Ph.D. studenten Camila Gomez efterliknade kylningsprocessen för Tata Steel masugnar i labbet och fick reda på att det är bättre att svalna med varmare vatten.

Att kyla glödhet stål efter att det har plattvalsats till plattor med önskad tjocklek är en ganska känslig operation. Ph.D. kandidat Camila Gomez kopierade kylningsprocessen för Tata Steel's masugnar i sitt labb, och lärde mig att det kan vara bättre att använda varmare vatten.

I masugnarna på Tata Steel i IJmuiden, tjocka stålplattor med en temperatur på cirka 1200 grader Celsius plattvalsas i olika steg från plattor med en tjocklek på cirka 20 centimeter till bara några centimeter. Inom några sekunder, dessa plattor måste kylas så mycket att de kan rullas till något som liknar en stor toalettpappersrulle.

För att kyla stålet, plattorna passerar under vatten som rinner med hög hastighet, Camila Gomez förklarar. "Vattnet som faller på stålet börjar koka och snabbt extraherar värme från materialet. Den exakta hastighet och enhetlighet med vilken plattan svalnar bestämmer materialets eventuella egenskaper, så det är en ganska känslig process. "

Hög hastighet

Under rullningsprocessen, stålplattorna växer i längd från 20 till mer än 200 meter, vilket är också anledningen till att hastigheten med vilken de rör sig ökar tio gånger. "I slutet, stålet passerar genom vattenstrålarna med en hastighet av nästan 80 kilometer i timmen; eftersom kylprocessen alltså sker med extremt hög hastighet, det är svårt att studera det på fabriken. "

Fortfarande, för att bättre anpassa den industriella processen till produktionen av nya ståltyper, Det är viktigt att veta exakt vad som händer med kylvattnet nära stålets yta. Så Gomez, som föddes i Argentina och emigrerade till Spanien vid 10 års ålder, tillfrågades inom ett samarbete mellan NWO, Tata Steel och TU/e ​​gör en testinställning för att i detalj analysera hur kylvattnet börjar koka när det kommer i kontakt med varmt stål.

"Tills nu, det hade bara gjorts experiment med stationära och långsamma inställningar, "Säger Gomez." Vi har nu byggt en installation i labbet i Gemini som gör att vi kan förflytta en bit hett stål under en vattenstråle med en hastighet på nästan 30 kilometer i timmen när vi gör inspelningar nära ytan med höghastighetskameror. "Hon använde ett så kallat boreskop för detta, jämförbar med ett endoskop för intern medicinsk undersökning av kroppen, som hon placerade i vattenstrålarna.

Hon fann att kylvattnet kan komma i kontakt med stål med en temperatur på inte mindre än 900 grader. "Det var ett slags mysterium, eftersom du skulle förvänta dig att vattnet snabbt värms upp till 300 grader, varefter det avdunstar på ett explosivt sätt. Vi har nu sett att ångbubbla bildas verkligen sker lokalt, men att dessa bubblor därefter imploderar eftersom det kalla vattnet faller ner på dem. Det sker upp till 40, 000 gånger per sekund - en process som du bara kan upptäcka när du spelar in med hög bildhastighet och studerar dessa bilder en efter en. "

Den upptäckten är det största vetenskapliga resultatet av hennes doktorandprojekt, vad hon angår. Dock, dessutom, det finns en annan upptäckt som kan ha allvarliga praktiska konsekvenser. When the surface does not cool uniformly due to constant local vapor explosions, it results in imperfections and steel of lesser quality. "Därför, 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. Visserligen, 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.