Optimización de parámetros de un molde de colada continua de acero 20CrMnTi mediante el método de enjambre de partículas

Abstract

En el presente se optimizan los parámetros de algunos criterios de calidad de un molde de colada continua de palanquillas de acero 20CrMnTi, con la finalidad de modelar mediante dinámica de fluidos computacional, la primera aproximación del modelo numérico de un molde con buza de entrada sumergida (BES). En la ejecución, se desarrolló un algoritmo heurístico que relacionó ciertos parámetros del molde en diez (10) criterios de calidad, para conseguir un rango ajustado en los parámetros que cumpliera los criterios de calidad. Luego se optimizó los parámetros del molde para una colada con la mínima aparición de defectos en el acero, aplicando un algoritmo que se basó en el método de enjambre de partículas (PSO) de múltiples variables – objetivos – restricciones. El algoritmo PSO fue validado con un algoritmo de optimización enseñanza – aprendizaje (TLBO) en procesos de fundición a presión, compresión y colada continua. Con los parámetros del PSO, se construyó computacionalmente la geometría en 3D del modelo numérico BES – molde usando el software ANSYS Fluent. Se aplicó la técnica de discretización y análisis de sensibilidad de la malla, arrojándose un número de elementos de 3.068.325. La geometría fue validada con el método analítico y con un estudio numérico. Posteriormente, se configuró el modelo numérico BES – molde, para esto se acoplaron los modelos matemáticos de volumen de fluido (VOF), viscosidad realizable, fusión/solidificación y energía. El molde se hizo oscilar mediante la compilación de un UDF y la costra solidificada de acero fue extraída a la velocidad de colada. Los resultados de la simulación describieron el comportamiento de los vectores de velocidad, las líneas de flujo, contornos de temperaturas y crecimiento de la costra solidificada de acero. Se observó la formación de un canal de infiltración de escoria entre la pared del molde y la costra de acero para un ciclo de oscilación del molde. Las líneas del flujo de acero describieron la formación de reflujos en la parte baja y alta del molde. La oscilación del molde influyo en la infiltración de escoria y en la homogenización de la temperatura en el molde. Se concluye que el modelo numérico, es capaz de describir el comportamiento termofluidodinámico del molde de colada, y que los algoritmos desarrollados (heurístico y PSO) son herramientas confiable y útil para ajustar los parámetros del molde.