BR112013019485B1

BR112013019485B1 - método para controlar uma atmosfera de gás de proteção

Info

Publication number: BR112013019485B1
Application number: BR112013019485-5A
Authority: BR
Inventors: Martin Hamman; Jerome Vallee
Original assignee: Andritz Technology And Asset Management Gmbh
Priority date: 2011-02-04
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2021-03-09
Also published as: AT511034A1; JP6061400B2; CA2825855C; ES2531482T3; CN103380346A; PL2671035T3; CN103380346B; RU2013138601A; KR20140022003A; KR101807344B1; EP2671035A1; EP2671035B1; US8893402B2; ZA201306439B; WO2012103563A1; BR112013019485A2; US20130305559A1; CA2825855A1; JP2014505795A; AT511034B1

Abstract

MÉTODO PARA CONTROLAR UMA ATMOSFERA DE GÁS DE PROTEÇÃO O objeto da presente invenção é um método para controlara atmosfera em uma câmara de gás de proteção (2) para o tratamento contínuo debandas de metal (3). A banda de metal (3) é orientada por meio de comportas (4) para o interior e exterior da câmara de gás de proteção (2). Pelo menos uma comporta (4) apresenta pelo menos dois elementos de isolamento (5,6) para a banda de metal (3) que passa através daquela, de modo que entre os dois elementos de isolamento (5, 6) se forme uma câmara de isolamento (7). De acordo com a invenção, a pressão do gás (P2, PD) é medida na câmara de gás de proteção (2) e na câmara de vedação (7) da comporta (4) e a pressão (PD) na câmara de vedação (7) é controlada de tal maneira que, em funcionamento, o diferencial de pressão é mantido tanto quanto possível em um valor ideal entre a câmara de gás de proteção (2) e a câmara de vedação (7).

Description

O objeto da presente invenção é um método para controlar a atmosfera em uma câmara de gás de proteção para o tratamento contínuo de bandas de metal, em que a banda de metal é orientada através de comportas para o interior e exterior da câmara de gás de proteção, e em que pelo menos uma das comportas apresenta dois ou mais elementos de vedação para a banda de metal que atravessa aquela, de modo que se forme, pelo menos, uma câmara de vedação entre os elementos de vedação.

Em fornos de tratamento térmico de funcionamento contínuo para material plano, a banda está protegida contra a oxidação sendo utilizada uma atmosfera de redução a partir de uma mistura de azoto e hidrogênio. Tipicamente, o teor de hidrogênio é mantido abaixo de 5% em todo o forno.

A indústria siderúrgica está, contudo exigindo cada vez mais fornos que possam ser operados com duas atmosferas de gás de proteção diferentes. Por exemplo, no fabrico de aços de alta resistência, é necessário um teor de hidrogênio elevado (15 a 80% de H2) , na zona de arrefecimento rápido (jetcoolingsection) e um baixo teor em hidrogênio (<5% de H2) na restante região do forno.

Na produção de aço elétrico, nas regiões de aquecimento, de imersão e de arrefecimento lento, é necessário um elevado teor de hidrogênio (50 a 100%) e na área remanescente do forno, um teor de hidrogênio intermédio (0 a 70% de H2) .

Essas regiões do forno individuais têm de ser separadas umas das outras por meio de comportas apropriadas, de tal maneira que a banda de metal a ser tratada pode percorrer as regiões do forno individuais com as respectivas atmosferas de gás, sem que escape muito gás através das comportas. Além disso, o forno tem de ser vedado do meio ambiente e de outros conjuntos de módulos através de comportas apropriadas.

O fluxo de gás entre as diferentes câmaras do forno, ou entre uma câmara do forno e o meio ambiente, é causado pelos seguintes fatores: a) Desequilíbrio da corrente do gás atmosférico (entrada/saída): A quantidade de gás injetada em uma determinada câmara não corresponde à quantidade de gás tomada por essa mesma câmara, razão pela qual a quantidade diferencial flui para a câmara secundária ou para o exterior. b) O efeito de convecção, devido às diferenças de temperatura entre duas câmaras (em fornos verticais): o gás mais leve (mais quente) flui para cima e o gás mais pesado (mais frio) flui para baixo, criando assim um ciclo de gás atmosférico nas câmaras. c) A expansão ou a contração dos gases atmosféricos, devido às variações de temperatura do gás: as variações de temperatura são causadas pelo próprio processo (alteração da temperatura do forno, alteração da velocidade de funcionamento da linha, ativação/desativação de uma ventoinha de circulação, etc...) e são inevitáveis. d) Movimento da banda: Devido à viscosidade do gás, o gás flui na proximidade da banda e no sentido da banda. Portanto, uma certa quantidade de gás é arrastada com a banda de uma câmara para a outra.

Atualmente, dois tipos de comportas diferentes são principalmente usados. Por um lado, se utilizam vedações simples que são formadas por um par de rolos de vedação metálicos, ou um par de abas de vedação, ou uma'combinação de uma aba de vedação e um rolo de vedação. A banda de metal é então passada através do intervalo dos rolos/intervalo das abas do forno.

Por outro lado, se utiliza a vedação dupla com injeção de azoto. Nesse caso, se trata de um duplo par de 5 rolos de vedação metálicos ou de um duplo par de abas, ou de um dispositivo duplo de abas de vedação e rolos de vedação, ou uma combinação de dois dispositivos de vedação dos acima mencionados, em que o azoto é injetado para o espaço entre os dois dispositivos de vedação. 0 azoto é assim introduzido 10 através de uma taxa de escoamento definida de forma fixa ou ajustável pelo operador. Não é previsto qualquer controle automático da taxa de escoamento em relação aos parâmetros do processo.

Tais comportas de vedação são utilizadas, por 15 exemplo, em instalações de recozimento contínuo e em instalações de galvanização contínua para realizar uma separação entre a atmosfera do forno e a região externa (vedações de entrada de ar ou vedações de descarga), assim como entre duas câmaras de combustão diferentes. Nesse caso, 20 por exemplo, uma câmara de combustão pode ser aquecida com inflamação direta e a segunda câmara de combustão com tubo de j ato.

Essas vedações fornecem resultados satisfatórios quando um fluxo de gás tem de ser evitado na comporta em uma 25 determinada direção, mas em que um fluxo de gás relativamente mais elevado é permitido na direção oposta.

Por exemplo, o fluxo de produtos de combustão não é permitido a partir de um forno com inflamação direta para um forno aquecido com tubos de injeção, mas na direção oposta 30 podem fluir grandes quantidades de gás. Do mesmo modo, é proibida a descarga para o exterior de gases de escape provenientes do forno de inflamação direta, em que todavia um determinado fluxo de ar é permitido a partir do meio ambiente para o interior do forno. Em câmaras de fornos aquecidas com tubos de injeção, a entrada de ar deve ser evitada, sendo permitido que uma certa quantidade de gás de proteção saia do forno para o meio ambiente. 0 mesmo se aplica na zona do tronco, quando a panela de zinco é removida.

Tipicamente, o fluxo de gás entre duas câmaras de forno flui através de comportas convencionais em uma direção a zeros, e no sentido oposto na faixa de 200 a 1000 Nm3/h. Tais taxas de fluxo só podem ser alcançadas se a pressão em ambas as câmaras do forno poder ser controlada dentro de uma certa tolerância.

No entanto, se a pressão em uma de ambas as câmaras do forno variar fora dessa tolerância, a comporta não será mais eficaz. As vedações simples não superam de modo satisfatório as variações de pressão que ocorrem com a mudança de condições de funcionamento. A composição química do gás atmosférico não pode ser nesse caso controlada com precisão, uma vez que as variações inevitáveis da pressão em ambas as câmaras iriam provocar um fluxo de gás atmosférico alternado em um ou no outro sentido.

Uma vedação dupla convencional com a injeção de uma quantidade constante de azoto também é sensível às variações de pressão nas câmaras de combustão. A composição química do gás atmosférico nas câmaras de combustão não pode ser controlada com precisão, porque o azoto injetado flui alternadamente para uma câmara, ou para a outra câmara, ou em ambas as câmaras, de acordo com as condições de pressão.

Por conseguinte, esses sistemas de vedação convencionais não separam o gás atmosférico de modo suficiente, e levam em parte a um aumento significativo no consumo de gás atmosférico.

Uma dupla vedação convencional, que garante uma boa separação atmosférica, é descrita no documento WO 2008/000945 Al. O ponto fraco dessa tecnologia assenta, no entanto, no consumo elevado de gás atmosférico, o que resulta em custos de funcionamento mais elevados e proíbe inclusivamente uma aplicação em fornos para aço de silício.

O documento JP8 003652A revela um método para controlara atmosfera de um forno de preaquecimento de uma linha de recozimento com o auxílio de uma câmara de vedação. Em funcionamento,a pressão no forno e na câmara de vedação medida e a pressão na câmara de vedação é controlada de tal modo que é sempre superior à pressão no forno. Dessa forma se evita que o gás se escoe a partir do forno e consequentemente também que qualquer vapor de água contido no gás do forno se condense nas vedações e caia sobre a banda de me La1.

Em fornos para aço de silício, a vedação de entrada é normalmente constituída por um par de rolos de vedação de metal e por uma série de cortinas. A separação atmosférica no interior do forno ocorre geralmente através de uma abertura simples de uma parede em argila, e a vedação de saída é constituída quer por rolos macios revestidos (Hypalon ou elastômero), ou por fibras refratárias.

Um tal sistema de vedação tem o inconveniente de que na vedação de entrada ocorre um vazamento constante de gás atmosférico contendo hidrogênio através do intervalo entre rolos (1 a 2 mm). Esse gás queima constantemente. A vedação interna leva a uma pobre eficiência de separação devido ao tamanho da abertura (100 a 150 mm) e a vedação de saída não pode ser utilizada a uma temperatura elevada >200 °C. 0 objeto da invenção é o de fornecer um método de controle para controlar o fluxo de gás através da comporta, o que garante um elevado grau de separação de gás atmosférico e reduz o consumo de gás atmosférico.

Esse objeto é alcançado através de um método de controle em que a pressão de gás em pelo menos uma câmara de gás de proteção e na câmara de vedação da comporta é medida, e em que a pressão na câmara de vedação é controlada de tal maneira que, durante o funcionamento, o diferencial de pressão (APvedaçâo) entre a câmara de gás de proteção e a câmara de vedação é mantido tanto quanto possível acima ou abaixo de um valor predeterminado para o diferencial de pressão crítico (áPVedaçâo,k) •

O diferencial de pressão crítico (áPVedação,k) é nesse caso o valor em que o fluxo de gás se inverte entre a câmara de gás de proteção e a comporta. No diferencial de pressão crítico (APvedaçso, k) não pode se encontrar qualquer fluxo de gás entre a câmara de gás de proteção e a câmara de vedação. No entanto, o diferencial de pressão crítico (APVedação,k) não pode ter necessariamente o valor de zero, na verdade, as pressões a esse nível na câmara de gás de proteção e na câmara de vedação seriam igualmente elevadas, mas ainda pode surgir um fluxo de gás entre essas câmaras, porque a banda de metal transporta em sua superfície uma certa quantidade de gás .

O valor por defeito para o diferencial de pressão crítico (APvedação, k) é calculado utilizando um modelo matemático, que vantajosamente tem em consideração a velocidade da banda de metal, a abertura do intervalo dos dois elementos de vedação, as propriedades do gás de proteção e a espessura da banda de metal.

Devido ao pequeno volume da câmara de vedação, a pressão nessa câmara pode ser controlada com rapidez e precisão, por injeção ou remoção de uma pequena quantidade de gás .

Devido ao controle da pressão com precisão no interior da câmara de vedação, o diferencial de pressão (APvedação) será de acordo com a invenção mantido perto do valor para o diferencial de pressão crítico (APvedação,k) • Assim, a taxa de fluxo do gás atmosférico é reduzida para o interior ou a partir da câmara de gás de proteção para um nível mínimo.

É vantajoso que o diferencial de pressão estabelecido (APvedação) seja mantido a uma distância constante do diferencial de pressão crítico (APVedação,k) r em que no entanto a distância deve ser mantida tão pequena quanto possível.

Tipicamente, o diferencial de pressão crítico (APvedação,k) se encontra entre 0 e 100 Pa, e a distância entre o diferencial de pressão estabelecido e o crítico se encontra entre 5 e 20 Pa.

Esse método permite uma alta eficiência de separação das atmosferas entre a câmara de gás de proteção com um consumo de gás de proteção relativamente baixo (de 10 a 200 Nm3/h) . Também permite uma boa separação da câmara de gás de proteção em relação ao meio ambiente.

A pressão no interior da câmara de vedação pode ser controlada através de uma válvula de controle e uma alimentação de gás, ou por meio de uma válvula de controle e uma fonte de subpressão. A fonte de subpressão pode ser, por exemplo, um ventilador de sucção, uma chaminé ou o meio ambiente.

O método do invento é particularmente bem adequado para linhas de aço de silício GNO. Em tais sistemas, uma atmosfera de 95% de H2, em uma câmara, tem de ser separada de uma atmosfera de 10% de H2 em uma segunda câmara, em que o consumo de hidrogênio através da comporta deve ser inferior a 50 Nm3/h.

Além disso, o método é adequado para o rápido arrefecimento das linhas de recozimento contínuo, ou de galvanização para o aço C. Nesse caso, uma atmosfera de 30 - 80% de H2 deve ser separada de uma atmosfera de 5% de H2, em que o consumo de hidrogênio através da comporta deve ser inferior a 100 Nm3/h.

Com o método do invento, em linhas de galvanização, a transferência de pó de zinco a partir do tronco para o forno pode ser também minimizada e, em particular em sistemas de revestimento de zinco e alumínio de bandas de metal.

Em uma modalidade do invento, a comporta de acordo com o invento está disposta entre a câmara de gás de proteção e uma câmara de tratamento adicional com uma atmosfera de gás de proteção.

A banda de metal pode ser primeiramente orientada através da câmara de tratamento adicional e, em seguida, através da câmara de gás de proteção, ou pode ser primeiramente orientada através da câmara de gás de proteção, e, em seguida, através da câmara de tratamento adicional.

É útil que a abertura do intervalo ideal dos dois membros de vedação seja calculada com base nas propriedades do gás de proteção e na espessura da banda de metal. 0 processo do invento é descrito seguidamente com base em desenhos. Os desenhos mostram: Fig. 1, uma primeira variante do invento com um sistema de fornecimento de gás para a câmara de vedação; Fig. 2, o padrão da pressão nas câmaras, para um método de controle para a primeira variante da Fig. 1; Fig. 3, o padrão da pressão nas câmaras de um outro método de controle para a primeira variante da Fig. 1; Fig. 4, uma segunda variante do invento em que a câmara de vedação está ligada a um sistema de subpressão; Fig. 5, o padrão da pressão nas câmaras, para um método de controle para a segunda variante da Fig. 4; Fig. 6, o padrão de pressão nas câmaras para um outro método de controle para a segunda variante da Fig. 4; O método de controle irá agora ser explicado com referência a uma comporta 4 entre uma câmara secundária 1 (a câmara de tratamento adicional 1) e uma câmara de gás de proteção 2. O mesmo princípio se aplica quando a comporta 4 está localizada entre uma câmara de gás de proteção 2 e a região exterior, em que a região exterior é considerada como uma câmara secundária 1 preenchida com pressão de ar constante. As pressões P e taxas de fluxo F mostradas nas Figuras são definidas como se segue: PI = pressão na câmara secundária 1 ou região exterior 1 P2 = pressão na câmara de gás de proteção 2 PD = pressão na câmara de vedação 7 APcâmara = P2 - PI (= diferencial de pressão entre a câmara de gás de proteção 2 e a câmara secundária 1, ou diferencial de pressão entre a câmara de gás de proteção 2 e a região exterior) APvedação = PQ - P2 (= diferencial de pressão entre a câmara de vedação 7 e a câmara de gás de proteção 2) áPvedação,k = diferencial de pressão crítico entre a câmara de vedação 7 e a câmara de gás de proteção 2 = cada diferencial de pressão (PD - P2), em que o sentido do fluxo de gás F2 entre a câmara de gás de proteção 2 e a câmara de vedação 7 se altera (inverte) F2 = taxa de fluxo do gás atmosférico entre a câmara de gás de proteção 2 e a câmara de vedação 7 F1 = taxa de fluxo do gás atmosférico entre a câmara de vedação 7 e a câmara secundária 1 FD = taxa de fluxo do gás atmosférico injetado na, ou derivado da câmara de vedação 7

Na Figura 1, a câmara secundária lea câmara de gás de proteção 2 estão apresentadas com a comporta 4 que está disposta entre as mesmas. A comporta 4 é composta por um primeiro elemento de vedação 5 e um segundo elemento de vedação 6, entre os quais se contra a câmara de vedação 7.

As composições do gás de proteção (teor de N2, teor de H2, ponto de condensação) nas duas câmaras 1 e 2 e a respectiva pressão PI e P2 nas câmaras 1 e 2 são controladas por duas estações de mistura separadas. Esse controle das estações de mistura é realizado com base em controladores convencionais. Ou seja, a composição química da atmosfera de gás de proteção é controlada por ajustamento dos teores de N2, H2 e H2O no gás atmosférico injetado e o controle da pressão é conseguido por ajustamento da taxa de fluxo do gás atmosférico injetado para o interior das câmaras 1, 2.0 gás atmosférico é descarregado a partir das câmaras 1,2, através de aberturas com definição fixa ou ajustável.

Os elementos de vedação 5 e 6 podem ser formados respectivamente por dois rolos ou duas abas, ou por um rolo e uma aba, entre os quais a banda de metal 3 é passada. O intervalo entre os rolos ou abas é definido tendo em consideração as propriedades (composição química, temperatura) do gás atmosférico da câmara 1 (ou 2) e a espessura da banda. Ele pode ser fixo ou ajustável, dependendo da variação das propriedades do gás atmosférico e do tamanho da banda. Se o intervalo for ajustável, ele será predefinido de acordo com a espessura da banda, a composição química do gás atmosférico, bem como de acordo com a temperatura da banda.

O tamanho da abertura nos elementos de vedação 5 e 6 depende do intervalo, das dimensões da banda (largura, espessura), bem como das restantes aberturas relacionadas com a construção. Para conseguir um bom desempenho de vedação, a abertura nos elementos de vedação 5, 6 tem de ser correspondentemente pequena.

A pressão PD na câmara de vedação 7 entre os dois elementos de vedação 5, 6 pode ser ajustada pela válvula de controle 10. A válvula de controle 10 controla a taxa de fluxo do gás injetado ou descartado da câmara de vedação 7. Na Fig. 1, a válvula de controle 10 está ligada a uma alimentação de gás 8, sendo o controle da pressão na câmara de vedação 7 assim conseguido através de um controle da alimentação de gás na câmara de vedação 7.

As pressões na câmara Pl e P2 são controladas por dois circuitos de controle de pressão independentes. Para o controle da comporta 4, é medida a pressão PD na câmara de vedação 7 e na câmara de gás de proteção 2. A pressão PD é mantida perto da pressão P2 na câmara de gás de proteção 2.

No exemplo mostrado na Figura 1, o APVedaçao é estabelecido com PD - P2. A pressão PD é controlada de tal modo que APVedação permanece constante tanto quanto possível, mesmo quando a pressão P2 varia.

Com o aparelho de acordo com a Fig. 1 podem ser, por exemplo, seguidas duas estratégias de controle de pressão para a comporta 4: 1) Uma contaminação da câmara de gás de proteção 2 deve ser evitada: 0 objetivo é o de prevenir a entrada de gás atmosférico através da comporta 4 para o interior da câmara de gás de proteção 2, de modo que a composição química pode ser controlada nessa câmara. O objetivo é também minimizar a fuga de gás atmosférico a partir da câmara de gás de proteção 2, para que possa ser minimizado o consumo de gás da câmara de gás de proteção 2.

A Figura 2 mostra o padrão de pressão nas câmaras 1, 2 e 7. A pressão PI na câmara secundária 1 é definida para um nível mais reduzido que a pressão P2 na câmara de gás de proteção 2, enquanto a pressão PD na câmara de vedação é definida entre Pl e P2, no entanto, apenas um pouco abaixo da pressão P2 na câmara de gás de proteção 2.

Se a pressão P2 na câmara de gás de proteção 2 for alterada, a pressão PD é ajustada em conformidade, para que o diferencial de pressão APVedação= PD- P2 seja mantido o mais constante possível. 0 APVedação θ nesse caso negativo. A taxa de fluxo F2 do gás atmosférico para o interior, ou a partir, da câmara de gás de proteção 2 é controlada pelo diferencial de pressão APVedaçao.

Se o APvedação for mantido abaixo do valor para o diferencial de pressão crítico APvedação,k, nenhum gás atmosférico entra na câmara de gás de proteção 2. Ao controlar APVedaçao o mais próximo possível do valor de APVedação k, a taxa de fluxo F2 do gás atmosférico de escape a partir da câmara de gás de proteção 2 pode ser minimizada. A taxa de fluxo FD é determinada pelo circuito de controle de pressão para controlar o APvedação, enquanto que a taxa de fluxo F1 resulta de F2 + FD.

Essa estratégia de controle é adequada para aplicações, em que a composição química deve ser perfeitamente controlada na câmara de gás de proteção 2. Essa estratégia pode ser usada, por exemplo, em aparelhos de recozimento contínuo (CAL) e aparelhos de galvanização contínua (CGL) com um elevado teor de H2. A câmara com o elevado teor de H2 forma nesse caso a câmara de gás de proteção 2 acima mencionada. Essa estratégia de controle é adequada também para as câmaras de aquecimento, imersão e arrefecimento por tubos de injeção, com alto teor de H2 no tratamento térmico de aço elétrico. Também aqui a câmara com o elevado teor de H2 forma a câmara 2. 2) Uma fuga de gás de proteção a partir da câmara de gás de proteção 2 deve ser evitada:

O objetivo é o de evitar fugas de gás atmosférico a partir da câmara de gás de proteção 2, para que a câmara secundária 1 não seja contaminada com um componente proveniente da câmara de gás de proteção 2. Mas também deve ser evitada a entrada de gases atmosféricos na câmara de gás de proteção 2.

A Figura 3 mostra o padrão de pressão nas câmaras 1, 2 e 7, em que a pressão PI na câmara secundária 1 é definida de tal modo que é mais baixa do que a pressão P2 na câmara de gás de proteção 2. A pressão PD na câmara de vedação 7 é maior do que Pl e P2, contudo, é definida apenas ligeiramente acima da pressão P2 na câmara de gás de proteção 2.

Se a pressão P2 na câmara de gás de proteção 2 se alterar, a pressão PD será então ajustada em conformidade, para que o diferencial de pressão APvedaçâo = PD - P2 seja mantido o mais constante possível. O APVedação é nesse caso positivo. A taxa de fluxo F2 do gás atmosférico para o interior ou a partir da câmara 2 é controlado através do valor de APVedação-

Se o APvedação for mantido acima do valor para o diferencial de pressão crítico (calculado) APVedação k, nenhum gás atmosférico escapa a partir da câmara de gás de proteção 2. Através do controle de APVedação tão próximo quanto possível do valor de APVedaçào k, a taxa de fluxo F2 do gás atmosférico que flui na câmara 2 pode ser minimizada. A taxa de fluxo FD é determinada pelo circuito de controle de pressão para controlar o APvedação, enquanto a taxa de fluxo F1 resulta de FD-F2.

Essa estratégia de controle é adequada para aplicações em que nenhum gás atmosférico pode escapar para fora da câmara de gás de proteção 2, e em que a câmara de gás de proteção 2 não pode ser contaminada com gás atmosférico proveniente da câmara secundária 1. Ela pode, por exemplo, ser usada para controlar a comporta de entrada ou de saída em instalações FAL, CAL e CGL. O forno forma nesse caso a câmara de gás de proteção 2. Do mesmo modo, é apropriado para o acionamento da comporta no método de revestimento de zinco e alumínio (o tronco forma nesse caso a câmara de gás de proteção 2) ou para métodos com câmaras com diferentes pontos de condensação. A câmara com o ponto de condensação elevado forma, então, a câmara de gás de proteção 2.

Na Figura 4, é mostrada uma variante, na qual a câmara de vedação 7 está ligada a uma fonte de subpressão 9. Na Figura 4, tem lugar, por conseguinte, em contraste com a Fig. 1, o controle da pressão do gás na câmara de vedação 7, por meio de uma descarga de gás FD.

Ao ajustar a taxa de fluxo FD dos gases que fluem a partir da câmara de vedação 7, a pressão PD na câmara de vedação 7 é ajustada continuamente. A taxa de fluxo FD do gás efluente é controlada por uma válvula de controle 10, em que a subpressão é gerada por um ventilador de aspiração ou pelo processo natural de chaminé.

No exemplo mostrado na Figura 4, a banda de metal sai para fora da câmara de gás de proteção 2 através da comporta 4. No entanto, a estratégia de controle não é dependente da direção de deslocação da banda. A pressão PD na câmara de vedação é controlada de tal modo que APvedação permanece tão constante quanto possível, mesmo quando a pressão P2 na câmara de gás de proteção 2 varia.

Com o aparelho mostrado na Fig. 4, podem ser seguidas, por exemplo, duas estratégias de controle de pressão diferentes: 1) Uma fuga a partir da câmara de gás de proteção 2 deve ser evitada:

O objetivo é o de evitar fugas de gás atmosférico a partir da câmara de gás de proteção 2, para que a câmara secundária 1 não seja contaminada com um componente proveniente da câmara de gás de proteção 2, mas também deve ser evitada a entrada de gás atmosférico na câmara de gás de proteção 2, de modo a que a composição química na câmara de gás de proteção 2 possa ser controlada.

A Figura 5 mostra o padrão de pressão nas câmaras 1, 2 e 7, para uma comporta de acordo com a Fig. 4. A pressão PI na câmara secundária 1 é definida de tal modo que é mais elevada do que a pressão P2 na câmara de gás de proteção 2. A pressão PD na câmara de vedação 7 é definida entre Pl e P2, mas apenas ligeiramente acima da pressão P2 na câmara de gás de proteção 2.

Se a pressão P2 na câmara de gás de proteção 2 alterar, a pressão PD será então ajustada em conformidade, para que o diferencial de pressão APVedação = PD ~ P2 seja mantido o mais constante possível. 0 APvedação é nesse caso também positivo. A taxa de fluxo F2 do gás atmosférico para o interior ou a partir da câmara 2 é controlada através do valor de APVedação-

Se o APvedação for mantido acima do valor crítico para o diferencial de pressão APvedação, k, nenhum gás atmosférico escapa a partir da câmara de gás de proteção 2. Se for realizado o controle da dimensão de APvedação tão próximo quanto possível do valor de APvedação kz a taxa de fluxo F2 do gás atmosférico que flui na câmara de gás de proteção 2 pode ser minimizada. A taxa de fluxo FD é determinada pelo circuito de controle de pressão para controlar o APVedaçâ0, enquanto a taxa de fluxo F1 resulta de F2+FD.

Essa estratégia de controle é adequada para instalações, em que nenhum gás atmosférico pode escapar para fora da câmara de gás de proteção 2, e em que a afluência na câmara de gás de proteção 2 tem de ser minimizada. As aplicações são iguais às aplicações para a Fig. 3, embora para o caso em que a pressão P2 na câmara de gás de proteção 2 é mais reduzida que na câmara secundária 1. 2) Uma contaminação da câmara de gás de proteção 2 deve ser evitada: 0 objetivo é o de prevenir a entrada de gás atmosférico para o interior da câmara de gás de proteção 2 (de modo que a composição química possa ser controlada na câmara de gás de proteção 2), mas também é o de minimizar a fuga de gás atmosférico a partir da câmara de gás de proteção 2 (para que possa ser minimizado o consumo de gás da câmara de gás de proteção 2) .

A Figura 6 mostra o padrão de pressão nas câmaras 1, 2 e 7. A pressão PI na câmara secundária 1 é definida para um nível mais elevado que a pressão P2 na câmara de gás de proteção 2, enquanto a pressão PD na câmara de vedação 7 é definida para um nível inferior a PI e P2, no entanto, apenas um pouco abaixo da pressão P2 na câmara de gás de proteção 2.

Se a pressão P2 for alterada, a pressão PD é ajustada em conformidade, para que o diferencial de pressão APvedação— PD- P2 seja mantido o mais constante possível. 0 APvedação θ neste caso negativo. A taxa de fluxo F2 do gás atmosférico para o interior, ou a partir, da câmara 2 é controlada pelo valor de APvedação-

Se o APvedação for mantido abaixo do valor para o diferencial de pressão crítico APvedação, k, nenhum gás atmosférico entra na câmara 2. Através do controle da dimensão de APVedação o mais próximo possível do valor de APvedação k, a taxa de fluxo do gás atmosférico de escape F2 a partir da câmara 2 pode ser minimizada. A taxa de fluxo FD é determinada pelo circuito de controle de pressão para controlar o APVedação, enquanto que a taxa de fluxo F1 resulta de FD + Fl.

Essa estratégia de controle é adequada quando a composição química tem de ser controlada de forma otimizada na câmara de gás de proteção 2, mas a corrente de saída de gás atmosférico a partir da câmara de gás de proteção 2 deve ser minimizada, ou quando a composição química em ambas as câmaras 1, 2 tem de ser controlada de forma otimizada.

Uma vez que a quantidade de fugas de gás através de um elemento de vedação (5, 6) não pode ser medida, um modelo matemático foi desenvolvido para seu cálculo.

O modelo permite o cálculo do diferencial de pressão APVedaçâo entre a câmara de gás de proteção 2 e a câmara de vedação 7 (APVedação = PD ~ P2), em função dos parâmetros seguintes: • As propriedades físicas do gás atmosférico (tais como o peso e a viscosidade específicos): Essas propriedades são calculadas a partir da composição química (em percentagem de H2 e N2, etc.) e da temperatura do gás atmosférico que flui através dos elementos de vedação. • Área aberta nos elementos de vedação 5, 6: a área aberta depende do intervalo definido nos elementos de vedação, bem como das medições da banda (espessura, largura). • Velocidade de linha: A velocidade de linha é a velocidade da banda tratada. • A taxa de fluxo do gás atmosférico FD, Fl, F2: A taxa de fluxo F1 ou F2 do gás atmosférico através dos elementos de vedação 5, 6, é aplicada conforme o parâmetro de controle. • Construção da comporta 4: Existem várias tecnologias disponíveis para a construção (abas, rolos, outros...). O modelo matemático leva em conta a respetiva tecnologia.

O modelo matemático tem como base uma fórmula, que representa a correlação entre os parâmetros. O cálculo requer pouco esforço computacional e pode, por conseguinte, ser integrado nos controles do forno.

O modelo matemático é como se segue: APvedação = fl (pz μ, h, Vs) + f2 [p, μ, h, Vg) APvedação = diferencial de pressão entre a câmara de vedação 7 e a câmara de gás de proteção 2 p = peso específico do gás atmosférico μ = viscosidade dinâmica do gás atmosférico h = fator geométrico Vg = velocidade da taxa de fluxo do gás atmosférico que flui para o interior ou exterior da câmara de vedação 7 Vs = velocidade de linha = velocidade da banda fl e f2 são fórmulas matemáticas, que dependem da construção da comporta 4 (rolos, abas), bem como da natureza do fluxo de gás (laminar, turbulenta).

Os parâmetros do modelo matemático são ajustados por meio de um software de simulação computadorizada em modo offline. O modelo emite o valor para o diferencial de pressão crítico APVedação,k entre a câmara de vedação 7 e a câmara de gás de proteção 2, o que resulta em uma ausência de fluxo de gás entre a câmara de gás de proteção 2 e a câmara de vedação 7 (Vg = 0). Esse valor crítico APvedação,k serve de referência para o controle da pressão na câmara de vedação 7. O valor alvo para o diferencial de pressão APvedação tem como base o diferencial de pressão crítico APvedação,k calculado, tal como foi descrito nos exemplos acima.

Quando o diferencial de pressão APvedação é maior do que esse valor crítico APvedação,kr então o gás atmosférico flui a partir da câmara de vedação 7 para a câmara de gás de proteção 2. É importante que seja tida em conta aqui a marcação respectiva dos diferenciais de pressão APVedação e

APvedação,k- "Mais elevado" ou "acima de" são sinônimos do termo "âmbito numérico ainda mais positivo". Se o diferencial de pressão APVedação estiver abaixo do valor para o diferencial de pressão crítico APVedação,k/ o gás atmosférico flui então a partir da câmara de gás de proteção 2 para a câmara de vedação 7.

Deve de novo ser observado que o diferencial de pressão APvedação pode também ser negativo (por exemplo, na Fig. 2 e Fig. 6). A observação de que o diferencial de pressão APVedação sθ encontra abaixo do valor para o diferencial de pressão crítico APvedação,k deve então ser entendida na medida em que o valor para o diferencial de pressão APvedação se encontra ainda mais negativo, que o valor para o diferencial de pressão crítico APvedação,k-

O modelo matemático é utilizado, por um lado, para calcular o intervalo a ajustar dos dois elementos de vedação 5, 6 tendo em consideração as propriedades do gás atmosférico e a espessura da banda. Por outro lado, é utilizado para o cálculo do valor do diferencial de pressão crítico APVedação,k entre a câmara de vedação 7 e a câmara de gás de proteção 2. Com o auxílio do diferencial de pressão crítico calculado APvedação, k o diferencial de pressão a ajustar APvedação (valor alvo)é então definido. Os parâmetros de ajuste calculados com o modelo matemático formam os valores alvo para o controle da comporta.

Claims

1. MÉTODO PARA CONTROLAR A ATMOSFERA DE GÁS DE PROTEÇÃO, em uma câmara de gás de proteção (2), para o tratamento contínuo de bandas de metal (3), em que a banda de metal (3) é orientada para o interior e exterior da câmara de gás de proteção (2) através de comportas (4) e em que pelo menos uma das comportas (4) apresenta dois elementos de vedação (5, 6) para a banda de metal (3) que atravessa a mesma, de modo que entre os dois elementos de vedação (5, 6), se forma uma câmara de vedação (7), em que é medida a pressão do gás (P2, PD) na câmara de gás de proteção (2) e na câmara de vedação (7) da comporta (4), e por a pressão (PD) na câmara de vedação (7) ser controlada, caracterizado por a pressão (PD) na câmara de vedação (7) ser controlada de tal maneira que durante o funcionamento o diferencial de pressão (APvedação) entre a câmara de gás de proteção (2) e a câmara de vedação (7) é mantido acima ou abaixo de um valor predeterminado para o diferencial de pressão crítico (APVedação,k) , em que o diferencial de pressão crítico (APVedação,k) é fixado como um valor no qual o fluxo de gás se inverte entre a câmara de gás de proteção (2) e a câmara de vedação (7), e em que o valor crítico para o diferencial de pressão (APVedação,k) é calculado utilizando um modelo matemático, que leva em consideração a velocidade da banda de metal, a abertura do intervalo dos dois elementos de vedação (5, 6), as propriedades do gás de proteção e a espessura da banda de metal (3), e em que o valor selecionado em funcionamento para o diferencial de pressão (APVedação) é mantido próximo do valor crítico para o diferencial de pressão (APVedação,k) , por injeção ou remoção de uma pequena quantidade de gás de modo a que o fluxo de gás (F2) no interior ou para o exterior da câmara de gás de proteção (2) seja minimizado.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado em que a pressão (PD) na câmara de vedação (7)é controlada através de uma válvula de controle (10) e uma alimentação de gás (8).

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado em que a pressão (PD) na câmara de vedação (7)é controlada através de uma válvula de controle (10) e uma fonte de subpressão (9).

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado em que a pressão (PD) na câmara de vedação (7)é controlada através de duas válvulas de controle (10), uma alimentação de gás (8) e uma fonte de subpressão (9).

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, ou 4, caracterizado em que a comporta (4) está disposta entre a câmara de gás de proteção (2) e uma câmara de tratamento adicional (1) com uma atmosfera de gás de proteção.

6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado em que a banda de metal (3) é orientada em primeiro lugar através da câmara de tratamento adicional (1) e, em seguida, através da câmara de gás de proteção (2).

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado em que a banda de metal (3) é orientada em primeiro lugar através da câmara de gás de proteção (2) e em seguida através da câmara de tratamento adicional (1).

8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, ou 7, caracterizado em que a abertura ideal do intervalo dos dois elementos de vedação (5, 6) é calculada com base nas propriedades do gás de proteção e na espessura da banda de metal (3).