Steel Times International Spanish 2017 by Quartz Business Media

FORO DEL ACERO DEL FUTURO

SEGURIDAD DE PLANTA

ACERO AUTOMOVILÍSTICO

COLADA CONTINUA

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NOTICIAS INTERNACIONALES DEL SECTOR DEL ACERO

CMI CELEBRA ORGULLOSA SU BICENTENARIO Y PONE EN MARCHA LA SIGUIENTE FASE DE SU EXPANSION INTERNACIONAL

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We transform … the world of revamps and modernization.

Incrementar la productividad. Reducir costes. Los convincentes servicios de ingeniería se destacan de entre muchos otros sobre todo cuando se trata de modernizaciones inteligentes, es decir, de mejorar las instalaciones existentes a fin de satisfacer las demandas futuras del mercado, lo cual constituye uno de los principales desafíos del mundo actual. Es aquí donde nuestra vasta y valiosa experiencia entra en juego. Nuestro trabajo consiste, en definitiva, en ayudarle

a aumentar su productividad y a mejorar la calidad. También la planificación inteligente es importante, por ejemplo, a fin de aprovechar paradas programadas por mantenimiento y minimizar pérdidas de producción. Y el resultado concreto para usted es: ahorro de tiempo y dinero. Un gran número de proyectos acabados demuestran nuestra calidad y fiabilidad como especialista global en tecnologías para plantas metalúrgicas y de laminado.

SMS group GmbH

Eduard-Schloemann-Strasse 4 40237 Düsseldorf, Alemania

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Índice - OCTUBRE 2017

FORO DEL ACERO DEL FUTURO

SEGURIDAD DE PLANTA

ACERO AUTOMOVILÍSTICO

COLADA CONTINUA

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NOTICIAS INTERNACIONALES DEL SECTOR DEL ACERO

CMI CELEBRA ORGULLOSA SU BICENTENARIO Y PONE EN MARCHA LA SIGUIENTE FASE DE SU EXPANSION INTERNACIONAL

Imagen de portada cortesía de CMI Groupe STI Cover oct.indd 1

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EDITORIAL Editor Matthew Moggridge Tel: +44 (0) 1737 855151 matthewmoggridge@quartzltd.com Redactor asesor Dr. Tim Smith PhD, CEng, MIM Editor de Producción Annie Baker

VENTAS Director Ventas Internacionales Paul Rossage paulrossage@quartzltd.com Tel: +44 (0) 1737 855116 Gerente de Ventas del Grupo Ken Clark kenclark@quartzltd.com Tel: +44 (0) 1737 855117

Producción de Publicidad Martin Lawrence

Suscripciones Elizabeth Barford Tel +44 (0) 1737 855028 Fax +44 (0) 1737 855034 Email subscriptions@quartzltd.com

Publicado por: Quartz Business Media Ltd, Quartz House, 20 Clarendon Road, Redhill, Surrey, RH1 1QX, England. Tel: +44 (0)1737 855000 Fax: +44 (0)1737 855034 www.steeltimesint.com Steel Times International (USPS no: 020-958) es publicado mensualmente, excepto en febrero, mayo, julio y diciembre, por Quartz Business Media LTd y distribuido en Estados Unidos por DSW, 75 Aberdeen Road, Emigsville, PA 17318-0437. Franqueo pagado en Emigsville, PA. POSTMASTER enviar los cambios de dirección a Steel Times International c/o PO Box 437, Emigsville, PA 17318-0437 Impreso en Inglaterra por : Pensord, Tram Road, Pontlanfraith, Blackwood, Gwent NP12 2YA, UK ©Quartz Business Media ltd 2017

2 Foro del acero del futuro Satisfacer las necesidades de los clientes. 6 Foro del acero del futuro La virtualización aplicada a la industria.

11 Seguridad de planta Las computadoras protegen a los empleados. 17 Acero automovilístico Desarrollando grados de acero automovilístico. 20 Acero automovilístico Motores adelante.

24 Colada continua Carga continua de chatarra. 28 Laminadores renovados Mejoras en los cilindros para cargas extremas.

ISSN0143-7798

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FORO DEL ACERO DEL FUTURO

Satisfacer las necesidades de los clientes Industria 4.0, conocida como la cuarta revolución industrial o incluso ´fabricación inteligente´, se basa en permitir que los operadores de planta interconecten operaciones a lo largo del globo usando una plataforma de automatización que combina las ventajas de la moderna tecnología de comunicaciones de datos con las operaciones de automatización tradicional para un control de circuito abierto y cerrado. En este artículo, Dipl-Ing. Detlef Ehlert* examina las experiencias del grupo SMS. EL reto con todos los proyectos, desde los nuevos a las actualizaciones, es satisfacer las necesidades de los clientes: • Costes de producción competitivos. • Calidad máxima del producto. • Alto rendimiento y disponibilidad de la instalación. • Planificación flexible de la producción con todo los tamaños de lotes e incluso piezas solas ¿Cómo puede la Industria 4.0, el internet de los objetos, o la digitalización, que son más o menos sinónimas, ayudar a satisfacer estas necesidades? Los operadores de instalaciones sueñan con tener una fábrica inteligente con producción autónoma y procesos de autooptimización; un sueño que está cerca de convertirse en realidad. Para tener esta instalación, los constructores de plantas necesitan cambiar sus flujos de trabajo ingenieriles y herramientas. También se tiene que escoger de manera acorde la plataforma de automatización correcta. Proyecto de investigación BaSys 4.0 La estrategia de largo plazo de las compañías con operaciones globales es la interconexión flexible de sus plantas

individuales a lo largo del mundo para crear unas redes de producción modernas. Esto requiere plataformas de automatización que combinen las ventajas de las modernas tecnologías de transmisión de datos con las tareas de automatización clásicas para un control de circuito abierto y cerrado. Para cumplir los requisitos pertinentes, el grupo SMS está participando en un proyecto de investigación y desarrollo financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación alemán. El proyecto se llama “Basissystem Industrie 4.0” (“Sistema Básico para la Industria 4.0”). El objetivo es crear una arquitectura de referencia que provea de los servicios básicos necesarios para la Industria 4.0 en la interfaz de planta, además de funciones de automatización básicas. El propósito de esta arquitectura de sistema es permitir a los operadores de planta reaccionar de manera flexible a todos los procesos cambiantes de producción. Las tecnologías existentes están interconectadas e integradas para que las aplicaciones de la Industria 4.0 puedan ser implementadas. Se ha creado para este propósito un programa intermedio virtual que permite que los servicios requeridos sean proporcionados y

conectados unos con otros. Un total de siete demostradores de varias áreas estarán disponibles para los socios industriales participantes. El demostrador provisto por el grupo SMS es una planta de laminación en frío de aluminio, que proporciona una perspectiva realista de los procesos y requisitos tecnológicos vinculados con el control de este tipo de planta en una simulación a tiempo real. La alta demanda exigida por esta planta virtual a la nueva plataforma desarrollada es similar a las de plantas reales. El demostrador ya ha sido completado y puesto a disposición de los socios relevantes del proyecto. Los primeros prototipos del sistema básico están siendo probados actualmente sobre los demostradores. Software de arquitectura flexible Antes de que el proyecto de desarrollo mencionado se iniciara, el grupo SMS se reunió con socios del campo científico, como el Instituto Fraunhofer y la Universidad RWTH Aachen, para definir la automatización necesaria y las estructuras de software para el futuro. Los resultados se pueden resumir en el siguiente flujo de trabajo

* Vicepresidente, Negocio Directo y Servicios, Electrónica/Automatización, Grupo SMS GmbH, Wiesenstrasse 30, 57271 Hilchenbach, Alemania. Correo electrónico: detlef.ehlert@sms-group.com Octubre 2017

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FORO DEL ACERO DEL FUTURO

Fig 1. Simulación a tiempo real de un tren de laminación en frío de aluminio

1º paso: Modelar una planta funcional 2º paso: Transformación en una red compleja de programas 3º paso: Realización de un concepto de bus variable de alto rendimiento con acoplamiento débil. La nueva estructura no está diseñada dentro de la jerarquía de automatización establecida, sino que está estructurada dentro de una red donde todas las unidades funcionales se pueden comunicar unas con otras independientemente del nivel jerárquico. Permite un control rápido de circuito cerrado y potentes tareas de comunicación. Un objetivo clave es reducir la ingeniería delta requerida de una planta a la siguiente y proporcionar un alto nivel de flexibilidad para las modificaciones de la planta. Esto ya cumple los requisitos de la arquitectura de sistema BaSys 4.0 de varias maneras. La primera aplicación que usa esta estructura de programas, para un sistema de automatización de un laminador en frío, está prevista para el verano de 2017. Guía de procesos X-Pact® El sistema de guía de procesos X-Pact® fue desarrollado para las acerías y representa una salida de la pirámide de automatización estándar. El foco principal fue crear una estructura de fácil manejo que guíe al operador a través de diferentes fases del proceso (ejem.: el proceso de fusión). Con cada paso del proceso el extremo delantero adapta automáticamente su contenido para cumplir los requisitos del paso actual. El interfaz del operador sigue el proceso y cambia a la página relevante. Durante la operación, los pasos del proceso, que son ejecutados de manera automática, son mostrados al operador. La arquitectura del programa ha sido actualizada www.steeltimesint.com

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PREPARADOS PARA EL FUTURO La división de Electrónica/ Automatización del grupo SMS emplea en la actualidad a más de 1.000 expertos en el mundo. Durante 25 años estos equipos de especialistas han crecido continuamente para convertirse en un suministrador de toda la gama de sistemas integrados eléctricos y de automatización para toda la cadena de proceso metalúrgico.

por completo. Las interfaces han sido completamente revisadas para lograr comunicaciones consistentes usando los datos en la nube para almacenar datos y dar acceso universal a las bases de datos, y evitar cualquier dato redundante para facilitar el almacenamiento eficiente de datos. La arquitectura está orientada a los componentes y puede ser extendida mediante la adición posterior de módulos y aplicaciones. El sistema de guía de procesos X-Pact® ofrece una integración fácil a la Industria 4.0 permitiendo conectar dispositivos ciberfísicos, independientemente del tipo de dispositivo que sea. Proporciona una plataforma para varios servicios en la nube.

Fig 2. Guía de Procesos X-Pact®

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FORO DEL ACERO DEL FUTURO

Fig 3. Procedimiento de Plug & Work en el campo de prueba del grupo SMS antes de la puesta en marcha

Ingeniería multidisciplinar Un aspecto posterior del proceso de digitalización es mejorar la ingeniería multidisciplinar. La ingeniería de planta metalúrgica implica el diseño del equipamiento mecánico, la hidráulica, el sistema de lubricación, los variados circuitos de agua, así como la electrónica y automatización. Cada equipo de ingenieros usa diferentes herramientas de ingeníera y los resultados son almacenados en diferentes formatos de datos. Forzar a estos equipos a usar bases de datos idénticas no es efectivo. Esto es por lo que el grupo SMS sigue el enfoque Automatización ML, que permite una descripción orientada al objeto de una planta desde diferentes perspectivas, como geometría, cinemática, así como funciones que incluyen dinámicas, basada en estándares internacionales. El propósito es generar archivos XML como archivos de salida para las distintas herramientas de ingeniería, incluyendo SAP, CREO, Auto CAD, y otros, y usar estos como archivos de entrada para otras herramientas como, por ejemplo, EPLAN para el diseño de diagramas de circuitos y logiCAD o S7 para ingeniería de software. Este procedimiento evita la introducción manual redundante de datos y asegura que todos los equipos de ingeniería siempre estén usando los últimos datos.

ACTORES GLOBALES

El grupo SMS es un grupo de actores globales en la construcción de plantas e ingeniería mecánica para la industria de procesamiento de acero y metales no ferrosos. Además de equipos mecánicos y la tecnología de proceso, su cartera también incluye todos los sistemas eléctricos, desde la distribución eléctrica a través de sistemas de accionamiento hasta los sistemas de automatización total.

El siguiente paso en el camino a la digitalización es la creación automática de software para diferentes zonas de la planta. Esto puede ser visto como automatizar el sistema de automatización. El procedimiento es el siguiente: las funciones estandarizadas, como aquellas para una estación de energía hidráulica, se definen en plantillas de códigos. Los datos relevantes para la planta individual, como las dimensiones actuales, fuerzas requeridas, velocidades y otras, son descritos en los modelos de planta. La plantilla de código se fusiona en el generador de códigos con los datos de la planta modelo para crear un código ejecutable para el proyecto actual. Como la base de datos del proyecto también es empleada para la generación de códigos, la introducción de datos y la programación manual son reducidas al mínimo. Esto también minimiza el riesgo de fallos. El concepto de Plug & Work del grupo SMS es otro campo de digitalización que ya está bien establecido. Las plantas de los clientes son simuladas en tiempo real, creando más o menos una gemela digital de la planta. Los datos detallados de la planta son tomados de una herramienta CAD para sistemas de equipos mecánicos y medios. El proceso es simulado usando modelos matemáticos y físicos. La gemela digital es conectada al sistema de automatización de la planta real en una prueba de campo. Por un lado permite probar de forma rigurosa el sistema de automatización y, por otro lado, da una formación intensiva a los operadores y personal de mantenimiento

Fig 4. Simulación de una planta de colada continua

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de los clientes. Los resultados son considerables rampas de arranque y productos de primera calidad que son producidos desde el primer día. Las gemelas digitales también son usadas en modelos 3D de simulación para la ingeniería de la planta. La información de diferentes zonas de la planta y las disciplinas ingenieriles pueden ser integradas durante las fases de ingeniería. Una vez integradas, las inspecciones de planta virtuales permiten realizar controles para ver si las tuberías están interfiriendo con los cables, por ejemplo, y así poder evitar las colisiones mecánicas, y ver si la base se ajusta al otro equipamiento. Sistema de planificación de producción X-Pact® MES 4.0 Volvamos a la visión de una fábrica inteligente para la industria del acero. Los principales retos, que están directamente enlazados con el rendimiento de la fábrica, son: • Planificación flexible de la producción con pedidos de lotes de diferentes tamaños, incluyendo lotes sencillos, con un gran cumplimiento de las fechas de entrega. • Desempeño operativo máximo de la planta con un mínimo de mantenimiento y bajo capital circulante neto. • Logro continuo de los productos de más calidad con alto rendimiento. • Cambios frecuentes en las condiciones generales como requisitos ambientales legales y costes de materias primas y energía.

El X-Pact® MES 4.0 usa estos datos para planificar la secuencia de la producción de manera flexible para cada planta, con el fin de cumplir con las fechas de entrega deseadas. Se ofrecen herramientas de inteligencia empresarial para un reporte detallado y análisis de procesos. El grupo SMS ya ha empezado a usar desde hace tiempo métodos de gestión de datos masivos para analizar la enorme cantidad de datos disponibles, con el fin de proporcionar los elementos básicos relevantes para la toma de decisiones. El próximo paso sería aplicar esto a los procesos de autoaprendizaje. Conclusión Aquí hemos visto una selección de ejemplos relacionados con la digitalización. Esta cuestión afecta a todos en el grupo SMS. Cambiará de forma radical los actuales

procesos y modelos de negocio en algunas zonas. Sin embargo, el proceso es visto como evolución más que como una revolución. Se pueden esperar cambios iniciales en áreas de producción, mantenimiento y control de calidad. Colaboraciones significativas para alcanzar estos cambios vendrán en forma de sistemas integrados, plataformas digitales y poderosas redes en tiempo real para conectar las unidades de producción de las compañías que operan a lo largo del globo. Estas tecnologías junto con los análisis de datos masivos y computación en la nube permitirán que se desarrollen procesos autónomos de autooptimización y sistemas de control de producción. La digitalización ofrecerá nuevas oportunidades para operadores de planta y constructores de plantas y derivará en una nueva forma de cooperación entre ambos socios.� Referencias [1] Reifferscheid, Markus (SMS group GmbH): Digitalisierung in der Stahlindustrie – Strategien, Konzepte und Lösungen. Stahl und Eisen 2/2017, Stahleisen, 2017 [2] Ehlert, Detlef (SMS group GmbH); Schauerte, Hubertus (SMS group GmbH): Industrie 4.0: A traditional plant maker moves forth into a new industrial era. IFAC MMM 2016 (17th IFAC Symposium on Control, Optimisation and Automation in Mining, Mineral and Metal Processing), September 2016, TU Wien, Vienna, Austria. Para más información, visite www.sms-group.com

El sistema de control y planificación de la producción X-Pact® MES 4.0 del grupo SMS, junto al Analizador de Calidad del Producto (PQA), ya proporciona unos importantes módulos como puntos de entrada a una factoría inteligente. El X-Pact® MES 4.0 siempre tiene un registro actualizado de los pedidos y se abastece con los datos de cada unidad de producción. Esto incluye información detallada de la calidad del producto y la condición de la planta. Incluso si las unidades de producción de diferentes pasos del proceso están distribuidas entre diferentes localizaciones, el X-Pact® MES 4.0 y PQA son capaces de rastrear la producción y los datos de calidad en detalle, incluso a través de varios países. www.steeltimesint.com

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FORO DEL ACERO DEL FUTURO

La virtualización aplicada a la industria Mejorar la eficiencia debería ser el objetivo principal para ser competitivo en la industria hoy en día. Los sistemas de control deben maximizar la disponibilidad al eliminar los tiempos de parada planificados y no planificados. Por Daniel Sánchez* TRADICIONALMENTE, los ciclos de vida de los sistemas de control industrial se van reduciendo generación tras generación. La razón principal es que los ciclos de vida de los componentes hardware y software acortan el ciclo de vida del sistema de control en su conjunto. Sin embargo, en comparación con la electrónica de consumo, los sistemas de automatización industrial duran mucho más. Existen diferencias importantes entre los sectores industriales: el sector del automóvil suele reemplazar sus sistemas de control cada 7-8 años, haciéndolo coincidir con el lanzamiento de un nuevo modelo de automóvil. Las plantas siderúrgicas suelen durar entre 12 y 15 años, mientras que las centrales eléctricas pueden llegar a los 50 años con el mismo equipo de control. Independientemente de la industria y del sector, el sistema de control debe estar garantizado durante toda la vida útil de la planta, tanto en términos de funcionalidad como de coste de mantenimiento. El reto hoy no es sólo garantizar la disponibilidad, sino migrar los sistemas periódicamente, minimizando al mismo tiempo el impacto en la producción y simplificando la transición para el personal de mantenimiento de la planta. Por ambas razones, los entornos virtualizados ayudan a las plantas a funcionar de manera más inteligente y segura, y simplifica la gestión general del sistema. Entre todos los beneficios, la virtualización ofrece ahorro de costes, un uso eficiente de los recursos de hardware, una gestión simplificada del sistema, permite actualizar fácilmente el hardware y software, y, el factor más importante, garantiza la vida útil del sistema.

¿Qué es la virtualización? La tecnología de virtualización permite a un servidor físico ejecutar varios servidores virtuales. Cada máquina virtual está aislada de los recursos de hardware subyacentes y puede ejecutar un sistema operativo diferente. En efecto, cada servidor virtual actúa como una computadora independiente. Antes de que se desarrollara la virtualización, un mismo ordenador ejecutaba un único sistema operativo para el uso de aplicaciones, bases de datos o servicios. Con los años, se encontraron muchas vulnerabilidades e incompatibilidades entre las diferentes aplicaciones. Por esta razón, la mayoría de las organizaciones mitigaron los riesgos ejecutando sólo una aplicación o servicio por servidor, aislando así los sistemas y aumentando la tolerancia a fallos. Al mismo tiempo, la utilización general de los servidores era sólo el 10-15% de la capacidad total de la CPU. Todas las computadoras estaban muy infrautilizadas. Una máquina virtual se comporta como una computadora física que contiene una CPU “virtual”, memoria RAM, disco y recursos de red. En la parte superior del hardware virtual hay un sistema operativo OS, aislado del servidor principal. Por lo general, el término “sistema operativo huésped” se refiere al sistema operativo que se ejecuta en la máquina virtual y el “sistema operativo anfitrión” hace referencia al software que se ejecuta en la máquina real. La virtualización funciona añadiendo una capa llamada “hipervisor”. El hipervisor es una capa ligera que permite que varias máquinas virtuales se ejecuten

simultáneamente en una computadora anfitriona. El objetivo principal es gestionar todos los servicios necesarios para alojar las aplicaciones y sus sistemas operativos huéspedes. ¿Por qué virtualizar? • Ahorra energía y espacio. Utiliza los recursos de manera más inteligente. Se puede lograr un importante ahorro de costes reduciendo el número total de servidores y maximizando la utilización de cada uno. La consolidación de aplicaciones en menos servidores reduce los costes de energía y refrigeración. Además, el impacto de espacio en la sala de ordenadores es menor que la tradicional distribución debido al menor número de racks necesarios. • Aumenta la disponibilidad Para garantizar la alta disponibilidad requerida en la mayoría de los procesos industriales, se valoran características tales como la tolerancia a los fallos, la migración en caliente, y la rápida recuperación ante fallos. El entorno de virtualización permite todas estas funciones y más, por ejemplo, una máquina virtual se puede mover fácilmente de un servidor a otro sin latencia, la carga de trabajo del servidor se puede distribuir fácilmente entre diferentes servidores físicos y los datos pueden recuperarse rápidamente después de interrupciones imprevistas. • Aísla los posibles problemas Los centros de datos normalmente han adoptado la filosofía “una aplicación - un servidor” para aislar las aplicaciones y reducir los riesgos de las vulnerabilidades e incompatibilidades entre las diferentes aplicaciones. Esta metodología aumentó las necesidades de equipamientos y por tanto de espacio y costes. La virtualización

*Global sales director, Russula Octubre 2017

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permite que utilización de los recursos del servidor adecuadamente haciendo uso de ellos según las necesidades de la aplicación. • Incrementa la vida útil de las aplicaciones Por lo general, en entornos industriales todavía existen algunas aplicaciones ‘heredadas’. Surgen importantes problemas para mantenerlas en funcionamiento: no son compatibles con versiones más recientes de los sistemas operativos o hardware y los usuarios son reacios a realizar modificaciones. La virtualización de estas aplicaciones heredadas y sus entornos, prolonga su vida útil, mantiene la aplicación en ejecución y elimina el hardware antiguo imposible de mantener. • Evita la dependencia con un único proveedor y simplifica las actualizaciones Conceptualmente, la virtualización elimina el hardware subyacente y da flexibilidad a los administradores de TI para reemplazar, migrar y actualizar el hardware con cualquier proveedor. • Simplifica el proceso de crear entornos de prueba Con el fin de no provocar paradas innecesarias, los ingenieros suelen crear primero entornos de prueba para simular mejoras y modificaciones antes

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APP

SISTEMA OPERATIVO HOST

ETORNO NO VIRTUALIZADO

APP

GUEST OS

HIPERVISOR

SISTEMA OPERATIVO HOST ETORNO VIRTUALIZADO Octubre 2017

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FORO DEL ACERO DEL FUTURO

SCADA

SERVIDOR

SERVIDOR #2

CLIENTES N

OPC

VM OS

ALMACENAMIENTO COMPARTIDO

SCADA SERVIDOR #1

de implementar las nuevas mejoras en el proceso real. La virtualización permite replicar una máquina que está aislada de la red principal y el proceso. No hay necesidad de un nuevo servidor físico. Si las modificaciones fallan en el entorno de prueba, el ingeniero puede recuperar fácilmente una versión anterior. Esta característica no sólo simplifica, sino que reduce los errores cometidos durante las pruebas o actualizaciones.

HIPERVISOR SISTEMA OPERATIVO DEL HOST CLUSTER DE HOST VIRTUAL

CLIENTE #1

CLIENTE #N

ESTACIÓN DE

DISPOSITIVOS

ESTACIÓN DE

INGENIERÍA

MÓVILES

OPERACIÓN

AUTÓMATAS

PANTALLAS DE

PROGRAMABLES VISUALIZACIÓN

DISPOSITIVOS DE CAMPO

(RECUADRO 1)

PROS • Menos servidores y por tanto menos consumo de energía y espacio. •

Facilidad de mantenimiento y gestión: puntos de recuperación, balanceo de carga e intercambio en caliente de componentes defectuosos.

• Mayor disponibilidad y una recuperación más rápida ante un problema. • Simplifica el aislamiento de aplicaciones. • Garantiza la futura migración de hardware. • Amplía la vida útil de las aplicaciones.

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CONTRAS • Un problema en el hardware podría afectar a más aplicaciones o servicios. • Mayor inversión inicial que luego se recuperará a largo plazo. • Requiere nuevas herramientas y competencias para administrar el entorno virtualizado. • La simplicidad de despliegue de nuevas máquinas podría resultar en más máquinas virtuales de las necesarias.

Casos de aplicación Infraestructura servidor-virtualizado Cuando se desarrolla un nuevo proyecto o cuando se actualiza el SCADA es el momento adecuado para considerar la posibilidad de crear un sistema completamente virtualizado. Normalmente, se requiere un host virtual con dos servidores para ejecutar la capa de hipervisor y un sistema de almacenamiento centralizado. El clúster virtual aloja la aplicación de servidor SCADA y el número de clientes requerido, que depende del número de estaciones de operación requeridas. Otras muchas aplicaciones pueden ejecutarse en el entorno virtualizado, como las herramientas de desarrollo, el servidor OPC y cualquier otro servicio requerido para el proceso o para interconectar el proceso con otros sistemas de nivel superior. El host virtual está dimensionado según el número de máquinas virtuales que operan simultáneamente y este depende del tamaño de la infraestructura de la planta. Los “thin-clients” con acceso directo a los entornos de escritorio virtualizados son una opción recomendable para aplicaciones industriales. La solución del “thin-client” es más adecuada que las computadoras estándar basadas en la arquitectura de PC debido a su robustez y hardware sin necesidad de ventilador, caracteristicas que hacen que estos equipos sean ideales para entornos industriales. Los pros y los contras de la infraestructura completa virtualizada como se puede ver en el Recuadro 1 (a la izquierda). Bajo este esquema, Russula ha desarrollado diferentes proyectos en colaboración con productores como Nucor y ArcelorMittal. Los clientes están satisfechos con la solución y, a pesar de las mayores inversiones iniciales, es definitivamente recomendable, sobre todo si el sistema se implementa desde cero.

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FORO DEL ACERO DEL FUTURO

La virtualización máquina a máquina Las plantas que ya tienen una infraestructura cliente-servidor existente pueden tener sistemas heredados instalados desde hace más de 10 años. Puede ser problemático encontrar equipos modernos en el mercado que puedan ejecutar aplicaciones legadas. Muchas veces las plantas se ven obligadas a comprar equipos de segunda mano para mantener el sistema en funcionamiento. La virtualización de computadora por computadora es una buena solución para las plantas que se encuentran en esta situación. Esto consiste en virtualizar cada una de las máquinas de forma independiente y aislar la aplicación usando el sistema operativo más adecuado. Este planteamiento no tiene los beneficios de un entorno virtualizado completo como se mencionó anteriormente, pero sí aborda el problema de reemplazar el equipo y extender la vida del sistema de control. Los pros y los contras de la virtualización de computadora por computadora como puede ver en el Recuadro 2 (a la derecha). Cuando los clientes tienen problemas para reemplazar el hardware existente,

SCADA SERVIDOR #1

(RECUADRO 2)

PROS • Solución de bajo coste. • Simplifica el encapsulamiento de aplicaciones.

CONTRAS

• Garantiza la futura migración del hardware.

• No presenta las mismas ventajas que un entorno virtualizado completo.

• Amplía la vida útil de las aplicaciones o servicios.

• No es una solución tolerante a fallos.

Russula recomienda realizar la virtualización máquina a máquina. Es una solución que requiere una baja inversión y garantiza el mantenimiento a corte y medio plazo del sistema informático. Varias plantas del Grupo Celsa han migrado sus servidores y clientes para resolver problemas de compatibilidad generados por el mantenimiento de sistemas heredados.

utilizado principalmente en entornos corporativos. Progresivamente se está aplicando ampliamente en entornos industriales. La virtualización prolonga la vida útil de los sistemas de control y es compatible con los equipos informáticos actuales, evitando las dificultades para mantener los sistemas heredados. �

Conclusiones Históricamente, la virtualización se ha

SCADA SERVIDOR #2

SCADA CLIENTE #1

SCADA CLIENTE #2

ESTACIÓN DE INGENIERÍA

GUEST OS

HIPERVISOR

HOST OS

DISPOSITIVOS DEL CAMPO DISPOSITIVOS MÓVILES

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AUTÓMATAS PROGRAMABLES

ESTACIONES DEL SISTEMA OPERATIVO

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SEGURIDAD DE PLANTA

Las computadoras protegen a los empleados La salud y la seguridad son ahora primordiales ya que las instalaciones industriales quieren proteger a sus empleados y proporcionarles un entorno de trabajo seguro. Proporcionar el equipamiento de protección personal y la formación apropiados son solo dos de las vías para lograrlo. Otro método, que usa los últimos avances en simulación computacional, es predecir las condiciones dentro del entorno de trabajo e identificar todos los potenciales peligros que los trabajadores pueden afrontar. Mediante el uso de esta tecnología, los ingenieros pueden hacer los cambios requeridos para proporcionar un ambiente de trabajo más seguro para la mano de obra. Por Brian Bakowski*

HACE tiempo, la industria del acero tenía una pobre reputación en lo referente a la salud y seguridad de sus empleados. Mirando hacia atrás a los comienzos de la revolución industrial en Estados Unidos, había innumerables condiciones de trabajo inseguras. De hecho, a principios de 1900, el distrito de Allegheny en Pennsylvania perdió más de 500 trabajadores en un año debido a accidentes industriales. Los empleadores estimaron que el 95% de todos los accidentes fueron resultado del descuido de los empleados mientras que la investigación de Crystal Eastman titulada “Accidentes laborales y la Ley” de 1910 proporcionó datos que sugerían otra cosa.(1) Crystal Eastman y su equipo de

Fig 1.Instalación típica de horno de arco eléctrico dual

investigadores indagaron todos los accidentes industriales en la zona de Pittsburgh, Pennsylvania, durante un año. Las tres categorías industriales principales que estudiaron fueron ferrocarriles, minas y acerías siendo estas últimas el mayor sector manufacturero de la investigación. Eastman mostró que de todos los accidentes investigados, aproximadamente el 30% eran culpa del empleador. Continuando su investigación, mostró que aproximadamente el 44% de los accidentes podrían ser achacados al empleado o a un compañero de trabajo. En los casos donde los errores eran achacables al empleado, la investigación mostró que las condiciones en las que ellos trabajaban derivaron en

accidente, citando largas jornadas laborales, calor extremo y ruido. Todo el trabajo de Eastman y otros pioneros de la higiene industrial llevaron a la creación del Departamento de Trabajo de Estados Unidos en 1913 y la creación de la Administración de Seguridad y Salud Ocupacionales (OSHA) en 1970. Modelando una dinámica de fluido computacional El modelado de la dinámica de fluidos computacional (CFD) es la ciencia de predecir el flujo de fluido y la transferencia de calor y masa. Los modelos CFD se usan para simular las condiciones de flujo para una variedad de aplicaciones mediante la resolución de forma numérica de ecuaciones acopladas de balance de masa (ecuación de conservación), flujo (ecuación Navier-Stokes de movimiento) y calor (ecuaciones de transferencia de calor). El enfoque numérico tomado por CFD es para romper la geometría dada en muchas piezas o elementos geográficamente simples o más pequeños. Las ecuaciones pueden ser resueltas para cada elemento con cada elemento comunicándose con su elemento vecino. Las soluciones individuales para cada elemento son entonces combinadas para dar una solución para el volumen total (o dominio).

* SNC Lavalin America, Pittsburgh, Pennsylvania, United States. Brian.bakowski@snclavalin.com www.steeltimesint.com

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SEGURIDAD DE PLANTA

Captura campana

Uno de los usos avanzados del modelado CFD es en el diseño de campanas de captura de emisiones. Antes de usar el modelado CFD, se usaban otros métodos. Un particular conjunto de cálculos, a menudo mencionado como el Método Hemeon, considera el diámetro de la fuente de calor, la temperatura de la fuente y la distancia de la fuente a la campana para calcular el tamaño de la misma y el volumen de ventilación.(2)Este método es adecuado para diseñar la campana de ventilación y el volumen, pero no tiene en cuenta las influencias exteriores como los vientos cruzados. Otro método tradicional es el uso de modelos de agua. Los modelos de agua requieren una versión a escala menor de la instalación que sea construida en Plexiglas u otro tipo de material similar. Entonces el modelo se llena de agua y se introduce un tinte para simular un penacho saliendo de la fuente. Estos modelos son útiles para una aproximación del tamaño de la campana de techo cuando el emergente penacho es visible dentro del modelo. Estos modelos fallan a la hora de predecir el impacto de la temperatura y las fuerzas exteriores sobre el penacho. El modelado CFD cuenta con varias ventajas sobre estos métodos tradicionales. La primera es que el tiempo y dinero requerido para crear un modelo CFD es mucho menos que el tiempo y dinero requerido para un modelo físico. La segunda ventaja es la habilidad para crear un modelo computacional a escala frente a hacer a menor escala las características como sucede con el modelo físico. En tercer lugar, se pueden operar varias opciones rápidamente ya que el tiempo para modificar un archivo ADD es mucho menor que el tiempo requerido para cambiar un modelo físico. La cuarta, la producción Octubre 2017

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Fig 2. Traza de partículas de 20 micrones de plomo

Contaminante

Límite de exposición

Óxidos de hierro (gases)

10 mg/m3

Plomo

50 µg/m3

Gas de manganeso

15 mg/m3

Grafito de espuma

5 mg/m3

Tabla. Límites de exposición a las partículas

de un modelo CFD puede usarse para cuantificar la eficiencia de la captura así como la temperatura, presión y velocidad de los gradientes dentro de la instalación. Problema de partículas Para muchas acerías, la emisión de partículas es una de las principales preocupaciones desde la perspectiva regulatoria y de salud/seguridad. Debido a los problemas de salud, OSHA ha implementado los límites expositivos para el problema de las partículas liberadas dentro de una instalación durante el proceso de fabricación del acero como se muestra en la Tabla 1.(3)

Durante varias fases del ciclo de fabricación del acero se liberan gases de óxido de hierro, plomo y manganeso. La cantidad de plomo y manganeso liberado es muy dependiente de la calidad de la chatarra. Durante el vaciado del alto horno se forma grafito de espuma cuando el óxido de hierro liberado se precipita y forma agujas de grafito. El tamaño de las partículas afecta tanto al movimiento dentro del horno como a su comportamiento en nuestro sistema respiratorio.(4) Usando programas de simulación, podemos predecir de forma precisa la eficiencia de la captura del sistema de control de emisiones durante todos los aspectos del ciclo de producción de hierro y de acero. Fig. 1. representa el modelo geométrico para una instalación típica de horno de arco eléctrico (EAF) dual. Este modelo incluye el límite físico de la instalación, horno(s), laminados interiores, grúas y campanas de ventilación. Se debe dar una especial consideración a los equipos/procesos auxiliares como los precalentadores de la cuchara y máquinas de coladas. Los precalentadores de la cuchara y las coladas generan grandes cantidades de calor, que podrían afectar el movimiento del penacho y la eficiencia de la captura total. Entonces se añaden las condiciones límite para representar varias condiciones del proceso (volumen de ventilación, temperaturas, vientos cruzados, aperturas de techo). Cuando se completa el modelo, el usuario puede predecir de forma precisa la eficiencia de la captura y, con un alto grado de certidumbre, predecir la zona donde las partículas caerán dentro de la acería.

Fig 3. Traza de partículas de 20 micrones de plomo

Captura campana

Zona de caída de plomo

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SEGURIDAD DE PLANTA

Captura campana

Zona de caída de plomo

Fig. 2 representa una traza de partícula de 20 micrones de polvo de metal generado durante una carga de escoria. En Fig. 2, vemos una gran parte de polvo extraído por el sistema de control de emisión y, usando el programa, calculamos la eficiencia de la captura de la campana del tragante de 78%. Fig. 3 y Fig.4 representa la misma traza de partículas con las propiedades de plomo asignadas a la partícula. Comparando Fig. 2 con Fig. 3 y Fig.4, vemos que el polvo de metal queda suspendido durante un periodo más prolongado mientras que el plomo cae sobre la cubierta del horno. Esto es debido a la diferencia de densidad entre los dos materiales. Podemos usar el modelo para desarrollar métodos para incrementar la eficiencia de la captura con el fin de reducir la cantidad de partículas, que migran y se asientan dentro de la acería. Uno de los métodos para incrementar la eficiencia de la captura es añadir volumen adicional al tragante principal. Normalmente, el volumen adicional puede estar disponible mediante la evaluación de la actual configuración de la compuerta y los puntos fijados. Otro método es remover las fuentes de calor de la instalación. Airear esas fuentes (si es posible) podría incrementar la eficiencia de la captura. Fig. 5 ilustra la eficiencia de la captura con un volumen de tragante incrementado del 15% y asume que la cuchara de los precalentadores está ventilada al exterior. El modelo calcula un incremento de la eficiencia de la captura del 85%. Fig. 6 muestra que la misma traza de partículas está en Fig. 5 pero con las propiedades de plomo asignadas a las partículas. Usando el programa de simulación www.steeltimesint.com

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Fig 4. Traza de partículas de 20 micrones de plomo Actividad

Nacional para la Seguridad y Salud Laborales (NIOSH) ha estado formulando recomendaciones a OSHA durante los pasados 40 años. El estrés por calor ocurre cuando los métodos para controlar la temperatura interna del cuerpo comienzan a fallar. Tres factores principales influyen en el grado de estrés térmico que los trabajadores deben aguantar, con el más obvio siendo el clima en el cual los empleados desempeñan sus tareas. Los otros dos son las demandas del trabajo y la ropa. La tradición durante más de 40 años ha sido describir el equilibrio térmico con una ecuación que describe el intercambio de calor entre el cuerpo y el ambiente (4). Esta ecuación es:

Tasa metabolica(W/m2)

De pie

Caminando despacio

115

Caminando moderado

150

Caminando apresurado

220

S = (M + W) + R + C + K + (CRESP + ERESP)+E (Ecuación 1)

Elevando/empaquetando 120 Trabajo de pico y pala

235-280

Trabajo de máquina ligera

115-140

Trabajo de máquina pesada

235

Tabla 2. Tasas metabólicas para actividades seleccionadas

CFD, podemos predecir la actual eficiencia de captura del sistema de control de emisiones. Si se requieren controles adicionales, el CFD puede “medir bien” el volumen y los controles, lo que permite unos ahorros de costes al proyecto. Los ejemplos mencionados demuestran estas capacidades y es una de las fortalezas de la simulación CFD. Estrés térmico OSHA no ha adoptado un estándar específico de calor, pero el Instituto

Donde: S = tasa de almacenamiento de calor M = tasa metabólica W = tasa de trabajo externo R = intercambio de calor radiante C = tasa de intercambio de calor convectivo K = tasa de intercambio de calor conductivo CRESP = tasa de intercambio de calor conectivo por respiración ERESP = tasa de calor evaporado perdido por respiración E = tasa de pérdidas de calor evaporativo Tabla 2 enumera las tasas metabólicas para varias actividades . (5) La vestimenta es un factor importante a considerar cuando se calcula el confort térmico de los empleados. La típica ropa de trabajo en una acería requiere pantalones largos con camisa de manga larga con

Fig 5. Traza revisada de partículas de 20 micrones

Captura campana

Menos partículas migran desde la campana

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SEGURIDAD DE PLANTA

Captura campana

Zona de caída permanece consiste con fig 3 menos caída de plomo

una capucha y chaqueta potencialmente revestidas de aluminio (plateadas). Tabla 3 representa las diferencias entre los valores de aislamiento de la ropa y es representado por el símbolo “clo”. (5) Mirando el modelo creado para un horno arco eléctrico, podemos poner “trabajadores” en varias localizaciones, en este caso, cerca de la máquina de colada, para determinar la cantidad de estrés térmico sobre los trabajadores como hemos visto en Fig. 7 y Fig. 8. En este ejemplo, una tasa metabólica de 120 es asignada para representar las tareas típicas en la colada. Un factor de ropa de 1,37 ha sido asignado para representar al trabajador con una ropa de cortafuegos total. El estrés de calor de un trabajador es

Fig 6. Traza revisada de partículas de 20 micrones de plomo

Vestimenta Icl (clo) Pantalones con camisa manga corta

0.57

Pantalones con camisa manga larga

0.61

Batas, pantalones largos, camisa franela

1.37

La tarea de proteger a los empleados En este caso, para rebajar la temperatura en la máquina de colada, el edificio entero necesita ser evaluado. El perfil de temperatura en Fig. 12 muestra que el calor se acumula por encima de la cubierta de la artesa y necesita medios adicionales para salir del edificio. El ejemplo siguiente añade respiraderos laterales, un conducto de aire refrigerante sobre la artesa y la campana de ventilación sobre la torreta. Fig. 13 ilustra los resultados de incorporar estos cambios. Comparando Fig. 13 con Fig.12, podemos ver un cambio en el perfil de

Tabla 3. Valoración típicos de aislamiento de ropa

Valor PMV

Sensación

-3 Frío -2 Fresco -1

Ligeramente fresco

0 Neutral 1

podemos ver que el trabajador más cercano a la artesa es el que está bajo mayor estrés térmico (completamente “rojo”) como vemos en Fig. 10. El trabajador en el nivel adecuado, como vemos en Fig. 11, muestra el frente del trabajador como “rojo” indicando la porción frontal del cuerpo caliente mientras que las piernas y la espalda están en “naranja” representando una sensación cálida. Podemos usar el programa de simulación CFD para desarrollar una estrategia de alivio del estrés térmico en los trabajadores. Fig. 12 es un perfil de temperatura en la línea central de la colada. En este perfil podemos ver las temperaturas elevadas por encima de la artesa, zona de girado y en el enderezador.

Ligeramente caliente

2 Caliente 3 Calor

Tabla 4. Escala térmica Fig 7. Trabajador

Fig 8. Trabajador cerca de la artesa

Trabajadores Trabajadores

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100 Porcentaje de instisfacción térmica (%)

evaluado usando el Índice de Comodidad Térmica (PMV). El PMV se refiere a la escala térmica que va desde frío (-3) a calor (+3) desarrollado originalmente por Ole Fanger. (5) Esta escala se muestra en la Tabla 4. Es importante apuntar que el PMV es muy subjetivo y es una respuesta media procedente de un gran grupo de gente. Fig. 9 representa la distribución de la satisfacción entre el mismo grupo de muestra. (5) Evaluando el estrés térmico en los empleados con rojo indicando “calor” (+3),

1 -2

-1.5

-1 -0.5 0 0.5 1 Índice de Comodidad Térmica

Fig 9. Porcentaje de insatisfacción térmica

1.5

temperatura a lo largo de la máquina de colada. En Fig. 12, podemos ver que la temperatura del aire sobre el enderezador y la torreta alcanza aproximadamente 140 deg F. En Fig. 13, vemos que la temperatura en las mismas áreas alcanza aproximadamente 120 deg. F. Echando un vistazo con detalle al empleado sobre la cubierta de la artesa podemos ver que los respiraderos de aire de refrigeración dan el mismo confort como lo visto en Fig.14. El frente del trabajador todavía sigue en rojo mientras que la espalda está en verde www.steeltimesint.com

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SEGURIDAD DE PLANTA

Porción frontal del cuerpo caliente (rojo) mientras que las piernas y la espalda están en “naranja”

Fig 10. Estrés térmico del trabajador de la artesa

Fig 11. Estrés térmico del trabajador

Nueva campana de extracción y canal Nuevos respiraderos laterales Cuchara Artesa Enderezador

Torreta

Nuevos respiradores de enfriado

Fig 12. Perfil de temperatura

Fig13. Perfil revisado de temperatura

Tren superior y piernas están por debajo del estrés térmico (rojo)

Respiraderos Tren superior y piernas permanecen bajo estrés térmico

Brazos, piernas y espalda están bajo menos estrés (amarillo)

Efectos del aire de enfriamiento muestran que la espalda del empleado es “neutral” opuesto a “caliente” (rojo)

Fig 14. Estrés térmico revisado del trabajador de la artesa

indicando una sensación neutral. Comparando Fig. 15 to Fig. 11, podemos ver que el trabajador en el nivel adecuado también ha experimentado un alivio del estrés térmico. A pesar de que la OSHA no tiene un estándar específico para los ambientes laborales de alto calor, según la OSHA, los empleadores tienen el deber de proteger a los empleados de los peligros reconocidos en el lugar del trabajo, incluyendo los riesgos relacionados con el calor. (6) Usando los programas de simulación, podemos determinar el nivel de estrés térmico de los trabajadores y diseñar vías para reducir la temperatura en el lugar de trabajo. Conclusión El modelado CFD ha sido una herramienta efectiva para asistir en el diseño de sistemas de control de emisiones durante más de una década. El programa también ha Octubre 2017

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Fig 15. Estrés térmico revisado del trabajador

sido usado para modelar escenarios “qué pasaría” para determinar la mejor eficiencia de captura alcanzable dentro de los límites de un sistema existente. El CFD también puede ser usado para predecir el confort térmico de los trabajadores. Eastman mostró en su investigación que el ambiente en el cual los empleados trabajan contribuyó a la frecuencia de accidentes. Entre varios de los ambientes estudiados, temperaturas extremas estaban entre las precondiciones para los accidentes. El CFD fue usado para poner en marcha escenarios “qué pasaría” para determinar la mejor manera de liberar el estrés térmico de los trabajadores. Se puede unir el CFD con ingenieros de procesos experimentados para proporcionar una mejor calidad del aire interior y un ambiente de trabajo más seguro. �

Referencias

1. Eastman, C, Work Accidents and the Law, Charities Publication Committee, New York, NY, 1910 2. American Conference of Governmental Industrial Hygienists, Industrial Ventilation, A Manual of Recommended Practice for Design, 26th Edition, ACGIH, Cincinnati, OH, 2007 13. https://www.osha.gov/pls/ oshaweb/owadisp.show_document?p_ table=STANDARDS&p_id=9992mber 4. Plog, Barbara A, Niland, Jill, Quinlan, Patricia J., Fundamentals of Industrial Hygiene, Fourth Edition, National Safety Council, July, 1996 5. American Society of Refrigeration and Air Conditioning Engineers, 1989 ASHRA Handbook: Fundamentals, ASHRAE, Atlanta, GA, 1989 6. http://osha.gov/SLTC/heatillness/ heat_index/ www.steeltimesint.com

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ACERO AUTOMOVILÍSTICO

Desarrollando grados de acero automovilístico Los fabricantes de coches están continuamente evolucionando y desarrollando nuevas soluciones para hacer mejores coches, que sean más eficientes en el consumo de combustible, asequibles y más seguros. El desarrollo de grados de acero es un contribuyente clave respecto a la evolución de la industria automotriz. Ha habido una gran cantidad de cambios en los grados de acero automovilístico en los últimos años, y los fabricantes de acero deberían estar preparados para abastecer a la creciente industria automotriz, especialmente en Asia, donde el mercado de vehículos ligeros ha ganado popularidad. Alain Genaud* subraya cómo los materiales y los grados de acero han cambiado y cómo la demanda se espera que cambie en el futuro. DURANTE varias décadas, el sector automotriz ha estado bajo continua presión para desarrollar un nuevo concepto para la mejora del desempeño y la satisfacción del cliente. El acero se ha vuelto, muy rápidamente, el material elegido. Simultáneamente, la prioridad de los fabricantes de automóviles para las propiedades materiales del acero ha cambiado progresivamente durante los últimos 50 años. Cambio de prioridades En la década de los 70, la prioridad era la maleabilidad para alcanzar el diseño apropiado. En la década de los 80, la resistencia a la corrosión fue el parámetro

clave para una mejor durabilidad. La década de los 90 se dedicó a la seguridad, ya que se introdujeron más y más estándares de seguridad drásticos. Con el nuevo milenio, el cambio climático se convirtió en la gran preocupación, impulsando a los fabricantes a afrontar la cuestión del control de las emisiones Fig. 1). Actuales tendencias del acero Se puede considerar que las cuestiones de la maleabilidad y la corrosión han sido resueltas, por lo tanto los fabricantes de coches pueden enfocarse en la reducción del peso mientras continúan mejorando la seguridad. La cuestión del peso llevó al desarrollo de numerosos nuevos grados de

EURO 4 EURO 3

CO2 EURO 2

PRIMER TEST DE HOMOLOGACIÓN SEGURIDAD EUROCONCAP

12 AÑOS EUROPA CORROSIÓN

OBJETIVO DE NORTEAMÉRICA (10-5) CÓDIGO DE ANTICORROSIÖN DE CANADÁ

1970

acero. (Fig. 2). Los nuevos grados de acero con propiedades mecánicas muy fuertes permiten un significativo ahorro de peso. Para optimizar el peso con propiedades específicas, cada grado está dedicado a una parte específica de la carrocería (BIW). Por ejemplo, un lateral tendrá que resistir con fuerza un choque lateral mientras una parte estructural frontal está diseñada para absorber un choque frontal y preservar la integridad interior del coche. Para alcanzar estos objetivos, el rango de acero de alta resistencia se ha ampliado con varias familias como el acero avanzado de alta resistencia (AHSS como grado de fase dual), el acero de máxima resistencia (UHSS como fase compleja o grados martensíticos) o el acero templado en prensa (PHS como acero al boro).

1980

1990

2000

2010

La respuesta de los fabricantes de acero Los coches del futuro deben ser seguros, respetuosos con el medio ambiente, duraderos y baratos. Como resultado, los requisitos para el acero de estos coches deben ser: • Acero de alta resistencia para limitar el peso y preservar la seguridad • Galvanizado para que dure • Producido con costes operativos reducidos

Fig 1. Evolución de las prioridades comparado con las prioridades de los fabricantes de coches

*Alain Genaud, Ingeniero de ventas, Fives Stein, una subsidiaria de Fives (Francia), Alain.Genaud@fivesgroup.com www.steeltimesint.com

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ACERO AUTOMOVILÍSTICO

MS CP

Referencia peso=1980

EFECTO TWIP

100

EFECTO TRIP

TRIP

AI-K

HSLA

* Descubrimiento

Index (%)

TWIP

LOW C

PATENTEENFRIAMIENTO

BORON

Desarrollo

•

BH V

HSLA

AI-K

% Acero lacado

AI-K

% Acero LSS 50

0 80

Year 50

Fig 2. Esquema de numerosos nuevos grados de acero creados desde los 1990

Proceso tecnológico Las líneas de proceso de banda y el proceso tecnológico desempeñan un papel significativo en el desarrollo de grados de acero automovilístico. Durante años, las tecnologías de líneas de proceso de banda han evolucionado para cumplir con los nuevos requerimientos de grados de acero. Para alcanzar las propiedades mecánicas deseadas de los nuevos grados de acero, necesitamos trabajar a lo largo de toda la ruta de proceso comenzando con la fabricación del acero líquido y finalizando con el laminado en frío en procesamiento. En la fase de fabricación del acero, los elementos de aleación deben ser escogidos de manera apropiada y también limitados con el propósito de reducir el gasto operativo (OPEX). Durante la laminación, varios parámetros son críticos (por ejemplo, la temperatura de laminación en caliente, la tasa de enfriado tras la laminación en caliente o el cociente de reducción en un laminado en frío). El tratamiento térmico durante la etapa final determina las propiedades mecánicas de las bobinas y esto creó un cambio drástico en el diseño de los hornos durante la década de 2000. Antes de esto, un simple ciclo de calor (calentamiento, corta homogeneización y enfriamiento simple) previo al crisol de zinc era suficiente para obtener las propiedades mecánicas deseadas con la mayoría de grados de acero. Posteriormente, los nuevos grados de acero demandaron ciclos y tecnologías Octubre 2017

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las propiedades mecánicas del acero. Para el calentado, la temperatura de recocido es un parámetro clave. La temperatura de recocido puede ser más alta que la aplicada actualmente (860ºC max) para los nuevos HSS (900ºC y más). En la operación industrial, la vía para alcanzar esta temperatura de recocido más alta no afecta a las propiedades mecánicas del acero. Una velocidad de calentamiento más alta (> 600°C/seg) podría tener influencia, pero no es una solución industrial viable hoy en día. En lo que a la homogenización se refiere, el tiempo no es clave para los aceros de baja aleación, pero es muy relevante para los HSS tener un tiempo prolongado de homogenización (30 segundos o más) para alcanzar la apropiada recristalización.

térmicas más sofisticados. Hoy, podemos identificar tres hitos: • 2000: grados de fase dual que pedían fases de rápido enfriamiento • 2007: nuevos grados, como el TRIP, deben ser procesados en la misma línea de galvanización continua (CGL) que procesa el acero de grado DP. Esto demandaba unas funciones específicas adicionales como sobreenvejecimiento y recalentamiento por inducción. Debido a que estos nuevos grados de acero tienen algunos elementos de alta aleación, también requieren un tratamiento específico (como una oxidación selectiva) para permitir un revestimiento apropiado de zinc. • 2012: altas propiedades mecánicas (> 1000 MPa) usando grados de acero multifase, como Q&P (Enfriamiento y partición), requiere un tratamiento de calor adicional después de la homogeneización junto a una temperatura de recocido más alta. Parámetros de ciclo térmico e influencia Cada etapa del ciclo térmico afectará a

Aumentando la complejidad El desarrollo de nuevos grados HSS incrementa la complejidad después de la fase de homogenización del proceso, ya que los requerimientos del ciclo térmico son diferentes para cada familia de HSS (Fig. 4).

Austenita AC3

Si, Al, P,Nb

Si, Al, P Ferrita

Temperatura

La producción de nuevos grados de acero para la industria automotriz a través de un proceso industrial robusto con el fin de asegurar las propiedades mecánicas idénticas de manera consistente es en sí mismo un reto para los productores de acero (Fig. 3).

Fig 3. Evolución de los grados de acero automovilístico

AC2

Si, Al, P

Perlita Si, P

Deformación

Bainita

C, Mn, Cr

M (DP acero) C, Mn, Si, Cr, Mo, Ni, Nb

C, Mn, Cr, Mo, Ni, Al, (P/Nb), B Al, Si Precipitación de carburo en la región de bainita

Acero RA (TRIP)

RT Acero DP

Martensita

C, Mn, Cr, Mo, B

Acero M (RA (TRIP)

Tiempo

Fig 4. Influencia de los elementos de aleaciones sobre TTT

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ACERO AUTOMOVILÍSTICO

Temperatura

DP y TRIP y Q&P en una línea

AC3

Ciclo TRIP Ciclo DP Ciclo Q&P

AC1 RTF

SCS

Frío Flash

OAS

Tras enfriamiento en el crisol

Tiempo

Fig 5. CGL para producir DP, TRIP y Q&P

Υ Υ

Υ LG Gota de Zn

Υ SG

Steel substrate

Gota de Zn Óxido Sustrato de acero

(a) Buena humidificación (Θ<90°C)

(b) Mala humidificación (Θ<90°C)

Fig 6. Defecto de punto descubierto

Por ejemplo: • El acero de grado de fase dual (DP) necesita un enfriamiento rápido para retener su fase martensítica y tiempo mínimo tras el enfriamiento para alcanzar el crisol de zinc. En el caso de que se instale una sección de sobreenvejecimiento en el horno para evitar costosos elementos de aleación adicionales, el DP debería ser sobreenfriado (a cerca de 270ºC) y posteriormente recalentado a 460ºC justo antes de alcanzar el crisol de zinc. • El acero TRIP no necesita elevadas velocidades de enfriamiento, pero necesita un tiempo de sobreenvejecimiento (cerca de 40-60 seg) para estabilizar la austenita. • La fase compleja, como el acero Q&P necesita un rápido enfriamiento (temple), recalentado y finalmente un sobreenvejecimiento para estabilizar la austenita. Por lo tanto, una línea de galvanizado continuo (CGL) necesita tener una flexibilidad suficiente para procesar todos estos grados (Fig. 5), ya que las cosas se han vuelto más complejas tras la sección de homogenización. Normalmente, esta parte debería incluir (como básico o provisión): • Una posibilidad de enfriamiento lento con provisión para propósito dual (lento enfriamiento u homogenización pura) www.steeltimesint.com

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• Una sección de enfriamiento ultrarrápida para alcanzar una velocidad alta de enfriamiento • Un calentamiento por inducción para recalentar el CP tras el temple • Una sección de sobreenvejecimiento • Un calentamiento por inducción para recalentar el DP tras el sobreenvejecimiento.

YS> 800 MPa) incluyen un alto contenido de elementos de aleación como Si o Mn. Estas aleaciones son muy sensibles a la oxidación en los hornos de atmósfera HNx estándar, por lo que es muy difícil reducir en las fases subsiguientes. Si no se cuentan con contramedidas, el resultado podría ser una mala “humectabilidad” del zinc en la barra, lo que resulta en el llamado “defecto de punto descubierto” (Fig. 6). Oxidación selectiva Para evitar estos defectos, se debe implementar la oxidación selectiva. El objetivo es oxidar la aleación del Si o Mn dentro de la banda y no sobre la superficie y/o preoxidar el Fe (lo que es fácil reducir después) sobre la banda para evitar la formación de óxido de Si-Mn sobre la superficie de la banda. Hay varias formas de proceder y los dispositivos necesarios son incorporados en la sección de calentamiento. Las diferentes tecnologías están disponibles de acuerdo a los grados de acero que deben ser procesados y con el marco para situarlo. Incluye: Vía de oxígeno: • Con llama de calentamiento directa operando con exceso de aire • Pulverización de oxígeno sobre la banda Vía de agua: • Control de punto de condensación de atmósfera • Inyección en chorro sobre la banda

Aspectos de la superficie Los nuevos grados de HSS (típicamente para

�23

Un nuevo CGL En el desafiante mercado de hoy en día,

Fig 7. Línea NeoKoil en el Grupo Baotou Iron and Steel

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ACERO AUTOMOVILÍSTICO

Motores adelante SE estima que más del 75% de las nuevas camionetas en Estados Unidos tendrán una carrocería de aluminio en un futuro no muy lejano. La camioneta Ford F150, por ejemplo, lleva una carrocería de aluminio. Con la amenaza de grandes proporciones que plantea el “milagroso metal”, la industria del acero ha desplegado una considerable investigación y desarrollo en los últimos cinco años en el acero avanzado de alta resistencia (AHSS) y sería justo decir que, como resultado, el acero sigue pintando mucho en lo referido al suministro de metal de la industria automotriz. Según la Asociación Mundial del Acero (Worldsteel) los aceros avanzados de alta resistencia se emplean en la actualidad en casi cada nuevo diseño de automóvil. Se asegura que el AHSS permite a los fabricantes de coches reducir el peso del vehículo entre un 25% y 39% cuando se compara con el acero convencional, y que el peso total de un típico coche familiar de cinco pasajeros se podría reducir entre 170g a 270g, lo que en una vida de uso podría ahorrar de 3 a 4,5 toneladas de emisiones de gases de efector invernadero (GHGs). Sorprendentemente, este dato representa más de la cantidad total de CO2 emitida durante la producción de todo el acero del vehículo, asegura worldsteel. La automoción es un mercado clave para los fabricantes de acero a lo largo del mundo, por eso es tan importante que los principales fabricantes de acero estén invirtiendo grandes cantidades en el desarrollo de instalaciones en su país y en el exterior, y, donde es necesario, estableciendo compañías conjuntas para servir a la industria automotriz. AHSS en ascenso En EE.UU., la firma de investigación de mercado Market and Markets indicó recientemente que el AHSS supuso 14.270 millones de dólares de ventas en el mundo y se espera que el crecimiento llegue a los 21.170 millones de dólares hacia 2021. El AHSS es más ligero y fuerte que los aceros convencionales, lo que no solo significa coches más ligeros sino menores emisiones.

En EE.UU., el Estándar Empresarial Promedio de Ahorro de Combustibles (CAFE), que se introdujo en 1975, está diseñado para mejorar el promedio de ahorro de combustible de los coches y camionetas. Durante el mandato del presidente Barack Obama, la Agencia de Protección Ambiental de EE.UU. (EPA) estableció un objetivo (para coches y camionetas) de un promedio para toda la flota de 54,5 mpg para 2025; pero ahora que Donald Trump es presidente puede que esta norma sea revisada a la baja, ya que “el Donald” quiere hacer a la industria automotriz “grande de nuevo”. Trump ya ha anunciado planes para reexaminar las normas de eficiencia de combustible de la era Obama para los coches y camiones, una decisión que fue bien recibida por el Instituto americano de Hierro y Acero (AISI). El presidente y consejero delegado de AISI, Thomas J Gibson, dijo que AISI estaba encantado de que la Administración hubiese retirado la determinación final de los estándares de emisiones para vehículos ligeros de la EPA emitida en enero. Él señaló que espera un diálogo entre la EPA, la Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en Autopistas, el Comité de Recursos Aéreos de California, fabricantes de coches y otros participantes relevantes en la Evaluación de medio plazo. Según Gibson, la industria del acero está invirtiendo en nuevos grados de acero ligeros y de alta resistencia para ayudar a los clientes automovilísticos a reducir las emisiones y mejorar el desempeño de la eficiencia del combustible. “Confiamos que conseguir que la asociación entre el gobierno y los participantes se vuelva a poner en marcha resultará en un plan para el futuro que proteja el medio ambiente mediante el establecimiento del sentido común, implementando un programa nacional para los estándares CAFE y GHG”, dijo. La producción de coches en Reino Unido marcó su récord de los últimos 17 años en 2016 debido a una demanda global excepcional, según los datos recientes divulgados por la Sociedad de Fabricantes Comerciantes del Motor (SMMT). Los datos

muestran que en RU se produjeron 1,7 millones de coches el año pasado y que el 78,8% fueron exportados (a Alemania, Francia y Holanda). La producción de coches en India se espera que salte de 3,6 millones de unidades a 7,3 millones de unidades entre 2014 y 2020. Al mismo tiempo, la industria del acero india está planeando triplicar el valor de la producción de acero y adquirir la tecnología para fabricar productos de mayor valor, como el acero automovilístico. automovilístico. Joint venture Se dice que ArcelorMittal está en el proceso de establecer una joint venture con la Autoridad del Acero de India (SAIL) para desarrollar conjuntamente una planta de acero para automoción en India antes de mayo de 2017, a pesar de que ha habido cuestiones vinculadas con la producción que están retrasando el progreso. Los planes entre las dos firmas han estado en la cartera durante algún tiempo. El objetivo es construir una planta de acero automovilístico de 897 millones de dólares combinando instalaciones de laminado en frío y procesos posteriores fabriles en India, posiblemente dentro de uno de los cuatro principales conglomerados automovilísticos en país, con la vista puesta en abastecer el mercado automovilístico de rápido crecimiento de India. Según un informe en línea de Market Realist, la industria automotriz de China es la segunda mayor consumidora de acero y muy cerca de la inmobiliaria. Las ventas de coches en 2016 totalizaron 28 millones de unidades que representaron un incremento del 13,7% respecto a los datos de 2015. Se argumenta que unas mayores ventas automovilísticas en China es un buen presagio para la demanda global de acero. ‘Un salto adelante tecnológico’ Para probar que la industria del acero está invirtiendo en plantas de acero automovilístico, no hace falta más que mirar a Austria, donde el fabricante líder mundial de acero Voestalpine abrió recientemente la primera instalación de phs-directform del globo en Schwäbish

* Editor, Steel Times International Octubre 2017

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ACERO AUTOMOVILÍSTICO

Están sucediendo muchas cosas en el mundo del acero automovilístico. Mientras mucha gente ha destacado el aluminio, el “metal milagroso”, como el siguiente gran paso para los fabricantes de coches, la industria del acero no ha ignorado el claro y presente peligro para su subsistencia. Por Matthew Moggridge*

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Gmünd en Alemania. La compañía describe la instalación como un “salto adelante tecnológico en la construcción de una industria de la automoción ligera”, y asegura que un fabricante europeo de automóviles de alta gama depende del proyecto para fabricar sus componentes de carrocería de muy alta resistencia en un solo paso. Según Voestalpine, su nueva tecnología permite que sean producidas en un “proceso directo” partes de la carrocería templadas a presión, de ultra alta resistencia y resistentes a la corrosión en láminas de acero galvanizado, lo que significa un paso sencillo que incluye tratamiento térmico y formación final. El resultado final es componentes extremadamente ligeros, duros y seguros como rigizadores, paneles laterales y elementos de la puerta. Voestalpine está planeando inversiones posteriores para expandir la nueva instalación, que está localizada en BadenWürtemberg, para gestionar el pedido de 250 millones de euros del fabricante de automóviles de alta gama anteriormente mencionado. Peter Schwab, miembro del consejo de dirección de Voestalpine, dijo que el trabajo intensivo de investigación y desarrollo de su compañía le ha dado una “ventaja tecnológica” que la hace capaz de cumplir con “las siempre crecientes demandas de la industria automotriz”. “El gran pedido actual confirma nuestro liderazgo en el desarrollo de componentes automovilísticos de alta gama en la construcción ligera”, dijo Schwab. El pedido es para un rango de piezas de carrocería estructurales y exteriores de alta gama para una serie de coches deportivos y vehículos eléctricos, que comenzará su producción este verano. Schwab dijo que está encantado de que la tecnología directform de Voestalpine haya permitido a la compañía asegurarse un pedido de tal tamaño tan pronto como la instalación fue puesta en marcha. “No solo somos capaces de producir componentes listos para instalar, sino que también producimos complejos módulos de carrocería según los diseños de nuestros clientes”, añadió. Octubre 2017

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ACERO AUTOMOVILÍSTICO

Nuevo acero automovilístico En la República Checa, ArcelorMital Ostrava ha anunciado que está produciendo un “nuevo acero” para el sector aumotriz. El laminador de perfiles medianos de la planta está produciendo barras planas que serán usadas para hacer suspensiones de ballesta, utilizados en el sistema de suspensión de los coches. Mientras que barras planas para suspensiones de ballesta ya están siendo fabricadas en las instalaciones de ArcelorMitall en Canadá, Sudáfrica y Brasil, la planta de Ostrava es la primera en Europa. Para ArcelorMittal Ostrava todo se centra en aumentar su competitividad y subrayar el compromiso de la compañía con la investigación y desarrollo en el mercado automovilístico, según el consejero delegado Vijay Mahadevan. “La producción de barras para la industria automotriz representa otro paso en nuestros esfuerzos hacia una cartera de productos de alto valor añadido”, dijo.

conectores de aire, en tamaños de 50mm a 100mm de ancho y 5 mm a 50mm de grosor. ArcelorMittal asegura ser un líder tecnológico en productos AHSS y dice que un quinto de la producción global de coches está hecha con acero de ArcelorMittal y que el 19% de sus ingresos proceden del negocio de automóviles de la firma.

El laminador de perfiles medianos de Ostrava puede producir 750 kt/año de productos de acero, incluyendo una variedad de productos largos laminados en caliente para la industria de la construcción. Una reciente inversión de 7,4 millones de euros ha permitido al lugar producir barras roscadas cuyo tamaño va de 15mm a 75mm y que son usadas en edificios, construcciones subterráneas y estructuras geotécnicas, asegura la firma. Para la producción de suspensiones de ballesta y otros componentes parecidos, Ostrava producirá sus propias barras planas de acero al cromo-vanadio de baja aleación. Según la compañía, “la requerida dureza y resistencia se alcanzan mediante un tratamiento especial de calor, temple y revenido”. Se ofrecerán los tres perfiles básicos de barras planas, de parabólicos a suspensiones de ballesta múltiples y

crecimiento rentable” en el país. Además de la planta en construcción de chasis y componentes de TK cerca de Budapest, la empresa está planeando construir otra planta automovilística y de componentes en Debrecen, al este de Hungría, con la construcción comenzando en primavera en un emplazamiento de unos 20.000 metros cuadrados. La fábrica producirá más de seis millones de muelles helicoidales y estabilizadores a partir de 2018 y abastecerá a “renombrados fabricantes de equipos originales”, según la firma. TK, que asegura ser uno de los suministradores de materiales y componentes para la industria automotriz líderes del mundo, cree que Hungría está creciendo en importancia, y no solo para la producción. La empresa también opera un centro de desarrollo de software para tecnologías de dirección en Budapest

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Hungría para la industria automovilística Hungría, según Karsten Kroos, consejero delegado del negocio de tecnología de componentes del fabricante de acero alemán Thyssenkrupp (TK), se ha convertido en un relevante enclave europeo para la industria automotriz. Él dijo que la producción de coches en el país se ha duplicado hasta más de 500.000 vehículos ligeros (producidos en 2016) y con esto en mente, el negocio de componentes de TK está persiguiendo una “estrategia de

donde 500 ingenieros de software están trabajando duro para desarrollar soluciones para sistemas de dirección asistida electromecánica, así como para dirección electrónica y sistemas de asistencia al conductor en preparación para los coches sin conductor. Innovación La innovación es crucial para cualquier empresa acerera que se precie y espere hacer negocios en el sector automovilístico. Hablando en la apertura de la última línea de Tata Steel para piezas soldadas a medida en el centro de servicios automovilísticos de Tata Steel en Wednesfield, West Midlands, Reino Unido, Laurence Davies, consejero delegado de la Organización de Inversión Automovilística del Departamento de Comercio Internacional y miembro de la Orden del Imperio Británico, comentó: “Es fantástico ver compañías, como Tata Steel, invirtiendo en instalaciones fabriles de última generación”. La actividad automovilística de Tata Steel en R.U. se amplía a numerosos lugares. El acero laminado en frío es producido en la planta de la firma de Port Talbot en Gales del Sur y es galvanizado en la cercana planta Zodiac, de clase mundial, situada en Llanwern. El acero listo para procesar es entonces suministrado directamente a los fabricantes automovilísticos o enviado a lugares como el centro de servicios de Wednesfield para un procesamiento posterior. Se dice que el de Wednesfield es uno de los pocos sitios en el mundo con una línea de soldadura robotizada capaz de triplicar su capacidad de producción de piezas soldadas a medida, lo que permite a los fabricantes hacer unos vehículos más ligeros con menores emisiones. Se usan normalmente en paneles de puerta de coches. Tata Steel dice que la nueva línea es la más rápida, grande y eficiente en el mundo y puede soldar más de 1.000 piezas de coches cada hora. En febrero, cuando Tata Steel abrió su centro de servicios de Wednesfield, también estaba cerrando un gran acuerdo con Liberty House Group (LHG), con sede en Reino Unido. LHG había adquirido el negocio de Aceros Especiales de Tata Steel en R.U. por 100 millones de libras y ahora está perfectamente situado para expandir su gama de productos de manera significativa. Recientemente se anunció que Tata www.steeltimesint.com

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ACERO AUTOMOVILÍSTICO

Steel en Europa había ganado el premio de Excelencia de Calidad de Coches Volvo, marcando 60 años de cooperación entre el fabricante de acero y el de coches. Tata es el primer productor de acero en ganar ese galardón. Johan Casparsson, director de cuentas globales (automoción) de Tata Steel, dijo: “Es crucial para nosotros enfocarnos de manera consistente en la alta calidad de nuestro acero, junto a los niveles excepcionales de nuestro apoyo técnico. Es nuestra máxima prioridad”, dijo. “Centro de excelencia” automovilístico Liberty Vehicle Technologies, parte de Liberty House Group, planea invertir 10 millones de libras en un centro de excelencia automovilística en Leamington Spa. La instalación de 50.000 pies cuadrados abrirá a principios de 2018 y está diseñada para “impulsar la potencia de desarrollo tecnológico del Grupo y expandir y fomentar su actual capacidad de fabricación en el mercado avanzado de componentes de automoción”. LHG también desveló el ‘T1 Evo by Liberty’, un “hipercoche” que destaca las fortalezas de ingeniería del grupo. Sanjeev Gupta, presidente ejecutivo de Liberty House Group y GFG, de los cuales Liberty House Group es miembro, dijo que Gran Bretaña tiene una vibrante industria de manufacturación de vehículos que hizo más de 1,7 millones de coches y 93.000 vehículos comerciales el año pasado. El

desarrollo de un centro de excelencia automovilístico, dijo, mostró la intención de su compañía de liderar el renacimiento de Reino Unido en el sector de componentes de coches. Gupta acaba de lanzar un nuevo negocio de aceros especiales, Liberty Speciality Steels, liderado por prominentes figuras de la industria de los metales, como Jon Bolton, el consejero delegado de la compañía. Ir más allá El fabricante de acero surcoreano POSCO ha desarrollado un “giga acero”, un producto que dice ser más ligero y resistente que los aceros convencionales. Kwon Oh-joon, presidente de POSCO, asegura que el giga acero es tres veces más fuerte que el aluminio y más ligero que el acero común. Ahora mismo hay 17 productos de giga acero listos para su uso comercial. Giga acero es de gran resistencia y está clasificado a más de un gigapascal. POSCO asegura que es el único fabricante de acero que comercializa acero de plasticidad inducida (TWIP), conocido como “acero de ensueño”, por su alta resistencia y formabilidad. TWIP es un tipo de giga acero y se utiliza para los parachoques delanteros y traseros. Es lo suficientemente duro como para aguantar 100 kilos de presión por milímetro cuadrado. El fabricante de acero surcoreano también produce acero formado en prensa caliente (HPF), un tipo de giga acero,

clasificado como 2 gigapascales, que puede aguantar más de 150kg por milímetro cuadrado de presión. La producción de HPF es exclusiva para POSCO. El año pasado POSCO vendió 9MT de acero automovilístico, que es cerca de un 10% del mercado, según un informe en línea de The Investor. Después de 2018 planea vender 10Mt. Corea del Sur es el 10º mercado automovilístico más grande del mundo y fue el quinto fabricante del mundo en 2015. En China Baotou Iron and Steel Group (BISG), conocido como Grupo Baogang, ha contratado al especialista en tecnología de producción de acero frances Fives para encargarle dos líneas de galvanizado continuo para producir un amplio abanico de aceros automotrices de alto valor añadido. Fives ha diseñado y suministrado dos líneas completas de galvanizado continuo y hornos para dos líneas de recocido en continuo y está proporcionando apoyo técnico a largo plazo al gigante acerero chino. Fives mantiene una posición de liderazgo en líneas de tratamiento de laminación, según Wang Jian Gang, director de planta de BISG. “Fives ha sido un socio estratégico de Baotou Iron and Steel Group durante muchos años, y nos ha dejado una gran base para entrar en el mercado del acero automovilístico de alta gama”, dijo. �

� 19 Desarrollando grados de acero automovilístico Un nuevo CGL En el desafiante mercado de hoy en día, es importante para los fabricantes de acero operar herramientas de producción flexible con capacidades para adaptar su producción a las demandas del mercado. Por consiguiente, un nuevo CGL debería ser tanto flexible como versátil para incorporar nuevos aspectos metalúrgicos y la demanda de un amplio rango de productos. La configuración y el diseño del horno es clave para el control flexible del proceso con el fin de adaptarse a los productos de alto valor añadido actuales y futuros. La provisión de capacidad de sobreenfriamiento y sobreenvejecimiento es una decisión segura hoy en día para los actuales grados automovilísticos AHSS como el DP, TRIP y Q&P. www.steeltimesint.com

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Pensando en el futuro Dependiendo de la elección de la configuración inicial del producto, es inteligente adoptar algunas provisiones para ser capaz de implementar algunas características adicionales en el futuro y desarrollar productores adicionales en la misma línea, por ejemplo: • Provisión de espacio para una sección adicional de sobreenvejecimiento • Provisión de espacio para añadir un equipamiento GA en el caso de que no sea incluido en la fase inicial • Provisión de espacio para combinar CGL y CAL Fives y Baotou Iron and Steel Recientemente, Fives (Francia) y Baotou Iron and Steel Group (China) pusieron

en marcha dos líneas completas de galvanización continua para producir un amplio rango de acero automovilístico de alto valor añadido (Fig. 7). Ambas líneas de galvanización continua (CGL) tienen una capacidad anual de 417kt y pueden producir un amplio rango de bobinas de acero expuestas y no expuestas. Las tecnologías patentadas de Fives y el equipamiento para ambas líneas incluyen un equipamiento de terminal completo, secciones de desengrasado, hornos verticales, sistemas de combustión y enfriamiento, tratamiento posterior, trenes de ajuste y niveladores de tensión, recorte lateral y software de gestión de procesos. El equipamiento clave del proceso presenta ventajas significativas que mejoran el desempeño, la operación y el mantenimiento. � Octubre 2017

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El nuevo Consteel reformado, el lado del carro

Carga continua de chatarra Ori Martin ha completado la reforma y la modernización del primer Consteel europeo y la instalación de un sistema de recuperación de calor en la línea primaria de gas de escape de Consteel, para recuperar la energía térmica remanente en el gas de escape para la producción de vapor usado para la calefacción urbana y para alimentar el turbogenerador ORC para generar electricidad. Por N Monti* & U De Miranda** CON el propósito de aumentar la flexibilidad de la acería y reducir el coste de la producción de acero, Ori Martin ha entregado y puesto en marcha con éxito la reforma de su primer Consteel europeo junto con la instalación de un sistema de recuperación de calor en la línea primaria de descarga de gas de salida del nuevo Consteel. La instalación conjunta de la última tecnología Tenova ha mejorado de manera significativa el rendimiento del horno de arco eléctrico (EAF) Consteel y, gracias al nuevo sistema iRecovery, una importante cantidad de energía térmica ahora se recupera y se distribuye en la red de calefacción urbana de la ciudad de Brescia durante el invierno y sirve para alimentar un turbogenerador ORC para generar electricidad para uso interno de Ori Martin.

La nueva instalación permite a Ori Martin tener una de las plantas de fabricación de acero más amigables con el medio ambiente y eficiente energéticamente en el mundo. La nueva Consteel Los principales objetivos del proyecto incluyeron la optimización de la eficiencia energética y la mejora del rendimiento ambiental de la planta, que está localizada cerca del centro de la ciudad de Brescia, mientras mantiene la producción enfocada en aceros especiales y la mejora de la calidad del producto. Se han realizado numerosas pruebas conjuntas entre el equipo de Ori Martin y los departamentos de Ingeniería y Procesos de Tenova. La prueba ha subrayado la necesidad de pensar el diseño de la nueva Consteel, que

tiene como objetivo reducir el consumo energético y mejorar el rendimiento operacional de los equipos de fusión de acero. El nuevo proyecto Consteel se basa en los siguientes conceptos fundamentales: • reequilibrio de los dos principales componentes de la unidad de fusión (Consteel y EAF) para alcanzar la productividad de manera eficiente y continua; • mejora del intercambio térmico entre el gas de escape y la chatarra del EAF en diferentes condiciones de carga (una mayor superficie expuesta y un menor altura de la capa de chatarra); • mejora de la distribución de la chatarra cuando entra en el baño de acero líquido (una zona de superficie mayor donde la chatarra cae en el baño de

* Tenova S.p.A. Via Gerenzano, 58 - 21053 Castellanza VA (Italia) +39 0331 444111 nicola.monti@tenova.com, ** Ori Martin S.p.A. Via Cosimo Canovetti, 13 - 25128 Brescia BS (Italia) +39 030 39991uggero.demiranda@orimartin.it Octubre 2017

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El nuevo Consteel reformado, lado de la campana extractora de gases

acero) para acelerar la fusión y reducir la interferencia con la agitación del baño de acero; • mantener la tolva conectora del carro insertada dentro del EAF para cualquier ángulo de inclinación del horno, para que se enciendan juntos a la mínima oportunidad la carga de chatarra metálica y el encendido eléctrico de los electrodos del EAF; • reducir la succión del aire ambiental dentro del Consteel y la línea primaria de gas mediante el incremento de la eficiencia del sellado de Consteel y mediante un mejor control de la toma del aire ambiental a través del sello dinámico; • mantener las altas temperaturas del gas de escape de EAF; • reducir el caudal de gas de escape en la línea primaria y, como consecuencia, reducir el consumo eléctrico de la planta de tratamiento de humos; • mejorar las condiciones del gas de escape en la entrada del sistema de recuperación de calor instalado en la línea primaria del gas de escape. El correcto funcionamiento del proceso se confía a un sistema de supervisión y control completamente nuevo e innovador que es capaz de interactuar consistentemente con los sistemas de gestión de otras unidades de producción. Este tipo de control de proceso es característico de iSteel de Tenova, un producto diseñado para la mejora tecnológica continua del ciclo de producción de acero en el plano global. El control automático del derrame o TAT (Autocolada TAT), ha sido implementado para controlar el flujo de escoria EAF a través del EBT durante la colada de acero www.steeltimesint.com

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en la cuchara y minimizar la intervención humana durante esta operación. El proceso de fusión en Ori Marin es bastante atípico cuando se compara con otros EAF de Consteel. ¿Por qué? Porque emplea oxígeno e inyección de carbón limitados y esto lleva a una modesta cantidad de energía en los gases de escape. El principal objetivo de la reforma es maximizar la recuperación del gas de escape mediante la transferencia térmica a la chatarra en el túnel de calentamiento y mediante la optimización de las condiciones de los gases en la salida del túnel para alimentar de manera apropiada el sistema de recuperación posterior. La transferencia térmica a la chatarra es mejorada vía el incremento de la superficie de chatarra expuesta mediante la instalación de una transportadora de correa más ancha (2400mm) compatible con la geometría del EAF existente. Al mismo tiempo la nueva unidad de Consteel permite el incremento

de la velocidad de transporte en 2m/min. Los cambios reducirán la altura media de la chatarra de 800mm a 500mm y eso impulsará la temperatura media de la carga de chatarra de EAF. Las campanas del túnel de calentamiento están siendo rediseñadas completamente aplicando los resultados de análisis CFD basados en datos reales de los flujos de gases de escape. La relación de aspecto de las campanas ha sido cambiada ya que son más anchas y más bajas, mientras que la sección en su conjunto ha sido reducida en cerca del 20%. La eficiencia energética de la recuperación tanto en el túnel Consteel y en el posterior iRecovery mejora mucho con el incremento de la temperatura de los gases. El nuevo Consteel implementa un rediseño completo de juego de juntas para minimizar la admisión de aire purgado. La cámara de sellado en el extremo abierto de la transportadora (una junta dinámica) ha sido reconfigurada para alcanzar el resultado deseado. Para sellar el hueco entre el túnel de calentamiento y la coraza del EAF se instala una nueva brida circular, dividida en dos sectores independientes. La posición de la brida superior se puede regular para ajustar la cantidad de aire tras la combustión para asegurar la completa combustión de CO y H2 generados en el EAF. Ambas secciones de brida son retractables para dar el necesario despeje para el cambio de coraza entre campañas. La mejora de las juntas y los cambios en el diseño del sello dinámico permite que las temperaturas de los gases de escape puedan ser significativamente mayores que las observadas antes tanto dentro del túnel como en la salida del mismo.

El nuevo sistema de iRecovery

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El nuevo sistema iRecovery, sección de intercambio A2A

Para reducir la carga de polvo en el gas de escape enviado a la caldera de recuperación y mejorar la deposición de partículas de polvo metálico en la capa de chatarra, la campana extractora de humos también ha sido rediseñada, incrementando tanto la sección horizontal como la altura para reducir la velocidad vertical del gas de escape e incrementar su tiempo de residencia. Las cunas de la plataforma EAF son reemplazadas para encajar con el eje basculante y el eje de brida del EAF, y el carro de conexión también es mejorado para que se pueda dejar insertado a través del proceso. El iRecovery El sistema de recuperación del calor, iRecovery, ha estado funcionando con éxito desde principios de 2016. El sistema, instalado en el proceso posterior del nuevo horno EAF Consteel, tiene la función de recuperar algo de la energía contenida en los gases de escape generados durante la producción del ciclo de EAF. La energía extraída de los gases de salida convierte el agua de recirculación del circuito de enfriamiento en vapor. Esto es posible gracias al uso de agua de enfriamiento en condiciones de hervido que, circulando y absorbiendo energía, estará sujeta a un cambio de fase parcial generando vapor saturado. Durante el invierno, el vapor generado es enviado a un intercambiador de calor dedicado a la calefacción para la ciudad de Brescia y gestionado por el Grupo A2A. Durante los meses de verano, el vapor producido es usado para alimentar un turbogenerador ORC (Ciclo orgánico de Rankine), suministrado por Turboden para la producción de electricidad de Octubre 2017

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uso interno. El intercambiador de calor, conocido de otra forma como caldera recuperadora, consiste en una unidad de intercambio convectivo simple, que opera entre temperaturas de gases de escape de aproximadamente 500-550ºC hasta una temperatura de aproximadamente 200ºC. De todos modos, ya que el proceso EAF genera cargas térmicas que no son constantes a lo largo del tiempo (fundido de chatarra, refino de acero líquido y supercalentado, colada, preparación de EAF), la temperatura de los gases de escape tiene una significativa variabilidad durante el periodo. La recuperación del calor y su transferencia a los usuarios se realiza de acuerdo con ciclos continuos donde el agua, procedente del desgasificador, se evapora en la caldera de recuperación, se enfría en los intercambiadores de calor de los usuarios y entonces es enviada de vuelta en forma condensada al desgasificador,

cerrando por consiguiente el ciclo térmico. El sistema está dividido básicamente en las siguientes secciones: la sección de recuperación del calor, que comienza en un nuevo conducto de gas de escape, en paralelo con el existente conducto de gas de escape para la torre de enfriamiento, que se ramifica desde el túnel subterráneo forrado de refractario (hacia arriba de la torre de enfriamiento), transmite los gases de escape calientes en el recuperador de calor, la caldera de recuperación, y entonces a la posterior línea primaria de gas de escape de la torre de enfriamiento. La caldera de recuperación consiste en un generador de vapor con haces tubulares de circulación de agua equipados con: • recubrimiento, concretamente la cámara de flujo de gases de escape que contiene las unidades de intercambio de calor convectivo; • evaporadores que consisten en haces de tubos verticales cruzados por uno interior de salida de gases con el agua (fase líquida) viniendo del colector de vapor que lleva a una evaporación parcial; • el colector de vapor que consiste en un recipiente cilíndrico de presión instalado sobre el recuperador en la cual el agua líquida está en equilibrio con el vapor. Del fondo del colector de vapor salen unas tuberías bajantes que van a los evaporadores y unas tuberías subientes que vienen de los mismos evaporadores; • economizadores que consisten en haces de tubos verticales cuya agua viene del desgasificador. Los tubos economizadores están cruzados por el gas de escape. En los economizadores, la temperatura del agua es elevada de

El turbo-generador ORC (cortesía de Turboden)

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105ºC a una temperatura cercana al punto de ebullición, a una presión definida, en el colector de vapor; gracias a los economizadores la temperatura del gas de escape procedente de los evaporadores puede ser reducida aún más; • sistema automático de limpieza del recuperador que permite la separación cíclica del polvo depositado en las superficies de las unidades de intercambiadores dentro de la máquina de calor; • sistema de extracción de polvo para recoger y transportar el polvo separado en el recuperador a un contenedor de almacenamiento. La sección de intercambio de calor con el sistema de calefacción urbana A2A: el vapor que viene de la sección de acumulación de vapor está transfiriendo, a través de la condensación, su energía al agua de la red de calefacción urbana de A2A gracias a una unidad de intercambiador de calor que consiste en dos intercambiadores de calor de condensación operando en paralelo. Un tanque de vapor flash dentro transmite todo lo condensado, y un condensador adicional condensa de vuelta el vapor flash usando la misma agua de la calefacción urbana. Todo lo condensado es entonces enviado al desgasificador a través de un grupo de bombas auxiliares. Sección ORC: para convertir la energía térmica recuperada en electricidad. Consiste esencialmente en un turbogenerador con ciclo orgánico Rankine (ORC) que usando el vapor de la sección de recuperación, convierte la energía térmica recuperada en electricidad. La sección de suministro de agua: compuesta por un desgasificador termofísico con torreta que tiene un papel dual: primero, asegura la continuidad del suministro del recuperador en caso de que no se suministre agua de reposición; segundo, permite la eliminación de gases disueltos en el agua de reposición. El agua en el desgasificor es retirada por un grupo de bombas de alimentación y transferida al colector de vapor del recuperador, el grupo de bombas está provisto con una válvula del control de nivel que regula el caudal de agua dependiendo del nivel del agua en el colector de vapor. Sección de acumulación y reducción de la presión del vapor: el vapor generado por el recuperador es transmitido al acumulador de vapor que almecena la energía térmica. www.steeltimesint.com

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En esta toma, sobre las líneas de envío a los usuarios finales, hay algunas válvulas de expansión térmica que reducen la presión del vapor y aseguran que está por debajo de los valores prefijados. Posteriormente, entre la colecta de vapor y el acumulador hay una válvula que previene que la presión del vapor supere el valor predeterminado.

por el sistema iRecovery con una visión de recuperar la energía térmica de los gases de escape primarios en un rango de 90Wh/ tgb, y más que estará disponible para la calefacción urbana y para el turbogenerador ORC.

Resultados operativos Considerando el primer periodo de operación desde la puesta en marcha del nuevo EAF Consteel, seguido por la puesta en marcha del sistema iRecovery, los análisis de los datos operativos ya han mostrado un buen rendimiento por parte de estos dos sistemas integrados. El rendimiento del Nuevo EAF Consteel está medido calculando un índice de coste que considera la energía y los consumos

La regulación del caudal de vapor Gracias al continuo compromiso para optimizar el ajuste de la planta, el caudal del vapor es ahora controlado basándose en la media de carga termal de los gases de escape esperados y ahora puede mantenerse uniforme durante el tiempo entre coladas debido a la amortiguación térmica del acumulador de vapor. Después del primer periodo de funcionamiento, la media de resultados del sistema de iRecovery durante más de un año de funcionamiento muestra que la cantidad

medios: la reducción esperada de más del 8% del índice de coste comparado con los valores medios previos está confirmada. Como dato de rendimiento adicional, la productividad del horno se incrementa en más del 13%, excediendo todas las expectativas y alcanzando el valor de referencia destacado en la producción de acero vía EAF. Las cifras de rendimiento mencionadas con anterioridad son la media de un largo periodo de producción que comenzó con la puesta en marcha del horno. Posterior desarrollo y continuas mejoras todavía están en marcha para explotar el alto potencial demostrado por el sistema que supera los valores esperados. La operación alcanzada con el nuevo EAF Consteel es la base desde la cual alcanzar al rendimiento previsto

de energía recuperada de los gases de escape y transformada en energía térmica lista para ser usada está en línea con los resultados esperados. La integración global de Consteel EAF y el sistema de iRecovery ha tenido un rendimiento sobresaliente en lo relativo a la producción de acero. Con los resultados del rendimiento ahora totalmente integrados, todo el sistema es firme y consistente y da a ORI Martin la oportunidad de explotar una operación más flexible y eficiente. El potencial demostrado por el sistema pide desarrollos posteriores para optimizar el rendimiento y los costes en escenarios diferentes. La modernización y optimización han llevado a Ori Martin a convertirse en una de las plantas de fabricación de acero más flexible, eficiente y ecológica del mundo. � Octubre 2017

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LAMINADORES RENOVADOS

Mejoras en los cilindros para cargas extremas El entorno actual del mercado de laminadores se puede caracterizar por una baja inversión en nuevos equipos y unos requisitos de producción más elevados. Los laminadores están envejeciendo pero, para aumentar la productividad, sus cargas operativas se están volviendo mucho más pesadas. La elección del rodamiento desempeña un papel importante y beneficioso para el éxito de la solución de renovación. Por Nicolae Tudor* ESTAS condiciones extremas, junto a los diseños de rodillos antiguos y obsoletos, contribuyen a muchos de los fallos en los cuellos de los cilindros que se producen en los rodillos de laminado 2-HI o en los rodillos de apoyo 4-HI. Como consecuencia, el mercado requiere la renovación de los laminadores para mitigar las roturas de los cuellos de los cilindros en la zona del anillo de unión en condiciones de carga extrema. La elección del rodamiento desempeña un papel importante y beneficioso para el éxito de la solución de renovación. Descripción general técnica Los laminadores son aplicaciones extremadamente exigentes, tanto para rodamientos como para rodillos, que deben trabajar sometidos a temperaturas, velocidades y cargas elevadas. Durante el proceso de laminado, el rodillo gira y, simultáneamente, se aplica la carga a través de los rodamientos sobre los flejes semiacabados. Un punto del cuello del cilindro soporta principalmente fuerza de tracción con un valor máximo σ máx, mientras que el punto situado en posición diametralmente opuesta soporta una fuerza de compresión con un valor mínimo σ mín. Cuando el rodillo gira 180°, cambia la fuerza y la posición de estos dos puntos, y la tensión progresa de σ máx a σ mín = -σ . El esfuerzo del material en estos puntos máx varía muchas veces entre estos dos límites a lo largo del tiempo (una variación completa por rotación), como se muestra en el gráfico de la Figura 1. Como resultado, la zona del cuello del cilindro entre el rodamiento y el rodillo (la zona del radio

de acuerdo) está sometida a un esfuerzo cíclico de flexión simétrico que fluctúa con la rotación del rodillo. Es necesario realizar una evaluación minuciosa para determinar el esfuerzo máximo permitido y gestionar las características geométricas de la transición entre los diámetros del rodillo y el cuello del cilindro (es decir, biselado en escalón y radios de acuerdo) para poder controlar el efecto de la concentración de esfuerzos. La solución Timken La compañía Timken Company ofrece la siguiente solución de ingeniería para los proyectos de renovación de cuellos de cilindro 1) Optimización del diseño del rodillo maximizando el diámetro del cuello del cilindro 2) Asistencia en el diseño del radio de acuerdo del cuello del cilindro 3) Una selección de rodamientos con una sección transversal reducida (mayor diámetro interior, mismo diámetro exterior*, ancho total igual o inferior, y características

especiales para mantener o incrementar la carga nominal del rodamiento) *En la solución de renovación se presupone que se utilizarán las mismas ampuesas, para lo que es necesario que los rodamientos tengan el mismo diámetro exterior. Consideraciones teóricas Consideraciones teóricas de las mejoras en rodamientos para cargas extremas. 1. Optimización del diseño del rodamiento a) Optimización del diámetro del cuello del cilindro En rodillos sometidos a grandes cargas, que giran con frecuencia a velocidades menores, se necesita un mayor diámetro de cuello para soportar un mayor esfuerzo de flexión. Debido a esta necesidad, puede que un tamaño de rodamiento convencional de alta resistencia (representado como el rodamiento A en la Figura 2) no sea adecuado. Para estas aplicaciones con carga elevada, se recomienda utilizar rodamientos de sección reducida (representados como el rodamiento B) con el mismo diámetro

Fig 1: Esfuerzo de flexión

* Ingeniero de Aplicaciones Principal, Ingeniería de Clientes Timken Europa (Ploiesti, Rumanía) Octubre 2017

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LAMINADORES RENOVADOS

Fig 3. Radio de acuerdo

Fig 2. Optimización del diámetro

exterior que los de alta resistencia, pero con un mayor diámetro interior. Estos rodamientos de sección reducida presentan una mejor relación cuello-rodillo (d/D ~ 68%) y, cuando es posible, un menor ancho de rodamiento, que reduce también la distancia axial entre la línea de carga de roscado y la superficie del cilindro. El mayor diámetro exterior del cuello del cilindro y la reducción de momento de flexión mejoran también la capacidad de rendimiento del cuello del cilindro cuando se somete a cargas extremas. b) Sustitución del radio de acuerdo existente con un radio de acuerdo compuesto Los diseños tradicionales de cuellos de cilindro suelen utilizar un radio simple en la zona del anillo. La larga experiencia de Timken en la industria de la fabricación de acero indica que esta solución puede no

ser apropiada para laminadores sometidos a grandes cargas, y se recomienda sustituir el radio simple por un radio de acuerdo compuesto. El uso de radios compuestos (o de doble radio) se recomienda porque permiten una distribución favorable del esfuerzo a lo largo del radio de acuerdo. La Figura 3 muestra el desarrollo del radio compuesto con dos dimensiones de longitud y altura de radio de acuerdo predeterminadas ra y rb, respectivamente, con la finalidad de reducir el esfuerzo máximo del cuello del cilindro. La longitud y altura de los radios rc y rd se pueden determinar mediante las siguientes fórmulas:

rc = ra +

(ra − rb )2 r 2(rb − rd ) d

4rb − ra 3

r a = Longitud del acuerdo (ra es inferior a 2,5 rb por razones prácticas) r b = Altura del acuerdo r c = Radio mayor del radio de acuerdo compuesto r d = Radio menor del radio de acuerdo compuesto 2) Rodamientos con sección transversal reducida Los ingenieros de Timken utilizan sofisticados programas de software centrados en la aplicación para modelar aplicaciones y entornos operativos, produciendo rodamientos con diseños específicos para una mayor vida útil. Para maximizar el rendimiento del rodamiento en condiciones operativas extremas, Timken ha desarrollado la serie de rodamientos DuraSpexx® Power Rating. Los rodamientos DuraSpexx® tienen un diseño modificado que aporta mejoras para

Fig 4. Resultados comparativos de los rodamientos de la serie DuraSpexx® Power Rating en relación a los rodamientos estándar Timken con la misma dimensión

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Fig 5. Carga del rodillo y detalle del radio

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aumentar la vida útil del rodamiento en aplicaciones exigentes y entornos difíciles. Los rodamientos DuraSpexx® son ideales para aplicaciones industriales con cargas elevadas, como laminadores y transmisiones de engranajes. Las características mejoradas y la reducción de la sección transversal de estos rodamientos permiten conseguir valores nominales más altos. En los rodamientos DuraSpexx® se utilizan los conocimientos de diseño de Timken para conseguir un aumento del rendimiento nominal dinámico del rodamiento del 23%, lo que aporta una mayor vida útil con una menor fatiga en comparación con los rodamientos estándar Timken, como se muestra en la Figura 4. Características de diseño de los rodamientos DuraSpexx® • Materiales de acero mejorado con mayor limpieza y una forma de inclusión modificada para reducir los daños relacionados con las inclusiones • Opciones de acabado superficial para reducir el descascarillado y la fatiga en entornos con altas temperaturas y películas de lubricante finas • Geometría de perfil modificada para optimizar la distribución de esfuerzos de contacto con cargas elevadas y/o alineaciones incorrectas

Fig 6. Diseño del radio de acuerdo del cuello del cilindro

4 hileras

la carga del rodillo y el detalle del radio de acuerdo actual. Características de diseño del laminador Tipo de laminador: Laminador 2-HI Diámetro del cilindro: 990 mm Tabla del cilindro: 2180 mm Diámetro del cuello del cilindro: 595 mm Relación cuello-cilindro: 60% Distancia entre apoyos: 2980 mm Material del cuerpo del rodillo: Acero Módulo de Young: 210000 MPa Coeficiente de Poisson: 0,3 Límite elástico de deformación: 250 MPa Límite elástico de rotura: 460 MPa La perspectiva isométrica del rodillo se muestra en la Figura 6.

C. Caso de Estudio: solución existente y descripción del problema Esta aplicación se realiza en rodillos de trabajo 2-HI, pero se podría extender a los rodillos de apoyo 4-HI. La Figura 5 muestra

Rodamiento Timken La Figura 7 muestra una vista ampliada del rodamiento de rodillos cónicos de cuatro hileras formado por dos anillos interiores

Fig 8. Modelo por ordenador: Perspectiva isométrica

Fig 9. Modelo por ordenador

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Fig 7. Vista ampliada del rodamiento de rodillos cónicos de

dobles, cuatro anillos exteriores simples, un separador de anillo interior y tres separadores de anillo exteriores. Rodamiento: TRB M280049DW-M280010 de cuatro hileras Dimensiones: 595.312 x 844.550 x 615.950 (DI x DE x ancho en mm) Capacidad de carga Timken: C90(4) = 4400 kN Modelo por ordenador La Figura 8 muestra la perspectiva isométrica del modelo por ordenador. La aplicación modelada por ordenador se muestra en la Figura 9. La vida ajustada del rodamiento L10a de la hilera con carga máxima que se muestra en la Figura 10 es de 2800 horas. Como los aros del rodamiento son estacionarios en los ampuesas, solo una parte del aro soporta la carga de laminación en un momento determinado. Esta parte

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Fig 10. Vista dela vida a fatiga ajustada L10a del rodamiento

Fig 11. A and B Evaluación del cuello del cilindro antes de la mejora: Vida a fatiga y esfuerzo

máximo. Fig 12. Rotura del cuello del cilindro

Fig 13. Esquema del rodamiento

se denomina “zona de carga”. Los aros del rodamiento del cuello del cilindro están marcados en las caras anterior y posterior para mostrar cuatro cuadrantes. Las marcas en la superficie del aro permiten que el usuario mantenga un registro de los cuadrantes utilizados en la zona de carga. Una buena práctica consiste en montar el rodamiento con el cuadrante número 1 de cada aro en la zona de carga y, en inspecciones posteriores, girar a cada una de las otras, secuencialmente, hasta que www.steeltimesint.com

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el procedimiento se repita de nuevo con el número 1. La rotación de los aros en cada inspección alargará la vida útil del rodamiento al distribuir incrementalmente la carga por toda la banda de rodadura del aro. La Figura 11 muestra un esfuerzo máximo en la zona del cuello de 352 N/ mm2 y una vida a fatiga de 4400 horas. Descripción del problema: rotura del cuello del cilindro El cuello del cilindro se rompió en la zona del radio de acuerdo, como se muestra en la Figura 12. El cliente solicitó la asistencia de Timken para desarrollar soluciones que aumentaran la resistencia del cuello del cilindro y mantuvieran la resistencia a la fatiga del rodamiento dentro de límites aceptables. No se notificó ningún problema con la selección de rodamiento existente. D. Caso de Estudio: solución Timken de actualización del cilindro Timken sugirió la optimización del diseño del cilindro aumentando el diámetro del cuello de Ø595 a Ø610 mm y la sustitución del radio de acuerdo existente por un radio

compuesto. El ancho y el diámetro exterior del rodamiento se mantuvieron en sus valores iniciales. Se debe tener en cuenta que fue necesario sustituir las tapas y juntas de las ampuesas del laminador debido al mayor diámetro interior del rodamiento. 1) Aumento del diámetro del cuello del cilindro (de 595 a 610 mm) Características de diseño del laminador Diámetro del cilindro de laminación: 990 mm Tabla del cilindro: 2240 mm Diámetro del cuello del cilindro: 610 mm Relación cuello-cilindro: 62%

Nuevo rodamiento Timken Rodamiento: TRB NP825343-NP205014 de cuatro hileras (mostrado en la Figura 13) Dimensiones: 610.000x844.550x615.950 [DI x DE x ancho en mm] Capacidad de carga Timken: C90 (4) = 5020 kN con el rodamiento estándar Timken Capacidad de carga Timken: C90 (4) = 6175 kN con el diseño de rodamiento DuraSpexx® Octubre 2017

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b) Sustitución del radio de acuerdo existente con un radio de acuerdo compuesto La vida a fatiga ajustada L10a, mostrada en la Figura 15, es de 4500 horas para el rodamiento estándar Timken y de 9000 horas para el diseño de rodamiento DuraSpexx®. La Figura 16 muestra un esfuerzo máximo en la zona del acuerdo de 318 N/ mm2 y una resistencia a la fatiga de 6000 horas.

Resultados de la mejora del cilindro 1. Reducción del esfuerzo máximo del cilindro de 352 N/mm2 a 318 N/mm2, una disminución del 9,6%. 2. Aumento de la vida a fatiga del cilindro de 4400 horas a 6000 horas, un incremento del 36%. 3. Aumento de la vida a fatiga del rodamiento estándar Timken de 2800 horas a 4500 horas, un incremento del 60%. 4. Aumento de la vida a fatiga del nuevo

Fig 14. Radio de acuerdo del cilindro optimizado

rodamiento DuraSpexx® de 2800 horas a 9000 horas, un incremento del 120%. E. Resumen y conclusiones El mercado requiere actualmente la renovación de los laminadores debido a la frecuencia de los fallos ocasionados por la rotura del cuello del cilindro en la zona del radio de acuerdo. The Timken Company tiene una gran experiencia en este campo, y ofrece tanto asistencia de ingeniería para la optimización del diseño del cilindro como rodamientos de sección transversal reducida. Estas medidas aumentan el rendimiento del rodamiento al reducir los esfuerzos máximos del cilindro y aumentar la vida a fatiga del cilindro y el rodamiento. � Agradecimientos Los autores desean agradecer a The Timken Company el permiso para la publicación de este estudio. Referencias 1. Harris, T. y Kotzalas, M. (2007), “Rolling Bearing Analysis – Advanced Concepts of Bearing Technology” 2. Association of Iron and Steel Engineers (1985), “The Making, Shaping and Treating of Steel”, 10ª edición 3. The Metals Society (1978), “Flat Rolling: A Comparison of Rolling Mill Types”

Fig 15. Vida ajustada del rodamiento L10a de la solución existente en relación a los diseños de rodamiento estándar y DuraSpexx®

4. ISO 281 (2007), Rolling Bearings – Dynamic Load Ratings and Rating Life 5. Manual de ingeniería de Timken – Edición para la industria del metal 6. Catálogo de productos de Timken Metals Para obtener más información sobre la serie de rodamientos DuraSpexx®, visite: http://www. timken.com/en-us/products/bearings/productlist/ HighPerformance/Pages/DuraSpexx.aspx o póngase en contacto con su representante comercial local de Timken.

Fig 16. Evaluación del cuello del cilindro después de la mejora: vida a fatiga y esfuerzo máximo.

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