Efecto de la ampliación de la capacidad de los hornos de galvanizado sobre el diseño de los ciclos térmicos de los aceros microaleados" "effect of the capacity increase of the galvanizing furnaces on the design of the thermal cycles for microalloyed steels

Resumen

En esta tesis se presenta la investigación llevada a cabo para mejorar la procesabilidad de los aceros microaleados utilizando ciclos de recocido sin etapa de mantenimiento en la línea de galvanizado en caliente número 2 de ArcerlorMittal en Avilés (Asturias). La ampliación de la capacidad del horno de la línea, que se consiguió mediante la instalación de tubos radiantes adicionales en la zona de mantenimiento, supuso el cambio de la curva clásica de recocido consistente en cuatro etapas (calentamiento, mantenimiento, enfriamiento y envejecimiento) y el paso a una nueva curva en la que el calentamiento se amplió y se eliminó el mantenimiento. Esto supuso la necesidad de rediseñar los ciclos térmicos de las diferentes familias de aceros, y en caso específico de los aceros microaleados generó un problema por un grave incremento del rechazo de bobinas por estar fuera del rango de características mecánicas. En esta tesis en primer lugar se realizó un modelo del horno de galvanizado para la realización de simulaciones del proceso. Este modelo tiene la particularidad respecto a los descritos en la literatura de que en lugar de utilizar las temperaturas de las zonas del horno se propuso el uso de las temperaturas de los tubos radiantes. Este enfoque permite calcular fácilmente la potencia real del horno en función de las condiciones actuales (número de tubos radiantes operativos). En segundo lugar, se definió y aplicó un nuevo parámetro de proceso para asegurar las características mecánicas de los aceros microaleados procesados sin etapa de mantenimiento. Este parámetro depende del tiempo y la temperatura y se contabiliza a partir del inicio de la recristalización. Para encontrar los valores máximo y mínimo de este parámetro se modificó el modelo del horno para incluir este cálculo y después se simularon las bobinas cuyos resultados en los ensayos estaban fuera de las especificaciones. Una vez hecho esto, se realizaron nuevas simulaciones combinando velocidades y temperaturas de proceso que cumplieran con los límites definidos llegándose a obtener un área de factibilidad, llamado Ventana de Proceso, para cada una de las familias de microaleados y que se aplicaron con éxito en la línea de producción. Tras lograr la reducción del rechazo, el tercer bloque de la tesis consistió en reducir la dispersión de las características mecánicas dentro del rango objetivo. Para ello se desarrollaron y compararon cuatro tipos de modelos numéricos (regresión lineal, regresión polinómica, redes neuronales y Multivariate Adaptative Regression Splines). Dichos modelos aúnan por un lado precisión en el cálculo de las principales características mecánicas de la bobina, y por otro son los suficientemente sencillos de implementar y mantener por parte del personal de la línea. Como datos de entrada a los modelos se tuvieron en cuenta no sólo las variables de proceso de la línea de galvanizado, sino también las principales variables de los procesos aguas arriba. En los datos de galvanizado se comparó la precisión usando los valores medios de la bobina con el uso de los valores de proceso en la zona de la muestra, siendo ligeramente mejores los resultados obtenidos con esta última opción. También se demostró que la inclusión del parámetro tiempo-temperatura mejora de manera sustancial los resultados, y que con dicho parámetro un modelo predictivo relativamente sencillo calcula los valores de las propiedades mecánicas con la suficiente precisión. This thesis presents the research carried out to improve the processability of microalloyed steels using annealing cycles without maintenance stage in the ArcerlorMittal hot dip galvanizing line number 2 in Avilés (Asturias). The expansion of the line's furnace capacity, which was achieved by installing additional radiant tubes in the maintenance section, meant the change in the classic annealing curve consisting of four stages (heating, maintenance, cooling and aging) and transition to a new curve where heating was extended and maintenance was removed. This meant the need to redesign the thermal cycles of the different families of steels, and in the specific case of micro-alloyed steels, it caused a problem due to a serious increase in rejection of coils, raising the percentage of coils outside the target range of mechanical characteristics. In this thesis, a galvanizing furnace model was first made to carry out simulations of the process. This model has the particularity with respect to those described in the literature that instead of using the temperatures of the furnace zones, the use of the temperatures of the radiant tubes was proposed. This approach makes it possible to easily calculate the actual power of the furnace based on current conditions (number of operating radiant tubes). Second, a new process parameter was defined and applied to ensure the mechanical characteristics of microalloyed steels processed without the maintenance stage. This parameter depends on time and temperature and is counted from the starting of recrystallization. To find the maximum and minimum values of this parameter, the furnace model was modified to include this calculation and then the coils whose results in the tests were out of specifications were simulated. Once this was done, new simulations were performed combining process speeds and temperatures that met the defined limits, reaching a feasibility area, called Process Window, for each of the families of microalloys and which were successfully applied in the production line. After achieving the rejection reduction, the third block of the thesis consisted of reducing the dispersion of the mechanical characteristics within the target range. For this, four types of numerical models were developed and compared (linear regression, polynomial regression, neural networks and Multivariate Adaptive Regression Splines). Said models combine, on the one hand, precision in calculating the main mechanical characteristics of the coil, and on the other, they are simple enough to implement and maintain by line personnel. As input data to the models, not only the process variables of the galvanizing line were considered, but also the main variables of the upstream processes. In the galvanizing data, the precision was compared using the mean values of the coil with the use of the process values in the area of the sample, being the results obtained with this last option slightly better. It was also shown that the inclusion of the time-temperature parameter substantially improves the results, and that with this parameter a relatively simple predictive model calculates the values of the mechanical properties with enough precision.