Ph.D. a aluna Camila Gomez imitou o processo de resfriamento dos altos-fornos da Tata Steel no laboratório e descobriu que é melhor resfriar com água mais quente.

O resfriamento do aço incandescente após ter sido laminado em placas da espessura desejada é uma operação bastante delicada. Ph.D. a candidata Camila Gomez copiou o processo de resfriamento dos altos-fornos da Tata Steel em seu laboratório, e aprendi que usar água mais quente pode ser melhor.

Nos altos-fornos da Tata Steel em IJmuiden, placas grossas de aço com uma temperatura de cerca de 1200 graus Celsius são laminadas em vários estágios de placas com espessura de aproximadamente 20 centímetros a apenas alguns centímetros. Em alguns segundos, essas placas precisam ser resfriadas a tal ponto que possam ser enroladas em algo semelhante a um enorme rolo de papel higiênico.

Para resfriar o aço, as placas passam por baixo da água fluindo em alta velocidade, Camila Gomez explica. “A água que cai sobre o aço começa a ferver e rapidamente extrai o calor do material. A velocidade exata e a uniformidade com que a laje esfria vão determinar as características eventuais do material, por isso é um processo bastante delicado. "

Alta velocidade

Durante o processo de laminação, as placas de aço crescem em comprimento de 20 a mais de 200 metros, e é também por isso que a velocidade com que se movem aumenta dez vezes. "No fim, o aço passa pelos jatos d'água a uma velocidade de quase 80 quilômetros por hora; uma vez que o processo de resfriamento, portanto, ocorre em uma velocidade extremamente alta, é difícil estudar na fábrica. "

Ainda, para melhor adequar o processo industrial à produção de novos tipos de aço, é importante saber exatamente o que acontece com a água de resfriamento próxima à superfície do aço. Então Gomez, que nasceu na Argentina e emigrou para a Espanha aos 10 anos, foi questionado dentro de uma colaboração entre a NWO, Tata Steel e TU / e para fazer uma configuração de teste para analisar em detalhes como a água de resfriamento começa a ferver ao entrar em contato com o aço quente.

"Até agora, houve apenas experimentos usando configurações fixas e lentas, "Gomez diz." Agora construímos uma configuração no laboratório em Gemini que nos permite mover um pedaço de aço quente por baixo de um jato de água a uma velocidade de quase 30 quilômetros por hora, enquanto fazemos gravações perto da superfície usando câmeras de alta velocidade. "Ela usou um chamado boroscópio para isso, comparável a um endoscópio para exame médico interno do corpo, que ela colocou nos jatos de água.

Ela descobriu que a água de resfriamento pode entrar em contato com o aço a uma temperatura não inferior a 900 graus. "Isso foi uma espécie de mistério, porque você esperaria que a água esquentasse rapidamente a 300 graus, depois disso, ele evapora de maneira explosiva. Agora vimos que a formação de bolhas de vapor realmente ocorre localmente, mas que essas bolhas implodem subsequentemente porque a água fria cai sobre elas. Isso ocorre até 40, 000 times per second—a process you can detect only when you record at a high frame rate and study those images one by one."

That discovery is the greatest scientific result of her doctoral project, as far as she's concerned. Contudo, on top of that, there is another discovery that might have serious practical implications. When the surface does not cool uniformly due to constant local vapor explosions, it results in imperfections and steel of lesser quality. "Therefore, you want to cool the steel as evenly as possible. Our measurements show that warmer cooling water allows you to create a stable water vapor layer above the steel. Na verdade, that slows down the cooling process, but it does produce a better result."

When Gomez raised the water temperature from 25 to 60 degrees, 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.