doctoraat student Camila Gomez bootste het koelproces van de hoogovens van Tata Steel na in het lab en ontdekte dat je beter kunt koelen met warmer water.

Het koelen van roodgloeiend staal nadat het platgewalst is tot plakken van de gewenste dikte is een nogal delicate operatie. doctoraat kandidaat Camila Gomez kopieerde het koelproces van de hoogovens van Tata Steel in haar lab, en leerde dat het gebruik van warmer water beter kan.

In de hoogovens van Tata Steel in IJmuiden, dikke plakken staal met een temperatuur van rond de 1200 graden Celsius worden in verschillende fasen platgewalst van plakken met een dikte van ongeveer 20 centimeter tot slechts enkele centimeters. Binnen enkele seconden, deze platen moeten zodanig worden gekoeld dat ze kunnen worden opgerold tot iets dat lijkt op een enorme rol toiletpapier.

Om het staal af te koelen, de platen passeren onder water dat met hoge snelheid stroomt, Camila Gomez legt het uit. "Het water dat op het staal valt, begint te koken en onttrekt snel warmte aan het materiaal. De exacte snelheid en uniformiteit waarmee de plaat afkoelt, zal de uiteindelijke eigenschappen van het materiaal bepalen, dus het is een nogal delicaat proces."

Hoge snelheid

Tijdens het walsproces wordt de stalen platen groeien in lengte van 20 tot meer dan 200 meter, dat is ook de reden waarom de snelheid waarmee ze bewegen vertienvoudigd. "Aan het einde, het staal gaat met een snelheid van bijna 80 kilometer per uur door de waterstralen; omdat het koelproces dus met een extreem hoge snelheid plaatsvindt, het is moeilijk om het in de fabriek te bestuderen."

Nog altijd, om het industriële proces beter af te stemmen op de productie van nieuwe staalsoorten, het is belangrijk om precies te weten wat er gebeurt met het koelwater in de buurt van het staaloppervlak. Dus Gomez, die in Argentinië werd geboren en op 10-jarige leeftijd naar Spanje emigreerde, werd gevraagd in een samenwerking tussen NWO, Tata Steel en TU/e ​​gaan een testopstelling maken om in detail te analyseren hoe het koelwater begint te koken als het in contact komt met heet staal.

"Tot nu, er waren alleen experimenten geweest met stationaire en langzaam bewegende opstellingen, " zegt Gomez. "We hebben nu een opstelling gebouwd in het lab in Gemini waarmee we een stuk heet staal onder een waterstraal kunnen bewegen met een snelheid van bijna 30 kilometer per uur terwijl we opnamen maken dicht bij het oppervlak met behulp van hogesnelheidscamera's." Ze gebruikte hiervoor een zogenaamde borescope, vergelijkbaar met een endoscoop voor inwendig medisch onderzoek van het lichaam, die ze in de waterstralen plaatste.

Ze ontdekte dat het koelwater in contact kan komen met staal met een temperatuur van maar liefst 900 graden. "Dat was een soort mysterie, omdat je zou verwachten dat het water snel opwarmt tot 300 graden, waarna het explosief verdampt. We hebben nu gezien dat dampbelvorming inderdaad plaatselijk plaatsvindt, maar dat deze bellen vervolgens imploderen omdat het koude water erop valt. Dat gebeurt tot 40, 000 keer per seconde - een proces dat je alleen kunt detecteren als je opneemt met een hoge framesnelheid en die beelden een voor een bestudeert."

Die ontdekking is het grootste wetenschappelijke resultaat van haar promotieproject, wat haar betreft. Echter, Daarbovenop, er is nog een ontdekking die serieuze praktische implicaties kan hebben. Wanneer het oppervlak niet gelijkmatig afkoelt als gevolg van constante lokale dampexplosies, het resulteert in onvolkomenheden en staal van mindere kwaliteit. "Daarom, je wilt het staal zo gelijkmatig mogelijk afkoelen. Uit onze metingen blijkt dat je met warmer koelwater een stabiele waterdamplaag boven het staal kunt creëren. toegegeven, dat het koelproces vertraagt, maar het levert wel een beter resultaat op."

Toen Gomez de watertemperatuur verhoogde van 25 naar 60 graden, ze kon het staal in haar testopstelling nog eens 50 graden koelen zonder in het onstabiele regime te komen. Dit is kennis die van grote waarde kan zijn voor staalproducenten, ze zegt, since the water temperature can be easily adjusted without having to alter the entire production line.