Køler rødglødende stål med varmt vand

Ph.D. studerende Camila Gomez efterlignede afkølingsprocessen af ​​Tata Steels højovne i laboratoriet og fandt ud af, at det er bedre at køle med varmere vand.

Afkøling af rødglødende stål, efter at det er blevet fladvalset til plader af den ønskede tykkelse, er en ret delikat operation. Ph.D. kandidat Camila Gomez kopierede afkølingsprocessen af ​​Tata Steels højovne i sit laboratorium, og lærte, at det kan være bedre at bruge varmere vand.

I højovnene ved Tata Steel i IJmuiden, tykke plader af stål med en temperatur på omkring 1200 grader Celsius fladvalses i forskellige trin fra plader med en tykkelse på cirka 20 centimeter til blot nogle få centimeter. Inden for få sekunder, disse plader skal afkøles i en sådan grad, at de kan rulles til noget, der ligner en kæmpe toiletpapirrulle.

For at køle stålet, pladerne passerer under vand og flyder med høj hastighed, Camila Gomez forklarer. "Vandet, der falder på stålet, begynder at koge og trækker hurtigt varme fra materialet. Den nøjagtige hastighed og ensartethed, hvormed pladen afkøles, vil bestemme materialets eventuelle egenskaber, så det er en ret delikat proces."

Høj hastighed

Under rulleprocessen, stålpladerne vokser i længden fra 20 til mere end 200 meter, hvilket også er grunden til, at hastigheden, hvormed de bevæger sig, ti ganges. "I slutningen, stålet passerer gennem vandstrålerne med en hastighed på næsten 80 kilometer i timen; da afkølingsprocessen således foregår ved en ekstrem høj hastighed, det er svært at studere det på fabrikken."

Stadig, for bedre at tilpasse den industrielle proces til produktionen af ​​nye ståltyper, det er vigtigt at vide præcis, hvad der sker med kølevandet nær stålets overflade. Så Gomez, som er født i Argentina og emigrerede til Spanien i en alder af 10, blev spurgt i et samarbejde mellem NWO, Tata Steel og TU/e ​​om at lave en testopsætning for at analysere i detaljer, hvordan kølevandet begynder at koge, når det kommer i kontakt med varmt stål.

"Indtil nu, der havde kun været eksperimenter med stationære og langsomtgående opsætninger, " siger Gomez. "Vi har nu bygget en opsætning i laboratoriet i Gemini, der giver os mulighed for at flytte et stykke varmt stål under en vandstråle med en hastighed på næsten 30 kilometer i timen, mens vi laver optagelser tæt på overfladen vha. højhastighedskameraer." Hun brugte et såkaldt borescope til dette, sammenlignes med et endoskop til intern medicinsk undersøgelse af kroppen, som hun lagde i vandstrålerne.

Hun fandt ud af, at kølevandet kan komme i kontakt med stål med en temperatur på ikke mindre end 900 grader. "Det var en slags mysterium, fordi du ville forvente, at vandet opvarmes hurtigt til 300 grader, hvorefter det fordamper på eksplosiv måde. Vi har nu set, at dampbobledannelse faktisk forekommer lokalt, men at disse bobler efterfølgende imploderer, fordi det kolde vand falder ned på dem. Det sker op til 40, 000 gange i sekundet - en proces, du kun kan registrere, når du optager med en høj billedhastighed og studerer disse billeder et efter et."

Den opdagelse er det største videnskabelige resultat af hendes doktorgradsprojekt, hvad hun angår. Imidlertid, oven i købet, der er en anden opdagelse, der kan have alvorlige praktiske konsekvenser. Når overfladen ikke afkøles ensartet på grund af konstante lokale dampeksplosioner, det resulterer i ufuldkommenheder og stål af ringere kvalitet. "Derfor, du vil køle stålet så jævnt som muligt. Vores målinger viser, at varmere kølevand giver dig mulighed for at skabe et stabilt vanddamplag over stålet. Indrømmet, der bremser afkølingsprocessen, men det giver et bedre resultat."

Da Gomez hævede vandtemperaturen fra 25 til 60 grader, hun var i stand til at køle stålet i sit testopstilling yderligere 50 grader uden at gå ind i det ustabile regime. Dette er viden, der kan være af høj værdi for stålproducenter, hun siger, since the water temperature can be easily adjusted without having to alter the entire production line.