Obligados por las fuerzas del mercado, que exigen más productividad y mejor calidad, los fabricantes de acero se están viendo forzados a hacer funcionar sus coladas continuas a velocidades cada vez mayores, reduciendo al mismo tiempo las inclusiones no metálicas perjudiciales, como escorias o gas. Pero se presenta un problema: a mayor velocidad de colada mayor es la probabilidad de que se produzcan inclusiones.
El freno electromagnético EMBR (Electromagnetic Brake) ha sido desarrollado para resolver este problema y otros relacionados con él. ABB está comercializando una nueva herramienta llamada Control EM (Electromagnetic Control) con objeto de mejorar aún más el rendimiento del EMBR. Optimizando el flujo en el molde se superan las dificultades que pueden surgir cuando cambian las condiciones de la colada.

Producir acero de alta calidad es mucho más que conseguir la composición química correcta. El control del flujo de fluido en el molde es igual de importante. Esto se debe a que la colada continua, especialmente en pequeños espesores aunque también cada vez en espesores gruesos, tiene lugar a velocidades que fácilmente provocan turbulencias en el molde. Los problemas que de ello se derivan son bien conocidos (véase cuadro informativo). Para resolver estos problemas, ABB y JFE (anteriormente Kawasaki Steel Corporation) de Japón iniciaron a principios de la década de 1980 su trabajo pionero en el campo de la tecnología de frenado electromagnético.
El resultado de este trabajo fue el EMBR de tipo de campo local para colada de espesor convencional. Esta tecnología, con dos áreas de frenado que actúan sobre el flujo del acero que sale de una embocadura de dos orificios, pronto fue considerada como un gran avance, y se suministraron equipos EMBR a varias e importantes empresas japonesas del acero. Perfeccionado a lo largo de los años, el tipo EMBR de campo local se utiliza hoy día, sobre todo en colada de pequeño espesor.
A principios de la década de 1990, otros trabajos de desarrollo habían producido EMBR Ruler, una configuración en la que un campo magnético individual actúa sobre la anchura total de la placa.
La idea fundamental de este avance es que todo el acero que fluye desde la embocadura ha de pasar por una zona en la que esté sometido a una fuerza de frenado. El equipo EMBR, que utilizaba esta configuración, fue suministrado posteriormente a varias acerías, donde se aplica fundamentalmente para coladas de pequeño espesor.
También por entonces, JFE y ABB colaboraron en el desarrollo del Molde de Control de Flujo (Molde FC) . En esta configuración hay dos campos magnéticos estáticos con la misma fuerza, uno que controla la velocidad del metal a la altura del menisco, y otro, situado en la parte inferior del molde, que controla –es decir, reduce– la profundidad de penetración de los chorros de acero que
fluyen desde la embocadura del vaciador

El molde FC afronta estos problemas reduciendo la turbulencia en el acero líquido y controlando la velocidad de circulación del metal en el menisco. Esto reduce la fluctuación del menisco. Asimismo, la temperatura en el menisco se incrementa debido a la menor turbulencia y al acero caliente procedente de la embocadura de entrada sumergida (SEN, Submerged Entry Nozzle), siendo más alta en la serie de moldes de la cinta de lingoteras (como resultado de que los chorros de acero no penetran tan profundamente).
Reducir la velocidad de penetración posteriormente a los chorros de acero no sólo hace posibles mayores velocidades de colada, sino que también ayuda a obtener un producto más limpio, puesto que, como ya hemos dicho, cualquier inclusión existente flotará en dirección ascendente, hacia el menisco. Igualmente importante es el hecho de que el molde FC elimina eficazmente el flujo polarizado fluctuante, un factor importante para obtener una calidad de producto mejor y más estable.
El estable perfil del menisco obtenido con el molde FC es el resultado lógico de la función primaria del campo magnético estático, que es amortiguar las altas frecuencias que provocan turbulencias en el acero fundido. Esta función por sí sola hace que el molde FC sea superior a cualquier agitador con un campo magnético móvil
Pero esto no es todo lo que puede ofrecer el molde FC. En Figura 3 se muestra lo que puede suceder cuando la velocidad de producción excede de un cierto límite.

Se simuló una secuencia de vaciado con un molde curvo para ilustrar las capacidades de la herramienta EM. Los valores paramétricos fijados para esta simulación fueron los siguientes: dimensiones de la cinta de lingoteras, 230 x 1300 mm; velocidad de vaciado 1,5 m/minuto; 10 l Ar/minuto; embocadura de vaciado de 2 orificios.
Se iniciaron cambios y perturbaciones en diferentes instantes para variar la velocidad medida en el menisco (diferencia de altura); se varió el campo magnético controlado en el molde FC y la velocidad en el menisco fue llevada de nuevo al valor de referencia fijado. Los cuatro gráficos de la Figura 7 muestran la velocidad de flujo del menisco con control EM (línea azul, a), el caso óptimo con campo magnético constante del molde FC (verde oscuro, b), la velocidad de flujo cuando no se utiliza EMBR (línea roja, c), y el valor de referencia fijado para la velocidad (verde pálido, d). La misma secuencia de vaciado, con los mismos cambios, se observa también en fotografías tomadas desde una grabación de vídeo de una simulación por ordenador del proceso de vaciado. (Figura 8) Estas instantáneas muestran las velocidades de flujo en medio de la cinta de lingoteras para tres casos: molde FC con óptima intensidad fija del campo magnético, molde FC con control EM y sin molde FC. Se observa que el molde FC aumenta realmente la velocidad de flujo en el menisco. La razón de que esta velocidad sea inferior a la óptima cuando no se utiliza el molde FC es que el molde guía el flujo del chorro desde la embocadura hacia los lados estrechos de la placa, y sólo frena con fuerza si la velocidad de flujo del menisco es mayor que el valor de referencia fijado.
El gráfico de la parte inferior izquierda de la Figura 8 muestra la intensidad del campo magnético (potencia de freno) y la velocidad del menisco para los tres casos.
Utilizando la herramienta EM se puede calcular qué inclusiones flotarán arriba y desaparecerán en el polvo del molde y qué inclusiones quedarán atrapadas en el frente de solidificación y reducirán la calidad. En la parte inferior derecha están los índices de calidad calculados: un índice de motas (inclusiones) y un índice de burbujas (inclusiones más gas argón).
Cuanto más simétrico sea el flujo del molde polarizado, tanto mejor será el resultado. El molde FC frena con más fuerza a velocidades más altas del flujo de metal, por lo que tiende a nivelar las diferencias de velocidad del menisco en el molde. El control EM potencia aún más este efecto, ya de por sí positivo.
Un producto con un importante nichov de mercado. Producto de un gran esfuerzo de investigación con muchos miles de horas de simulación de diferentes condiciones de colada, el control EM resuelve problemas que vienen de antiguo en un sector tradicional y de grandes dimensiones.
Como producto con un importante nicho de mercado y ofrecido por ABB como servicio de asesoramiento, tiene un considerable potencial comercial.
Se espera que el control EM esté preparado para su lanzamiento comercial durante el segundo semestre de 2004.