acería
Transferencia de calor y visualización del impacto de nieblas contra superficies a temperaturas de interés en colada continua
Mario E . Huerta L ., Édgar R . Arenas F . y A . Humberto Castillejos E .* Laboratorio de Metalurgia de Procesos . * Correo electrónico del autor : humberto . castillejos @ cinvestav . edu . mx
I . Resumen
La extracción de calor en el sistema de enfriamiento secundario de máquinas de colada continua está íntimamente relacionada al comportamiento fluid-dinámico de las gotas que conforman los rocíos y las nieblas y a su interacción con la superficie caliente de la corteza de acero . Este trabajo presenta un método para medir el flujo de calor que se puede extraer de una superficie metálica bajo condiciones de estado estacionario usando nieblas ( agua-aire ) y se relaciona éste con parámetros fluid-dinámicos . Además , se presentan imágenes de gotas impactando sobre superficies a alta temperatura ( entre 450 º C y 1180 º C ) que evidencian la diferencia en intensidad de interacción entre neblinas generadas a baja y alta presión de aire . Altas presiones de aire generan gotas finas y veloces que impactan frecuentemente e interaccionan íntimamente con la superficie caliente . Además , el agua que no se evapora durante el contacto se fragmenta en diminutas gotas secundarias que forman una capa densa que se mueve cercana a la superficie extrayendo calor . El poder modificar las características del rocío a través de la selección del flujo de agua y de la presión del aire hace de las boquillas neumáticas un componente muy flexible para regular la extracción de calor en el sistema de enfriamiento secundario .
II . Introducción
Desde alrededor de 1970 se han reportado investigaciones sobre extracción de calor mediante rocíos . [ 1-19 ] El conocimiento generado ha permitido comprender que en el proceso de colada continua la velocidad de extracción de calor durante la solidificación del acero desempeña un papel crucial en la calidad externa e interna de los productos y en la capacidad de producción . La solidificación de una corteza uniforme y con el grosor adecuado para contener el núcleo líquido son condiciones necesarias durante el paso del acero por el molde . En el sistema de enfriamiento secundario es vital que las condiciones de extracción de calor minimicen el recalentamiento de la superficie y que aseguren la total solidificación del producto antes que este abandone los rodillos de soporte . En la colada continua de planchón delgado el sistema de enfriamiento secundario extrae aproximadamente el 60 % del calor total contenido en el acero vaciado , jugando así un papel muy importante en
[ 5 , 20 , 21 ] el proceso . 6
HIERRO yACERO / AIST MÉXICO
La extracción de calor en la zona de enfriamiento secundario se lleva a cabo a partir del impacto de rocíos y nieblas de agua sobre la superficie caliente del planchón . El enfriamiento puede ser controlado a partir de diversos factores , como son : tipo de boquilla , distancia entre boquilla y superficie caliente , distancia de boquillas respecto de las orillas del producto y condiciones de operación ( flujo de agua , W , y presión de aire , p a
). Estos factores influencian los parámetros fluid-dinámicos de los rocíos y nieblas producidas ( densidad de impacto de agua , w ; diámetro de gotas , d ; y velocidad de gotas , v ), que a su vez afectan el tipo y frecuencia de la interacción gota-superficie - deposición , rebote , esparcimiento y salpicadura - modificando la extracción de calor . Se ha mencionado que el tipo de interacción gotasuperficie tiene relación con el número de Weber normal a la superficie , ( dado como
, donde ρ d y σ d son la densidad y la tensión superficial del agua , respectivamente , y v z
[ 22 , 23 ] es la velocidad normal de las gotas .