que 20 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
buscan contribuir al desarrollo de la industria metal mecánica en la región. Entre tales planes, destaca el “Diplomado en Fabricación y Aplicaciones de Productos del Acero”, que se impartirá a partir de agosto de 2011 por especialistas en la materia, liderados por el doctor Zygmunt Haduch, Profesor Investigador del Departamento de Ingeniería y asociado el Centro de Estudios Tribológicos de la Institución.
El diplomado tratará temas de actualidad relacionados con la metalurgia, manufactura del acero y sus aplicaciones. Asimismo, contará con la participación de ingenieros, especialistas y directivos de empresas líderes en sus ramos como DEACERO, AHMSA, ADIAC, FERRUMAJA, METALTEK/ADIAC, TERNIUM, PROLAMSA, VILLACERO y Aceros Lozano.
Otra iniciativa contempla la participación de profesores de la UDEM en el Congreso y Exposición de la Industria del Acero, donde ofrecerán varias conferencias relacionadas con temas como metalurgia, desgaste, aplicaciones y manufactura del acero. En una industria tan cambiante como la metal mecánica, los retos apuntan hacia la innovación y búsqueda de la eficiencia. Esta industria ha sido bastión del desarrollo de México y su futuro es brillante —aun en tiempos tan complejos como los que nos toca vivir. Para contribuir a ello, la Universidad de Monterrey continuará impulsando el desarrollo de nuevas técnicas que favorezcan la generación de productos de alta calidad de modo competitivo, así como la formación de profesionistas que puedan mantener y elevar la tradición metal mecánica del noreste de México. “Diplomado en Fabricación y Aplicaciones de Productos del Acero” Propósito: Enriquecer al participante con la teoría y práctica del proceso de fabricación de productos del acero, sus propiedades y aplicaciones. Adicionalmente, se darán a conocer mecanismos para aprovechar al máximo el uso de productos relacionados con el acero, así como iniciativas para promover la industria. Informes al 8215-4800 y en educacioncontinua@udem.edu.mx
canacero
PREMIO NACIONAL DEL ACERO: Norma Martínez Peralta.
e
a los que se enfrentaron. La gama de conocimientos adquiridos en las aulas resultan fundamentales para lograr un primer lugar nacional, pero de manera simultánea evidencian que solo es una ínfima parte de lo que implica la Arquitectura, la Ingeniería y la construcción. Con ayuda de dichas pláticas, jornadas del acero, conferencias, entre muchas otras actividades, se fomenta y promueve el intercambio de conocimientos técnicos sumamente importantes para lograr una mejoría en el nivel de los proyectos de dicho concurso y también para que los futuros consumidores de acero tengan criterios reales al momento de diseñar o construir con tal material en su vida profesional. Criterios tales como: sistemas constructivos, propiedades estructurales del acero, tipos de acero, detalles constructivos, estructuras eficientes y congruentes, conexiones, el diálogo del acero con otros materiales, normatividad, ventajas del acero, tiempos de obra, perfiles nacionales, cuidados y tratamientos del acero, costos, por mencionar algunos. Cabe mencionar que para el desarrollo de un tema arquitectónico resulta ineludible el trabajo interdisciplinario que permita la integración de perspectivas diferentes pero complementarias, a fin de ampliar la gama de conocimientos para que el acero no sea nada más el protagonista estructural sino una herramienta potencial de diseño arquitectónico desafiando el uso tradicional de los materiales de construcción en complejos de alto impacto.
lo que deja entrever
l concurso del Premio Nacional del Acero para Estudiantes de Arquitectura organizado por la Cámara Nacional de la Industria del Hierro y el Acero (CANACERO) se realiza desde 2008, con el fin de fomentar el uso del acero en desarrollos urbano-arquitectónicos sustentables de gran envergadura y provocar la creatividad de los participantes; no obstante deja al descubierto el grado de conocimientos específicos de los mismos al momento de diseñar en acero, particularmente en lo que se refiere a la parte técnica, constructiva y estructural. Los temas seleccionados cada año en el Concurso significan un reto ya que exigen una respuesta integral que atienda aspectos urbanos, arquitectónicos, de sustentabilidad, tecnológicos, estructurales y que sean edificaciones que únicamente se puedan realizar en acero; sin embargo, para muchos de los estudiantes el verdadero reto inicia ante el desconocimiento de las propiedades del acero; pareciera que el diseño y la construcción con este material son más complejos que en concreto aunque solo es la inexperiencia del tema lo que frena la creatividad y/o el sustentar con criterios constructivos un proyecto. Hoy en día CANACERO ha involucrado de manera muy activa a los estudiantes inscritos en este Concurso impartiendo pláticas de las versiones anteriores del mismo, lo que ayuda de manera extraordinaria para aprender de los ganadores pasados su experiencia respecto a los aciertos, los faltantes y los errores
Norma Martínez Peralta, arquitecta por la Facultad de Arquitectura de la UNAM, ganadora del Primer Lugar Nacional en el Premio Nacional del Acero para Estudiantes de Arquitectura 2008 con el proyecto “Centro Ferial”. 21 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
METALURGIA para no METALURGISTAS Objetivo: • Llevar a los asistentes por un recorrido histórico del desarrollo de la Metalurgia en general y de la historia del Hierro y del Acero en particular. • Mostrar en forma sencilla los principales procesos de obtención, fabricación y conformación de los aceros, desde la obtención y procesamiento de minerales hasta los procesos de protección del acero. • También se verá el principio básico de operación de Hornos Altos, Convertidor BOF, Reactores de Reducción Directa, Hornos Eléctricos de Arco y los procesos de Laminación, así como casos prácticos de fallas en aceros y las tendencias de actualidad en la industria siderúrgica.
Fecha: 2 y 3 de Septiembre, 2011 en México, D.F.
El MANTENIMIENTO
INDUSTRIAL, una Re-definición Objetivo: • Re-considerar el Mantenimiento Industrial como una parte indispensable en el desempeño de una Planta Productiva. • Proporcionar herramientas sencillas para evaluar la eficiencia y efectividad del Mantenimiento en Planta. • Proporcionar una visión de Sistemas en la implementación de un programa de Mantenimiento Industrial. • Suministrar las bases, paso a paso, para la renovación de éste en la Empresa, dependiendo de las necesidades, alcances y recursos asignados para ello.
Fecha: 30 de Septiembre y 1o. de Octubre, 2011 en Monterrey, N.L.
SEGURIDAD INDUSTRIAL en las Plantas de Proceso La
Objetivo: • Reafirmar los conceptos de seguridad, salvaguarda y seguridad integral en plantas industriales. • Evaluar los riesgos a los que nos exponemos y la forma de prevenirlos, mitigarlos o evitarlos. • Conocer las diversas técnicas para evaluación de riesgos y medir la eficiencia de un programa de seguridad.
Fecha: 12 y 13 de Agosto, 2011
en Monterrey, N.L.
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DISEÑO DE PASES, LAMINACIÓN LARGOS, (Varilla Corrugada) Objetivo: • Capacitación y desarrollo del personal, en los principios básicos de laminación y diseño de pases, que le permitan incrementar su capacidad en el entendimiento del proceso de laminación de productos largos, específicamente, varilla para la construcción. • Oportunidad de la autonomía en la evaluación de los procesos actuales y su optimización, evaluación de proyectos de expansión y crecimiento, además del desarrollo de la habilidad inherente de diagnóstico. • En problemáticas propias del proceso que sirvan para orientar eficientemente los esfuerzos de la solución.
Fecha: 22, 23 y 24 de Agosto, 2011 en Monterrey, N.L.
aist
Inicia la AIST MÉXICO programa de cursos d
urante los recientes días viernes 27 y jueves 28 de mayo se realizó el primero de una serie de interesantes cursos dirigidos a fabricantes, proveedores, clientes, usuarios y público en general interesados en incrementar su acervo de conocimientos sobre la industria del hierro y del acero. El inicio formal fue con la impartición del tema “Metalurgia para no Metalurgistas” organizado en conjunto con la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL y dirigido a todas aquellas personas con interés en introducirse en el mundo de la metalurgia con conceptos básicos. Los días de participación en este evento transcurrieron para los más de 30 asistentes de diversas empresas relacionadas con el medio acerero, en funcionales instalaciones de un hotel de la ciudad de Monterrey. El instructor en esta ocasión inaugural fue el Dr. Alberto Pérez Unzueta, catedrático de la referida Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL, consultor en diversos temas y distinguido colaborador frecuente y activo en la AIST México. Los atractivos temas fundamentales que se programaron para este primer curso incluyeron los siguientes:
•Historia de la Metalurgia. primas y obtención •deMaterias hierro y acero. Operación •BOF. Reducción •Eléctrico.
de
Horno
Alto,
Directa y Horno
•Laminación en Caliente y Frío. •Corrosión y Recubrimiento. 23HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
aist A los participantes se les otorgó una constancia avalada por la FIME de la UANL y por la AIST Capítulo México. El cierre oficial de los 2 días de trabajo incluyó un interesante recorrido por el Museo del Acero “Horno3” ubicado en el Parque Fundidora en Monterrey y a cercana distancia del hotel sede. En fechas próximas y como parte de este programa de capacitación de la AIST México, se tiene planeado desarrollar sesiones sobre el mismo y otros temas de gran relevancia para la industria del hierro y del acero. Los invitamos a visitar frecuentemente la página de internet http://www.aistmexico.org.mx de la asociación para conocer detalles de los cursos ofrecidos así como sedes, formas de inscripción e inversión solicitada.
24 HIERRO y ACERO/AIST MÉXICO
aist
AIST MÉXICO presente c omo cada mayo, tuvo lugar la AISTech, tradicional evento organizado por nuestra asociación madre, la AIST, en donde congregan a los líderes de la industria del Hierro y del Acero, no solo de Estados Unidos, sino del mundo entero. En el 2011, el lugar seleccionado fue en Indianapolis, en el Indiana Convention Center, del 2 al 5 del mes citado. La AIST tiene como costumbre realizar la AISTech, un magno evento en Pittsburgh, Pensilvania, por sus facilidades geográficas y cercanía a la importante industria del Hierro y el Acero. La edición de este año ha sido el más grande evento fuera de Pittsburgh, en donde se lograron cifras record en asistencia, conferencias y compañías en el salón de exhibición. El principal atractivo de la AISTech es el intercambio tecnológico de la industria relacionada con el Hierro y Acero, a través de más de 400 conferencias, organizadas en 30 temas diferentes, desde la seguridad hasta el mantenimiento de equipos, sin dejar a un lado, los principales procesos de la industria, como son la aceración, colada continua, laminación, acabado del acero, etc. A diferencia de nuestro CONAC, en donde nosotros organizamos una cena de gala, la AISTech organiza un desayuno en donde exponen a los asistentes los diferentes logros
en la
AISTECH 2011
y objetivos de la asociación y se entregan reconocimientos en diferentes categorías. Por mencionar algunos, el premio “Steelmaker of the Year” fue otorgado a Paolo Rocca, Presidente del Grupo Techint y el premio “AIST Outstanding Chapter Award” fue otorgando a nuestro Capitulo México por haber logrado un incremento de 46.5% en nuestros miembros y fue recibido por nuestro actual Vicepresidente, Ing. Hugo Solís, de Ternium. Muchas gracias a todos nuestros miembros por su participación y por ayudarnos a lograr tan importante reconocimiento. La exhibición de este año reunió a los principales proveedores y fabricantes relacionados con la industria del Hierro y Acero en el Indiana Convention Center en un área de 61,800 pies cuadrados (5,741.4 m2) en donde estuvieron presentes más de 400 compañías procedentes de todo el mundo con su mejor y más nueva tecnología. Otro evento organizado durante la AISTech es el “Town Hall Forum” en donde invitaron a ejecutivos líderes de la industria a participar en un panel de discusión acerca de las oportunidades, preocupaciones y futuro de la industria del Hie-
rro y Acero. Los invitados fueron George Babcoke, Vicepresidente de US Steel; Keith Busse, Presidente de Steel Dynamics; James Darsey, Vicepresidente de Nucor; Theodore Lyon, Director de Hatch Associates, y Luis Schorsch, Presidente de Arcelor Mittal. Para cerrar este evento, la AIST organizó dos visitas guiadas a las plantas de Nucor Steel, en Crawfordsville, Indiana, y a Steel Dynamics en Pittsboro, Indiana. A cada visita asistieron en promedio 60 personas, para hacer un recorrido de 3 horas por planta. Realmente es un evento magnífico para conocer a las personas que están haciendo la diferencia en nuestra industria e intercambiar ideas con ellos, les recomendamos se programen para la siguiente AISTech 2012 en Atlanta, Georgia, del 7 al 10 de mayo. 25 HIERRO y ACERO/AIST MÉXICO
procesos y usos del acero
Aplicación de tratamiento criogénico y recubrimientos PVD para incrementar la resistencia al desgaste en aceros para herramientas Luz Andrea Trejo Montemayor, Salvador Ramírez Cantú, Raúl David Fernández Corona, Melissa Reyna Reyes, Laura Peña Parás* Universidad de Monterrey, Departamento de Ingeniería
RESUMEN En este proyecto se investigó la resistencia al desgaste y tenacidad de diversos aceros para herramientas aplicando tratamientos de templado y criogénico, así como recubrimientos por PVD (plasma vapor deposition). Se analizaron los aceros D2, S7, H13 y M4, los cuales fueron tratados térmicamente para posteriormente aplicar recubrimientos con composición AlCrN, TiAlN, TiCrN. La resistencia al desgaste fue investigada con la prueba tribológica ball-on-disk y la tenacidad fue evaluada mediante la prueba de Charpy-V. La caracterización del desgaste se realizó por medio de microscopia óptica para observar en detalle la abrasión sufrida por las muestras ensayadas. El material que presentó las mejores propiedades de resistencia al desgaste y tenacidad fue el S7 con tratamiento criogénico y recubrimiento TiAlN. Palabras clave: tribología, recubrimientos PVD, aceros para herramientas *Autor para correspondencia: Laura Peña Parás, teléfono: +52-8182151000 ext. 1894, correo electrónico: laura.pena@udem.edu.mx
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INTRODUCCIÓN La selección de un material para la fabricación de herramientas es de suma importancia, ya que cada proceso requiere de cualidades específicas que el material debe de cumplir. Por este motivo es necesario conocer las propiedades de estos aceros para poder hacer una elección correcta. El acero D2 es uno de los aceros para herramientas más comunes debido a sus propiedades de tenacidad, resistencia al desgaste y dureza y costo1. En general, las ventas de este material representan el 35% con respecto a los aceros para herramientas2. Sin embargo, este acero se recomienda para trabajo en frío, por lo que no es el ideal para aplicaciones en herramientas de corte, por ejemplo. En este proyecto se investigaron las propiedades de resistencia al desgaste y tenacidad de los aceros H13 (para trabajo en caliente), acero de metalurgia de polvos M4 (para alta velocidad) y S7 (con resistencia al impacto), comparándolos con el acero D2. Así también se aplicaron recubrimientos PVD y tratamiento criogénico para incrementar las propiedades de resistencia al desgaste de los materiales. 1.1 Tratamientos térmicos El templado de los aceros para herramientas se realiza con el objetivo de incrementar la resistencia al desgaste logrando la transformación de la microestructura austenita en martensita. Sin embargo uno de los mayores problemas con este tratamiento es el contenido de austenita residual (∗R). Por este motivo se aplica el tratamiento criogénico, este logra transformar la γR en martensita y favorece la precipitación de carburos secundarios finos con dimensiones menores a 5 µm, lo cual incrementa la resistencia al desgaste3. Este proceso consiste en enfriar lentamente el material en una cámara criogénica hasta alcanzar –196ºC y se mantiene a esta temperatura entre 20 y 40 horas. Finalmente se aplica un revenido a 150°C. El tratamiento criogénico no es un substituto de otros tratamientos térmicos para el acero, sino una extensión del ciclo de temple y revenido, en este caso, el ciclo criogénico también requiere de un bajo revenido4.
procesos y usos del acero 1.2 Recubrimientos PVD El proceso de recubrimiento en los materiales que hoy en día se fabrican es de suma importancia ya que el efecto de los diversos recubrimientos mejora las propiedades de desgaste y aumenta la vida útil en un gran porcentaje de los materiales. El método de recubrimiento por PVD consta de la deposición física de materiales duros a temperaturas alrededor de los 200 a 500°C, estas temperaturas son debido a que son por debajo de lo que es el tratamiento térmico de revenido, no es necesario otro templado en el material, ya que éste no se ablanda ni pierde propiedades de dureza. Los materiales depositados forman nitruros de titanio, cromo y/o aluminio, los cuales poseen mayor resistencia al desgaste que los carburos5. Procedimiento experimental Se investigaron los aceros para herramientas D2, H13, S7 y M4 (Aceros SISA). El análisis de composición química realizado mediante un Spectromaxx se muestra en la Tabla 1. Se aplicaron tratamientos térmicos de templado y revenido de acuerdo a la recomendación del proveedor para lograr la transformación de la microestructura austenita a martensita. Los parámetros de estos tratamientos se muestran en la Tabla 2. Posteriormente se aplicó un tratamiento criogénico en Cryosa Servicios, S.A. de C.V., para favorecer la transformación de la γR a martensita y precipitación de
carburos secundarios. Los materiales fueron enfriados en una cámara criogénica a una velocidad de 1°C/min hasta -196°C y se mantuvieron a esta temperatura por 20 h. Se elevó la temperatura de las muestras a 25°C por convección natural para posteriormente aplicar un revenido a 150°C6. Recubrimientos PVD fueron depositados en los materiales con tratamientos de templado y criogénico en Oerlikon Balzers. Los recubrimientos seleccionados fueron AlCrN (Alcrona Pro), TiAlN (Lumena Top) y TiCrN (X-Cell) por su compatibilidad con los aceros investigados. Las propiedades de estos recubrimientos se muestran en la Tabla 3. Tabla 1. Resultados del análisis de dureza y composición química de aceros para herramientas. ACERO
TIPO
%C
%Cr
%V
%Mn
%Si
%Mo %W
D2
Trabajo en frío
1.54
11.92
0.80
0.32
0.31
0.70
-
H13
Trabajo en caliente
0.43
5.02
1.00
-
0.79
1.31
-
M4
Alta velocidad
1.77
4.06
6.04
-
-
4.25
4.08
S7
Resistente al impacto
0.53
3.29
0.27
0.62
0.37
1.50
-
12 y 13 de Agosto 2011, Holiday Inn Parque Fundidora
DIRIGIDO A:
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Informes e inscripciones: cursos@aistmexico.org.mx Teléfono: (81) 8479-3077 27 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
procesos y usos del acero Tabla 2. Temperaturas de tratamiento térmico de templado y revenido para aceros D2, H13, M4 y S7.7 ACERO
Templado (°C)
Revenido (°C)
D2
980
550, 530
H13
995
540, 520
M4
1220
550
S7
950
380-400
Tabla 3. Recubrimientos superficiales depositados por el proceso PVD.8 AlCrN
TiAlN
TiCrN
Nombre comercial
ALCRONA PRO
LUMENA TOP
X-CELL
Microdureza (HV)
3,200
3,400
2100
Temperatura Máx de Uso (°C)
1100
900
700
Coeficiente de Fricción contra acero seco
0.35
0.30-0.35
0.5
Espesor (µm)
1a6
1a6
1a6
Pruebas de materiales 1.3 Prueba de impacto (Charpy-V) La tenacidad de los materiales se midió mediante la prueba de Charpy con probetas con muesca tipo V con un péndulo de impacto Tinius Olsen. Las dimensiones de las probetas fueron de 55 x 10 x 10 mm, de acuerdo al estándar ASTM E23-07ae19. Esta prueba es de las más utilizadas y sencillas para medir la resistencia al impacto de los materiales. Un péndulo se deja caer desde una altura para golpear la probeta, la energía absorbida por la probeta se calcula por la diferencia de alturas inicial y final después del impacto. 1.4 Prueba Tribológica (Ball-on-disk) La resistencia al desgaste de los materiales fue evaluada mediante la prueba de ball-on-disk (Fig. 1). Esta fue realizada en la máquina de pruebas tribológicas T-11 de acuerdo a los estándares ASTM G99-05 y G133-0510,11. Los discos (probetas) fueron fabricadas de los materiales seleccionados con un diámetro de 25.25 mm y un espesor de 6.1 mm. La contraprobeta (balín) fue de un acero alto carbono G1000 con una dureza de 59 Rockwell C y diámetro de 6.3 mm. Las pruebas se realizaron con una carga de 50 N, precisión de 1,560 MPa, velocidad de 125 rpm, y un tiempo de 10 min. En la Fig. 2 se presentan las posibles situaciones de resistencia al desgaste de la prueba ball-on-disk: (a) Solo el balín se desgasta, (b) Solo el disco se desgasta, (c) El balín y el disco se desgastan. El par de 28 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
materiales probado será quien decida si el balín, el disco o ambos, sufrirán un desgaste significativo.
10,11
Fig. 1. Acomodo típico para una prueba de bola en disco en donde F es la fuerza normal aplicada en bola, r es el diámetro, R es el radio de la ruta de desgaste y w es la velocidad rotatoria del disco.
Fig. 2. Situaciones de desgaste de la prueba ball-on-disk. (a) Solo el balín se desgasta, (b) Solo el disco se desgasta, (c) El balín y el disco se desgastan.10,11 RESULTADOS Y DISCUSIÓN El tratamiento criogénico logró refinar la microestructura de los aceros para herramientas. La Fig. 3 muestra la microestructura del acero D2 templado (Fig. 3a) y con criogénico (Fig. 3b). El D2 criogénico muestra una microestructura con carburos más finos distribuidos homogéneamente en la matriz de martensita. Las pruebas de impacto mostraron que la tenacidad de los aceros incrementó entre un 2 y 12% con la aplicación del tratamiento criogénico (Fig. 4). El material que presentó mayor resistencia al impacto fue el acero S7 con tratamiento criogénico, con una tenacidad de 6.9 Joules. Los recubrimientos PVD no tuvieron efecto en la tenacidad de los materiales, por lo que se omiten estos datos. Las huellas de desgaste y sus profundidades fueron medidas mediante un microscopio óptico y rugosímetro. Se presentaron las siguientes situaciones de desgaste en la prueba tribológica: (1) Desgaste en el disco y balín para materiales con tratamientos térmicos de templado así como criogénico (Fig. 2c). (2) Desgaste únicamente en el balín para pruebas realizadas en materiales con recubrimientos PVD, ya que los recubrimientos tienen una dureza mucho mayor que el material del balín. Esto se aprecia a detalle en la Fig. 5 y Fig. 7. La Fig. 5 muestra la huella de desgaste en un disco de acero H13 con templado, criogénico y recubrimiento PVD TiAlN. El tamaño y espesor de la huella fueron de 1410 µm y 0.33 µm respectivamente con H13 templado y de 1248 µm y 0.15 µm para H13 criogénico. En el acero H13 con TiAlN se presentó una huella de 690µm, sin embargo ésta no mostró una profundidad, por lo que se considera que el desgaste fue “cero”. Resultados similares se observaron en todos los materiales con recubrimientos PVD.
procesos y usos del acero El volumen desgastado de las probetas (discos) se muestra en la Fig. 6. El material que presentó el menor volumen desgastado y por ende la mayor resistencia al desgaste fue el S7 con tratamiento criogénico. En general, la aplicación del tratamiento criogénico incrementó la resistencia al desgaste entre un 4-10% en todos los aceros. La Fig. 7 muestra el desgaste de los balines o contraprobetas utilizados en las pruebas con M4 criogénico y M4 con recubrimiento TiAlN. Con el tratamiento criogénico se obtuvo un desgaste muy pequeño, mientras que con el recubrimiento se aumentó 2.4 veces aproximadamente el desgaste. En este caso entre más grande es la huella de desgaste es mejor, pues nos indica que el disco presenta un desgaste menor. La Fig. 8 presenta los resultados de desgaste en los balines utilizados como contraprobeta con los distintos materiales y tratamientos térmicos y recubrimientos seleccionados. En este caso, cuando mayor sea el volumen desgastado de los balines representa una mayor resistencia del material a probar. El material con el cual se obtuvo el mayor volumen desgastado de balín fue el acero M4 con recubrimiento TiAlN.
(a)
(b)
Fig. 3. (a) Acero D2 templado atacado con nital 2.5%, se observan una estructura martensítica con carburos de cromo, 500X (b) Acero D2 criogénico atacado con nital 2.5%, se observan una estructura martensítica con carburos de cromo dispersos de manera homogénea, 500X.
Fig. 4. Resultados de Tenacidad (Joules) de aceros D2, H13, M4 y S7 con tratamiento térmico de templado. 29 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
procesos y usos del acero
(a) Fig. 8. Volumen desgastado de balines (mm3) utilizados como contraprobeta en la prueba ball-on-disk.
(b)
(c) Fig. 5. Imágenes de diámetro y profundidad de huellas de desgaste en discos de acero H13 obtenidas mediante microscopía óptica y rugosímetro. (a) Templado, (b) Criogénico, (c) Recubrimiento TiAlN.
Conclusiones El tratamiento criogénico presentó una mejora en las propiedades de desgaste entre 4% - 10% y en tenacidad entre 10% - 12%. Este tratamiento muestra buenos resultados en la resistencia al desgaste debido a la transformación de la austenita residual a martensita y refinamiento de la microestructura. Todos los recubrimientos PVD propuestos aumentan la resistencia al desgaste en un mínimo del 100% y no presentan un efecto en la tenacidad de los materiales. Con la prueba y el análisis hechos se concluye que para aplicaciones donde se busca una alta tenacidad y resistencia al desgaste se recomienda el material S7 con tratamiento criogénico. Este obtuvo un incremento del 110% en tenacidad y 54% en resistencia al desgaste con respecto al acero D2 templado. De aplicarse un recubrimiento PVD se recomienda el TiAlN (Lumena Top), esto resultaría en incremento en la resistencia al desgaste del 154%. Se sugiere aplicar los recubrimientos en herramientas que no son rectificadas constantemente, por el riesgo de remover el recubrimiento debido a bajo espesor. Agradecimientos Los autores agradecen a la empresa patrocinadora de este proyecto, la cual no puede ser mencionada por motivos de confidencialidad.
Fig. 6. Volumen desgastado de discos (mm3) de aceros D2, H13, M4 y S7 con tratamiento térmico de templado y criogénico.
d= 1 mm
d= 2.42 mm
(a) (b) Fig. 7. Diámetro de huella en balines probados con (a) acero M4, Criogénico, diámetro de huella 1mm, (b) Acero M4, recubrimiento TiAlN, diámetro de huella 2.42 mm. 30 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
Referencias
1. Avner, S.H. Introduction to physical metallurgy. (McGraw-Hill: 1964). 2. Wright, J. When D2 doesn´t work. (2008). 3. Das, D., Dutta, A.K. & Ray, K.K. Influence of varied cryotreatment on the wear behavior of AISI D2 steel. Wear 266, 297-309 (2009). 4. Zurecki, Z. Cryogenic Quenching of Steel Revisited, September 25-28, 2005, David L. Lawrence Convention Center. (2005). 5. PalDey S. & Deevi S.C. Single layer and multilayer wear resistant coatings of (Ti,Al)N: a review. Materials Science and Engineering: A 342, 58-79 (2003). 6. CRYOSA. http://www.cryosa.com.mx 7. Aceros SISA. http://www.sisa1.com.mx 8. Oerlikon Balzers. http://www.oerlikon.com/balzers/mx 9. ASTM International ASTM E23-07ae1, «Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials». 10. ASTM International ASTM G99 - 05, «Standard Test Method for Wear Testing with a Pin on Disk Apparatus». 11. ASTM International ASTM G133 - 05, «Standard Test Method for Linearly Reciprocating Ball on Flat Sliding Wear».
entorno del acero
Los
Metales “Blanco de los ladrones en México”
Por: Dan Burges y Graciela Martínez FreightWatch 7501 Capital of Texas Hwy, Suite A120 Austin, Texas 78731•512.225.6490 www.freightwatchintl.com
INTRODUCCIÓN Un estudio reciente realizado por FreightWatch reveló que las fluctuaciones en el precio de los metales y en su demanda están vinculados directamente con la tasa de robo de carga para este tipo de producto. Durante el 2010 el incremento en el precio de los metales fue seguido por un aumento en la producción de cobre en las empresas mineras más grandes del mundo. Un reportaje de la CNN declaró que la producción global de cobre se incrementó en un 2% cuando el precio del cobre repuntó en la Bolsa de Metales de Londres disparando su precio a más de $9,000 dólares por tonelada durante el mes de diciembre 2010, de igual forma el robo de cobre aumentó significativamente durante este mes. No es sorprendente que la tasa de robos de metal en México haya aumentado. Al aumentar el precio y la demanda del producto, las bandas tienden a buscar y robar aún más las cargas, la industria sintió los efectos directos y el impacto de esta corriente, incluso surgió la necesidad de incrementar la seguridad para evitar los retrasos en la entrega y las pérdidas financieras. Cobre y Acero La carga de productos de acero ha sido blanco de ladrones especializados que operan en la zona norte de México. Esta tendencia es particularmente evidente en estados como Nuevo León, Tamaulipas y Coahuila. De acuerdo con los expertos de la industria, el robo de acero a lo largo del país aumentó en un 220%
durante el primer trimestre del 2011 (Q1-11), en comparación al mismo período del 2010. De acuerdo con Acereros Mexicanos, 17,500 toneladas de chatarra de acero fueron robadas en el trimestre Q1-11. En el año 2010, el robo de acero generó pérdidas anuales de $38 millones de dólares (450 millones de pesos). La Industria proyecta que en el 2011 se incremente un 33%, esto es $51.8 millones de dólares (600 millones de pesos) para finales de 2011. Robo de Acero: Primer Trimestre 2011 Tons
Valor (million USD)
Camiones
4500
$5.5
Ferrocarril
13000
$7.8
Aun cuando el 44% del robo de acero se produce en el estado de Nuevo León, el Estado de México y Guanajuato también experimentaron un aumento en el robo de acero durante el Q1. Los incidentes en la zona norte de México tienden a ser muy violentos, ya que algunos ladrones pertenecen a bandas de delincuencia organizada especializados en el acero, incluso algunos tienen vínculos con cárteles de la droga. Los camiones que transportan productos como chatarra, barras de acero, placas y tubos son los más robados. La mayoría de los incidentes de robo relacionados con el acero ocurren cuando van en tránsito. Finalmente ha habido un aumento dramático en la cantidad de robo de acero de los trenes. 31 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
entorno del acero
Los metales más robados en México son el acero y el cobre, le siguen el bronce, aluminio y el hierro. En los últimos meses, el robo de cobre y chatarra de acero ha crecido de forma rápida. Del monto total robado en el país, el 77% son productos de acero y 15% de cobre.
Aunque la mayoría de los camiones secuestrados a lo largo de la carretera Monclova- Monterrey provienen de Monclova, casi todos los incidentes ocurren en las afueras de Monterrey, cerca del municipio de Escobedo o en el centro de la ciudad de Monterrey.
El 79% de robos realizados en Nuevo León implican productos de acero. Modelo Predictivo:
Las carreteras que reportan el mayor número de robos de metal en 2010 y Q1-11 son Puebla-Orizaba, Monterrey, Saltillo, Monterrey-Reynosa, Pachuca-Ciudad Sahagún, la Ciudad de México-Veracruz, Ciudad de México-Querétaro, Torreón-Matamoros, MéxicoTuxpan; la Ciudad de México-Puebla y Monterrey-Nuevo Laredo. Las ciudades que presentaron el índice más alto de robo de metales en el estado de Coahuila son Torreón y Monclova. Recientemente en Torreón se ha reportado un aumento en el robo a la industria del cobre y de otros metales. Por otra parte, en los últimos meses los ladrones especializados en la operación del cobre en Torreón, roban cable de cobre eléctrico y medidores de agua de cobre alrededor de la ciudad.
32 HIERRO y ACERO/AIST MÉXICO
Un estudio realizado recientemente por FreightWatch mostró una correlación clara y positiva entre el precio de los metales y su tasa de robo. Para fines reales el estudio que FreightWatch realizó se centró en las tasas de robo de cobre por trimestre comparativamente con el índice de precios promedio del mismo.
entorno del acero Si analizamos esta correlación podemos mostrar la capacidad y precisión de los criminales en la selección de los artículos que les darán mayor utilidad. Además, esto permitirá a los profesionales de la cadena de suministro ajustar sus políticas y reforzar sus prácticas de seguridad durante la operación orientándose a las cargas más vulnerables. Caso de Estudio: Secuestro y recuperación en Reynosa. El 3 de febrero del 2011, tres camiones de carga que salieron de Torreón, Coahuila, con destino a Río Bravo, fueron víctimas de un atraco en el sureste de Reynosa, Tamaulipas. Un grupo armado compuesto por ocho personas instaló un retén falso 10 minutos después de pasar un retén militar ubicado en la ciudad fronteriza de Reynosa. Cada camión era escoltado por custodios de FreightWatch. Los ladrones abordaron los tres camiones dirigiéndose al este de Tamaulipas secuestrando a los tres conductores y un custodio (las cuatro víctimas secuestradas fueron liberadas sin ningún daño físico). Los custodios que lograron escapar, rápidamente notificaron al Centro de Comando y Control (C3), quienes procedieron a reportar el incidente a la Policía Federal y al personal de emergencia en Reynosa.
Gracias a los dispositivos de rastreo instalados en los tres camiones, la policía localizó y recuperó los tres camiones de carga. Los primeros dos camiones fueron recuperados en el sureste de Reynosa, aproximadamente 30 minutos después de que se registró el atraco. El tercer camión fue recuperado en las afueras de la ciudad de Ramírez mientras se dirigía a la ciudad de Río Bravo. Average Value Loss: Metal Theft State
MXP
USD
México (All States)
$ 1,664,316
$ 143,674
Nuevo León
$ 4,000,000
$ 345,348
Coahuila
$
$ 46,047
533,333
Average Value: Metal Theft MXP
USD
Copper
$ 1,110,000
$ 95,838
Steel
$ 2,592,000
$ 223,786
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