In the present work, the cooling of steel plates is studied by means of three hydraulic nozzles used in the mold and secondary cooling of the continuous casting. First, an experimental system was developed to characterize the fluid dynamics of the nozzles; that is, a collector was made to capture the water that falls on it and determine the impact density, w, at different operating conditions. Subsequently, with the help of the Particle Imaging Velocimetry (PIV) technique and image processing, the shape, expansion angles and velocity of the drops were determined, reaching velocities of ~ 7:2 m · s-1. Then, the thermal history of the cooling of stainless-steel plates, heated between ~ 900 - 1100 °C, was measured by means of immersed thermocouples, recording temperature drops from 1000 to 100 °C, to calculate the heat flux, - q, by means of the Inverse Heat Conduction Problem (IHCP) and knowing the heat transfer coefficient, h. Finally, a numerical model fed with the h calculated as boundary conditions was developed and thus the experimental cooling curves were compared with those simulated mathematically. A relationship between w and the distance at which the nozzle is placed with its cooling capacity is presented. For short distances, high impact densities are found (~ 180 kg · m-2 · s-1) and the gradients of - q were greater and influence the formation of cracks, on the other hand, with greater distances zs, overlaps were presented in the impact marks and cooling was improved.
En el presente trabajo se estudia el enfriamiento de placas de acero mediante tres boquillas hidráulicas empleadas en el molde y enfriamiento secundario de la colada continua. Primeramente, se desarrolló un sistema experimental para caracterizar la fluido-dinámica de las boquillas; es decir, se hizo un colector para captar el agua que incide en él y determinar la densidad de impacto, w, a diferentes condiciones de operación. Posteriormente, con la ayuda de la técnica de Velocimetría de Imágenes de Partículas (PIV, por sus siglas en inglés) y tratamiento de imágenes se determinó la forma, ángulos de expansión y velocidad de las gotas, llegando a tener velocidades de ∼ 7.2 m · s−1. Después, se midió el historial térmico del enfriamiento de placas de acero inoxidable, calentadas entre ∼ 900 − 1100◦C, por medio de termopares inmersos, registrando descensos de temperatura desde los 1000 a los 100 ◦C, para calcular el flujo de calor, −q, por medio del Problema Inverso de conducción de Calor (IHCP, del inglés) y conocer el coeficiente de transferencia de calor, h. Finalmente se desarrolló un modelo numérico alimentado con las h calculadas como condiciones fronteras y así comparar las curvas de enfriamiento experimentales con las simuladas matemáticamente. Se presenta una relación entre la w y la distancia a la cual se coloca la boquilla con la capacidad de enfriamiento de la misma, para distancias cortas se tienen densidades de impacto altas (∼ 180 kg · m−2 · s−1) y los gradientes de −q eran mayores e influyen en la formación de agrietamientos, en cambio con distancias zs mayores se presentaban traslapes en las huellas de impacto y el enfriamiento se mejoraba.
