Optimización del ciclo de calentamiento previo a la forja para grandes lingotes de acero. - Romano Acosta, Luis Fernando (2016)
La energía usada en el proceso de forja es un factor importante en la economía de la industria y los costos del calentamiento de lingotes previo a la deformación representan una proporción considerable. Debido a esto se busca desarrollar estrategias óptimas de calentamiento de lingotes para reducir el consumo de combustible. El objetivo del procedimiento de optimización es minimizar los costos de calentamiento que son dependientes del tiempo total de calentamiento de los lingotes. Los componentes estructurales con los que trabajamos están fabricados a partir de lingotes de acero (los cuales contienen elementos de aleación como el cromo, cobalto, níquel, etc.) producidos mediante procesos de fusión-vaciado, los cuales, en la mayoría de los casos contienen defectos metalúrgicos internos como poros, segregación, grietas y/u óxidos que si no se eliminan pueden afectar a la pieza. El objetivo de este proyecto es determinar las curvas de calentamiento previo al proceso de forja con tiempos menores a los establecidos actualmente. Para lograrlo se hizo un estudio de la transferencia de calor dentro del horno y de la disolución de precipitados para determinar el tiempo de empape para homogeneizar química (minimizar segregación) y térmicamente el material, en este caso se tomaron en cuenta distintos factores como el tamaño y geometría de la pieza, el tipo de horno donde se calentó el lingote, la posición de la pieza dentro del horno y la composición química del acero. Los aspectos importantes que se deben considerar al momento de diseñar una curva de calentamiento son: el consumo de energía y el tiempo de calentamiento considerando los efectos adversos de los esfuerzos residuales en el lingote, así como completar las transformaciones de fase y disolución de carburos que se llevan a cabo durante el calentamiento. La optimización de los ciclos de calentamiento de lingotes antes de la forja debe cumplir con los siguientes objetivos: minimizar el tiempo total de calentamiento y maximizar los esfuerzos térmicos dentro del lingote sin superar el máximo permitido, teniendo como resultado un ahorro en energía y un incremento en productividad manteniendo la calidad del producto. Para poder determinar los niveles de esfuerzos térmicos en un lingote cuando la temperatura está cambiando, fue necesario conocer la distribución de temperatura dentro del lingote a través del tiempo de calentamiento. Para el análisis sobre el tiempo de calentamiento de lingotes, fue necesario la estimación del coeficiente de transferencia de calor del horno. Así, después de conectar los termopares en los lingotes y usando el método de ensayo y error, el valor del coeficiente de transferencia de calor se consiguió a partir del resultado de la temperatura obtenida. [1] Estas mediciones de temperatura fueron los datos para generar un modelo de simulación que nos ayudó a conocer la distribución de temperaturas y así mismo los niveles de esfuerzos dentro del lingote durante el calentamiento. Como parte de este trabajo se hicieron pruebas de laboratorio en una parte del lingote en su forma as cast para conocer los tipos de precipitados que estaban presentes, donde se llegó a la conclusión de que los tiempos y temperaturas del ciclo de calentamiento de calentamiento son mayores a los tiempos de disolución de estos precipitados. Se optimizaron 3 ciclos de calentamiento para 3 diferentes lingotes, donde se obtuvo una reducción en tiempo de aproximadamente el 27% del tiempo total para cada una.