BR112013005545B1

BR112013005545B1 - "tubo de assentamento e método para modificar a superfície interior de um tubo de assentamento"

Info

Publication number: BR112013005545B1
Application number: BR112013005545A
Authority: BR
Inventors: Lashua Christopher; Fiorucci Keith
Original assignee: Primetals Tech Usa Llc; Siemens Industry Inc
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2020-06-09
Also published as: KR20130041393A; JP5393933B2; US20120055218A1; CN103108708A; BR112013005545A2; WO2012033710A1; KR101305675B1; PL2613897T3; ES2444396T3; RU2518867C1; JP2013536758A; MX2013002570A; EP2613897A1; US20120260710A1; US8387429B2; US8387428B2; CN103108708B; EP2613897B1

Abstract

tubo de assentamento regenerativo. a presente invenção refere-se a um tubo de assentamento configurado para rotação sobre seu eixo em uma cabeça de assentamento de moinho de laminação, que compreende um tubo externo de metal (34) tendo uma seção de entrada alinhada com seu eixo, uma seção intermediária que se encurva para fora de seu eixo, e uma seção de distribuição tendo um raio constante medido de seu eixo. um tubo interno de metal (36) tem seções de entrada, intermediária e de distribuição respectivamente revestindo as seções de entrada, intermediária e de distribuição do tubo externo. o tubo interno é restringido contra o movimento relativo ao tubo externo somente pelo contato principal friccional com o tubo externo. o tubo interno é incrementadamente móvel dentro do tubo do tubo externo em uma direção em resposta a ciclos de aquecimento e de resfriamento durante rotação de tubo de assentamento sobre seu eixo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para TUBO DE ASSENTAMENTO E MÉTODO PARA MODIFICAR A SUPERFÍCIE INTERIOR DE UM TUBO DE ASSENTAMENTO.

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] Esta invenção se refere geralmente a tubos de assentamento empregados em cabeças de assentamento de trem de laminação para formar produtos laminados a quente em formações de anel helicoidais, e está relacionada, em particular, com prolongamento da vida útil de tais tubos por alteração periodicamente e, desse modo, renovação das superfícies internas do tubo que são propensas a suportar desgaste acelerado localizado ocasionado por contato friccional com o produto laminado a quente.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Em um trem de laminação de haste típico, conforme representado diagramaticamemte na Figura 1, as barras brutas são reaquecidas em uma fornalha 10. As barras brutas aquecidas são extraídas da fornalha e laminadas através de um moinho bruto 12, um moinho intermediário 14, um moinho de acabamento 16 e, em alguns casos, um moinho de redução/acabamento (não mostrado). Os produtos acabados são, em seguida, direcionados a uma cabeça de assentamento 18 onde eles são formados nos anéis 20. Os anéis são depositados em um transportador 22 para transporte para uma estação de reformação 24 onde eles são coletados em bobinas. Enquanto que em trânsito no transportador, os anéis são submetidos a resfriamento controlado para alcançar propriedades metalúrgicas selecionadas.

[003] Novamente, conforme representado diagramaticamente na

Figura 2, a cabeça de assentamento 18 inclui um eixo vazado 26 contendo um tubo de assentamento 28 curvado. Um conjunto de engrenagem de chanfro 30 energizado por um motor 32 serve para acionar rotativamente o eixo oco e tubo de assentamento sobre um eixo A.

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[004] Através das últimas várias décadas, as velocidades de distribuição dos moinhos de laminação de haste têm aumentado dramaticamente. Por exemplo, os moinhos agora têm a capacidade de laminarem haste de 5,5 mm em velocidades de 110 m/s e mais altas. Em tais velocidades, os produtos laminados a quente exercem um efeito punitivo nos tubos de assentamento, fazendo com que as superfícies internas do tubo suportem desgaste friccional localizado rápido e falha prematura. Também, a medida que os tubos de assentamento se desgastam, sua capacidade de distribuir um padrão de anel estável ao transportador 22 se deteriora. Os padrões de anel instáveis rompem a uniformidade de resfriamento e também contribuem aos percalços de bobinamento, comumente referidos como remendo, na estação de reformação 24. Paradas do moinho custosas e frequentes são requeridas para substituir prematuramente os tubos de assentamento desgastados e determinar problemas associados com remendo na estação de reformação.

[005] Aqueles versados na técnica têm feito repetidas tentativas em aumentar a vida útil dos tubos de assentamento. Por exemplo, conforme revelado nas Patentes dos Estados Unidos Nos. 4.074.553 e 5.839.684, foi proposto alinhar os tubos de assentamento com insertos resistentes à desgaste. A Patente dos Estados Unidos No. 6.098.909 revela uma abordagem diferente onde o tubo de assentamento é eliminado em favor de uma trajetória guia definida por uma ranhura espiral na superfície externa de um inserto cônico encerrado por um invólucro externo cônico, com o inserto sendo girável dentro do invólucro externo para alterar gradualmente o padrão de desgaste na superfície interna do invólucro externo.

[006] Por várias razões, nenhuma destas abordagens têm se comprovado ser uma solução prática ao problema de desgaste prematuro do tubo.

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[007] Tentativas também foram feitas na carburização das superfícies interiores do tubo de modo a aumentar dureza e resistência ao desgaste. Contudo, o processo de carburização requer uma extinção rápida de temperaturas de processamento elevadas, que podem distorcer a curvatura do tubo. A camada cementada tem também sido verificada ser relativamente quebradiça e tempera abaixo às temperaturas elevadas resultantes da exposição aos produtos laminado a quente.

[008] Por um número de anos, foi bem aceito que tubos de assentamento com tamanhos de furo reduzidos proporcionavam um número de vantagens significantes. Restringindo-se radialmente os produtos laminados a quente dentro de um espaço menor, a guia é aperfeiçoada e o padrão de anel distribuído ao transportador de resfriamento é mais consistente, tornando possível laminar em velocidades mais altas. Infelizmente, contudo, estas vantagens foram compensadas a uma larga extensão por desgaste de tubo significantemente acelerado. Desse modo, no passado, aqueles versados na técnica consideravam necessário se comprometer pelo emprego de tubos de assentamento de furo maior e laminação a velocidades reduzidas abaixo das velocidades de projeto classificadas dos moinhos.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[009] Amplamente citado, o objetivo da presente invenção é proporcionar um tubo de assentamento aperfeiçoado tendo uma capacidade regenerativa única que permite que o mesmo permaneça em serviço por períodos prolongados sem sucumbir a desgaste friccional localizado por contato friccional com os produtos laminados a quente. [0010] Um tubo de assentamento, de acordo com a presente invenção, é configurado para rotação sobre um eixo em uma cabeça de assentamento de trem de laminação. O tubo de assentamento compreende um tubo externo de metal tendo uma seção de entrada ali

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4/8 nhada com o eixo do tubo, uma seção intermediária que se encurva para fora a partir do eixo do tubo, e uma seção de distribuição tendo um raio constante medido a partir do eixo do tubo. Um tubo interno de metal tem seções de entrada, intermediária e de distribuição respectivamente revestindo as seções de entrada, intermediária e de distribuição do tubo externo. O tubo interno é restringido contra movimento relativo ao tubo externo somente pelo contato friccional com o tubo externo. O tubo interno é incrementalmente móvel dentro do tubo externo em resposta a ciclos de aquecimento e de resfriamento durante rotação do tubo de assentamento sobre seu eixo. O movimento com incremento serve para alterar periodicamente e, desse modo, renovar as superfícies internas do tubo em contato friccional com o produto laminado a quente, e, em assim se fazendo, evita desgaste prolongado em qualquer uma localização.

[0011] Estas e outras características e vantagens da invenção serão agora descritas em detalhe adicional com referência aos desenhos acompanhantes, no qual:

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0012] A Figura 1 é uma ilustração diagramática de um layout de trem de laminação típico;

[0013] A Figura 2 é uma ilustração diagramática ampliada da cabeça de assentamento e componentes do moinho associados;

[0014] A Figura 3 é uma vista em elevação lateral de um tubo de assentamento de acordo com a presente invenção;

[0015] A Figura 4 é uma vista em corte longitudinal parcial do tubo de assentamento;

[0016] A Figura 5 é uma vista em corte longitudinal da extremidade de entrada do tubo de assentamento;

[0017] A Figura 6 é uma vista em corte transversal tomada ao longo da linha 6-6 da Figura 3; e,

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[0018] As Figuras 7A-7C são representações diagramáticas ilustrando as forças que agem no tubo interno durante ciclos de aquecimento e de resfriamento.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0019] Com referência às Figuras 3 e 6, o tubo de assentamento

28, de acordo com a presente invenção, é configurado para rotação sobre o eixo A. O tubo de assentamento compreende um tubo externo de metal 34 tendo uma seção de entrada 28a alinhada com o eixo A, uma seção intermediária 28b que se encurva para fora do eixo A, e uma seção de distribuição 28c tendo um raio constante medido a partir do eixo A.

[0020] Um tubo interno de metal 36 tem seções de entrada, intermediária e de distribuição respectivamente revestindo as seções de entrada, intermediária e de distribuição do tubo externo 34. O tubo interno 36 é restringido contra movimento relativo ao tubo externo 34 somente pelo contato friccional com o tubo externo.

[0021] Os tubos 34, 36 podem ser fabricados de vários metais, exemplos preferidos sendo metais ferrosos, ligas à base de níquel, ligas à base de cobalto, e ligas à base de titânio.

[0022] Observou-se que em serviço, a superfície interna de um tubo de assentamento é propensa a desgaste localizado acelerado na zona Z, aproximadamente na junção da seção de entrada 28a e seção intermediária 28b, e novamente na zona Z2 aproximadamente na junção entre a seção intermediária 28b e a seção de distribuição 28c. Se deixado não verificado, este desgaste localizado resulta em ranhuramento prematuro da superfície interior do tubo, seguido por uma quebra através do produto através da parede do tubo de assentamento.

[0023] De acordo com a presente invenção, este problema de desgaste é solucionado pelo revestimento do tubo externo 34 com o tubo interno 36, e permitindo-se que o tubo interno seja restringido

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6/8 contra movimento dentro do tubo externo somente pelo contato friccional entre suas respectivas superfícies externa e interna.

[0024] Quando o tubo de assentamento está em serviço, o tubo interno 36 é aquecido pelo contato com o produto laminado a quente. Tipicamente, o produto laminado a quente estará a uma temperatura de cerca de 900-1100 °C, que resultará em um aquecimento do tubo interno 36 a uma temperatura elevada de cerca de 400°C. O tubo externo tipicamente terá uma temperatura mais baixa devido a sua exposição à atmosfera circundante.

[0025] Adicionalmente, conforme mostrado na Figura 4, a seção intermediária 28b do tubo de assentamento será submetida a uma força centrífuga Fcen como um resultado de sua rotação sobre o eixo A. Esta força pode ser decomposta em uma força FN normal à trajetória de guia do tubo de assentamento, e aciona a força FD exercida em direção à extremidade de distribuição do tubo de assentamento. A força de acionamento FD será suplementada por uma força de acionamento adicional exercida pelo produto laminado a quente que passa através do tubo de assentamento.

[0026] Conforme mostrado na Figura 7A, a medida que o tubo interno está sendo aquecido por contato com o produto laminado a quente, ele suportará expansão, exercendo forças em direções opostas à extremidade de entrada (seta FEe) e à extremidade de distribuição (seta FDE). As forças de expansão FEe e FDE são suficientes para superar a resistência friccional FF. A força de expansão FEe é superada pela soma da força de expansão FDE e a força de acionamento FD, resultando no tubo interno 36 sendo alterado incrementalmente dentro do tubo externo 34 em direção à extremidade de distribuição do tubo externo.

[0027] Conforme mostrado na Figura 7B, quando a temperatura do tubo interno 36 estabiliza, não existem forças de expansão ou de con

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7/8 tração. A força friccional Fp supera a força de acionamento Fd, e o tubo interno permanece fixado no interior do tubo externo.

[0028] Conforme mostrado na Figura 7C, quando o tubo interno é resfriado, ele suportará contração, novamente exercendo forças opostas em direção à extremidade de entrada (seta Cee) e à extremidade de distribuição (seta Cde). As forças Cee e Cde são suficientes para superar a força friccional FF. A força de contração Cee é superada pela soma da força de contração Cde e da força de acionamento Fd, resultando na extremidade de entrada do tubo interno 36 sendo alterada incrementalmente no interior do tubo externo em direção à extremidade de distribuição do tubo externo.

[0029] Desse modo, será visto que a medida que o tubo de assentamento suporta ciclos de aquecimento e de resfriamento, o tubo interno 36 será alterado incrementalmente em uma direção em direção à extremidade de distribuição do tubo externo. Esta alteração com incremento mudará e, desse modo, renovará as superfícies internas do tubo interno que estão em contato friccional com o produto laminado a quente, e, em assim se fazendo, evitará o contato friccional prolongado em qualquer dada área.

[0030] De modo a compensar o avanço com incremento do tubo interno, e conforme mostrado na Figura 5, a extremidade de entrada do tubo de assentamento é provida com uma guia de entrada 38, fixada à seção de entrada 28a do tubo externo 34. A guia de entrada inclui um tubo de guia 40 que se projeta telescopicamente na seção de entrada do tubo interno 36. A distância de sobreposição D é suficiente para acomodar o avanço incremental da extremidade de entrada do tubo interno sem criar uma folga que pode impedir a guia suave de produtos no tubo interno.

[0031] O tubo interno 36 pode suportar ciclos de aquecimento e de resfriamento como um resultado de folgas normais no programa de

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8/8 laminação, por exemplo, entre barras brutas, durante paradas para manutenção do moinho, etc. Preferivelmente, contudo, os ciclos de aquecimento e de resfriamento serão controlados, por exemplo, pela introdução de vapor de água na guia de entrada, conforme indicado pelas setas tracejadas em 42 na Figura 5.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Tubo de assentamento configurado para rotação sobre um eixo (A) em uma cabeça de assentamento de trem de laminação, referido tubo de assentamento caracterizado pelo fato de que compreende:

um tubo externo (34) de metal tendo uma seção de entrada (28a) alinhada com referido eixo (A), uma seção intermediária (28b) que se encurva para fora de referido eixo (A), e uma seção de distribuição (28c) tendo um raio constante medido do referido eixo (A);

um tubo interno (36) de metal tendo seções de entrada (28a), intermediária (28b) e de distribuição (28c) respectivamente revestindo as seções de entrada (28a), intermediária (28b) e de distribuição (28c) do referido tubo externo (34), referido tubo interno (36) sendo restringido contra movimento relativo em relação ao tubo externo (34) somente por contato friccional com o referido tubo externo (34), referido tubo interno (36) sendo incrementadamente móvel dentro de referido tubo externo (34) em uma direção em resposta a ciclos de aquecimento e de resfriamento durante rotação de referido tubo de assentamento sobre referido eixo (A).
2. Tubo de assentamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os metais de referidos tubos interno (36) e externo (34) são selecionados a partir do grupo consistindo de metais ferrosos, ligas à base de níquel, ligas à base de cobalto e ligas à base de titânio.
3. Tubo de assentamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma guia de entrada (38) fixada à seção de entrada (28a) de referido tubo externo (34), referida guia de entrada (38) tendo um tubo de entrada (40) se projetando na seção de entrada (28a) de referido tubo interno (36).
4. Tubo de assentamento, de acordo com a reivindicação 3,

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2/3 caracterizado pelo fato de que referido tubo de entrada (40) se projeta na seção de entrada (28a) de referido tubo interno (36) por uma distância (D) de sobreposição suficiente para acomodar avanço incremental da extremidade de entrada de referido tubo interno (36) sem uma folga sendo criada entre referido tubo de entrada (40) e referido tubo interno (36).
5. Tubo de assentamento, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a referida guia de entrada (38) é configurada e disposta para acomodar a introdução de um refrigerante fluido.
6. Método para modificar a superfície interior de um tubo de assentamento exposto a desgaste localizado por contato friccional com um produto laminado a quente que passa através do mesmo, o dito tubo sendo rotativo ao redor de um eixo (A) e sendo configurado para formar o dito produto em um anel em série helicoidal, o referido método caracterizado pelo fato de que compreende, construção de tubo de assentamento como uma montagem de um tubo externo (34) de metal revestido com um tubo interno (36) de metal, com referido tubo interno (36) sendo restringido contra movimento dentro do referido tubo externo (34) somente por contato friccional com referido tubo externo (34), referido tubo de assentamento tendo uma seção de entrada (28a) alinhada com referido eixo (A), uma seção intermediária (28b) que se encurva para fora do referido eixo (A), e uma seção de distribuição (28c) tendo um raio constante medido do referido eixo (A);

rotação de referido tubo de assentamento sobre referido eixo (A) enquanto direciona simultaneamente o produto laminado a quente através de referido tubo interno (36); e, avanço incremental do referido tubo interno (36) dentro do referido tubo externo (34) por sujeição periódica do referido tubo interPetição 870190127263, de 03/12/2019, pág. 14/19

3/3 no (36) a ciclos de aquecimento e de resfriamento.
7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que os metais do referido tubo interno (36) e externo (34) são selecionados a partir do grupo consistindo de metais ferrosos, ligas à base de níquel, ligas à base de cobalto, e ligas à base de titânio.
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que referido tubo interno (36) é aquecido por contato com o produto laminado a quente sendo direcionado através de referido tubo de assentamento.
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que referido tubo interno (36) é aquecido a uma temperatura elevada de cerca de 400°C.
10. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que referidos ciclos de aquecimento e de resfriamento ocorrem durante rotação de referido tubo de assentamento sobre referido eixo (A).