BRPI0822427B1 - Installation of air cooling for heat treatment of martensitic stainless steel pipes or tubes - Google Patents

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BRPI0822427-7A
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Mori Nobuyuki
Sakamoto Akihiro
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Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation
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Description

“INSTALAÇÃO DE REFRIGERAÇÃO A AR PARA TRATAMENTO TÉRMICO DE CANOS OU TUBOS DE AÇQ INOXIDÁVEL MARTENSÍTICO”.
Campo da Técnica [001] A presente invenção refere-se ao aparelho de refrigeração a ar usado para um processo de tratamento térmico para um cano ou tubo de aço inoxidável martensítíco. Mais particularmente, a mesma se refere ao aparelho de refrigeração a ar capaz de encurtar o tempo exigido para um processo de tratamento térmico intensificando a eficiência de resfriamento no tempo em que a superfície interna do cano ou tubo de aço é resfriada a ar no processo de tratamento térmico. Daqui por diante, "cano ou tubo" será chamado de "tubo" quando considerado apropriado.
Antecedentes da Técnica [002] Um tubo de aço inoxidável martensítíco tem sido usado convencionalmente, de forma ampla, para tais aplicações, como poços de petróleo, por causa de sua resistência excelente à corrosão ocasionada por C02. Por outro lado, se todas as operações de resfriamento para têmpera em um processo de tratamento térmico forem desempenhas através de resfriamento de água, o tubo de aço inoxidável martensítíco fica suscetível a rachaduras ocasionadas pela têmpera, porque o material para o mesmo tem temperabilidade excelente. Portanto, para temperar o tubo de aço inoxidável martensítíco no processo de tratamento térmico, um método de resfriamento natural ou um método de resfriamento de ar em que o ar é aspergido em direção à superfície externa do tubo de aço é adotado, em gerai. Entretanto, o método de resfriamento exige muito tempo para resfriar o tubo, e, portanto, a eficiência do tratamento térmico diminui.
[003] Para eliminar a desvantagem acima de baixa eficiência do tratamento térmico como um propósito, por exemplo, um método descrito no documento WO 2005/035815 (daqui por diante, chamado de Documento de Patente 1) foi proposto. No método descrito no Documento de Patente 1, uma operação de resfriamento de água que tem uma taxa de resfriamento alta e uma operação de resfriamento de ar são combinadas utilizando o fato de que rachaduras são menos prováveis de se desenvolverem mesmo se o resfriamento de água for desempenhado na faixa de temperatura excluindo as adjacências do ponto Ms (uma temperatura na qual a transformação martensítica de aço começa quando o resfriamento é desempenhado no momento da têmpera). De forma específica, o Documento de Patente 1 descreve um método de têmpera em que depois de ser aquecido para ser austenitizado, um tubo de aço é resfriado na ordem de resfriamento de água, resfriamento de ar, e resfriamento de água.
[004] Com relação à operação de resfriamento de ar acima descrita, o Documento de Patente 1 descreve um aparelho de resfriamento de ar que tem uma configuração para que toda a superfície externa do tubo de aço seja resfriada a partir de baixo por meio de um ventilador ou um soprador, e a superfície interna da porção de extremidade de tubo possa ser resfriada através de um bocal de ar (parágrafo 0062 do Documento de Patente 1).
[005] Descrição da Invenção [006] Em geral, o resfriamento de ar da superfície interna do tubo de aço tem uma eficiência de resfriamento mais alta do que o resfriamento de ar da superfície externa do tubo de aço. A razão para isso é que no resfriamento de ar da superfície externa do tubo de aço, o estado em que o resfriamento é menos passível de ser desempenhado é formado porque o ar de temperatura alta permanece sobre a superfície interna do tubo de aço, enquanto que no resfriamento de ar da superfície interna do tubo de aço, o tempo exigido para o resfriamento pode ser encurtado porque o ar de temperatura alta não permanece e, portanto, a dissipação de calor a partir da superfície interna do tubo de aço aumenta, e, além disso, o calor sobre a superfície externa do tubo de aço é dissipado para a periferia. Portanto, com a finalidade de intensificar a eficiência de resfriamento no resfriamento de ar do tubo de aço, é desejável resfriar a ar, principalmente, a superfície interna do tubo de aço.
[007] Entretanto, o Documento de Patente 1 descreve, simplesmente, um aparelho de resfriamento de ar tendo uma configuração para que, com relação ao resfriamento de ar da superfície interna do tubo de aço, a superfície interna da porção de extremidade de tubo possa ser resfriada através de um bocal de ar, conforme descrito acima. Em outras palavras, no Documento de Patente 1, embora a própria operação de resfriamento de ar da superfície interna do tubo de aço que usa um bocal seja descrita, não existe nenhuma descrição de qual configuração deveria ser empregada para intensificar a eficiência de resfriamento quando a superfície interna do tubo de aço é resfriada a ar usando um bocal.
[008] A presente invenção foi feita em face da técnica anterior acima descrita, e, assim sendo, um objetivo da mesma é apresentar um aparelho de refrigeração a ar para um processo de tratamento térmico para um cano ou tubo de aço inoxidável martensítico, que é capaz de encurtar o tempo exigido para o processo de tratamento térmico intensificando a eficiência de resfriamento no tempo em que a superfície interna do cano ou tubo de aço é resfriada a ar no processo de tratamento térmico.
[009] Com a finalidade de alcançar o objetivo, a presente invenção apresenta um aparelho de refrigeração a ar para um processo de tratamento térmico para um cano ou tubo de aço inoxidável martensítico, que compreende: um dispositivo de transporte para transportar, de forma intermitente, o cano ou tubo de aço na direção substancialmente em ângulos retos para a direção longitudinal do cano ou tubo de aço; e um dispositivo de resfriamento de ar fornecido com um bocal para aspergir ar em direção à superfície interna do cano ou tubo de aço, sendo que o bocal fica disposto ao longo da direção longitudinal do cano ou tubo de aço em uma posição de parada do cano ou tubo de aço, e é transportado, de forma intermitente, por meio do dispositivo de transporte a fim de fazer frente a uma extremidade do cano ou tubo de aço.
[0010] De acordo com o aparelho de refrigeração a ar de acordo com a presente invenção, o bocal do dispositivo de resfriamento de ar fica disposto em uma posição de parada do cano ou tubo de aço, e é transportado, de forma intermitente, por meio do dispositivo de transporte, e o ar é aspergido a partir do bocal em direção à superfície interna do cano ou tubo de aço. Portanto, a superfície interna do cano ou tubo de aço pode ser resfriada a ar, de forma concentrada, durante o tempo de parada do cano ou tubo de aço transportado de forma intermitente. Por essa razão, a eficiência de resfriamento pode ser intensificada, por exemplo, conforme comparado com uma configuração em que o cano ou tubo de aço é transportado de forma contínua a fim de passar através da posição de instalação de bocal.
[0011] Na presente invenção, a partir do ponto de vista de intensificar adicionalmente a eficiência de resfriamento da superfície interna de cano ou tubo de aço, o bocal fica disposto, de preferência, em todas as posições de parada do cano ou tubo de aço transportado de forma intermitente por meio do dispositivo de transporte. Entretanto, no aparelho de refrigeração a ar configurado conforme descrito acima, um soprador ou compressor grande para fornecer ar ao bocal é necessário, ou a exigência de unidade de energia necessária para o processo de tratamento térmico aumenta, o que não é econômico.
[0012] Estudos sérios conduzidos pelo presente inventor revelaram que, presumindo-se que não existe diferença em temperatura entre as superfícies externa e interna do cano ou tubo de aço antes do resfriamento de ar, no caso em que o bocal fica disposto na posição de parada do cano ou tubo de aço, que tem uma temperatura alta, a diferença entre a temperatura de superfície interna do cano ou tubo de aço e a temperatura do ar aspergido a partir do bocal é grande conforme comparado com o caso em que o bocal fica disposto na posição de parada do cano ou tubo de aço, que tem uma temperatura baixa. Portanto, a eficiência de resfriamento no tempo em que o ar é aspergido a partir do bocal é intensificada (a redução em temperatura de superfície interna se torna grande). Entretanto, quando o cano ou tubo de aço se move entre os bocais (isto é, quando o ar não é aspergido a partir do bocal em direção à superfície interna do cano ou tubo de aço), a quantidade de calor sobre a superfície externa e no interior do cano ou tubo de aço é conduzida em direção à superfície interna, o que resulta na ocorrência de um fenômeno de recuperação de calor em que a temperatura de superfície interna do cano ou tubo de aço se eleva conforme comparado com a temperatura imediatamente após o término da aspersão de ar. A quantidade de elevação da temperatura de superfície interna devido a essa recuperação de calor (a quantidade de recuperação de calor) aumenta na medida em que a diferença de temperatura entre as superfícies externa e interna imediatamente após o término da aspersão de ar aumenta. Portanto, quando o cano ou tubo de aço tem uma temperatura alta, a quantidade de recuperação de calor no tempo em que o cano ou tubo de aço se move entre os bocais aumenta conforme comparado com a quantidade de recuperação de calor no tempo em que o cano ou tubo de aço tem uma temperatura baixa. Na medida em que a quantidade de recuperação de calor aumenta, o tempo necessário para resfriar o cano ou tubo de aço, para uma temperatura predeterminada através de resfriamento de ar, usando o método de aspersão de ar, prolonga-se. Portanto, foi encontrado que a eficiência de resfriamento de toda a etapa de resfriamento oferecida pelo aparelho de refrigeração a ar em que o bocal fica disposto na posição de parada do cano ou tubo de aço tendo uma temperatura alta diminui conforme comparado com a eficiência de resfriamento de toda a etapa de resfriamento oferecida pelo aparelho de refrigeração a ar em que o bocal fica disposto na posição de parada do cano ou tubo de aço tendo uma temperatura baixa.
[0013] Portanto, no caso em que, a partir do ponto de vista de economia, o bocal fica disposto, de forma limitada, em algumas posições, não em todas as posições de parada, do cano ou tubo de aço, o bocal fica disposto, de preferência, na posição de parada do cano ou tubo de aço que tem uma temperatura tão baixa quanto possível para intensificar a eficiência de resfriamento de toda a etapa de resfriamento.
[0014] A partir do ponto de vista acima, o bocal fica disposto, de preferência, pelo menos em uma posição de parada do cano ou tubo de aço no qual a temperatura de superfície interna é de 400°C ou inferior.
[0015] Além disso, na presente invenção, a partir do ponto de vista de intensificar adicionalmente a eficiência de resfriamento da superfície interna de cano ou tubo de aço, prefere-se que a taxa de fluxo do ar aspergido a partir de todos os bocais dispostos seja aumentada. Entretanto, o aparelho de refrigeração a ar configurado conforme descrito acima também não é econômico.
[0016] Portanto, no caso em que a taxa de fluxo do ar aspergido a partir de todos os bocais dispostos não é aumentada, mas a taxa de fluxo do ar aspergido a partir de alguns bocais é aumentada a partir do ponto de vista de economia, a taxa de fluxo do ar aspergido a partir do bocal disposto na posição de parada do cano ou tubo de aço que tem uma temperatura baixa (isto é, a posição de parada do cano ou tubo de aço que tem uma quantidade pequena de recuperação de calor) é aumentada, de preferência, para intensificar a eficiência de resfriamento de toda a etapa de resfriamento.
[0017] A partir do ponto de vista acima, o bocal fica disposto, de preferência, em uma posição de parada do cano ou tubo de aço em que a temperatura de superfície interna é de 400°C ou inferior (uma posição de parada de temperatura baixa) e em uma posição de parada do cano ou tubo de aço em que a temperatura de superfície interna excede 400°C (uma posição de parada de temperatura alta), e a taxa de fluxo do ar aspergido a partir do bocal disposto na posição de parada de temperatura baixa é mais alta do que a taxa de fluxo do ar aspergido a partir do bocal disposto na posição de parada de temperatura alta.
[0018] A partir do ponto de vista de intensificar adicionalmente a eficiência de resfriamento da superfície interna de cano ou tubo de aço, o presente inventor conduziu seriamente os estudos sobre a distância ótima entre o bocal e a extremidade do cano ou tubo de aço, e obteve um conhecimento conforme descrito abaixo. A saber, na medida em que a distância entre o bocal e a extremidade do cano ou tubo de aço encurta, a taxa de fluxo do ar que chega à superfície interna de cano ou tubo de aço de todo o ar aspergido a partir do bocal aumenta. Foi encontrado que se, no caso em que o bocal é cilíndrico, a distância entre o bocal e a extremidade do cano ou tubo de aço for de 8,0 vezes ou menos (de preferência, 2,0 vezes ou menos) o diâmetro interno do bocal, a taxa de fluxo do ar que chega à superfície interna de cano ou tubo de aço de todo o ar aspergido a partir do bocal aumenta suficientemente. Entretanto, a taxa de fluxo de uma atmosfera que fica envolvida no ar aspergido a partir do bocal e chega à superfície interna de cano ou tubo de aço juntamente com o ar aspergido a partir do bocal (a taxa de fluxo envolvida, referir-se às Figuras 3A e 3B) não aumenta na medida em que a distância entre o bocal e a extremidade do cano ou tubo de aço encurta. No caso em que o bocal é cilíndrico, existe uma tendência para que se a distância entre o bocal e a extremidade do cano ou tubo de aço for menos do que 1,5 vezes o diâmetro interno do bocal, a taxa de fluxo envolvida diminui inversamente na medida em que a distância é encurtada, e se a distância entre as mesmos for menos do que 1,0 vez o diâmetro interno do bocal, a taxa de fluxo envolvida diminui significativamente. Como resultado, foi encontrado que a taxa de fluxo do ar que chega à superfície interna de cano ou tubo de aço e é fornecida para o resfriamento da superfície interna de cano ou tubo de aço (isto é, a soma da taxa de fluxo do ar que chega à superfície interna de cano ou tubo de aço de todo o ar aspergido a partir do bocal e da taxa de fluxo envolvida) aumenta quando a distância entre o bocal e a extremidade do cano ou tubo de aço é 1,0 a 8,0 vezes o diâmetro interno do bocal, e aumenta ao máximo quando a distância entre os mesmos é 1,5 a 2,0 vezes.
[0019] Portanto, o bocal é, de preferência, um bocal cilíndrico, e fica disposto em uma posição em que a distância a partir da extremidade voltada para frente do cano ou tubo de aço é 1,0 a 8,0 vezes o diâmetro interno do bocal.
[0020] De acordo com o aparelho de refrigeração a ar para um processo de tratamento térmico para um cano ou tubo de aço inoxidável martensítico de acordo com a presente invenção, a eficiência de resfriamento, no tempo em que a superfície interna do cano ou tubo de aço é resfriada a ar, é intensificada, sendo que o tempo exigido para o processo de tratamento térmico é encurtado, e por sua vez, o cano ou tubo de aço inoxidável martensítico pode ser fabricado com alta eficiência.
[0021] Breve Descrição dos Desenhos [0022] As Figuras 1A e 1B são vistas esquemáticas que mostram uma configuração geral do aparelho de refrigeração a ar de acordo com uma modalidade da presente invenção, sendo que a Figura 1A é uma vista plana, e a Figura 1B é uma vista frontal.
[0023] A Figura 2 é um gráfico que mostra um exemplo do resultado da simulação numérica que simula, no aparelho de refrigeração a ar mostrado nas Figuras 1A e 1B, a alteração de tempo da temperatura de superfície interna do tubo de aço em um caso em que a taxa de fluxo do ar aspergido a partir dos grupos de bocal A a C foram as mesmas (a plotagem indicada por meio da linha tracejada na Figura 2) e em um caso em que somente a taxa de fluxo do ar aspergido a partir dos dois bocais no lado à montante na direção de transporte do grupo de bocais C foi aumentada (a plotagem indicada por meio da linha contínua na Figura 2).
[0024] As Figuras 3A e 3B mostram os resultados do exame em que a relação entre a distância a partir do bocal mostrado nas Figuras 1A e 1B para a extremidade do tubo de aço e a taxa de fluxo do ar sobre a superfície interna do tubo de aço é examinada experimentalmente. A Figura 3A é uma vista explanatória do experimento, e a Figura 3B é um gráfico que mostra a relação entre a distância a partir do bocal para a extremidade do tubo de aço e a taxa de fluxo de ar sobre a superfície interna do tubo de aço.
[0025] Modalidade Preferida para Realizar a Invenção [0026] Uma modalidade do aparelho de refrigeração a ar para um processo de tratamento térmico para um tubo de aço inoxidável martensítico de acordo com a presente invenção será descrito em relação aos desenhos em anexo conforme apropriado.
[0027] Primeiro, o material para o tubo de aço inoxidável martensítico ao qual o aparelho de refrigeração a ar de acordo com a presente invenção é aplicado é explicado. (1) C: 0,15 a 0,20% de massa (daqui por diante, descrito simplesmente como"%") [0028] C (carbono) é um elemento necessário para obter um aço que tem uma resistência e uma dureza próprias. Se o teor de C for menor do que 0,15%, uma resistência pré-determinada não pode ser obtida. Por outro lado, se o teor de C exceder 0,20%, a resistência se torna muito alta, e ela se torna difícil para controlar a dureza e a razão elástica. Além disso, um aumento na quantidade de C dissolvido eficaz auxilia a fratura atrasada a desenvolver. Portanto, o teor de C é, de preferência, de 0,15 a 0,21%, ainda mais, de preferência, de 0,17 a 0,20%. (2) Si: 0,05 a 1,0% [0029] Si (silício) é adicionado como um desoxidante para aço. Para alcançar o efeito, o teor de Si precisa ser de 0,05% ou mais. Por outro lado, se o teor de Si excede 1,0%, a tenacidade diminui. Portanto, o teor de Si é, de preferência, de 0,05 a 1,0%. O valor limite inferior do teor de Si é ainda mais, de preferência, de 0,16%, ainda mais, de preferência, de 0,20%. Além disso, o valor limite superior do mesmo é ainda mais, de preferência, de 0,35%. (3) Mn: 0,30 a 1,0% [0030] Mn (manganês) tem ação desoxidante como Si. Se o teor de Mn for menor do que 0,30%, o efeito é insuficiente. Além disso, se o teor de Mn excede 1,0%, a tenacidade diminui. Portanto, o teor de Mn é, de preferência, de 0,30 a 1,0%. Considerando a fixação da tenacidade após o tratamento térmico, o valor limite superior do teor de Mn é ainda mais, de preferência, de 0,6%. (4) Cr: 10,5 a 14,0% [0031] Cr (cromo) é um componente básico para fornecer resistência à corrosão necessária para aço. Produzindo o teor de Cr de 10,5% ou mais, a resistência à corrosão por pite e à corrosão dependente do tempo é melhorada, e também a resistência à corrosão em um ambiente de CO2 é aumentada notavelmente. Por outro lado, tendo em vista que Cr é um elemento produtor de ferrita, se o teor do mesmo excede 14,0%, δ ferrita é mais provável de ser produzido no tempo de trabalho a temperaturas altas, para que a viabilidade de calor seja prejudicada. Além disso, a resistência do aço após o tratamento térmico é diminuída. Portanto, o teor de Cr é, de preferência, de 10,5 a 14,0%. (5) P: 0,020% ou menos [0032] Um teor alto de P (fósforo) diminui a tenacidade do aço. Portanto, o teor de P é, de preferência, de 0,020% ou menos. (6) S: 0,0050% ou menos [0033] Um teor alto de S (enxofre) diminui a tenacidade do aço. Além disso, S produz segregação, para que a qualidade da superfície interna do tubo de aço seja degradada. Portanto, o teor de S é, de preferência, de 0,0050% ou menos. (7) Al: 0,10% ou menos [0034] Al (alumínio) existe no aço como uma impureza. Se o teor de Al excede 0,10%, a tenacidade do aço diminui. Portanto, o teor de Al é, de preferência, de 0,10% ou menos, ainda mais, de preferência, de 0,05% ou menos. (8) Mo: 2,0% ou menos [0035] A adição de Mo (molibdênio) ao aço intensifica a resistência de aço, e alcança um efeito de melhoramento da resistência à corrosão. Entretanto, se o teor de Mo excede 2,0%, a transformação martensítica de aço é menos provável de ocorrer. Portanto, o teor de Mo é, de preferência, de 2,0% ou menos. Tendo em vista que Mo é um elemento de liga caro, o teor do mesmo é, de preferência, tão baixo quanto possível a partir do ponto de vista de economia. (9) V: 0,50% ou menos [0036] A adição de V (vanádio) ao aço alcança um efeito de aumento da razão elástica do aço. Entretanto, se o teor de V excede 0,50%, a tenacidade do aço diminui. Portanto, o teor de V é, de preferência, de 0,50% ou menos. Tendo em vista que V é um elemento de liga caro, o teor do mesmo é, de preferência, de 0,30% ou menos a partir do ponto de vista de economia. (10) Nb: 0,020% ou menos [0037] A adição de Nb (nióbio) ao aço alcança um efeito de aumento da resistência de aço. Entretanto, se o teor de Nb excede 0,020%, a tenacidade do aço diminui. Portanto, o teor de Nb é, de preferência, de 0,020% ou menos. Tendo em vista que Nb é um elemento de liga caro, o teor do mesmo é, de preferência, tão baixo quanto possível a partir do ponto de vista de economia. (11) Ca: 0,0050% ou menos [0038] Se o teor de Ca (cálcio) excede 0,0050%, as inclusões no aço aumentam em quantidade, e a tenacidade do aço diminui. Portanto, o teor de Ca é, de preferência, de 0,0050% ou menos. (12) N: 0,1000% ou menos [0039] Se o teor de N (nitrogênio) excede 0,1000%, a tenacidade do aço diminui. Portanto, o teor de N é, de preferência, de 0,1000% ou menos. No caso em que o teor de N é alto nessa faixa, um aumento na quantidade de N dissolvido eficaz auxilia a fratura atrasada a desenvolver. Por outro lado, no caso em que o teor de N é baixo, a eficiência da etapa de desnitrificação diminui, o que resulta em impedimento de produtividade. Portanto, o teor de N é, ainda mais, de preferência, de 0,0100 a 0,0500%. (13) Ti, B, Ni [0040] Ti (titânio), B (boro), e Ni (níquel) podem estar contidos no aço como quantidades pequenas de aditivos ou impurezas. Entretanto, se o teor de Ni excede 0,2%, a resistência à corrosão de aço diminui. Portanto, o teor de Ni é, de preferência, de 0,2% ou menos. (14) Fe e impurezas inevitáveis [0041] O material para o tubo de aço inoxidável martensítico fabricado pela presente invenção contém Fe (ferro) e impurezas inevitáveis em adição aos componentes dos itens acima (1) a (13).
[0042] A seguir, o aparelho de refrigeração a ar para um processo de tratamento térmico para o tubo de aço inoxidável martensítico contendo os componentes acima descritos será explicado.
[0043] As Figuras 1A e 1B são vistas esquemáticas que mostram uma configuração geral do aparelho de refrigeração a ar de acordo com essa modalidade, sendo que a Figura 1A é uma vista plana, e a Figura 1B é uma vista frontal.
[0044] Conforme mostrado nas Figuras 1A e 1B, o aparelho de refrigeração a ar 100 de acordo com essa modalidade compreende: um dispositivo de transporte 10 para transportar, de forma intermitente, um tubo de aço P na direção substancialmente em ângulos retos para a direção longitudinal do tubo de aço P; e um dispositivo de resfriamento de ar 20 fornecido com um bocal 21 para aspergir ar Bi em direção à superfície interna do tubo de aço P, sendo que o bocal 21 fica disposto ao longo da direção longitudinal do tubo de aço P em uma posição de parada do tubo de aço P transportado de forma intermitente por meio do dispositivo de transporte 10 a fim de fazer frente a uma extremidade do tubo de aço P.
[0045] O dispositivo de transporte 10 é um dispositivo de transporte do tipo de correia ou do tipo de corrente, e é configurado a fim de transportar os tubos de aço P na direção substancialmente em ângulos retos para a direção longitudinal dos tubos de aço P ao mesmo tempo em que repete o movimento e pára em intervalos de tempo fixos.
[0046] O dispositivo de resfriamento de ar 20 inclui uma fonte de ar (não mostrada), um soprador (não mostrado) para fornecer ar a partir da fonte de ar para os bocais 21, para aspergir o ar fornecido em direção à superfície interna do tubo de aço P. Cada um dos bocais 21 dessa modalidade é um bocal cilíndrico.
[0047] Para resfriar a ar, efetivamente, a superfície interna do tubo de aço P ao longo de todo o comprimento, o dispositivo de resfriamento de ar 20 de acordo com essa modalidade inclui, como uma configuração preferencial, os bocais 21 dispostos em um lado de extremidade na direção longitudinal do tubo de aço P (um grupo de bocais A), e os bocais 21 dispostos no outro lado de extremidade na direção longitudinal do tubo de aço P (grupos de bocal B e C).
[0048] Além disso, o aparelho de refrigeração a ar 100 de acordo com essa modalidade é apresentado, como uma configuração preferencial, com um ventilador ou soprador (não mostrados) que sopra ar Bo sobre a superfície externa do tubo de aço P para resfriar a superfície externa do tubo de aço P. Usando o ventilador ou soprador, o ar Bo é soprado não somente contra o tubo de aço P na posição de parada, mas também contra o tubo de aço P que é movido. Tal configuração preferencial pode intensificar adicionalmente a eficiência de resfriamento do tubo de aço P conforme comparado com o caso em que o tubo de aço P é resfriado a ar somente por meio do ar Bi aspergido a partir dos bocais 21.
[0049] A Figura 2 é um gráfico que mostra um exemplo do resultado da simulação numérica que simula, no aparelho de refrigeração a ar 100 mostrado nas Figuras 1A e 1B, a alteração de tempo da temperatura de superfície interna do tubo de aço P em um caso em que a taxa de fluxo do ar Bi aspergido a partir dos grupos de bocal A a C foi a mesma (caso 1, a plotagem indicada por meio da linha tracejada na Figura 2) e em um caso em que somente a taxa de fluxo do ar Bi aspergido a partir dos dois bocais 21 no lado à montante na direção de transporte do grupo de bocais C foi aumentada (caso 2, a plotagem indicada por meio da linha contínua na Figura 2). A abscissa da Figura 2 representa o tempo decorrente a partir do início do resfriamento de ar, e as ordenadas da mesma representam a temperatura de superfície interna do tubo de aço P e a razão de dissipação de calor a partir da superfície interna do tubo de aço P (= a quantidade de dissipação de calor a partir da superfície interna do tubo de aço P/(a quantidade de dissipação de calor a partir da superfície externa do tubo de aço P + a quantidade de dissipação de calor a partir da superfície interna do tubo de aço P)).
[0050] Nessa simulação numérica, o diâmetro externo do tubo de aço P foi especificado para 114,3 mm, o diâmetro interno do mesmo foi especificado para 100,5 mm, e o comprimento do mesmo foi especificado para 12 m. Além disso, a temperatura de superfície interna (e a temperatura de superfície externa) do tubo de aço P no tempo de início do resfriamento de ar no caso 1 e no caso 2 foi ajustada em 650°C, e o tempo decorrente até que a temperatura de superfície interna atingisse 220°C foi comparado. No caso 1, o tubo de aço P foi transportado, de forma intermitente, em um período de 33 segundos (movimento: 13 segundos, parada: 20 segundos), e no caso 2, o tubo de aço P foi transportado, de forma intermitente, em um período de 30 segundos (movimento: 13 segundos, parada: 17 segundos).
[0051] A Figura 2 revela que, embora o tempo de parada do tubo de aço P seja mais curto, (portanto, o período de tempo pelo qual o ar Bi é aspergido sobre a superfície interna do tubo de aço P é mais curto) no caso 2 do que no caso 1, o tempo decorrente, a partir de quando o transporte no aparelho de refrigeração a ar 100 é finalizado para quando a temperatura de superfície interna diminui para cerca de 220°C, torna-se mais curto (uma redução de 10%) no caso 2 do que no caso 1.
[0052] A mesma simulação numérica, conforme descrito acima, foi desempenhada em um caso em que somente a taxa de fluxo do ar Bi aspergido a partir dos dois bocais 21 no lado à montante na direção de transporte do grupo de bocais A foi aumentada (caso 3) e em um caso em que somente a taxa de fluxo do ar Bi aspergido a partir dos dois bocais 21 no lado à montante na direção de transporte do grupo de bocais B foi aumentada (caso 4). Como resultado» a temperatura de superfície interna do tubo de aço P, no tempo em que o transporte no aparelho de refrigeração a ar 100 foi finalizado, foi a mais baixa no caso 2» conforme mostrado na Tabela 1 abaixo.
Tah&la 1 [0053] Portanto, no caso em que a taxa de fluxo do ar Bi aspergido a partir de todos os bocais 21 dispostos no aparelho de refrigeração a ar 100 não é aumentada, mas a taxa de fluxo do ar Bí aspergido a partir de alguns dos bocais 21 é aumentada a partir do ponto de vista de economia, um aumento na taxa de fluxo do ar Bí aspergido a partir do grupo de bocais C disposto na posição de parada do tubo de aço P tendo uma temperatura baixa (de forma específica, a temperatura de superfície interna é de 400°C ou inferior) é preferido para intensificar a eficiência de resfriamento de toda a etapa de resfriamento.
[0054] No caso em que, de forma similar» a partir do ponto de vista de economia, os bocais 21 ficam dispostos, de forma limitada, em algumas posições, não em todas as posições de parada, do tubo de aço P, uma disposição dos bocais 21 na posição de parada do tubo de aço P que tem uma temperatura baixa (de forma específica, a temperatura de superfície interna é de 400°C ou inferior) é preferida para intensificar a eficiência de resfriamento de toda a etapa de resfriamento.
[0055] As Figuras 3A e 3B mostram os resultados do exame em que a relação entre a distância a partir do bocal 21 para a extremidade do tubo de aço P e a taxa de fluxo do ar sobre a superfície interna do tubo de aço P é examinada experimentalmente. A Figura 3A é uma vista explanatória do experimento, e a Figura 3B é um gráfico que mostra a relação entre a distância a partir do bocal 21 para a extremidade do tubo de aço P e a taxa de fluxo de ar sobre a superfície interna do tubo de aço P. A abscissa da Figura 3B representa a razão da distância L entre o bocal 21 e a extremidade do tubo de aço P para o diâmetro interno D0 do bocal, e a ordenada da mesma representam a razão da taxa de fluxo de ar sobre a superfície interna do tubo de aço P para a taxa de fluxo de ar máxima sobre a superfície interna do tubo de aço P.
[0056] Nesse experimento, o tubo de aço P que tem um diâmetro interno de 54,6 mm e três tipos dos bocais 21 que têm um diâmetro interno D0 de 11,98 mm, 9,78 mm, e 5,35 mm foram usados, e a distância a partir do bocal 21 para a extremidade (uma extremidade no lado que faz frente ao bocal 21) do tubo de aço P foi alterada. A taxa de fluxo de ar sobre a superfície interna do tubo de aço P foi medida usando um medidor de fluxo disposto em uma extremidade (uma extremidade no lado defronte ao lado que faz frente ao bocal 21) do tubo de aço P.
[0057] Conforme mostrado nas Figuras 3A e 3B, foi encontrado que para todos os bocais 21, quando L/ Do está na faixa de 1,0 a 8,0, a taxa de fluxo de ar sobre a superfície interna do tubo de aço P é de 97% ou mais da taxa de fluxo de ar máxima, e quando L/ D0 está na faixa de 1,5 a 2,0, a taxa de fluxo de ar sobre a superfície interna do tubo de aço P atinge uma taxa máxima. Portanto, a partir do ponto de vista de intensificar adicionalmente a eficiência de resfriamento da superfície interna do tubo de aço P, o bocal 21 fica disposto, de preferência, em uma posição em que a distância L a partir da extremidade voltada para frente do tubo de aço Pé 1,0 a 8,0 vezes o diâmetro interno D0 do bocal 21, e fica disposto, de preferência, em uma posição em que a distância L é 1,5 a 2,0 vezes o diâmetro interno D0.
REIVINDICAÇÕES

Claims (2)

1. Instalação de refrigeração a ar para tratamento térmico de canos ou tubos de aço inoxidável martensítico, CARACTERIZADO pelo fato de compreender: um dispositivo de transporte (10) para transportar, de forma intermitente, um cano ou tubo de aço, em que a direção do movimento do cano ou tubo de aço faz um ângulo reto com o eixo longitudinal do cano ou tubo de aço; e um dispositivo de resfriamento de ar (20) fornecido com um bocal (21) para aspergir ar em direção à superfície interna do cano ou tubo de aço (P), sendo que o bocal (21) fica disposto ao longo da direção longitudinal do cano ou tubo de aço (P) em uma posição de parada do cano ou tubo de aço (P) transportado, de forma intermitente, por meio do dispositivo de transporte (10) a fim de fazer frente a uma extremidade do cano ou tubo de aço (P), em que o bocal (21) fica disposto em uma posição de parada do cano ou tubo de aço (P) em que a temperatura de superfície interna é de 400°C ou inferior (uma posição de parada de temperatura baixa) e em uma posição de parada do cano ou tubo de aço (P) em que a temperatura de superfície interna excede 400°C (uma posição de parada de temperatura alta), e a taxa de fluxo do ar aspergido a partir do bocal (21) disposto na posição de parada de temperatura baixa é mais alta do que a taxa de fluxo do ar aspergido a partir do bocal (21) disposto na posição de parada de temperatura alta.
2. Instalação de refrigeração a ar para tratamento térmico de canos ou tubos de aço inoxidável martensítico de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o bocal (21) é um bocal cilíndrico, e fica disposto em uma posição em que a distância a partir da extremidade voltada para frente do cano ou tubo de aço é 1,0 a 8,0 vezes o diâmetro interno do bocal.
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