dottorato di ricerca la studentessa Camila Gomez ha imitato il processo di raffreddamento degli altiforni di Tata Steel in laboratorio e ha scoperto che è meglio raffreddare con acqua più calda.

Il raffreddamento dell'acciaio incandescente dopo che è stato laminato in lastre dello spessore desiderato è un'operazione piuttosto delicata. dottorato di ricerca la candidata Camila Gomez ha copiato il processo di raffreddamento degli altiforni di Tata Steel nel suo laboratorio, e ho imparato che usare acqua più calda può essere migliore.

Negli altiforni di Tata Steel a IJmuiden, lastre di acciaio di grosso spessore con una temperatura di circa 1200 gradi centigradi vengono laminate in piano in varie fasi da lastre con uno spessore di circa 20 centimetri a pochi centimetri. In pochi secondi, queste lastre devono essere raffreddate a tal punto da poter essere arrotolate in qualcosa che assomigli a un enorme rotolo di carta igienica.

Per raffreddare l'acciaio, le lastre passano sotto l'acqua che scorre ad alta velocità, Camila Gomez spiega. "L'acqua che cade sull'acciaio inizia a bollire ed estrae rapidamente calore dal materiale. L'esatta velocità e uniformità con cui la lastra si raffredda determinerà le eventuali caratteristiche del materiale, quindi è un processo piuttosto delicato."

Alta velocità

Durante il processo di laminazione, le lastre in acciaio crescono in lunghezza da 20 a oltre 200 metri, motivo per cui la velocità con cui si muovono aumenta di dieci volte. "Alla fine, l'acciaio attraversa i getti d'acqua ad una velocità di quasi 80 chilometri orari; poiché il processo di raffreddamento avviene quindi ad una velocità estremamente elevata, è difficile studiarlo in fabbrica."

Ancora, al fine di adeguare meglio il processo industriale alla produzione di nuovi tipi di acciaio, è importante sapere esattamente cosa succede all'acqua di raffreddamento vicino alla superficie dell'acciaio. Allora Gomez, nato in Argentina ed emigrato in Spagna all'età di 10 anni, è stato chiesto nell'ambito di una collaborazione tra il NWO, Tata Steel e TU/e ​​per realizzare una configurazione di prova per analizzare in dettaglio come l'acqua di raffreddamento inizia a bollire una volta che viene a contatto con l'acciaio caldo.

"Fino ad ora, c'erano stati solo esperimenti usando configurazioni fisse e lente, " Dice Gomez. "Abbiamo ora costruito una configurazione nel laboratorio di Gemini che ci consente di spostare un pezzo di acciaio caldo sotto un getto d'acqua a una velocità di quasi 30 chilometri all'ora mentre effettuiamo registrazioni vicino alla superficie utilizzando telecamere ad alta velocità." Ha usato un cosiddetto endoscopio per questo, paragonabile a un endoscopio per l'esame medico interno del corpo, che ha messo nei getti d'acqua.

Ha scoperto che l'acqua di raffreddamento può entrare in contatto con l'acciaio con una temperatura non inferiore a 900 gradi. "Era una specie di mistero, perché ti aspetteresti che l'acqua si riscaldi rapidamente a 300 gradi, dopodiché evapora in maniera esplosiva. Abbiamo ora visto che la formazione di bolle di vapore si verifica effettivamente localmente, ma che queste bolle successivamente implodono perché l'acqua fredda cade su di esse. Che si verifica fino a 40, 000 volte al secondo, un processo che puoi rilevare solo quando registri a un frame rate elevato e studi le immagini una per una."

Quella scoperta è il più grande risultato scientifico del suo progetto di dottorato, per quanto la riguarda. Però, oltre a ciò, c'è un'altra scoperta che potrebbe avere serie implicazioni pratiche. Quando la superficie non si raffredda uniformemente a causa di esplosioni di vapore locali costanti, ne risulta imperfezioni e acciai di qualità inferiore. "Perciò, si desidera raffreddare l'acciaio nel modo più uniforme possibile. Le nostre misurazioni mostrano che l'acqua di raffreddamento più calda consente di creare uno strato di vapore acqueo stabile sopra l'acciaio. certo, che rallenta il processo di raffreddamento, ma produce un risultato migliore."

Quando Gomez ha alzato la temperatura dell'acqua da 25 a 60 gradi, she was able to cool the steel in her test setup a further 50 degrees without entering the unstable regime. This is knowledge that could be of high value to steel manufacturers, she says, since the water temperature can be easily adjusted without having to alter the entire production line.