Desarrollo y estado actual de la colada continua de flejes

36
La colada continua de flejes se define como la colada de metal líquido en flejes de unos
pocos mm de espesor, en un solo paso de proceso. Estos flejes pueden ser laminados en
caliente para obtener flejes delgados de los espesores finales deseados.
ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA
Desarrollo y estado actual
de la colada continua de flejes
Por Jorge Madías, Gerente de empresa Metallon, Argentina
INTRODUCCIÓN
El sueño de Henry Bessemer en el siglo XIX de colar flejes de acero en forma directa entre dos rodillos,
fue perseguido a fondo a fines del siglo XX y se hizo realidad en el siglo XXI. Para ello se requirió un
gran esfuerzo de investigación, que incluyó cuantiosas inversiones y fracasos. Durante un cierto tiempo,
cada uno de los grupos siderúrgicos más importantes hizo su propia investigación y desarrollo. Luego el
esfuerzo se fue concentrando.
Finalmente la tecnología alcanzó aplicación industrial, para aceros al carbono, aceros inoxidables y
aceros avanzados de alta resistencia. Para la construcción de las máquinas se están utilizando conceptos
de ingeniería diferentes. Empresas siderúrgicas, proveedores de tecnología y universidades aúnan fuerzas
para mejorar el diseño del equipamiento, la duración de algunos consumibles, la aplicación a diversos
tipos de acero y el conocimiento básico de la solidificación rápida que caracteriza a este proceso.
La colada continua de flejes se define como la colada de metal líquido en flejes de unos pocos mm de
espesor, en un solo paso de proceso. Estos flejes pueden ser laminados en caliente a continuación, para
obtener flejes delgados de los espesores finales deseados. En la actualidad las dimensiones de los flejes
en bruto de colada son de 1,5 a 5 mm de espesor para los procesos con dos rodillos y de 15 mm de
espesor para el proceso de cinta única, detallado más adelante. El ancho se ubica entre 1.020 y 1.525
mm, según la planta.
Como el proceso integra la colada y laminación en una sola etapa, el precalentamiento de los planchones
y los sucesivos pasos de laminación requeridos por los procesos convencionales, se pueden eliminar.
Esto tiene un gran potencial de proveer muchos beneficios económicos, ambientales y técnicos a la
industria del acero [1].
DOSSIER TECNOLÓGICO
CUADRO 1. Proyectos de investigación en marcha en las dos décadas finales del siglo XX
Desarrolladores
Tipo de máquina
Objetivo
Años
Equipamiento
Razones para finalización
Allegheny Ludlum - VAI
Rodillo único y
rodillos gemelos
Aceros al carbono e
inoxidables
1988-1994
Planta piloto CoilCast en
Allegheny Lockport
No se hicieron públicas
ARMCO - Westinghouse
Rodillo único
Aceros al carbono
1988-1993
Sin dato
Abandonado cuando Armco
vende división de aceros al
carbono (se forma AK Steel)
Proyecto Bessemer - IMI
Rodillos gemelos
Aceros al carbono
1989-1998
Plantas piloto en
Boucherville CND (dólares
canadienses) 40 M
Se requerían CND 100 M para
planta industrial
Usinor Sacilor - Thyssen
Rodillos gemelos
Aceros inoxidables
1889-1999
Planta piloto 10 t en
Isbergues
Fusionado en EUROSTRIP
CSM - Acciai Speziali Terni
Rodillos gemelos
Aceros inoxidables
1985-1999
Planta semi industrial en
Terni
Fusionado en EUROSTRIP
Krupp-Nippon Metal
Industry
Rodillos de distinto
diámetro
Aceros inoxidables
1986-1992
Planta piloto en Japón y
Alemania
Krupp se retira al fusionarse
con Hoesch; NMI abandona
más tarde el proyecto
British Steel
Rodillos gemelos
Aceros inoxidables
y al carbono
1986
Planta piloto
Pierde interés en inoxidable
al fusionarse con Avesta;
se mantiene en aceros al
carbono solo para tener
conocimiento para futura
compra
Hitachi Zosen - Pacific
Metals
Rodillos gemelos
Aceros inoxidables
1985-2000
Planta piloto
No se hicieron públicas
Elaboración propia, basado en [1] y [3].
Los productos obtenidos son, para el
caso de los aceros al carbono, chapa
de aceros de bajo carbono laminadas
en caliente o en frío, en algunos
casos galvanizada, para diversos usos
relacionados con la construcción
y carpintería metálica. Se produce
también chapa fina de aceros
inoxidables para varios usos finales
(construcción, industria alimenticia,
por ejemplo).
del siglo pasado se lanzaron
diversas investigaciones por parte
de las empresas siderúrgicas y
los proveedores de ingeniería y
equipamiento (CUADRO 1).
Se ha estimado que en estos
proyectos de investigación se han
invertido cerca de US$1.100 millones
por parte de las empresas, y unos
US$30 millones aportados por
instituciones gubernamentales [4].
ANTECEDENTES RECIENTES
A lo largo del siglo XX hubo
diversos esfuerzos en el desarrollo
de la colada continua de flejes,
que fueron exitosos para la colada
de no ferrosos pero no para los
aceros. En las dos últimas décadas
FUNDAMENTOS GENERALES
Los aceros que se cuelan en las
máquinas de colada continua de
flejes son calmados con silicio
y manganeso, para asegurar la
existencia de microinclusiones
líquidas que no se depositen en el
sistema de colada [5, 9].
El sistema de colada incluye la
cuchara de acero, un repartidor, una
pieza de transición y finalmente una
buza (FIGURAS 1 Y 2). Durante
la colada, el acero líquido de la
cuchara fluye a través de un tubo de
protección hasta el repartidor y luego
a través de un tubo a una pieza de
transición en forma de caja ancha, de
óxido de magnesio, con una serie de
salidas espaciadas longitudinalmente
en el fondo, que permiten un flujo
uniforme de metal a la buza de
alúmina grafitada, que tiene una
forma alargada con una parte inferior
cónica para dirigir el flujo de metal
entre los rodillos.
37
38
Un ejemplo detallado del sistema
de colada se presenta en la FIGURA
1. Corresponde a la planta de Posco
(Postrip), cuyo esquema general se
detalla más abajo.
La alimentación de acero líquido ha
sido motivo de diversos estudios,
debido a que afecta el movimiento
del acero y las características de la
transferencia de calor. Los problemas
clásicos de la colada continua de
flejes entre dos rodillos, como
las perforaciones y las marcas de
ondulación (ripple marks), asociadas
con el movimiento del líquido sobre
los rodillos, pueden influenciar la
estabilidad del proceso de colada y
la calidad del fleje. Debe tenerse en
cuenta que se trata de un proceso
en el que el flujo turbulento, la
transferencia de calor, la solidificación
y la deformación plástica se pueden
completar en menos de un segundo.
En la FIGURA 2 se presenta, a
título de ejemplo de estos estudios,
una simulación matemática de
dos sistemas de colada: uno con
salida hacia abajo y otro con salidas
laterales, comparándose el perfil del
menisco y el flujo en cada caso [10].
Los rodillos utilizados son de cobre,
con refrigeración interna por agua,
mediante una serie de pasajes de
agua longitudinales, espaciados
circunferencialmente. Estos rodillos
giran en sentido contrario; a medida
que se mueven hacia abajo, el acero
se solidifica sobre ellos. Mientras
Nucor utiliza los cilindros de menor
diámetro (500 mm), la paralizada
planta de Krefeld utilizaba los de
diámetro mayor (1.500 mm).
Para contener el acero líquido en los
extremos de los rodillos, se emplea
un par de placas laterales de cierre,
de material refractario como por
ejemplo alúmina-nitruro de boro. Las
placas están festoneadas en los bordes
laterales para ajustarse a la curvatura
del extremo escalonado de los rodillos
y son mantenidas contra ellos, para
asegurar que no haya pérdida de
metal líquido.
FIGURA 1. Sistema de colada para proceso Postrip de colada continua de
flejes con dos rodillos [7]
Barra tapón
Repartidor
Área de abertura
hγ
A2(X3)
Buza sumergida
X3
θO
Vr
Dl
Rodillo
X2
Pileta
DO
X1
R
HO
Rg
Enfriamiento
Vr: velocidad del rodillo; X1: altura de la pileta líquida entre rodillos; Ho: distancia
entre extremo de la buza y espacio entre rodillos; Do: diámetro del extremo de la buza;
rg: distancia mínima entre rodillos; R: radio del rodillo; hγ: altura de metal líquido en
el repartidor; X3: carrera de la barra tapón; D1: diámetro interno de la buza; X2: altura
de acero en la buza; θ0: ángulo de la buza; Rg: espacio entre los rodillos.
FIGURA 2. Simulación matemática del flujo de acero líquido en el sistema
buza - espacio entre rodillos (arriba: salida única hacia abajo; abajo: dos
salidas laterales)
(f) t = 0,97 s
(f) t = 2,26 s
DOSSIER TECNOLÓGICO
CUADRO 2. Comparación entre parámetros de solidificación en molde de dos rodillos, molde de planchones
delgados y molde para planchones convencionales [11]
Flejes
Planchones delgados
Planchones
Espesor (mm)
1,6
50
220
Velocidad de colada (m/min)
80
6
2
Flujo de calor medio en el molde (MW/m2)
14
2,5
1
0,15
45
1.070
1.700
50
12
Tiempo de solidificación total (s)
Gradiente de enfriamiento medio de la cáscara (°C/s)
Como los rodillos se mueven a
la misma velocidad que el fleje,
no se presenta el problema de la
fricción clásico de la colada continua
convencional y el fleje se puede colar
con buena calidad superficial, sin
marcas de oscilación o atrapes de
polvo colador.
Es interesante comparar algunos
parámetros de la solidificación de
los flejes con los prevalecientes en la
solidificación de planchones delgados
y planchones convencionales: flujo
de calor, tiempo de solidificación,
gradiente de enfriamiento (CUADRO
2).
Un problema clave es el control de la
posición del fin de la solidificación
(longitud metalúrgica, en las
máquinas convencionales). Si la
posición es inferior a la salida de
los rodillos, causa perforación.
Pero si está muy alta, el espesor
del fleje es mayor que el espacio
entre rodillos a la salida y causa
tensiones de laminación, que pueden
generar grietas. Esto es difícil de
investigar mediante experimentación
directa porque la solidificación, la
transmisión de calor y la deformación
plástica del acero ocurren en muy
corto tiempo, y el rango en que la
velocidad de colada es controlable es
muy estrecho. Por eso, en este caso,
también se recurre a las simulaciones.
En la planta de Ningbo, del proceso
Baostrip (cuyo aspecto general se
detalla más abajo), en los flejes
de acero inoxidable AISI 304 se
presentaban grietas superficiales
intergranulares, de 100 micrones
de ancho. Una simulación de la
solidificación mostró que se formaban
vórtices en la superficie del líquido;
que la temperatura en esa zona
era 30°C a 50°C inferior al resto
y se formaba una delgada capa
solidificada. Se simularon diferentes
velocidades de colada y se encontró
que la temperatura de la pileta
líquida aumentaba al incrementar
la velocidad de colada. El punto de
solidificación se movía hacia la salida
de la pileta líquida y se mantenía
a la salida, cuando la velocidad de
colada era de 42 m/min. Se probó esta
velocidad en la planta, lográndose
eliminar las grietas. En la FIGURA
3 se presentan los resultados de las
simulaciones a 18 m/min, 30 m/min,
42 m/min y 60 m/min [12].
Luego de pasar entre los rodillos,
el fleje ingresa en una cámara que
puede llenarse con un gas inerte
como nitrógeno o argón o una
atmósfera débilmente reductora,
como nitrógeno con el 2% al 10% de
hidrógeno. Esto es para prevenir la
oxidación superficial del fleje, todavía
a 1.300°C-1.400°C, y la formación de
laminillo. La cámara es refrigerada
en forma continua. El fleje se enfría
y su temperatura se mantiene a
950°C-1.200°C al salir, adecuada para
la laminación en caliente que se hace
a continuación.
Luego de pasar por la caja de
laminación, con una reducción
típica del espesor de entre el 10%
y el 50%, el fleje pasa a una mesa
de enfriamiento, donde es enfriado
rápidamente mediante el rociado
de chorros de agua, y bobinado. Ya
fuera de línea, el material puede ser
despachado o decapado, laminado en
frío, recocido o galvanizado, según su
uso final.
VARIANTES TECNOLÓGICAS
Del intenso período previo de
investigaciones mencionado más
arriba, emergieron procesos y
jugadores que se lanzaron a la
construcción de plantas industriales.
Las de Nippon Steel en Hikari y de
ThyssenKrupp Nirosta en Krefeld,
dedicadas a aceros inoxidables,
cerraron sus puertas por razones
técnicas y económicas. Se analizan
brevemente las experiencias de Nucor
Crawfordsville y Bytheville (Castrip),
Posco Pohang (Postrip), Ningbo Steel
(Baostrip) y Peiner Träger BCT(Belt
Casting Technology).
Castrip. Los antecedentes de la
planta industrial construida en
Crawfordsville, EE. UU., por Nucor
Steel, son autralianos y japoneses.
Ishikawajima-Harima Heavy
Industries y Brokn Hill Proprietary
Company (BHP) hicieron en conjunto
el proyecto M, con foco inicial en
acero inoxidable y luego en acero
al carbono, con una máquina de
39
40
FIGURA 3. Campos de temperatura a mitad del ancho de los rodillos, con
diferentes velocidades de colada. (a) 18 m/min; (b) 30 m/min; (c) 42 m/min;
(d) 60 m/min. 1.773e+003: 1773°C (equivalente a 1,773x103°C=1.773°C)
a)
b)
Temperatura
(Contorno 1)
Temperatura
(Contorno 1)
(10) 1.773e+003
(10) 1.773e+003
(9) 1.721e+003
(9) 1.721e+003
(8) 1.668e+003
(8) 1.668e+003
(7) 1.615e+003
(7) 1.615e+003
(6) 1.563e+003
(6) 1.563e+003
(5) 1.510e+003
(5) 1.510e+003
(4) 1.458e+003
(4) 1.458e+003
(3) 1.405e+003
(3) 1.405e+003
(2) 1.353e+003
(2) 1.353e+003
(1) 1.300e+003
rodillos gemelos. Luego de un largo
desarrollo en planta piloto, de 1995 a
1999, Nucor Steel se sumó al proyecto
y planeó la construcción de una
planta industrial en Crawfordsville,
que fue puesta en marcha en el año
2002 (FIGURA 4). La capacidad
instalada fue creciendo y en 2008
alcanzaba las 540.000 t/año. El éxito
de los productos fabricados llevó a la
construcción de una segunda planta
en Blytheville. Ambas producen
aceros de bajo carbono, calmados al
silicio.
(1) 1.300e+003
(K)
(K)
0
0,050 (m)
0,25
c)
0,060 (m)
0
0,03
d)
Temperatura
(Contorno 1)
Temperatura
(Contorno 1)
(10) 1.773e+003
(10) 1.773e+003
(9) 1.721e+003
(9) 1.721e+003
(8) 1.668e+003
(8) 1.668e+003
(7) 1.615e+003
(7) 1.615e+003
(6) 1.563e+003
(6) 1.563e+003
(5) 1.510e+003
(5) 1.510e+003
(4) 1.458e+003
(4) 1.458e+003
(3) 1.405e+003
(3) 1.405e+003
(2) 1.353e+003
(2) 1.353e+003
(1) 1.300e+003
(1) 1.300e+003
(K)
(K)
0
0,060
0
(m)
0,060 (m)
0,03
0,03
PoStrip. La siderúrgica coreana Posco
comenzó en 1989 sus investigaciones
sobre colada continua de flejes
con dos rodillos, con el objetivo de
construir una planta industrial de
producción de aceros inoxidables
con bajo costo de inversión. Puso en
marcha una planta piloto en 1995,
que comenzó colando cucharas de
10 t y en el año 2000, de 50 t. Se
construyó una planta industrial para
una capacidad de 600.000 t/año que
se puso en marcha en 2007 (FIGURA
5). Se produjo inicialmente acero
inoxidable 304 y posteriormente otros
cuatro grados de inoxidable.
FIGURA 4. Componentes principales de la colada continua de flejes con dos
rodillos Castrip [4]
Cuchara
Repartidor
Pieza de transición
Buza
Cizalla
Deflectores
Enfriamiento
Rodillos
Extractor
Rodillos
extractores
Caja de laminación
Rodillos
extractores
Bobinadoras
DOSSIER TECNOLÓGICO
Cuchara
FIGURA 5. Esquema de la colada continua de flejes de dos rodillos de POSCO
(PoStrip) [7]
Repartidor
Barra tapón
M
Buza
Cámara
Pileta líquida
Caja laminadora
Rodilla
Extractor
Dique lateral
Extractor
Enfriamiento
Fleje
Para 2011 se instalaba una segunda
caja de laminación en línea para
poder producir chapa de 1,3 mm de
espesor.
En octubre de 2015, Posco recibió
el premio a la innovación del
año SteelieAward, otorgado por
la Asociación Mundial del Acero
(worldsteel), por su esfuerzo en
desarrollar aceros inoxidables dúplex
de alta ductilidad en este equipamiento
[6]. El desarrollo de este acero se había
iniciado en 2009 y su producción
masiva comenzó en 2014.
Baostrip. El gigante siderúrgico chino
Baosteel lanzó un proyecto en el año
2000. En 2003 puso en marcha una
planta piloto de rodillos gemelos y
en los años siguientes hizo coladas
de prueba de acero inoxidables, al
Bobinadora
carbono y al silicio. En 2008 se puso
una caja de laminación en línea.
En 2009 se inició una producción
semicomercial, con foco en bajar
el costo de producción y mejorar la
calidad superficial. Tiene rodillos de
800 mm y produce chapa de 2 a 5 mm
de espesor y 1.350 mm de ancho a 110
m/min [1].
Salzgitter. El proceso de colada
continua con una única cinta
transportadora, que ha llegado a
la escala industrial en Alemania,
reconoce sus antecedentes en la
investigaciones llevadas a cabo
inicialmente en Belo Horizonte, Brasil
por Mannesmann Demag Metallurgy,
ahora SMS; luego en Lulea, Suecia,
por MEFOS y finalmente por la
Universidad de Clausthal, en
Alemania.
La nueva máquina BCT (Belt Casting
Technology) se instaló en Peiner
Träger GmbH, una empresa del
grupo Salzgitter. El foco son los
aceros avanzados de alta resistencia,
de alto contenido de manganeso,
aluminio y silicio. La instalación es
alimentada con un horno eléctrico de
arco, un horno cuchara y un tanque
desgasificador. Produce flejes de 15
mm de espesor y 1.000 mm de ancho
(FIGURA 6). En la planta de Salzgitter
se mejoró una caja existente de cuatro
cilindros en alto, para laminar los
flejes producidos en PeinerTräger.
En el CUADRO 3 se comparan las
características principales de las
máquinas de colada continua de
flejes que han alcanzado una escala
industrial.
41
42
FIGURA 6. Corte longitudinal de máquina de colada continua de flejes del tipo cinta transportadora única,
en Peiner Träger [9]
CUADRO 3. Características principales de las máquinas de colada continua de flejes de escala industrial
Variable
Nippon
Nucor
Thyssen
POSCO
Baosteel
Nucor
Salzgitter
Hikari
Crawford
Krefeld
Pohang
Ningbo
Blythev
Peiner
Castrip
Eurostrip
Postrip
Baostrip
Castrip
BCT
Diámetro rodillo
(mm)
1.200
500
1.500
1.200
800
500
No
Peso de bobina (t)
15-20
25
20-35
Sin datos
Sin datos
25
Sin datos
304
Bajo carbono,
4XX
Inoxidable
austenítico
Inoxidables
Inoxidable
Carbono, Si
Bajo carbono
Carbono, alto Mn
778 y 1.330
1.070-1.230
1.430
1.020-1.270
1.350
1.220-1.525
1.000
Espesor fleje (mm)
2-5
1,6-2,5
1,4-4,5
2-4
2-5
1,6-2,5
15
Colada (t)
60
60-110
90
110
Capacidad anual (t)
420.000
500.000
500.000
600.000
500.000
500.000
Velocidad de colada
(m/min)
<90
60-100
S/D
Sin datos
<60
60-100
Sin datos
Puesta en marcha
1998
2002
2003
2007
2015
Sin datos
2012
Paralizada
Operando
Paralizada
Operando
En 2013 comenzó
construción
Operando
Operando
Grados
Ancho (mm)
Estado actual
Elaboración propia, sobre la base de [1, 7, 8].
70
DOSSIER TECNOLÓGICO
DEFECTOS Y PRODUCTOS
Hay dos defectos típicos que se han
presentado en la colada continua de
flejes entre dos rodillos, que en las
operaciones Castrip han denominado
chatter y piel de cocodrilo. Los
defectos chatter se inician al nivel del
menisco de la pileta de colada, donde
se comienza la solidificación a medida
que el baño entra en contacto con los
rodillos refrigerados. Se generan en
situaciones de baja y de alta velocidad
de colada. Los de baja velocidad se
forman cuando, hay congelamiento
prematuro del acero en el menisco
superior. Esto produce una cáscara
débil que se deforma a medida que
desciende en la pileta de colada. Las
posiciones del menisco y la cáscara
solidificada se representan en la
FIGURA 7.
FIGURA 7. Esquema del colado
entre dos rodillos, mostrando
la posición del menisco y de la
cáscara solidificada
Buza
Menisco
En cambio, los chatter de alta
velocidad se originan porque a
velocidad excesiva la cáscara
solidificada se forma muy abajo,
con acumulación de líquido por
encima de la cáscara. El líquido
que llega al menisco no da abasto
y sucede un deslizamiento entre el
metal líquido y el rodillo en la parte
superior de la pileta líquida. Este
chatter se caracteriza por bandas de
deformación transversales a través del
fleje en bruto.
La piel de cocodrilo se genera durante
la solidificación, cuando se forma
ferrita ∂ y austenita simultáneamente,
causando variaciones locales en la
transferencia de calor a través de la
cáscara. Como estas fases difieren en
su resistencia mecánica en caliente,
las variaciones en la transferencia de
calor causan distorsiones localizadas
en la cáscara que está solidificando.
Cuando estas distorsiones se
encuentran, se forman los defectos
sobre el fleje.
Para evitar estos defectos se trabaja
entre otras cosas sobre la superficie de
los rodillos y la composición química
del metal. La rugosidad superficial
afecta la velocidad de la transferencia
de calor. Se puede obtener una
superficie con textura mediante
granallado solamente, o con posterior
deposición de cromo, y otros métodos.
Respecto a la influencia de la
composición química, se controla
el manganeso y el silicio dentro de
ciertos límites (por ejemplo:
Mn > 0,55% y Si 0,15%-0,35%).
La textura en los rodillos hace
posible colar a más de 60 m/min,
sin tener un exceso de defectos. Esta
composición se elige para asegurar
que los productos de desoxidación
sean líquidos durante el colado, para
evitar el depósito de inclusiones
(clogging) y aumentar la velocidad de
la transferencia de calor.
Los productos de acero al carbono
que están siendo producidos a partir
del material provisto por Nucor de
las plantas de Indiana y Arkansas se
utilizan por ejemplo para [14]:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Steel framing
Estanterías metálicas
Partes estampadas
Muebles de oficina
Steel deck
Almacenamiento de granos
Placas de soporte
Tuberías
Cabios
Piezas conformadas varias
Cochera y puerta de entrada
Componentes de partes
Palas
En la FIGURA 8 se presentan algunos
de estos productos.
FIGURA 8. Productos obtenidos mediante flejes de colada continua del tipo
Castrip [14]
Rodillo
43
44
BESSEMER Y LA IDEA INICIAL
El concepto de la colada continua de flejes atrajo la
atención de Bessemer en 1846. En 1857 patentó su
diseño de rodillos gemelos, basado en uno existente
para producir láminas de estaño y flejes de plomo. En
1865, Bessemer patentó otro sistema de rodillos gemelos
(FIGURA A).
No hubo mayor entusiasmo con su diseño. Bessemer
identificó tres principales dificultades técnicas para su
diseño: alimentación del metal líquido, contención del
metal en los bordes y calidad del fleje. Discontinuó el
desarrollo pero se manifestó convencido de que alguna
vez le iba llegar su turno.
FIGURA A. Izquierda: ensayo con crisol de 9 kg y dos rodillos templados, 1857; derecha: patente de 1865
TALLERES Y ACEROS: LA DECISIÓN
Se ha anunciado a fines del año 2015 que TYASA
(Talleres y Aceros S.A.) va a instalar en su planta de
Ixtaczoquitlán una máquina de colada continua de
flejes de dos rodillos con la tecnología Castrip [15].
Esta empresa puso en marcha recientemente un
horno eléctrico de arco Quantum, el primero en su
tipo, que posee un precalentador de chatarra que se
carga mediante carro y un sistema de colado libre de
escoria, que permite continuar aplicando potencia a
los electrodos mientras se lleva a cabo el vaciado del
horno.
Una parte del acero producido en este horno se
destinará a la nueva instalación, que estará diseñada
para producir 500.000 t año de chapa para el mercado
local de la manufactura y la construcción. La obra civil
está en marcha y se espera que la planta sea puesta en
operación en el año 2017.
TYASA será la primera empresa licenciada para
construir una planta Castrip, luego de Nucor. El
equipamiento para el proceso, y los servicios técnicos
para la nueva instalación serán suministrados por un
consorcio que incluye a Siemens, IHI y Castrip LLC.
DOSSIER TECNOLÓGICO
LA CONEXIÓN BRASILEÑA
El antecesor más remoto de la colada continua de cinta
única hoy en operación en el grupo Salzgitter es la
pequeña máquina que construyó y operó la entonces
Mannesmann Demag en Vespaciano, Belo Horizonte,
Brasil. Esta máquina podía hacer flejes de 5 a 10 mm de
espesor y 450 mm de ancho [3]. En 1992 fue trasladada
a MEFOS, en Lulea, Suecia, para proseguir los ensayos.
máquina, en la que utilizó inicialmente parafina y luego
una aleación plomo-estaño [22-23] FIGURA B.
FIGURA B. Máquina de cinta única para colada
continua de flejes, de la Universidad Federal de
Minas Gerais
Una década después, el Prof. Roberto Tavares, de la
Universidad Federal de Minas Gerais (UFMG), en Belo
Horizonte, y el Prof. Rod Guthrie de la Universidad de
McGill, en Montreal, Canadá, un destacado investigador
de los procesos de colada continua de flejes, y
estudiantes de posgrado brasileños, hicieron varios
trabajos que tenían relación con la colada continua
de flejes con dos rodillos: simulación física del flujo
de acero líquido [16], evaluación de la calidad de los
flejes producidos [17] y estudio de la transferencia de
calor entre los rodillos y el fleje [18]. En este caso se
utilizó la máquina piloto disponible en la mencionada
universidad canadiense.
Más recientemente, en los primeros años de este
siglo, el Prof. Tavares condujo varias tesis que tenían
como motivo la máquina de cinta única. Comenzó
por la modelización física y matemática del sistema
de alimentación, que es uno de los puntos críticos de
este tipo de máquinas [19, 20]. Luego prosiguió con el
diseño del sistema de control de nivel de acero líquido
[21] y finalmente con la construcción y operación de la
CONCLUSIONES
La colada continua de flejes es
muy atractiva: parece un proceso
muy simple, que permite bajar
sustancialmente la inversión, el
consumo de energía, las emisiones de
CO2, la necesidad de mano de obra y
el costo de mantenimiento. Por ello
ha sido motivo de investigación y
desarrollo desde los primeros ensayos
de Bessemer en 1857. Pudo instalarse
1
2
3
4
5
6
7
1: horno; 2: sistema de alimentación; 3: cinta (molde
móvil); 4: variador de velocidad de la cinta; 5: sistema de
enfriamiento; 6: accionador de la cinta; 7: reservorio para
agua de enfriamiento.
como un proceso estándar para el
colado de metales no ferrosos, pero
el acero, con sus altas temperaturas,
presentó dificultades insalvables con
la tecnología del siglo XX. Ya en el
siglo XXI, surgieron varias unidades
basadas en este proceso, para
aceros al carbono e inoxidables. En
competencia con la colada continua
de planchones delgados, que ya ocupa
un nicho del 10% de los productos
planos producidos a nivel mundial, le
cuesta atraer inversiones. Se adaptaría
con relativa facilidad a mercados
pequeños, de carácter local, con
suministro también local de chatarra.
América Latina ha participado en este
desarrollo a través de los estudios en
la planta piloto que operó en Belo
Horizonte y los estudios en la UFMG.
Ahora está abierta la expectativa por
el anuncio de la implementación de
una planta industrial en México. ••
45
46
REFERENCIAS
[1] Ge, S.; Isac, M.; Guthrie, R.I.L.; “Progress of strip casting
technology for steel; historical developments”. ISIJ
International, Vol. 52 (2012), N° 12, pp. 2109-2122.
[2] Madías, J.; “Evolución reciente en la colada continua
de planchones delgados y laminación en línea”. Acero
Latinoamericano, N° 548, Ene-Feb de 2015; pp. 42-50.
[3] Birat, J.-P.; Steffen, R.; Wilmotte, S.; “State of the art
and developments in near-net-shape casting of flat steel
products”. Report EUR 16671 EN, 1995.
[4] Zapuskalov, N.; “Comparison of continuous strip casting
with conventional technology”. ISIJ International, Vol.
43, N° 8, pp. 115-1127.
[5] Edelman, D.G.; Campbell, P.C.; Killmore, Ch.R.;
Carpenter, K.R.; Kaul, H.R.; Williams, J.G.; Blejde, W.N.;
“Recent developments with ultra-thin cast strip products
produced by the CASTRIP® Process”. Iron & Steel
Technology, October 2009, pp. 47-58.
[6] “Posco receives Innovation of the Year award from World
Steel Association”. En: http://globalblog.posco.com/
posco-receives-innovation-of-the-year-award-from-worldsteel-association/ (visitado febrero 2016).
[7] Lee, D.S.; Lee, J.S; Kang, T.; “Robust molten steel level
control in a strip casting process”. ISIJ International, Vol.
45 (2005), N° 8, pp. 1165-1172.
[8] “Ningbo Steel Strip Casting Demonstration Plant Project
Enters Equipment Installation Phase”. Baosteel News,
15-5-2013. En: http://www.baosteel.com/group_en/
contents/2863/41986.html (visitado febrero 2016).
[9] Wans, J.; Geerkens, Chr.; Cremers, H.; Grethe, U.;
Juchmann, P.; Schmidt-Jürgensen, R.; “Belt Casting
Technology - Experiences based on the worldwide first
BCT caster”. METEC & 2nd ESTAD 2015, Düsseldorf,
Germany, June 2015.
[10] Liu, Zh.; Wang, B.; Zhang, Q.; Ma, J.; Zhang, J.;
“Numerical simulation of filling process during twin-roll
strip casting”. Metallurgical and Materials Transactions
B, Vol. 45B, February 2014, pp. 262-271.
[11] Wechsler, R.; Pronold, K.; Gillen, G.; “Commissioning
and operations of the CASTRIP process at Nucor
Crawfordsville”.
[12]Liu, Y.Y.; Liu, L.G.; Guo, J.; Liu, L.L.; Zhang, Y.; Fang,
Y.; Yang, Q.X.; “Casting speed optimal design of 304
stainless steel during twin roll strip casting process by
3D modeling”. Materials Science and Technology 2014
Vol. 30 N° 12, pp. 1453-1460.
[13]Ge, S.; Isac, M.; Guthrie, R.I.L.; “Progress in Strip
Casting Technologies for Steel; Technical Developments”
ISIJ International, Vol. 53 (2013), N° 5, pp. 729-742.
[14]CASTRIP Technology, Nucor Steel pamphlet, version
2.1. En: http://www.castrip.com/Nucor%20Facilities/
Brochures/PDF/Nucor%20Castrip%20Brochure%20
v2.1.pdf (visitado febrero 2016).
[15]“TYASA steelmaker to build Castrip® Facility near
Orizaba, Veracruz, Mexico”. PR NewsWire, December 3,
2015. En: http://www.prnewswire.com/news-releases/
tyasa-steelmaker-to-build-castrip-facility-near-orizabaveracruz-mexico-300188006.html (visitado febrero 2016).
[16]Parreiras Tavares, T.; Guthrie, R.I.L.; “Modelamento
físico e matemático do escoamento de fluido em
uma máquina piloto de duplo rolo para lingotamento
contínuo de tiras finas”. 53° Congresso Anual da ABM,
Belo Horizonte, Brasil, setembro de 1998, pp. 402-515.
[17]Pacheco Pujatti, M.F.; Macedo Fortini, O.; Brandão
Santos, D.; Andrade Castro, L.F.; Parreiras Tavares,
R.; “Microestrutura de tiras de aço de baixo carbono
produzidas por lingotamento contínuo em máquina
piloto de duplo rolo”. 53° Congresso Anual da ABM,
Belo Horizonte, Brasil, setembro de 1998, pp. 374-387.
[18]Guthrie, R.I.L.; Andrade Castro, L.F.; Parreiras Tavares,
R.; “Avaliação do fluxo de calor na interface metalmolde em uma máquina de duplo rolo de lingotamento
contínuo de tiras”. 55° Congresso Anual da ABM, São
Paulo, Brasil, julho de 2000, pp. 895-904.
[19]Defendi, G.A.; da Costa Fernandes, F.; de Sousa
Pena, J.C.; Ferreira da Cruz, V.; Parreiras Tavares, R.;
“Analysisof a metal delivery system for stripcastingin
a single beltcasterby a physicalmodeling”. 14th IAS
Steelmaking Conference, 2003, San Nicolás, Argentina,
pp. 489-497.
[20]da Costa Fernandes, F.; Defendi, G.A.; de Sousa
Pena, J.C.; Ferreira da Cruz, V.; Parreiras Tavares, R.;
“Analysis of a metal delivery system for strip casting in
single-beltcasters by mathematical modeling”. 14th IAS
Steelmaking Conference, 2003, San Nicolás, Argentina
pp. 471-478.
[21] Polito Braga, C.M.; Barral, C.E.; Gonçalves Jota, F.;
Silva, L.A.; Oliveira Rezende, Th.;Parreiras Tavares,
R.; “Desenvolvimento de um sistema de controle de
nível do molde para um sistema piloto de lingotamento
continuo”. Seminário de Automação de Processos
da ABM, Belo Horizonte, Brasil, outubro de 2004,
pp. 345-354.
[22]da Costa Fernandes, F.; Defendi, G.A.; de Souza Pena,
J.C.; Ferreira da Cruz, V.; Fernandes Oliveira, A.;
Parreiras Tavares, R.; “Construção e operação de uma
máquina de lingotamento de tiras finas pelo processo
de cinto único”. 35° Seminário de Aciaria da ABM,
Salvador, Brasil, maio de 2004, pp. 323-332.
[23]Pinheiro Nunes, A.; Magalhães Almeida, E.; Chaves
Camargos, Th.; Oliveira Santos, H.S.; Parreiras Tavares,
R.; “Lingotamento contínuo de tiras finas em uma
máquina de cinto único em escala de laboratório”. 38°
Seminário de Aciaria da ABM, Belo Horizonte, Brasil,
maio de 2007, pp. 353-363.