Simulación termo-mecánica del enderezado en la colada continua : cuantificación del riesgo de falla y propuesta de enderezado continuo

Título

Simulación termo-mecánica del enderezado en la colada continua : cuantificación del riesgo de falla y propuesta de enderezado continuo

Colaborador

Ferro, Sergio

Editor

Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería

Fecha

2022-12-02

Extensión

108 p.

Resumen

En la actualidad, cerca del 97% de la producción mundial de acero se realiza mediante el proceso de colada continua. Entre los distintos tipos de máquinas de colada existentes, las máquinas curvas reúnen ventajas en cuanto a su productividad y facilidad de evacuación. Como contrapartida, la barra debe someterse a un proceso de enderezado. En esta Tesis, se desarrolla una metodología para determinar riesgos de fisuración en el enderezado de barras de acero de sección circular, campo en el cual existen pocos antecedentes. La metodología desarrollada consiste en una simulación térmica de barras en solidificación, seguida de un modelo mecánico que calcula tensiones y deformaciones en cada punto de la barra. Estos resultados alimentan criterios de falla que permiten cuantificar riesgos de fisuración interna y superficial. Se llevan a cabo ensayos de laboratorio para ajustar el criterio de fisuración superficial, los cuales muestran que los aceros aleados (particularmente al Nb) presentan un pozo de ductilidad más amplio y profundo. Se desarrolla, además, una formulación para el enderezado continuo basada en la minimización de la variación de la curvatura de la barra, apta para ser aplicada en nuevos diseños o modificaciones de máquinas existentes. Las configuraciones de enderezado continuo muestran una transición más suave que las de radios discretos, medida en términos de la velocidad de deformación. Por último, se contrastan los resultados de la metodología descrita con índices de defecto efectivamente relevados en plantas industriales, con el fin de evaluar la predictibilidad del modelo. En todos los casos, la ocurrencia y la ubicación de las fisuras concuerda con los resultados de las simulaciones. La metodología desarrollada en esta Tesis se ha utilizado para evaluar escenarios de incremento de productividad, mejoras en la calidad del producto final, reducción de costos de producción y determinación de ventanas operativas en distintas acerías.
Nowadays, about 97% of the world’s steel is produced through the continuous casting process. Among the different types of existing casters, curved machines have advantages in terms of productivity and ease of evacuation. In return, the bar must undergo a straightening process. In this Thesis, a methodology is developed in order to determine cracking risk in the straightening of round bars, a field in which there is little background. The developed methodology consists of a thermal simulation of the casting strand, followed by a mechanical model that calculates stresses and strains at each point of the bar. These results feed failure criteria in order to calculate internal and surface cracking risks. Laboratory tests are carried out in order to adjust the surface cracking criterion, which show a broader and deeper ductility trough for Nb-alloyed steels. In addition, a formulation for continuous straightening is developed, based on minimizing the curvature variation of the bar, suitable to be applied in new designs or modifications of existing casters. Continuous straightening configurations show a smoother transition than discrete radii layouts, measured in terms of strain rate. Finally, the results of the described methodology are compared against defect rates actually surveyed in industrial plants, in order to assess the predictability of the model. In every case, the occurrence and location of the cracks agree with the results of the simulations. The methodology developed in this Thesis has been used to evaluate scenarios of productivity increase, quality improvement in the final product, reduction of production costs and determination of operating windows in different steel mills.