Optimización de tratamientos térmicos del acero a partir de estudios de consumo de gas

Abstract

El presente TFG recoge dos estudios relacionados con el consumo de gas en tratamientos térmicos del acero. El primero atiende a un estudio estadístico basado en datos históricos de consumo y producción con el que se estudia desde diferentes ángulos la relación existente entre el consumo de gas y las múltiples variables de proceso manejadas en el Taller de Tratamientos Térmicos de Reinosa Forgings & Castings, como son las dimensiones de las piezas, la carga total de las hornadas, las temperaturas alcanzadas durante los tratamientos o la duración de los mismos. De este análisis ha resultado un modelo con capacidad predictiva que, alimentado con datos de hornadas, permite estimar el consumo a futuro de tratamientos térmicos de normalizado. Asimismo, se propone un planteamiento de coeficientes adimensionales que caracterizan la eficiencia de los distintos tratamientos. Este conjunto de coeficientes, aún careciendo de capacidad predictiva, permite ahondar en las diferencias entre tratamientos y puede ayudar a estimar los costes energéticos desde un punto de vista comercial o de ingeniería. El segundo estudio consiste en el desarrollo y validación de un método para, a partir de la curva de consumo de gas instantáneo del horno, estimar el grado de empapamiento de una pieza. Mediante una combinación de simulación por elementos finitos y mediciones directas de temperatura, se ha conseguido predecir con exactitud la historia térmica de la zona más fría de la pieza. Esta predicción se ha cruzado con la curva de consumo de gas, estableciendo la relación entre ambas. Al fin del Proyecto, se propone un modelo simple que permite predecir de manera conservadora el instante en que la pieza está correctamente empapada para el tratamiento de revenido. Este modelo es potencialmente transferible a otras piezas similares, siempre que las propiedades físicas de las mismas no disten mucho del caso de validación.

This Final Degree Project includes two studies related to gas consumption in steel heat treatments. The first of them performs a statistical study based on historical consumption and production data. This study examines from different angles the relationship between gas consumption and the multiple process variables handled in the Reinosa Forgings & Castings Heat Treatment Workshop, such as part dimensions, total batch load, temperatures reached during treatments, and treatment duration. This analysis resulted in a predictive model that, when fed with batch data, allows for estimating future consumption for normalizing heat treatments. It also proposes dimensionless coefficients that characterize the efficiency of the different treatments. This set of coefficients, while lacking predictive capacity, allows for a deeper understanding of the differences between treatments and can help estimate energy costs from a commercial or engineering perspective. The second study involves the development and validation of a method for estimating the soaking degree of a part using the furnace's instantaneous gas consumption curve. Through a combination of finite element simulation and direct temperature measurements, the thermal history of the coldest zone of the part has been accurately predicted. This prediction has been cross-referenced with the gas consumption curve, establishing a relationship between them. At the end of the project, a simple model is proposed that allows a conservative prediction of the moment at which the part is adequately soaked for the annealing treatment. This model is potentially transferable to other similar parts, provided their physical properties do not differ significantly from the validation case.