BR112021005116A2 - método para tratamento térmico de arame de aço com aparelho associado - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA TRATAMENTO TÉRMICO DE ARAME DE AÇO COM APARELHO ASSOCIADO. A presente invenção refere-se a um método para tratamento térmico de um arame de aço que compreende as etapas conhecidas de desenrolar um arame de aço em uma velocidade do arame, guiar o arame de aço através de uma seção de aquecimento que compreende uma ou mais bobinas de indução, resfriar e enrolar o arame de aço sobre um portador. Específico sobre o método é que um gás de proteção é injetado na seção de aquecimento a uma vazão que depende da velocidade do arame. Os inventores descobriram que a vazão do gás de proteção deveria diminuir com velocidade crescente. No limite, nenhum gás de proteção é injetado na seção de aquecimento quando a linha está operando na velocidade de operação. Isso resulta em um uso reduzido do gás de proteção. Quando os carretéis de recolhimento ou de compensação precisam ser trocados e a linha precisa operar a uma velocidade mais baixa, a vazão do gás de proteção é aumentada. A invenção permite controlar o tipo e nível de óxidos formados sobre o arame. A invenção também se estende a um aparelho que implcmcnta o método em que o fluxo de gás do gás de proteção se torna dependente da velocidade do arame através de um sistema de controle.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA TRATAMENTO TÉRMICO DE ARAME DE AÇO COM APARE- LHO ASSOCIADO".

DESCRIÇÃO Campo Técnico

[0001] A invenção refere-se a um método para tratamento térmico de arame de aço e um aparelho associado para executar tal método. O tratamento térmico de arame de aço é usado para alterar as proprieda- des do aço. Arames de aço específicos, onde o uso de um tratamento térmico é necessário são, por exemplo, o alívio de tensões de arame de talão (para bobinar talão como usado em um pneu), o recozimento de arame trefilado de baixo carbono antes de trefilagem adicional ou a têm- pera de arame martensítico (alto teor de carbono), por exemplo, para uso como arame de mola. Técnica antecedente

[0002] Na produção de arames de aço para vários usos, como arame de talão ou arame nu ou galvanizado com baixo teor de carbono, é muitas vezes necessário tratar termicamente o arame de aço trefilado. Devido à trefilação do arame, os grãos do aço são alongados e ao mesmo tempo são introduzidos deslocamentos e defeitos. Ambos levam a um aumento da resistência do arame, mas também a uma ductilidade reduzida. Isto se deve - entre outras coisas - ao travamento dos planos de deslizamento pelos deslocamentos e defeitos quando o aço fica sob tensão.

[0003] Em alguns casos, é necessário trocar parte do ganho de re- sistência para melhorar a ductilidade. No caso de um arame de aço, pode ser, por exemplo, aumentar o alongamento na ruptura. Por exem- plo, um arame de talão - que é um arame de aço revestido de bronze ou latão - deve mostrar um grau mínimo de alongamento na ruptura (2%

ou mais) para ser montado com segurança no talão de um pneu. Alter- nativamente, um arame de mola deve ser tratado termicamente para controlar o ponto de escoamento do arame, que tem impacto nas pro- priedades da mola.

[0004] Geralmente, esta troca de resistência à tração por ductili- dade é realizada por meio de um tratamento térmico do arame de aço. Com isso, quer-se significar que o arame é levado a uma temperatura que, em qualquer caso, permanece abaixo da temperatura da linha Al no diagrama de fase ferro-carbono, seguido por resfriamento contro- lado. Devido a este tratamento, os deslocamentos e defeitos se difun- dem e se combinam, resultando em um arame ainda resistente, porém mais dúctil. Isso também é chamado de 'alívio de tensões' ou 'recupe- ração'. Aumentar a temperatura e/ou o tempo de tratamento ainda le- vará à recristalização onde os grãos livres de tensão se combinam. Isso já pode levar a estruturas muito macias. Se a temperatura aumentar ainda mais por um período longo o suficiente, ocorrerá mais crescimento de grãos. No entanto, não é o objetivo do tratamento chegar a recrista- lização - ou ainda mais desagradável - ao crescimento do grão, pois então o ganho de resistência à tração devido à trefilação a frio é perdido parcial ou totalmente.

[0005] Outro exemplo de um tratamento térmico é o revenimento. Durante o revenimento do arame martensítico temperado, o carbono se difundirá da martensita fortemente tensionada e se precipitará na forma de carbonetos, resultando em uma microestrutura mais dúctil, porém re- sistente, que pode ser enrolada, por exemplo, como uma mola.

[0006] Historicamente, o tratamento térmico de arames de aço tem sido feito por aquecimento do arame de aço em um banho de chumbo derretido. A temperatura do chumbo derretido pode ser facilmente con- trolada, enquanto a transferência de calor do chumbo para o arame é ideal , resultando em temperaturas imediatas e estáveis, isto é, aqueci- mento isotérmico. Além disso - e esta é uma vantagem não reconhecida - o chumbo derretido também isola a superfície do arame de aço de oxidação. A única oxidação que pode ocorrer é na saída do banho de chumbo, mas isso é combatido cobrindo o chumbo derretido com antra- cita, que libera gás de carvão que é queimado consumindo com isso o oxigênio nas proximidades da superfície do arame de aço.

[0007] No entanto, chumbo e gás de carvão foram identificados como tendo um impacto sério na saúde humana e no meio ambiente e, portanto, são cada vez mais proibidos em um ambiente de produção. Portanto, deve-se buscar alternativas para aquecer o arame à tempera- tura exigida. Alternativas no caso de arame de aço são o uso de banhos de sal, ou o uso de leitos de areia fluidizados, ou o uso de aquecimento por resistência elétrica. Os banhos de sal trazem consigo riscos de se- gurança operacional. A transferência de calor em leitos fluidizados é muito menor do que em um banho de chumbo. Ao usar aquecimento por resistência elétrica, ligar os contatos elétricos com um arame de aço pode resultar em faíscas, levando a pontos de aço martensítico que não são aceitáveis.

[0008] A fim de superar essas desvantagens, foi introduzido o aque- cimento do arame por meio de indução. Uma publicação marcante dessa técnica é a US4788394. Neste método de aquecimento, o arame de aço é conduzido através de um campo magnético alternado, que in- duz correntes parasitas que aquecem o arame. Isto resulta em um aque- cimento rápido e sem contato do arame até à temperatura desejada, após o que, o arame é conduzido através de uma zona de encharca- mento, isto é, uma caixa longa e plana, em que o arame é isolado do seu ambiente. Embora o tratamento não seja tão isotérmico como ao usar um banho de chumbo, a temperatura pode ser mantida suficiente-

mente estável. A fim de evitar a oxidação do arame, ele deve ser envol- vido por uma atmosfera protetora, o que pode ser feito injetando-se um gás protetor na bobina de aquecimento.

[0009] Além disso, a WO 2014/142355 descreve um sistema de aquecimento de arame e um método de aquecimento de arame que compreendem uma ou mais bobinas de indução, seguido por uma zona de encharcamento. De acordo com o sistema e método, o aquecimento do arame-máquina é controlado ajustando a corrente de alimentação para as bobinas de indução com base na velocidade de entrada e no diâmetro do arame. Desta forma, o superaquecimento do arame é evi- tado, mesmo quando a velocidade da linha é reduzida, por exemplo, para uma troca.

[0010] A CN 107227400A descreve um aparelho de aquecimento por indução em que os arames de aço individuais passam através de bobinas individuais, das quais a energia pode ser controlada individual- mente. Isso permite processar diferentes diâmetros de arame simulta- neamente na mesma linha.

[0011] Ao usar um método de aquecimento de arame por meio de indução, o uso de uma atmosfera protetora torna-se obrigatório, pois nas extremidades abertas o ar penetra nos tubos de aquecimento le- vando à formação de uma incrustação de óxido de ferro na superfície do arame. A formação de uma incrustação de óxido de ferro torna mais difíceis as operações de revestimento subsequentes, como galvaniza- ção ou aplicação de revestimento de bronze,. Uma completa desincrus- tação por meio de ácidos ou desincrustação mecânica torna-se então necessária, o que se adiciona ao custo do produto e tem um impacto ambiental. No entanto, manter uma atmosfera protetora também se adi- ciona ao custo do produto, o que deve ser evitado. Descrição da Invenção

[0012] Um objetivo principal dos inventores foi, portanto, reduzir o custo e o impacto ambiental do tratamento térmico do arame de aço. Mais especificamente, os inventores conseguiram uma grande redução do uso de gás de proteção sem aumentar a necessidade de decapagem adicional. Os inventores descobriram um método para controlar a for- mação de uma incrustação de óxido. Além disso, os inventores conse- guiram eliminar completamente o uso de um gás de proteção, pelo me- nos durante o período em que a linha está operando em sua velocidade operacional.

[0013] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, um mé- todo para tratamento térmico de um arame de aço de acordo com as etapas da reivindicação 1 é apresentado. O método inclui as etapas de: (a) desenrolar um arame de aço na velocidade do arame. Normalmente este desenrolamento é feito a partir de um carretel, bobina, ou aranha. A velocidade do arame é a velocidade linear do arame pela qual ele é puxado através da instalação pelo recolhimento do arame; (b) guiar o arame de aço através de uma seção de aquecimento para aquecer o arame de aço até uma temperatura entre 350° C e 750° C. A seção de aquecimento compreende uma ou mais bobinas de indução que são colocadas em série. Com 'em série' entende-se que, ao seguir um único arame, ele passa pelas bobinas, uma após a outra. Arames diferentes podem passar lado a lado por uma ou mais bobinas em série. Alternativamente, para cada arame, pode haver uma única série de uma ou mais bobinas contendo apenas um arame com as bobinas sendo dispostas lado a lado. De preferência, as bobinas de indução são ali- mentadas a uma energia constante, tornando a eletrônica de aciona- mento simples e confiável, e resultando em um tratamento térmico es- tável e igual de todos os arames; (c) daí em diante, o arame é resfriado para a temperatura ambiente, por exemplo, deixando-o resfriar no ar ambiente, ou em um refrigerante, como água ou óleo, ou uma combinação dos mesmos;

(d) finalmente, o arame é enrolado em um portador no lado de recolhi- mento.

[0014] O que agora é particular sobre o método é que durante a orientação do arame de aço através da seção de aquecimento, um gás de proteção é injetado na seção de aquecimento a uma vazão que de- pende da velocidade do arame, mais especificamente em que a vazão é diminuída com velocidade crescente do arame de aço ou em que a vazão é aumentada com velocidade decrescente.

[0015] Isso é notável, pois na prática padrão a quantidade de fluxo de gás de proteção é mantida constante, independentemente da veloci- dade do arame. Essa diminuição no fluxo de gás com velocidade do arame crescente ou vice-versa, um aumento no fluxo de gás com a di- minuição da velocidade do arame é contra-intuitivo, pois seria de se es- perar um uso de fluxo de gás proporcional à área de superfície do arame que passa. De acordo com os inventores, tem certas vantagens modular o fluxo de gás de proteção com a velocidade do arame no sentido oposto: - uma vantagem é que a modulação do fluxo de gás na forma descrita resulta em um crescimento constante e controlado dos óxidos que po- dem ser removidos de forma constante e controlada nas etapas subse- quentes; - isso é possível mesmo ao fornecer uma energia constante para a uma ou mais bobinas de indução. Isso elimina a necessidade de ter uma eletrônica de controle complexa da energia de média frequência ali- mentada às bobinas como uma função da velocidade do arame; - obviamente, menos gás de proteção é necessário, em particular ao operar em altas velocidades.

[0016] Em relação à etapa (b): - a temperatura de aquecimento para o alívio de tensões de arame de talão é melhor realizada entre 350°C e 550°C, mais prefereivelmente entre 380°C e 450°C; - a recristalização de arame de aço de baixo carbono geralmente ocorre em temperaturas mais altas de 720 a 750°C; - a invenção é igualmente utilizável para o revenimento de arame de aço martensítico de alto carbono. Arame de aço martensítico de alto carbono é obtido por resfriamento rápido de um arame após ter sido levado à temperatura de austenização de 930 a 1000° C. O revenimento ocorre a 360 a 550° C e ajuda a difusão de algum carbono para fora da rede martensítica, com isso formando precipitados de carboneto de ferro. Ao revenir, alguma ductilidade é restaurada ao arame de aço martensítico, de outra forma frágil.

[0017] Em uma primeira modalidade particularmente preferida, o fluxo de gás de proteção é diminuído com o aumento da velocidade do arame de aço ou o fluxo de gás de proteção é aumentado com a veloci- dade decrescente do arame de aço de maneira contínua ou escalonada.

[0018] A diminuição da vazão pode ser contínua com o aumento da velocidade do arame. Mutatis mutandis, o aumento da vazão pode ser contínuo com a diminuição da velocidade do arame.

[0019] Exemplos de dependências contínuas são um fluxo de gás que é inversamente proporcional à velocidade do arame ou um fluxo de gás que diminui linearmente com o aumento da velocidade do arame, isto é, a relação entre o fluxo de gás e a velocidade do arame tem uma inclinação negativa constante na região de transição.

[0020] Alternativamente, a diminuição na vazão pode ser escalo- nada como, por exemplo, dentro de uma primeira faixa inferior de velo- cidades, o fluxo de gás é mantido em um alto nível e quando a veloci- dade entra em uma segunda faixa mais alta, então, enquanto o arame tiver uma velocidade nessa faixa, o fluxo do gás de proteção é reduzido a um nível mais baixo em comparação com o nível alto. Mutatis mutan-

dis, o aumento no fluxo de gás pode ser escalonado quando a veloci- dade entra na primeira faixa mais baixa de velocidade do arame.

[0021] Diferentes combinações são possíveis, tais como: - uma diminuição contínua no fluxo de gás com o aumento da velocidade do arame e aumento escalonado no fluxo de gás com a diminuição da velocidade do arame. - alternativamente, uma diminuição escalonada no fluxo de gás com o aumento da velocidade do arame e aumento contínuo no fluxo de gás com a diminuição da velocidade do arame.

[0022] Em uma outra modalidade preferencial do método, a energia fornecida a uma ou mais bobinas de indução é mantida constante com a mudança da velocidade do arame.

[0023] Em uma outra modalidade preferencial, após a etapa de aquecimento (b), o arame é imediatamente guiado através de uma 'zona de encharcamento' referida como etapa (b '). Uma zona de encharca- mento compreende um invólucro de isolamento térmico em que o arame é deixado resfriar de uma forma controlada, mais especificamente em uma taxa lenta. Em uma zona de encharcamento, os fenômenos de di- fusão no aço continuam sem a necessidade de adicionar mais calor . Para maior clareza: quando uma zona de encharcamento é usada, ela se torna parte da seção de aquecimento. Conclui-se que o gás de pro- teção também deve ser injetado na zona de encharcamento.

[0024] Em uma modalidade igualmente preferida, após o resfria- mento do arame de aço, o arame é revestido com um revestimento me- tálico que compreende um metal ou liga de metal selecionada a partir do grupo que compreende cobre, zinco, estanho, bronze, latão ou qual- quer combinação dos mesmos, uma etapa que é denominada (c ') daqui em diante.

[0025] A aplicação do revestimento metálico pode ser feita de várias maneiras, como por exemplo:

- por encharcamento a quente, por exemplo, guiando, mergulhando o arame de aço através de um banho de zinco derretido, obtendo-se as- sim o arame de aço galvanizado; - por uma reação de troca química guiando, mergulhando o arame de aço através de um banho de eletrólito, como por exemplo um banho de sulfato de cobre e estanho para fazer arame de talão; - por deposição eletrolítica de cobre e zinco, possivelmente seguida por difusão para obtenção de latão;

[0026] Também são possíveis combinações de duas ou mais das técnicas de revestimento acima.

[0027] Durante o tratamento térmico de períodos operacionais de arame de aço, em que a velocidade do arame é mantida constante em uma velocidade operacional, irá alternar com 'períodos de transição'. Em 'períodos de transição', os carretéis de desenrolamento que estão quase vazios são trocados por carretéis cheios e/ou os carretéis de re- colhimento que estão quase cheios são descarregados e substituídos por carretéis vazios. Durante o período de troca, a velocidade do arame de aço é reduzida para uma velocidade reduzida que é menor do que a velocidade operacional do arame de aço durante o período operacional. A velocidade do arame é mantida constante nesta velocidade reduzida durante o período de troca. Isso é necessário para dar aos operadores tempo suficiente para trocar os carretéis. Durante a troca, todas as pro- priedades mecânicas e químicas são mantidas no alvo.

[0028] De acordo com a invenção, durante o período de transição, um fluxo de gás de proteção é injetado na seção de aquecimento. Este fluxo de gás é diminuído, ou seja, há uma injeção reduzida de fluxo de gás de proteção quando a velocidade é aumentada para a velocidade de operação. Como o período de operação é muito mais longo do que o período de troca, há um fluxo de gás reduzido por um período de tempo prolongado. Isso resulta em uma grande economia no uso de gás de proteção durante um tempo prolongado.

[0029] Os inventores sugerem uma maneira de estimar a quanti- dade de fluxo mínimo de períodos de troca de gás de proteção:

[0030] A área da seção transversal da seção de aquecimento é o volume da seção de aquecimento dividido pelo comprimento da seção de aquecimento. O volume da seção de aquecimento é o volume ao redor do arame na seção de aquecimento desde a entrada na seção de aquecimento até a saída da seção de aquecimento. Para maior clareza: se houver uma seção de encharcamento, o volume da seção de enchar- camento deve ser levado em consideração.

[0031] Contanto que o fluxo de gás de proteção seja maior do que 1 a 10 vezes o produto da área da seção transversal e a diferença entre a velocidade operacional e a velocidade reduzida (doravante denomi- nado "Produto"), não há oxidação a ser esperada . Os inventores con- seguiram manter o fluxo de gás abaixo de dez vezes o Produto e con- jectura que é possível reduzir ainda mais para menos de oito vezes, ou mesmo abaixo de cinco vezes o Produto. Se a área da seção transversal da seção de aquecimento for ainda mais reduzida, por exemplo, pela introdução de tubos de cerâmica nas bobinas, a quantidade mínima de fluxo para evitar a oxidação será ainda mais reduzida.

[0032] Um método alternativo para calcular o fluxo de gás de prote- ção quando o arame está operando na velocidade de arame reduzida é especificar a taxa de renovação no volume tomado pela seção de aque- cimento. Quando o fluxo de gás na seção de aquecimento é maior do que 1 a 6 vezes o volume da seção de aquecimento por minuto, haverá uma renovação completa no gás de proteção a cada 20 minutos ou a cada dez segundos no volume completo.

[0033] Em uma modalidade particularmente preferida, os inventores reduziram o fluxo de gás a zero quando o arame estava operando na velocidade operacional. Isso representa a maior economia em gás de proteção, já que não há derramamento de gás e, ao mesmo tempo, fornece um arame de aço com os óxidos corretos.

[0034] Em uma outra modalidade preferencial, o volume da seção de aquecimento é purgado com gás de proteção no início de um período de troca. Como 'purga' entende-se um sopro curto de gás de pelo menos uma a dez vezes o volume da seção de aquecimento para remover rá- pida e completamente todo o oxigênio possível restante na seção de aquecimento.

[0035] Em outra modalidade preferencial do método, a velocidade reduzida durante a troca é inferior a 50%, ou mesmo inferior a 60% ou inferior a 75% da velocidade de operação. Em qualquer caso, a veloci- dade reduzida durante a troca é maior do que zero ou mais do que 5% ou mesmo 10% da velocidade operacional.

[0036] Como um gás de proteção, um gás inerte, como argônio ou nitrogênio, pode ser usado. Alternativamente, gases protetores são ga- ses redutores, como hidrogênio ou monóxido de carbono, embora o úl- timo geralmente não seja considerado devido à sua toxicidez. Alternati- vamente, misturas de gases, como uma mistura de nitrogênio e hidro- gênio (por exemplo, resultante do craqueamento de amônia) pode ser considerado como um gás de proteção. No entanto, de longe o mais seguro é usar nitrogênio, desde que haja ventilação suficiente.

[0037] De acordo com uma modalidade preferencial, os inventores descobriram que fornecer uma mistura de gás de redução e gás inerte como um gás de proteção, torna possível sintonizar a formação de in- crustação de óxido desejada no arame de aço. De fato, para certas apli- cações de arame, uma presença controlada de certos óxidos é desejá- vel. A este respeito, mesmo um gás oxidante, como ar ou oxigênio puro, pode ser injetado junto com um gás inerte em circunstâncias controla- das.

[0038] De acordo com um segundo aspecto da invenção, é apre- sentado um aparelho, instalação para o tratamento térmico de arame de aço. O aparelho compreende uma seção de aquecimento com uma ou mais bobinas de indução, uma seção de recolhimento com uma veloci- dade ajustável para puxar o referido arame de aço através da referida seção de aquecimento. O aparelho é ainda dotado de um suprimento controlável de gás para injetar gás de proteção na seção de aqueci- mento. Especial sobre o aparelho é que a vazão do referido forneci- mento de gás de proteção é dependente da referida velocidade ajustá- vel em que a vazão do fornecimento do gás de proteção diminui quando a velocidade do arame de aço aumenta e/ou em que o fornecimento do gás de proteção aumenta quando diminui a velocidade do arame de aço.

[0039] Em uma modalidade preferida do aparelho, a seção de aque- cimento também compreende uma seção de encharcamento ligada a uma ou mais bobinas de indução. O arame vai ininterruptamente das bobinas de indução até a seção de encharcamento.

[0040] Em uma outra modalidade preferida, a dependência do for- necimento de gás de proteção com a velocidade do arame de aço é tal que o fornecimento de gás de proteção diminui de modo escalonado quando a velocidade do arame de aço aumenta. Mutatis mutandis, o fluxo de gás aumenta de modo escalonado quando a velocidade do arame de aço diminui. Alternativamente, a relação entre a velocidade do arame e o fluxo do gás de proteção pode ser contínua, por exemplo, inversamente proporcional à velocidade do arame ou linearmente pro- porcional com uma inclinação negativa. Combinações de aumento es- calonado no fluxo de gás de proteção ao entrar em uma faixa de veloci- dade mais baixa com um aumento contínuo em fluxo de gás de proteção quando a velocidade do arame é reduzida também são obviamente pos- síveis, da mesma forma a combinação de um aumento contínuo na va- zão ao diminuir a velocidade e uma redução escalonada do fluxo de gás quando a velocidade do arame é aumentada são igualmente preferidas.

[0041] Em uma outra modalidade preferencial, a energia fornecida para as bobinas de indução pode ou é mantida constante em um nível fixo independente da velocidade do arame. Em outras palavras: o apa- relho está livre de qualquer malha de realimentação entre a velocidade do arame e a energia fornecida às bobinas de indução.

[0042] Em uma modalidade exemplar, o aparelho funcionará em uma velocidade operacional. A velocidade operacional está relacionada ao diâmetro do arame de aço a ser recozido. Na velocidade operacional, a taxa de fluxo do gás de proteção é baixa ou zero. Quando a velocidade do arame é reduzida, a vazão do fornecimento de gás de proteção é reduzida entre 1 e 10 vezes o produto da área da seção transversal da referida seção de aquecimento vezes a diferença entre a velocidade operacional e a velocidade real do arame.

[0043] Em uma outra modalidade, o aparelho é dotado de uma uni- dade de pré-mistura de gás. Na unidade de pré-mistura de gás, um gás redutor é misturado com um gás inerte em proporções predefinidas an- tes de ser injetado como um gás de proteção na seção de aquecimento. Alternativamente, a unidade de pré-mistura de gás pode ser usada para misturar um gás oxidante com um gás inerte. Um gás oxidante é, por exemplo, oxigênio ou ar. A unidade de pré-mistura permite sintonizar a composição e quantidade dos óxidos que se formam no arame de aço. Breve descrição das figuras nos desenhos

[0044] A FIGURA 1 mostra uma representação esquemática de uma linha de processamento de arame que compreende o aparelho de tratamento térmico de acordo com a invenção;

[0045] A FIGURA 2 mostra diferentes esquemas de operação para o método para tratamento térmico de arames de aço.

[0046] A FIGURA 3 mostra um diagrama de blocos que ilustra o mé- todo e algumas alternativas compreendidas no método.

Modo (s) para realizar a invenção

[0047] A FIGURA 1 mostra uma representação esquemática de uma linha de arame de talão em que o aparelho de acordo com a inven- ção é incluído e operado. Observar que algumas etapas e banhos, como etapas de secagem e enxágue com água, são omitidos do desenho, pois são do conhecimento do especialista e só complicariam o es- quema.

[0048] O carretel de desenrolamento 102 fornece arame de aço 140, por exemplo, um arame de aço de alto carbono trefilado a frio com um diâmetro entre 0,70 e 3,00 mm, por exemplo, 0,89 mm, 0,96 mm, 1,30 mm, 1,60 mm ou 1,83 mm. No que segue, os termos 'depois' e 'antes' são relativos à direção de compensação do arame. Devido ao estiramento a frio, a resistência à tração do arame é de cerca de 1700 a 2700 N/mm2 dependendo do diâmetro e do nível de resistência à tra- ção necessário. Por exemplo, um arame de talão de 0,89 de tração nor- mal (NT) tem uma resistência à tração mínima de 1900 N / mm2, en- quanto um arame de talão de alta tração (HT) de 0,89 tem uma resis- tência à tração mínima de 2150 N /mm2 (ISO 16650). Esse arame trefi- lado não pode ser usado com segurança em um talão de pneu, pois não mostra alongamento suficiente na ruptura. Portanto, o arame de aço deve ser tratado termicamente.

[0049] Em uma etapa conhecida, o arame 140 é primeiro limpo na seção de limpeza 106 para remover quaisquer resíduos de superfície. Em uma próxima etapa conhecida, o arame é guiado através de uma seção de aquecimento 111, onde a temperatura é elevada para 480 ºC. A seção de aquecimento 111 consiste em duas bobinas de indução 108, 108 ', organizadas sequencialmente. As bobinas de indução são alimen- tadas com fonte de energia de frequência média 112. Imediatamente após as bobinas de indução, uma zona de encharcamento 110 é forne- cida, a qual mantém o arame quente até que ele deixe a seção de aquecimento 111. A seção de encharcamento é uma câmara isolada termicamente. A temperatura de saída é de cerca de 400°C. O volume da seção de aquecimento é o espaço livre dentro da seção de aqueci- mento em que o arame viaja. É igual à seção transversal média vezes o comprimento da seção de aquecimento. O volume da seção de aque- cimento é preenchido com um gás de proteção - neste caso, nitrogênio - a partir de um tanque central 114 através de um coletor de linhas de alimentação 130, a fim de evitar a oxidação da superfície do arame.

[0050] Depois de sair da seção de aquecimento, o arame 140 'é resfriado à temperatura ambiente por meio de uma têmpera com água ou simplesmente ao ar (etapa não mostrada).

[0051] Durante o aquecimento do arame, os seguintes óxidos de ferro podem se formar: - óxido ferroso, óxido de ferro (II), FeO, wüstita; - óxido férrico, óxido de ferro (III), Fe203, hematita; - óxido de ferro (ll, Ill), Fe304, magnetita.

[0052] Em particular, os óxidos de Fe (III) são difíceis de remover por um banho de ácido 116. Ao usar um gás de proteção, a formação de óxidos e em particular de óxidos de Fe (III) é evitada. Quando ne- nhum gás protetor é usado, os óxidos crescerão, tornando a remoção dos óxidos muito mais difícil. Quando o gás de proteção é uma mistura de um gás de redução (por exemplo, hidrogênio) com um gás inerte (por exemplo, nitrogênio), a razão de gás de redução vs gás inerte pode ser usada para controlar a formação dos óxidos.

[0053] Após a remoção dos óxidos, o arame é conduzido através de uma seção de revestimento 118, que compreende, por exemplo, sulfato de cobre com estanho dissolvido. Por troca química, um revestimento de bronze é depositado no arame de aço 140 ' resultando no arame de talão 140". Após a secagem em um forno seco, um intensificador de adesão verde opcional pode ser aplicado no arame de aço no aplicador

120 antes de retirar o carretel de recolhimento 104.

[0054] Se óxidos estiverem presentes no arame 140 ', a reação de troca no banho de revestimento 118 é inibida, resultando em arame de talão não revestido adequadamente, com concomitante falta de adesão ou levando a diferenças na aparência. Como mencionado, o forneci- mento contínuo de um gás de proteção evita a formação de óxidos de difícil remoção no arame. Foi, portanto, uma surpresa para os inventores que o uso de um gás de proteção pode ser reduzido ou mesmo inter- rompido quando a linha está operando em sua velocidade operacional. A velocidade operacional é aquela velocidade na qual o arame ao sair da seção de aquecimento tem as propriedades mecânicas desejadas. Varia com o diâmetro do arame e está entre 100 e 600 metros por mi- nuto. Somente quando a velocidade da linha é reduzida abaixo da velo- cidade operacional, um aumento do uso de um gás de proteção se torna necessário. Isso vai contra a opinião geral de que um gás de proteção é sempre necessário.

[0055] É necessária uma redução da velocidade do arame, por exemplo, no esgotamento de um carretel de desenrolamento ou na troca de um carretel de recolhimento. A velocidade reduzida do arame é um décimo da velocidade operacional para permitir que os operadores tro- quem os carretéis de forma segura, enquanto garantindo a qualidade do produto através do carretel completo.

[0056] A fim de controlar o fluxo de gás de proteção em função da velocidade do arame, um sistema de controle é adicionado à instalação com um sensor de velocidade 126 que controla uma válvula de estran- gulamento 124 através do controlador 128. Quando a velocidade do arame é reduzida, por exemplo, em caso de esgotamento do carretel ou troca no carretel de recolhimento, o fluxo de gás é aumentado. Quando a velocidade do arame se aproxima da velocidade operacional, o forne- cimento de fluxo de gás é diminuído ou mesmo definido para zero.

[0057] Diferentes estratégias - conforme ilustrado na FIGURA 2 - podem existir para acoplar o fluxo de gás do gás de proteção à veloci- dade do arame (também chamada de 'velocidade da linha). Em uma primeira estratégia indicada com linha traço e ponto 206, o fluxo de gás '0'(expresso em litros normais de gás por minuto) é inversamente pro- porcional à velocidade do arame 'V' (em metros por minuto): Φ(V) = Φred (Vred/V) em que Φred é o fluxo de gás na velocidade de arame reduzida Vred. O fluxo de gás na velocidade reduzida do arame é definido como: Φred C • A • VΦred em que 'C' é uma constante entre 0,1 e 1,0, por exemplo 0,2 e 'A' é a área da seção transversal média da seção de aquecimento em centíme- tros quadrados (cm 2).

[0058] Em uma segunda estratégia, indicada pela curva 202 na FI- GURA 2, o fluxo de gás diminui linearmente com a velocidade do arame da maneira: Φ (V) = Φop + C • A • (Vop - V) em que 'Vop' é a velocidade operacional e Φop é um pequeno fluxo de 'manutenção' de gás de proteção mantido durante o período de opera- ção. 'C' é novamente um valor entre 0,1 e 0,5 quando a velocidade é expressa em metros por minuto, a área da seção transversal em centí- metros quadrados e o fluxo de gás em litros por minuto. Portanto, ao passar do regime operacional para o período de troca, o fluxo de gás é reduzido por uma quantidade que é proporcional à área da seção trans- versal da seção de aquecimento vezes a diferença na velocidade entre a velocidade operacional e a velocidade do arame em troca.

[0059] Em uma terceira estratégia, indicada com 204 na FIGURA 2, o fluxo de gás de proteção é mantido em um alto nível 'Φred' em uma faixa de velocidade desde 'Vred' a alguma velocidades mais altas, por exemplo 10% acima de Vred ou 'Vred + A'. Uma vez que a velocidade do arame é maior do que a última velocidade, o fluxo de gás é comple- tamente desligado.

[0060] A FIGURA 3 ilustra os diferentes trajetos alternativos no mé- todo que pode ser seguido para recozer um arame de aço. Após o de- senrolamento do arame de aço a uma velocidade de arame 'V' 300, o arame é aquecido 305 por meio de guia através de uma seção de aque- cimento. A seção de aquecimento consiste em uma ou mais bobinas de indução 302 (trajeto A) ou consiste em uma ou mais bobinas de indução 302 seguidas por uma zona de encharcamento 304 (trajeto B). Após a seção de aquecimento, o arame é resfriado 306 à temperatura ambi- ente. Daí em diante, o arame recozido pode ser diretamente enrolado em um portador (trajeto D) em uma etapa de enrolamento 314 ou pode ser revestido com revestimento de bronze que consiste de cobre e es- tanho (trajeto C) em um banho eletrolítico 308 ou pode ser galvanizado por encharcamento a quente (trajeto E) por encharcamento em um ba- nho de zinco derretiido 310 antes de ser enrolado em um portador 314. Específico sobre o método é que o fluxo do gás de proteção depende da velocidade do arame, mais especificamente que o fluxo do gás de proteção é diminuído com velocidade crescente. A vantagem do método é que o uso de gás de proteção é muito reduzido, resultando em um custo de produção reduzido e uma operação melhorada, ecologica- mente correta.

[0061] Notável é também que a modulação do fluxo de gás permite trabalhar em um nível de energia constante alimentado às bobinas de indução. Isso dispensa a necessidade de ter uma malha de controle de realimentação cara entre a velocidade do arame e os geradores de on- das de frequencia média que alimentam as bobinas de indução.

Claims (18)

REIVINDICAÇÕES

1. Método para tratamento térmico de um arame de aço que compreende as etapas de: (a) desenrolar um arame de aço a uma velocidade de arame; (b) guiar o referido arame de aço através de uma seção de aquecimento para aquecer o referido arame de aço a uma temperatura entre 350°C e 750°C, em que a referida seção de aquecimento compreende uma ou mais bobinas de indução; (c) resfriar o referido arame de aço à temperatura ambiente; (d) enrolar o referido arame de aço em um portador; caracterizado pelo fato de que durante a orientação do referido arame de aço através da referida seção de aquecimento, um gás de proteção é injetado na refe- rida seção de aquecimento com uma vazão que é diminuída com o au- mento da velocidade do referido arame de aço ou com uma vazão que é aumentada com a diminuição da velocidade do referido arame de aço.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a vazão do gás de proteção é diminuída continuamente com o aumento da velocidade do referido arame de aço.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteri- zado pelo fato de a vazão do gás de proteção é aumentada continua- mente com a diminuição da velocidade do referido arame de aço.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a vazão do gás de proteção é diminuída de forma escalo- nada com o aumento da velocidade do referido arame de aço.

5. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 4, caracteri- zado pelo fato de a vazão do gás de proteção é aumentada de forma escalonada com a velocidade decrescente do referido arame de aço.

6. Método, de acordo com uma combinação das reivindica- ções 2 e 5 ou uma combinação das reivindicações 3 e 4.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações

1 a 6, caracterizado pelo fato de que após a etapa (b), a etapa (b') - guiar imediatamente o referido arame de aço através de uma zona de enchar- camento, a referida zona de encharcamento sendo parte da seção de aquecimento - é introduzida.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de após a etapa (c), a etapa (c ') - revestir o referido arame de aço com um revestimento metálico que compreende um metal ou liga metálica selecionada do grupo que consiste em cobre, zinco, estanho, bronze, latão ou qualquer combinação dos mesmos - é introduzida.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que os períodos operacionais durante os quais o referido arame de aço corre a uma velocidade operacional são alternados com períodos de troca em que a velocidade do referido arame de aço é diminuída para uma velocidade reduzida, em que: - durante o referido período de troca, um fluxo de gás de proteção é injetado na seção de aquecimento, - durante o referido período operacional, há uma injeção reduzida de fluxo de gás de proteção em comparação com o fluxo de gás durante a troca.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a referida seção de aquecimento tem uma área de se- ção transversal e em que o fluxo de gás de proteção durante o referido período de troca é maior do que a referida área de seção transversal vezes a diferença entre a referida velocidade operacional e a referida velocidade reduzida.

11. Método, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracte- rizado pelo fato de que o fluxo de gás de proteção durante o referido período de mudança é maior do que uma vez o volume da referida se- ção de aquecimento por minuto.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado pelo fato de que o fluxo de gás de proteção é zero quando o referido arame de aço está operando na velocidade operacio- nal.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o volume da referida seção de aquecimento é purgado com gás de proteção no início de um período de trocas.

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 13, caracterizado pelo fato de que a referida velocidade reduzida é inferior a 75% da referida velocidade operacional.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que o referido gás de proteção é um do grupo que consiste em argônio, nitrogênio, hidrogênio, monóxido de carbono ou uma mistura dos mesmos.

16. Aparelho para o tratamento térmico de arame de aço, que compreende uma seção de aquecimento com uma ou mais bobinas de indução, uma seção de recolhimento para puxar o referido arame de aço através da referida seção de aquecimento, a referida seção de re- colhimento tendo uma velocidade ajustável, um fornecimento controlá- vel de gás para injetar gás de proteção na referida seção de aqueci- mento, caracterizado pelo fato de que a vazão do referido fornecimento de gás de proteção diminui quando a velocidade do arame de aço au- menta e/ou em que o referido fornecimento de gás de proteção aumenta quando a velocidade do arame de aço diminui.

17. Aparelho para aquecer arame de aço, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a referida seção de aquecimento compreende ainda uma seção de encharcamento ligada às referidas uma ou mais bobinas de indução.

18. Aparelho para aquecimento de arame de aço, de acordo com a reivindicação 16 ou 17, caracterizado pelo fato de que o referido aparelho compreende ainda uma unidade de pré-mistura para misturar um gás inerte com um gás de redução ou um gás de oxidação antes da injeção da mistura na referida seção de aquecimento.