Medición de La Temperatura Superficial Del Planchón Durante Enfriamiento Secundario

13th IAS Steelmaking Seminar, 2001, Buenos Aires, Argentina 277

STRAND SURFACE TEMPERATURE MEASUREMENT WITH A CONTACT THERMOCOUPLE

Sebastin Sylvestre (1) Jaime Usart(2)

Hugo Riboldi (2)

ABSTRACT A work was developed to measure the surface temperature of the strand during the secondary cooling in the Siderars Slab Caster. The aim was to have a better understanding of the secondary cooling, regarding future increase in casting speed, without quality problems like cracks, bulging, etc. The results should be also useful to validate a mathematical model of the continuous casting process. The methodology is to insert a plate with nails where the thermocouple was welded through a pipe, near the strand shell, over a roll in the grid. The roll pushes the thermocouple to the strand surface, and the nails fix it. A compensated cable connected the thermocouple with a data logger. The data is plotted in a thermal paper and then analyzed.

Three types of thermocouples were tested. They gave good readings and had a reasonable similar behavior from roll No. 22 in segment 2, downwards.

The pattern of the temperature profile in the water spray zone has the minimum values in the rolls, and in between them has two maximum and a valley. The temperature tends to increase gradually, but after roll No. 45, where the water cooling ends, it increases faster.

The largest temperature jumps are between the rolls and the first maximum. The jumps values are in some cases around 200 C, but the one between the 2nd maximum and the roll has higher gradient, despite of being smaller.

The profile is quite similar to those obtained in other plants, like British Steel. The temperature profile obtained from the experimental trials helps to adjust the values of heat transfer for the mathematical model predicting the solidification during the secondary cooling. Key words: solidification, continuos casting, secondary cooling, thermocouple. (1) Instituto Argentino de Siderurgia, Av. Central y Calle 19 Oeste, 2900 San Nicolas, Prov. de Buenos Aires,

Argentina. www.cablenet.com.ar/ias/aceria.htm (2) Siderar SAIC, P.O. Box 801, 2900 San Nicols, Prov. de Buenos Aires, Argentina


MEDICIN DE TEMPERATURA SUPERFICIAL DEL PLANCHN DURANTE EL ENFRIAMIENTO SECUNDARIO.

Sebastin Sylvestre (1) Jaime Usart(2)

Hugo Riboldi (2)

RESUMEN El trabajo fue desarrollado para medir la temperatura superficial del planchn de la Colada Continua de desbastes de Siderar durante el enfriamiento secundario. Fue llevado a cabo para tener una mayor compresin del enfriamiento secundario, que permitira aumentar la velocidad de colada sin problemas de calidad superficial como grietas, bulging, etc. Los resultados podran ser utilizados para la validacin de modelos matemticos de la colada continua.

La metodologa utilizada fue la insercin de una placa con clavos donde la termocupla estaba soldada a travs de un cao, cerca de la superficie del planchn, sobre un rodillo en la grilla. El Rodillo presiona la termocupla hacia la superficie, producindose la fijacin por los clavos. Un cable compensado conecta la termocupla con un data logger, donde es almacenada la informacin.

Tres termocuplas diferentes fueron probadas. Tuvieron buenos resultados y comportamientos similares desde el rodillo N 22 del segmento 3, en adelante.

La forma de la curva de temperatura en la zona de los picos tiene los valores mnimos en los rodillos, y entre estos posee dos mximos y un valle entre stos. En general las curvas muestran un pequeo aumento de la temperatura, mucho ms marcado a partir del rodillo 45 donde finaliza la refrigeracin con agua.

Los mximos saltos de temperatura estn entre los rodillos y el primer mximo, y son del orden de los 200C en algunos casos, pero los saltos del 2do mximo al rodillo aunque sean de menor magnitud son ms rpidos.

Comparando con las curvas obtenidas en otras plantas se ven similares caractersticas, como la obtenida por la British Steel.

Con la medicin experimental obtenida en la termocupla pueden ser ajustados entonces los valores de los coeficientes de transferencia trmica para los modelos matemticos que calculan la solidificacin del planchn durante el enfriamiento secundario. 1. INTRODUCCIN. Dentro del marco de la validacin del modelo matemtico COCONDES [1, 2], se desarroll un mtodo de medicin de temperatura superficial del planchn en la zona del enfriamiento secundario, mediante el uso de termocuplas. Esta tcnica fue desarrollada por la British Steel. El conocimiento de esos datos es importante para la optimizacin de los coeficientes de transferencia trmica en las distintas zonas de enfriamiento [3]. 2. DESARROLLO. Los primeros pasos consistieron en el diseo de una termocupla y un sistema de adhesin al planchn, basado en bibliografa [4, 5]. Los ensayos arrancaron en Noviembre de 1999. Varios problemas surgieron durante las primeras mediciones, por lo que fue necesario realizar modificaciones en el diseo, los materiales y la tcnica. Las ms importantes se realizaron sobre los siguientes puntos: (1) Instituto Argentino de Siderurgia, Av. Central y Calle 19 Oeste, 2900 San Nicols, Prov. de Buenos Aires,

Argentina (2) Siderar SAIC, Casilla de Correo 801, 2900 San Nicols, Prov. de Buenos Aires, Argentina


Adquisicin de datos: las velocidades de lectura en el trending de la mquina de colada continua son lentas. La velocidad de adquisicin debe ser del orden de 2 a 3 lecturas/seg para poder registrar todos los eventos.

Insercin y seguimiento de la termocupla: conviene usar una lengeta de la longitud del cao por donde se inserta, y marcar el cable compensado, para que ante cualquier problema se pueda localizar el punto dentro de la mquina donde se corta la seal.

Se reemplaz un tubo gua cuadrado, que impeda que el termopar girara, por uno rectangular, colocado a una distancia de 100 mm del planchn. Se hizo una mejora en el sistema de anclaje al planchn, incluyendo una punta en los dientes para facilitar el clavado y la utilizacin de materiales ms duros. 3. EQUIPOS Y METODO DE MEDICION. El equipo se compone de una termocupla con un cable compensado que se conecta a un registrador (figura 1), ms el sistema para la fijacin del termopar en el planchn. Se intent conectar directamente al sistema QNX pero el registro fue muy lento arrojando demasiada incertidumbre en la lectura.

Figura 1. Equipo utilizado para la medicin. Equipment used for temperatura measurements.

La termocupla va soldada en una placa que posee pines soldados para su anclaje y una lengeta gua. La insercin del termopar se realiza a travs de un cao rectangular, desde la plataforma de colada continua, como se muestra en la figura 2. Este cao debe colocarse durante una parada de mantenimiento o cambio de molde. Tiene un chafln y se coloca a unos 100 mm del planchn para facilitar la salida de la termocupla.

Figura 2. Posicin del cao para la insercin de la termocupla en la mquina de colada continua. Location of the pipe for thermocouple insertion in the slab caster.

4. MQUINA DE COLADA CONTINUA. La mquina de colada de desbastes de Siderar es una mquina curva de 2 lneas. Posee un molde curvo de 900 mm, grilla debajo del molde y rodillos de soporte. Est compuesta por 14 segmentos y posee 3 radios de curvatura de 10400 mm, 20000 mm e infinito. Los anchos normales de colado oscilan entre 750 a 1650 mm en dos espesores, 180 y 200 mm. La termocupla es insertada entre el rodillo N 8 y N 9. El cao donde se inserta la termocupla est a 250 mm del eje central del planchn, paralelo una lnea de sprays, a 100 mm de la mismas (parte superior izquierda de la figura 4). La distancia o pich entre rodillos vara en las diferentes zonas de la mquina. En tabla 1 se muestran estos valores aproximados.

Chapa deflectoraGrilla

Cao

Cao a picos

Soporte

Rodillo

Tapa

Soporte


Sector Dist. (mm) N Rodillo Sector (mm) Dist. N Rodillo Grilla 212 175 Del 5 al 10 Seg. 8 340 382 Del 46 al 48 Seg. 1 245 205 Del 11 al 15 Seg. 9 340 392 Del 48 al 51 Seg. 2 y 3 284 245 Del 16 al 25 Seg. 10 340 396 Del 51 al 54 Seg. 4 y 5 323 280 Del 26 al 35 Seg. 11-14 340 400 Del 54 al 66 Seg. 6 y 7 358 310 Del 36 al 45

Tabla 1. Distancia entre rodillos y dimetro de los mismos. Table 1. Roll pitch and roll diameter.

La configuracin y la forma de los picos rociadores vara en las distintas zonas de enfriamiento [6]. El sistema de agua (figura 3) posee cuatro zonas de enfriamiento: el anillo por debajo del molde, Zona 1.a y b (Grilla), Zona 2 (Segmentos 1 y 2), Zona 3 (Segmentos 3, 4 y 5), Zona 4 (Segmentos 6 y 7). La refrigeracin llega hasta el rodillo 45.

Zona 1 aGrilla

Zona 1 bRodillos

760

1000

3601600

Posicin cao

1098765

250

38

38

19

10

80

102

Jet plano

Pico cnico

Picos Triangulo FJ

17

5

Segmento 1

Segmento 2

500

Zona

2 (2

700)

1300

1514131211

1617181920

350

62

Picos Triangulo FJ

205

350

69

Picos Triangulo FJ

245

250

290

Segmento 3

Segmento 5

Segmento 4

Zon

a 3

(475

0)

1300

212223242526272829303132333435

350

69

Picos Triangulo FJ

245

350

82

Picos Triangulo FJ

280

290

330

350

82

Picos Triangulo FJ

280

330

Segmento 7

Segmento 6

Zona

4 (3

650)

1000

3637383940

4142434445

350

97

Picos Triangulo FJ

365

310

350

97

Picos Triangulo FJ

365

310

Figura 3. Zonas de enfriamiento secundario. Grilla, Segmentos 1 y 2, Segmentos 3 al 5, Segmentos 6 y 7. Secondary cooling zones. Grid, Segments 1 and 2, Segments 3 to 5 and Segments 6 and 7. 5. EXPERIENCIAS. En la primera experiencia en que se obtuvieron resultados consistentes se utilizaron tres termocuplas diferentes. En la tabla 2 se presenta un resumen de los resultados obtenidos.

Lnea Proveedor T/C Long (mts)

Colada Acero Velocidad (m/min)

Hora insercin

L2 Telemeter 8 pines 15 74033 FK06H 1,19 10:53 L2 ATI 8 pines 8 74034 FK06H 1.19 11:20 L2 Telemeter 4 pines 15 74034 FK06H 1,19 11:40 Tabla 2. Datos de tres realizados el 23 de agosto del 2000. Table 2. Data for the trial made on August 23rd of 2000.


6. ANLISIS DE RESULTADOS. Las tres termocuplas no clavan inmediatamente al salir de cao gua y ser apretadas por el primer rodillo (N9). Parecera que no se produce un buen anclaje y existe un huelgo entre la termocupla y el planchn, que se elimina con la presin ejercida por los rodillos. A partir del rodillo 22 empiezan a clavar las termocuplas. En los rodillos del 9 al 21 las termocuplas slo registraron cuando eran apretadas por el rodillo, y luego, probablemente debido a un rodillo con bending o desalineado, o por la mayor presin ferrosttica, stas se clavaron en la superficie del planchn y se comenz a registrar la temperatura correctamente. La curva que se produce entre rodillos tiene la forma que muestra la figura 4. Se tienen los valores correspondientes al contacto de la lnea con los rodillos, dos picos mximos de temperatura y un valle entre ambos picos. A partir del rodillo 44, cuando se termina el enfriamiento secundario, ya no se produce un valle pronunciado.

Figura 4. Perfil de temperatura entre rodillos. Temperature profile between rolls.

Los valores mnimos de temperatura se registraron en los rodillos. En la figura 5 se presentan los valores alcanzados por las termocuplas en su contacto con los rodillos. La primera parte de la curva, hasta el rodillo 22, es irregular, por lo mencionado anteriormente. Si bien las diferentes termocuplas no midieron la misma temperatura, la diferencia entre los valores para las distintas zonas de la mquina se mantiene. El valor de los primeros picos (MAX 1) es mayor que los segundos picos (MAX 2) en los primeros rodillos. Si se analizan los saltos de temperatura entre los distintos puntos, se ve que la termocupla 2, tiene saltos menores de temperatura en los puntos donde tiene contacto el rodillo y adems la forma de la curva es redondeada y no terminan en punta como en las otras. Esto puede deberse a una menor velocidad de respuesta en dicha termocupla, lo que no le permite captar los gradientes trmicos generados en el rodillo. Pero en los saltos hacia los valles entre los dos mximos esta termocupla 2 parecera registrar saltos mayores que las otras. Los grficos de T se ven en la figura 6.

Temperatura 1er Maximo

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1000

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000

T/C 1

T/C 2

T/C 3

Rodillos

Temperatura rodillos

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000

T/C 1

T/C 2

T/C 3

Rodillos

Figura 5. Temperatura en el contacto con los rodillos (izquierda) y en los mx 1 (derecha). Temperature in contact with rolls (left) and maximum 1 (right).


Salto de temp rodillo-Max 1

0

50

100

150

200

250

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000

T/C 1

T/C 2

T/C 3

Rodillos

Salto de temp Max 2 y rodillo

-250

-200

-150

-100

-50

00 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000

T/C 1

T/C 2

T/C 3

Rodillos

Figura 6. Izquierda: Variacin de la temperatura entre el punto de contacto con los rodillos y los mx 1 (izqquierda). Derecha: idem entre max 2 y el punto de contacto con los rodillos. Left: temperature increase from contact with rolls to max 1. Right: temperature decrease from max 2 to contact with rolls. La temperatura que registran las termocuplas estn dentro de una banda de 250 C. En la figura 8 se ve una grfica con el valor registrado por las tres termocuplas. La 2da tiene una menor variacin en las cadas que producen los rodillos y una mayor cada en los valles entre mximos. La velocidad de respuesta no es tan rpida como en las otras dos. Por otro lado, la temperatura promedio de la superficie se mantiene entre 700 y 800 C segn la termocupla y a partir del rodillo 45 sube unos 150 C. En la figura 7 se presenta una grfica obtenida en British Steel, comparada con la termocupla 3; la forma de las curvas y los saltos de temperatura son similares.

Figura 7 Comparacin de una curva de British Steel (negro) y la termocupla 3 (Gris).

British Steel (black) vs.Thermocouple N 3 (gray). Los valores obtenidos por los modelos matemticos que calculan la solidificacin del planchn durante el enfriamiento secundario pueden ser corregidos con la medicin experimental obtenida con termocuplas. En la figura 9 se compara una curva obtenida mediante el modelo COCONDES con la medida por la termocupla 3.


Fig

ura

8. T

empe

ratu

ra e

n la

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ris y

rom

bos

N

1, N

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2

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ulos

N

3). E

je X

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bus

N 1

, Bla

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N2

and

dar

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). X

axis

. Rol

l num

ber a

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axi

s.


Figura 9. Comparacin entre la termocupla 3 y el modelo matemtico COCONDES. Thermocouple N 3 vs. Calculated by COCONDES model.

7. CONCLUSIONES. Se implement un sistema para la medicin directa de la temperatura superficial de la lnea mediante termocupla en la mquina de colada continua de planchones de Siderar. Las termocuplas comienzan a medir a partir del rodillo N 22, debido a falta de contacto inicial. La curva de temperatura en la zona de los picos rociadores tiene valores mnimos en los rodillos. Entre rodillos tiene dos valores mximos, con un valle entre ambos. El primer mximo parece ser ms alto que el segundo. En la zona de medicin, se observa en general un aumento de la temperatura, mucho ms marcado a partir del rodillo 45 donde finaliza la refrigeracin con agua. El mximo ascenso de temperatura se produce entre la zona en contacto con los rodillos y el primer mximo, y es del orden de los 200C en algunos casos. La cada de temperatura que se produce desde el 2do mximo hasta el siguiente rodillo es de menor magnitud pero se produce ms rpidamente. Comparando con una curva obtenida en British Steel, se tienen las mismas caractersticas (menor valor en rodillos, dos mximos y un valle entre rodillos), y saltos son aproximadamente de la misma magnitud. Con la medicin experimental obtenida mediante termocupla pueden ser ajustados los valores de los coeficientes de transferencia trmica que se utilizan en los modelos matemticos que calculan la solidificacin del planchn durante el enfriamiento secundario. 8. BIBLIOGRAFIA. 1- G. Snchez Sarmiento, H. Reggiardo, C. Cicutti, IAS-COCONDES Modelos para la transferencia de calor y la optimizacin del enfriamiento secundario en una mquina de colada continua de desbastes. Siderar, 1992

2- G. Snchez Sarmiento, Jorge Madias, Sebastin Sylvestre, IAS-COCONDES Modelos para la transferencia de calor y la optimizacin del enfriamiento secundario en una mquina de colada continua de desbastes Versin 2.0 (Windows). Siderar, 1998.

3- Snchez Sarmiento, H. Reggiardo, C. Cicutti. IAS-COCONDES Modelo para la optimizacin del enfriamiento secundario y solidificacin de la ccd1. Determinacin de los coeficientes de transferencia trmica y su relacin con los caudales de agua de enfriamiento. Informe interno IAS-Siderar, 1992. 4- Stewart Smith. Comunicacin privada. Agosto de 1997.

5- Ricardo Machado Cabral, Antonio Martins Corra Neto, Mauricio de Freitas Vieira (IDD), Sidmei Oswaldo Costa de Andrade (IDR), Claudio Antonio Valadares (IAT), Desenvolvimento de um Sistema para Medio da Temperatura Superficial da Placa no Lingotamento Contnuo. USIMINAS.

6- Arthur Vaterlaus, ARVA AG, Suiza, Secondary Cooling Improvement Study For the Slab Continuous Casting Machine (CCM), Siderar, Agosto 1999.

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