BR112015026569B1 - Instalação para o resfriamento de uma tira metálica e método de resfriamento de uma tira metálica - Google Patents
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Abstract
INSTALAÇÃO PARA O RESFRIAMENTO DE UMA TIRA METÁLICA E MÉTODO DE RESFRIAMENTO DE UMA TIRA METÁLICA. Instalação para o resfriamento de uma tira metálica (2) que apresenta um revestimento líquido a ser solidificado, estando a citada tira metálica em movimentação contínua, caracterizada pelo fato de cada meio-resfriador (11, 12) ser dividido no seu comprimento em pelo menos duas seções, uma primeira seção (13) e uma segunda seção (14), segundo o sentido de movimentação da tira (2), sendo a primeira seção (13) separada da segunda seção (14) dentro de cada meio-resfriador (11, 12) por um dispositivo de regulação interna respectivo (7, 8) permitindo modificar o parâmetro vazão/pressão de gás de maneira que o valor do referido parâmetro vazão/pressão de gás seja diferente na primeira seção (13) em relação ao seu valor na segunda seção (14).
Description
[0001] A presente invenção refere-se a um novo dispositivo no campo das câmaras de pré-resfriamento por atmosfera de fluido gasoso (ar, nitrogênio etc.), ditos "pre-coolers", por exemplo, utilizados nas torres de resfriamento das linhas de revestimento metálico a quente, em particular do tipo aluzinco (tais como Galvalume®, liga Al-Zn, composto e 55% de alumínio) e aluminizado, mas também de revestimento galvanizado (zincado).
[0002] Em particular, esse dispositivo se aplica a todas as câmaras de resfriamento que injetam um gás sobre uma tira metálica em movimentação contínua, apresentando um revestimento líquido e não solidificado que acabou de ser aplicado.
[0003] Sabe-se que os revestimentos do tipo aluzinco, aluminizado ou outros do mesmo gênero que acabaram de ser aplicados sobre uma tira metálica em movimentação contínua devem ser solidificados rapidamente para evitar o crescimento da camada intermetálica e obter uma microestrutura correta com o fim de obter uma boa resistência à corrosão.
[0004] Para solidificar esses revestimentos, utilizam-se unidades de resfriamento chamadas "pre-coolers" ou então unidades de resfriamentos chamadas "câmaras de resfriamento a ar ou resfriadores ou câmaras de ar", realizadas por tecnologias e construções de fendas, bicos ou então de furos.
[0005] Para simplificar, falaremos abaixo unicamente de "resfriador". Uma série de resfriadores é habitualmente instalada acima dos equipamentos de aplicação do revestimento até o primeiro rolo de retorno da torre de resfriamento.
[0006] O(ou os) primeiro(s) dispositivo(s) de resfriamento é(são) habitualmente móvel(eis) a fim de garantir o espaço necessário para a manutenção dos equipamentos de aplicação do revestimento. Esse(s) primeiro(s) resfriador(es) utiliza(m) geralmente a tecnologia de fendas.
[0007] Cada resfriador é geralmente equipado com um ventilador que funciona com um motor de velocidade variável, com o fim de poder ajustar a vazão e a pressão do ar de resfriamento em função das tiras e dos revestimentos a tratar.
[0008] No caso em que o impacto do gás de resfriamento for demasiadamente importante quando o revestimento ainda não estiver solidificado, uma camada ondulada ou então marcas ou linhas podem se formar e, portanto, o produto final obtido poderá não estar conforme a exigência de qualidade do mercado. A sensibilidade da camada líquida a tais defeitos depende essencialmente da viscosidade e da espessura da camada líquida assim como do impacto do gás.
[0009] No âmbito de uma modificação de linha de galvanização e de um aumento de capacidade de produção, e, portanto, de resfriamento, uma vez que as alturas das torres são dificilmente modificáveis, um mesmo fenômeno de má qualidade pode ser observado devido a um resfriamento demasiadamente intenso sobre um revestimento não solidificado e habitualmente em um certo intervalo de temperatura.
[00010] O documento US 2010/0200126 divulga uma instalação de produção de têmpera a quente de chapas de aço galvanizadas/recozidas em condições de produção ótimas a qualquer momento, apesar das mudanças rápidas do tipo de aço, de revestimento e outros fatores externos. A unidade de produção de têmpera a quente de chapas de aço galvanizadas/recozidas é dotada de um forno de permanência/resfriamento para o tratamento de chapas de aço saídas de um forno de aquecimento rápido. Além disso, o forno de permanência/resfriamento é configurado para permitir uma mudança da relação dentro do forno da zona de permanência para temperar a chapa de aço por meios de têmpera a uma temperatura de permanência de 500 a 650oC, e da zona de resfriamento para resfriar a chapa de aço por meio de bicos de pulverização a uma velocidade média de resfriamento de 5oC/s ou mais.
[00011] O documento US 2001/0000377 divulga um método e um sistema de resfriamento de uma tira de aço. Um resfriador de nebulização de grande volume de água e um resfriador de nebulização de pequeno volume de água são dispostos sucessivamente ao longo da direção de deslocamento da tira de aço. O resfriador de nebulização de grande volume de água vaporiza uma névoa de grande volume de água sobre a superfície da tira de aço para resfriá-la e, em seguida, o resfriador de nebulização de pequeno volume de água vaporiza uma névoa de pequeno volume de água sobre a superfície da tira de aço para resfriá-la, resfriando assim a tira de aço ao mesmo tempo em que elimina a influência da ebulição de transição, com o fim de impedir que a tira de aço tenha um trecho de temperatura não uniforme.
[00012] O documento US 2011/0018178 divulga um processo para agir sobre a temperatura de uma tira em movimentação por injeção de um gás ou de uma mistura água/gás, no qual uma pluralidade de jatos de gás ou de uma mistura de água/gás, que se estendem em direção à superfície da tira e são dispostos de maneira que os impactos dos jatos de gás ou de mistura de água/gás sobre cada superfície da tira sejam distribuídos nos nós de uma malha bidimensional, são pulverizados sobre cada face da tira. Os impactos dos jatos sobre uma face não são simetricamente opostos aos impactos dos jatos sobre a outra face, e os jatos de gás ou de mistura de água/gás são provenientes de bicos tubulares que são alimentados por pelo menos uma câmara de distribuição e se estendem a certa distância da câmara de distribuição de maneira a deixar um espaço livre para o escoamento do gás ou da mistura água/gás de retorno que seja paralelo à direção longitudinal da tira e perpendicular à direção longitudinal da tira.
[00013] O documento US 2011/0030820 divulga um dispositivo de injeção de gás sobre uma face de um material em tira em movimentação, compreendendo pelo menos uma câmara oca da qual uma parede, dirigida para a face em questão do material em tira, é dotada de uma pluralidade de orifícios de injeção, permitindo dirigir o gás para a dita face do material em tira. Além disso, a câmara oca é equipada lateralmente, pelo menos de um lado da mesma em referência a um plano mediano perpendicular ao plano da tira, de um mecanismo móvel de obturação que tem como função ocultar seletivamente certos orifícios de injeção com o fim de adaptar a largura da zona de injeção à largura do material em tira em questão. Problema técnico
[00014] O problema a ser resolvido é o seguinte (figura 1). O revestimento não solidificado da tira 2 deve ser resfriado e solidificado pelos dois meio-resfriadores a ar 11, 12, que constituem o resfriador 1. Os meio-resfriadores 11, 12 são conectados a um circuito de alimentação 3 alimentado em ar por um ventilador 4 acionado por um motor 5.
[00015] A vazão de atmosfera de resfriamento é regulada por um variador de velocidade 6 do motor 5 do ventilador 4 com o fim de resfriar a tira e, portanto, seu revestimento, mais ou menos rapidamente em função da qualidade desejada. Note-se que, em seguida, será utilizado o termo parâmetro vazão/pressão, pois a mudança de regime do ventilador modifica ao mesmo tempo a vazão e a pressão do gás, estando os dois relacionados.
[00016] De um lado, na primeira parte do resfriador, a velocidade e a vazão do ar de resfriamento devem ser limitadas uma vez que o revestimento ainda está totalmente em fase líquida, correndo-se o risco de obter uma camada ondulada e/ou de aspecto e microtextura não conformes aos padrões de exigência.
[00017] De outro lado, com certos formatos de tira e espessuras de revestimento, o resfriamento deve ser importante com o fim de evitar o crescimento intermetálico e de obter uma microestrutura correta.
[00018] Os dois pontos anteriores, portanto, são às vezes incompatíveis já que, de acordo com a técnica atual, a vazão de ar de resfriamento é enviada mais ou menos uniformemente por toda a altura dos dois meio-resfriadores a ar 11, 12. Objetivos da invenção
[00019] A presente invenção tem como objetivo livrar-se dos inconvenientes do estado da técnica.
[00020] Em particular, a invenção visa ajustar o parâmetro vazão/pressão de gás de resfriamento, por exemplo, nas câmaras de (pré-)resfriamento ou em resfriadores superiores situados na saída das unidades de aplicação de revestimento líquido, em função dos tipos de tira metálicas e de revestimentos a tratar, com o fim de evitar a formação de defeitos no revestimento.
[00021] Ainda em particular, a invenção visa dividir um só e único resfriador em várias seções, com o fim de obter vários regimes de vazão/pressão em toda a altura desse resfriador e, de preferência, com um único ventilador. Principais elementos característicos da invenção A presente invenção refere-se a uma instalação para o resfriamento de uma tira metálica que apresenta um revestimento líquido a ser solidificado, estando a citada tira metálica em movimentação contínua, compreendendo a referida instalação uma câmara de resfriamento dotada de dois meio-resfriadores a gás, de preferência a ar, destinado cada um deles ao resfriamento de uma face da tira e apresentando sobre sua face interna que defronta a face respectiva da tira uma pluralidade de bicos ou fendas de injeção do gás a uma determinada vazão, sendo cada meio-resfriador dividido no seu comprimento em pelo menos duas seções, uma primeira seção e uma segunda seção, dispostas sucessivamente no sentido de movimentação da tira, sendo a primeira seção separada da segunda seção dentro de cada meio-resfriador, transversalmente em relação ao sentido de movimentação da tira, por um dispositivo de regulação interna capaz de modificar o parâmetro vazão/pressão na primeira e na segunda seções respectivas, sendo a instalação caracterizada pelo fato de os dispositivos de regulação interna: - seja serem difusores compreendendo duas placas sobrepostas apresentando cada uma delas uma pluralidade de furos ou fendas e cujo deslocamento de uma em relação à outra tem como efeito modificar a seção de abertura do difusor; - seja compreenderem uma aleta rotativa única ou uma pluralidade de aletas rotativas; - seja compreenderem uma placa móvel regulável do tipo guilhotina.
[00022] De acordo com modos de execução preferidos da invenção, a instalação será limitada por uma, ou ainda uma combinação apropriada, das seguintes características: - os dispositivos de regulação interna são acionados por acionadores pneumáticos ou eletromecânicos; - os meio-resfriadores são ligados a um circuito de alimentação comum, alimentado em gás por um ventilador, ele mesmo acionado por um motor; - o circuito de alimentação comum aos dois meio-resfriadores é conectado à segunda seção de pelo menos um dos dois meio- resfriadores ou à seção de maior vazão ou de maior pressão de gás; - o motor é dotado de um variador de velocidade permitindo regular o parâmetro vazão/pressão de gás de resfriamento; - a instalação compreende meios para acionar conjuntamente ou individualmente os dispositivos de regulação interna em função do parâmetro vazão/pressão de gás regulado pelo variador de velocidade e da qualidade de revestimento desejada; - os acionadores dos dispositivos de regulação interna podem ser comandados à distância por um operador de linha; - os dispositivos de regulação interna são duplicados, criando assim uma terceira seção, intermediária entre a primeira seção, de entrada da tira, e a segunda seção, de saída da tira, com o fim de obter velocidades de injeção de gás diferentes nas três seções citadas acima; - a instalação é prevista para um deslocamento vertical da tira; - a instalação compreende um pirômetro instalado logo após os dispositivos de regulação interna, no sentido do deslocamento da tira, para controlar a solidificação do revestimento.
[00023] Um segundo aspecto da presente invenção refere-se a um método de resfriamento de uma tira metálica em movimentação contínua que apresenta um revestimento líquido a ser solidificado, por meio da instalação mencionada acima, compreendendo uma etapa de modificação do parâmetro vazão/pressão de gás injetado por meio dos dispositivos de regulação interna de maneira que o valor do referido parâmetro vazão/pressão de gás injetado seja diferente na primeira seção em relação ao seu valor na segunda seção.
[00024] Vantajosamente, o parâmetro vazão/pressão de gás injetado é modificado de maneira que o valor do dito parâmetro vazão/pressão de gás injetado seja inferior na primeira seção em relação ao seu valor na segunda seção.
[00025] Ainda vantajosamente, a vazão de gás injetado na primeira seção da instalação de resfriamento, chamada de vazão primária, é regulada para controlar a frente e a velocidade de solidificação do revestimento ainda em fase líquida na entrada da primeira seção.
[00026] Ainda vantajosamente, a vazão de gás injetado na segunda seção da instalação, chamada de vazão secundária, é regulada para ser maior do que a vazão primária e compatível com taxas de solidificação predeterminadas.
[00027] A figura 1 representa esquematicamente um resfriador de acordo com o estado da técnica;
[00028] A figura 2 representa esquematicamente um resfriador de acordo com a presente invenção, equipado de equipamentos de vazão interna regulável comandados à distância;
[00029] A figura 3 representa uma primeira forma de execução do sistema de regulação de acordo com a invenção, na forma de um difusor; e
[00030] A figura 4 representa uma segunda forma de execução do sistema de regulação de acordo com a invenção, na forma de uma aleta.
[00031] A presente invenção traz uma solução para o problema técnico enunciado acima (figura 2). De acordo com a invenção, sistemas ou equipamentos de regulação interna 7, 8 são implantados respectivamente nos dois meio-resfriadores a ar 11, 12. Esses sistemas de regulação 7, 8 têm como objetivo modificar e ajustar a vazão de fluido de resfriamento entre as partes inferiores (entrada do resfriador) e as partes superiores (meio e saída do resfriador) ao mesmo tempo em que conservam uma uniformidade de vazão por unidade de superfície para cada seção. O cuidado trazido para realizar o equipamento para não perturbar o escoamento do gás é muito importante para se obter um resfriamento homogêneo e regular do revestimento a ser solidificado. De acordo com um modo de execução particular, esses sistemas de separação 7, 8 poderão ser duplicados caso necessário, com o fim de se obterem velocidades de injeção diferentes entre, respectivamente, a entrada, o meio e a saída do resfriador.
[00032] Esses sistemas de regulação 7, 8 são vantajosamente acionados por acionadores pneumáticos ou eletromecânicos 9, 10, com a possibilidade de serem comandados à distância pelo operador de linha. De preferência, esses sistemas de regulação 7, 8 são acionados conjuntamente em função da vazão de ar regulada pelo variador 6 do motor 5 do ventilador 4 e da qualidade de revestimento obtida.
[00033] De acordo com formas de execução preferenciais, esses sistemas de regulação 7, 8 podem compreender: - duas placas sobrepostas, apresentando ambas uma sucessão de furos ou fendas. O deslocamento de uma placa em relação à outra tem como efeito diminuir a seção de abertura e atua então como um "difusor" homogêneo regulável de ar de resfriamento (figura 3); - uma aleta rotativa única ou uma sucessão de pequenas aletas rotativas (figura 4); - uma placa móvel regulável do tipo guilhotina (na representada) etc.
[00034] O sistema de acordo com a invenção oferece as seguintes vantagens.
[00035] A vazão de gás na primeira parte ou seção do resfriador, chamada de vazão "primária", pode ser regulada com o fim de controlar a frente e a velocidade de solidificação do revestimento ainda em fase líquida na entrada do resfriador e, portanto, a fim de obter a melhor qualidade de revestimento possível.
[00036] Os sistemas ou equipamentos de regulação interna de vazão "primária" podem ser comandados à distância pelo operador em função de um critério qualidade/taxa de resfriamento. A velocidade de injeção "primária" fica então controlada comparativamente a um sistema completamente manual. Um pirômetro ou qualquer outro sistema de medição de temperatura, adaptado a uma tira em movimentação, pode ser instalado logo após os sistemas de regulação com o fim de controlar a taxa de resfriamento.
[00037] As segundas partes ou seções dos dois meio- resfriadores 11, 12 podem então ter um fluxo de resfriamento "secundário" muito mais significativo e compatível com as taxas de resfriamento necessárias ou então com um aumento da capacidade de resfriamento do resfriador como um todo.
[00038] O resfriamento dos dois meio-resfriadores 11, 12 será, portanto, ajustado e balanceado entre o variador de velocidade 6 e os sistemas de regulação 7, 8 que delimitam a seção de entrada de resfriamento. Isso confere uma flexibilidade muito grande ao resfriador.
[00039] Os sistemas de regulação 7, 8 também permitem uma regulagem ótima da qualidade de revestimento nas duas faces da tira 2, uma vez que poderão ser comandados individualmente, caso necessário.
[00040] Em virtude da concepção do sistema de controle do resfriamento das duas partes, a vazão do fluido de resfriamento por unidade de superfície é uniforme em cada uma das seções e isso, em particular, transversalmente.
[00041] Uma outra vantagem é a flexibilidade do sistema: será muito fácil deslocar o sistema de regulação para outra posição no (pré-)resfriador se a posição inicial não for conveniente, ou não for mais conveniente. Pode-se, por exemplo, prever três posições diferentes do sistema de regulação. Lista das referências numéricas 1. Câmara de resfriamento 2. Tira metálica 3. Circuito de alimentação de gás 4. Ventilador 5. Motor 6. Variador de velocidade do motor 7. Dispositivo de regulação interna 8. Dispositivo de regulação interna 9. Acionador 10. Acionador 11. Meio-resfriador 12. Meio-resfriador 13. Primeira seção do resfriador 14. Segunda seção do resfriador 15. Bicos ou fendas de injeção de gás
Claims (14)
1. Instalação para o resfriamento de uma tira metálica, tendo um revestimento líquido a ser solidificado, estando a citada tira metálica em movimentação contínua, a referida instalação incluindo uma câmara de resfriamento (1) dotada de dois meio- resfriadores a gás (11, 12), preferivelmente usando ar, destinado cada um deles ao resfriamento de uma face da tira (2) e tendo cada um, sobre sua face interna que defronta a face respectiva da tira (2) uma pluralidade de bicos ou fendas (15) para injetar o gás a uma determinada vazão de fluxo, sendo cada meio-resfriador (11, 12) dividido no seu comprimento em pelo menos duas seções, uma primeira seção (13) e uma segunda seção (14), dispostas sucessivamente no sentido de movimentação da tira (2), a primeira seção (13) sendo separada da segunda seção (14) em cada um dos meio- resfriador (11, 12), transversalmente em relação ao sentido de movimentação da tira (2), por um dispositivo de regulação interna (7, 8) capaz de modificar o parâmetro vazão/pressão de fluxo na primeira e na segunda seções respectivas, a instalação sendo caracterizada pelo fato de os dispositivos de regulação interna (7,8): - serem tanto difusores compreendendo duas placas sobrepostas apresentando cada uma delas uma pluralidade de furos ou fendas e cujo deslocamento de uma em relação à outra tem como efeito modificar a seção de abertura do difusor; quanto - compreenderem uma aleta rotativa única ou uma pluralidade de aletas rotativas; ou - compreenderem uma placa móvel regulável do tipo guilhotina, os meios-resfriadores (11, 12), sendo conectados a um circuito de alimentação compartilhado (3), alimentado com gás por um ventilador único (4).
2. Instalação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de os dispositivos de regulação interna (7, 8) serem acionados por acionadores pneumáticos ou eletromecânicos (9, 10).
3. Instalação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de os acionadores (9, 10) dos dispositivos de regulação interna (7, 8) serem comandados à distância por um operador de linha.
4. Instalação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o ventilador (4), ele mesmo acionado por um motor (5).
5. Instalação, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de o circuito de alimentação (3) compartilhado pelos dois meio-resfriadores (11, 12) ser conectado à segunda seção (14) de pelo menos um dos dois meio-resfriadores (11, 12) ou à seção de maior vazão de fluxo ou de maior pressão de gás.
6. Instalação, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de o motor (5) ser dotado de um variador de velocidade (6) permitindo regular o parâmetro vazão/pressão de gás de resfriamento.
7. Instalação, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de compreender meios para acionar conjuntamente ou individualmente os dispositivos de regulação interna (7, 8) em função do parâmetro vazão de fluxo/pressão de gás regulado pelo variador de velocidade (6) e da qualidade de revestimento desejada.
8. Instalação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de os dispositivos de regulação interna (7, 8) serem duplicados, criando assim uma terceira seção, intermediária entre a primeira seção, de entrada da tira, e a segunda seção, de saída da tira, com o fim de obter velocidades de injeção de gás diferentes nas três seções citadas acima.
9. Instalação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de ser provida para deslocar a tira (2) em uma direção vertical.
10. Instalação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de incluir um pirômetro instalado logo após os dispositivos de regulação interna (7,8) no sentido do deslocamento da tira, para monitorar a solidificação do revestimento.
11. Método de resfriamento de uma tira metálica, em movimentação contínua, e tendo um revestimento líquido a ser solidificado, usando a instalação conforme definida na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender uma etapa de modificar o parâmetro vazão de fluxo/pressão de gás injetado por meio dos dispositivos de regulação interna (7, 8) de maneira que o valor do referido parâmetro vazão de fluxo/pressão de gás injetado seja diferente na primeira seção (13) em relação ao seu valor na segunda seção (14).
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o parâmetro vazão/pressão de gás injetado ser modificado de maneira que o valor do dito parâmetro vazão/pressão de gás injetado seja inferior na primeira seção (13) em relação ao seu valor na segunda seção (14).
13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a vazão de gás injetado na primeira seção da instalação de resfriamento, chamada de vazão primária, ser regulada para controlar a frente e a velocidade de solidificação do revestimento ainda em fase líquida na entrada da primeira seção (13).
14. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a vazão de gás injetado na segunda seção (14) da instalação, chamada de vazão secundária, ser regulada para ser maior do que a vazão primária e compatível com taxas de solidificação predeterminadas.
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