ES2161660T3 - Perfeccionamientos introducidos en el precalentamiento de cintas metalicas particularmente en lineas de galvanizacion o de recocido. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de recalentamiento de cintas metálicas, particularmente de acero en secciones de precalentamiento con fuego directo con miras a limitar la oxidación de cintas metálicas calentadas, sean cuales fueren las configuraciones de producción, que consiste en utilizar una zona de precalentamiento que puede estar fraccionada, según su longitud, en una pluralidad de zonas de longitud unitaria correspondiente a un quemador, pudiendo cada uno de los indicados quemadores ser controlado individualmente a un régimen fijo con el fin de ajustar con precisión la regulación de aire/gas por consiguiente la atmósfera resultante en el horno, caracterizado porque se encienden un cierto número de quemadores partiendo río abajo de la zona de precalentamiento, siendo variables la longitud de la zona del horno en cuestión por el encendido de los indicados quemadores y la longitud de la zona de recuperación, es decir de la zona en la cual los quemadores están apagados en función de la demanda calorífica yporque cada quemador funciona a plena potencia y con una regulación de aire/gas constante.
Description
Perfeccionamientos introducidos en el
precalentamiento de cintas metálicas particularmente en líneas de
galvanización o de recocido.
La presente invención se refiere a
perfeccionamientos introducidos en el precalentamiento de cintas
metálicas, particularmente cintas de acero, en secciones de
precalentamiento a fuego directo, instaladas en particular a la
entrada de líneas de galvanización por inmersión o en líneas de
recocido.
Se sabe que el precalentamiento con fuego
directo antes de la galvanización o recocido, tales como se realiza
en el momento actual cumple tres funciones:
- -
- calentamiento de la cinta;
- -
- eliminación de los residuos de aceites de laminado o de protección, presentes cuando la línea no está equipada con una sección previa de desengrasado, y
- -
- limitación o eliminación de la oxidación de la cinta de acero, inherente al calentamiento por quemadores.
En las líneas continuas realizadas según el
estado actual de la técnica, el precalentamiento se realiza según
varias zonas cuya regulación de temperatura es independiente,
generalmente según cuatro zonas para las líneas de fuerte capacidad
y según dos zonas para las líneas de poca capacidad, estando
provista cada una de estas zonas, por ejemplo de cuatro a seis
quemadores por cada lado del horno.
Las cintas galvanizadas o recocidas en las
líneas continuas tienen matices, anchos o espesores variables y las
mismas pasan igualmente a velocidades variables, lo cual condiciona
la demanda calorífica de las zonas del horno que pueden variar en
unas proporciones importantes. Para hacer frente a esta demanda
calorífica variable, por ejemplo cuando los formatos o la velocidad
de la cinta son bajas, generalmente solo se utiliza un número
reducido de estas zonas de precalentamiento deteniendo las primeras
zonas en el sentido de avance de la cinta, o manteniéndolas en un
régimen térmico mínimo, equivalente a aproximadamente 15 a 20% de su
potencia nominal.
Una práctica parecida es adoptada en la Patente
FR-A-2.406.667.
En este último caso, en particular para el
precalentamiento de los productos más finos, se utiliza poca
potencia.
El control "en cascada" de la temperatura
ambiente de un horno se describe en la Patente
JP-A-56072134.
Con el fin de que se comprenda el problema
técnico resuelto por la presente invención se hace referencia a la
figura 1 de los dibujos adjuntos en la cual se ha representado de
forma esquemática, en alzado lateral, un ejemplo de realización de
una instalación de precalentamiento que comprende dos zonas de
precalentamiento. En esta figura 1 se ha asociado la figura 1A que
representa la potencia calorífica utilizada en las dos zonas de
precalentamiento y la curva de variación de la temperatura de la
cinta en las indicadas zonas.
En esta figura 1 se aprecia que la instalación
de precalentamiento de la cinta 1 comprende dos zonas de
precalentamiento 2 y 3. Cada una de estas zonas está equipada con
quemadores 4 alimentados con aire de combustión por un colector 5 y
combustible por un colector 7. La potencia inyectada en cada zona es
controlada por válvulas de regulación de caudal de comburente y de
combustible, respectivamente 6 y 8. En este ejemplo, la potencia
calorífica representada por la zona rayada de la representación
gráfica de la figura 1A corresponde al 60% de la potencia nominal
de la segunda zona 3, la primera zona 1 funciona al mínimo de su
potencia, por ejemplo 15%. La curva 9 presenta la elevación de la
temperatura de la cinta en las zonas de precalentamiento. En estas
condiciones, la temperatura del gas y de las paredes de la segunda
zona de precalentamiento 3 se estabiliza en niveles bajos, del orden
de los 1150ºC o inferiores.
Es conocido que la oxidación de la cinta es
tanto más baja cuanto más importante es la temperatura ambiente o
de las paredes de la zona del horno de precalentamiento con fuego
directo. A este respecto, se puede hacer referencia en particular
al artículo "Direct-fired heating in continuous
hot-dip galvanizing lines" publicado en el nº
4/1991 de "MPT-Metallurgical Plant and Technology
International", cuya figura 2 es retomada en los dibujos
adjuntos. Esta figura presenta en ordenadas el espesor de la capa de
óxido formada en la superficie de la cinta, expresada en Angströms,
en función de la temperatura de los gases o de las paredes de la
zona del horno, presentada en abscisas, para una temperatura de
salida de la cinta de la zona de precalentamiento de 650ºC. Se
aprecia en esta figura que la formación de los óxidos es máxima para
temperaturas de gases o de paredes de 1150ºC y porque es mucho más
baja para temperaturas de gas o de paredes superiores a 1250ºC.
Se aprecia igualmente que el funcionamiento del
horno para casos de funcionamiento tales como los mencionados
anteriormente sitúa la cinta en condiciones donde su oxidación es
máxima.
La oxidación formada en la superficie de la
cinta en estas condiciones debe ser eliminada, lo cual impone la
colocación, río abajo de la zona de precalentamiento, de una zona de
mantenimiento, bajo una atmósfera que contiene hidrógeno, bastante
larga para suprimir por reducción los óxidos formados. Esta
reducción debe ser realizada a alta temperatura lo cual impone
generalmente el recalentamiento de la cinta a niveles que no son a
menudo alcanzados más que únicamente con el fin de obtener esta
reducción mientras que no son necesarios para el tratamiento
metalúrgico del matiz de acero de la cinta.
Esta ausencia de flexibilidad en el control del
aporte calorífico en el precalentamiento según el estado actual de
la técnica así como la imposibilidad de colocar la cinta en
condiciones en que su oxidación pueda limitarse desembocan
generalmente en temperaturas de cinta que son la consecuencia de la
inadaptación de la línea en caso de un funcionamiento considerado.
La concepción de hornos se desprende igualmente de estas
imperfecciones y conduce a la realización de líneas de gran
longitud y cuyos equipamientos de refrigeramiento son importantes.
Es evidente que esta longitud suplementaria de horno aumenta el
precio de la instalación, su voluminosidad así como los costes de
mantenimiento y de explotación.
La presente invención se ha fijado por objetivo
resolver el problema técnico mencionado anteriormente aportando un
nuevo procedimiento y un horno perfeccionado que permita el
calentamiento de cintas en secciones de precalentamiento con fuego
directo, con una oxidación limitada, esto para todas las
configuraciones de producción (velocidad de la línea,
características de tratamiento, características de los productos
particularmente matiz y formato).
Por otro lado, esta invención además de la
mejora de la calidad del producto acabado que la misma aporta
resuelve el problema de la voluminosidad de las instalaciones,
encontrado en el estado anterior de la técnica mencionado
anteriormente, dado que su realización permite limitar las
dimensiones y por consiguiente los costes de las líneas de recocido
o de galvanización sobre las cuales se aplica.
En consecuencia, esta invención según la
reivindicación 1, se refiere en primer lugar a un procedimiento de
calentamiento de cintas metálicas, particularmente de acero en
secciones de precalentamiento con fuego directo con miras a limitar
la oxidación de las cintas metálicas calentadas, sean cuales fueren
las configuraciones de producción, que consiste en utilizar una
zona de precalentamiento que puede fraccionarse, según su longitud,
en una pluralidad de zonas de longitud unitaria que corresponden a
un quemador, pudiendo cada uno de los indicados quemadores ser
accionado individualmente a un régimen fijo con el fin de ajustar
con precisión la regulación de aire/gas por consiguiente la
atmósfera resultante en el horno, caracterizado porque se encienden
un cierto número de quemadores partiendo río abajo de la zona de
precalentamiento, la longitud de la zona del horno en cuestión por
el encendido de los indicados quemadores y siendo la longitud de la
zona de recuperación, es decir de la zona en la cual los quemadores
están apagados, variables en función de la demanda calorífica y
porque cada quemador funciona a plena potencia y con una regulación
de aire/gas constante.
La realización del procedimiento objeto de la
invención tal como se ha indicado anteriormente aporta,
particularmente los resultados dados a continuación que son
imposibles de obtener con los equipos según el estado actual de la
técnica, para todas las velocidades de líneas:
- -
- la cinta se calienta en una zona de precalentamiento cuya longitud es variable pero las condiciones de temperatura y de atmósfera son óptimas respecto a la oxidación, esto a todos los regímenes de funcionamiento de la línea, para todas las características de cintas o de ciclos de tratamiento, la longitud de la zona de precalentamiento así definida está adaptada al tonelaje producido por la línea de tratamiento (particularmente línea de recocido o de galvanización), sean cuales fueren los formatos de los productos tratados o la velocidad de la indicada línea;
- -
- los quemadores funcionan todos a un régimen y a una regulación tales que ofrezcan una geometría y características de llama óptimas frente al tratamiento químico que debe operarse en la superficie de la cinta.
Se comprende que la originalidad del
procedimiento objeto de la presente invención reside en la
realización simultánea de un cierto número de características
(control de los quemadores en la modalidad todo o nada o
proporcional, zona de precalentamiento de longitudes variables,
relación de alimentación de los quemadores aire/gas adaptado) en
una configuración tal como la finura de funcionamiento de la línea
así realizada permite mejorar la calidad del producto acabado en
gamas de producción muy amplias.
Según la presente invención, la temperatura
ambiente y de paredes de la zona de precalentamiento se encuentra
comprendida entre 1250 y 1300ºC.
Según un modo de realización de la presente
invención aplicado en el tratamiento térmico de cintas, la
temperatura de salida de la zona de precalentamiento está adaptada
a este tratamiento, lo cual permite limitar, incluso suprimir la
longitud de las zonas de refrigeración instaladas río abajo de la
zona de precalentamiento.
Según otro modo de realización de la presente
invención aplicado al tratamiento térmico de cintas de acero, la
temperatura mínima de salida de la zona de precalentamiento está
adaptada a este tratamiento con el fin de limitar o incluso
suprimir, llegado el caso, la longitud de las zonas de calentamiento
previstas río abajo de la zona de precalentamiento.
\newpage
Un horno para la realización del procedimiento
tal como se ha especificado anteriormente comprende una zona de
precalentamiento fraccionada en una pluralidad de zonas de longitud
unitaria correspondiente cada una a un quemador, siendo cada uno de
los indicados quemadores controlado individualmente a un régimen
fijo, caracterizado porque cada quemador es controlado
individualmente con la ayuda de válvulas sobre la alimentación de
comburente y de válvulas sobre la alimentación de combustible con
el fin de encender un número de quemadores, partiendo río abajo de
la zona de precalentamiento, que corresponde a la demanda calorífica
y porque los indicados quemadores funcionan a plena potencia y con
una regulación de aire/gas constante.
Otras características y ventajas de la presente
invención se desprenderán de la descripción dada a continuación con
referencia a las figuras 3 y 3A de los dibujos adjuntos que
representan respectivamente una instalación según la invención y la
curva que muestra la evolución de la temperatura de la cinta para
una temperatura de salida del precalentamiento idéntica a la de la
figura 1A.
En la figura 3 se han designado por las mismas
referencias los elementos similares a los descritos anteriormente
con referencia a la figura 1.
En esta figura 3 se aprecia que según la
invención se sustituye el corte de la zona de precalentamiento en
zonas de regulación clásicas que reagrupan varios quemadores del
estado anterior de la técnica, por un recorte de esta zona de
precalentamiento en una pluralidad de zonas de longitud unitaria que
corresponden a un quemador. Los quemadores son controlados por un
sistema de regulación separado que puede ser del tipo proporcional
clásico o del tipo de todo o nada.
En este ejemplo de realización, la zona de
precalentamiento se corta en dos zonas de precalentamiento
alimentadas con comburente y combustible mediante colectores 5 y 7,
pudiendo cada uno de los quemadores 4 de las dos zonas de
precalentamiento ser accionado individualmente por medio de válvulas
10 en el circuito comburente y válvulas 11 sobre el circuito
combustible. Estas válvulas pueden ser accionadas en la modalidad
proporcional con el fin de obtener una regulación de la potencia
inyectada por la variación de los caudales de comburente o de
combustible, o en la modalidad de todo o nada, ajustándose entonces
la regulación de la potencia inyectada en la zona por la relación
entre el tiempo de funcionamiento del quemador y su tiempo de parada
o bien también ajustado por la elección del número de quemadores en
funcionamiento a plena potencia.
Resulta así posible, según la presente invención
hacer funcionar un número de quemadores correspondiente a la
demanda calorífica del horno a pleno régimen para que la zona en la
cual están implantados estos quemadores sea llevada al nivel de
temperatura requerido, por ejemplo los 1300ºC. Esta demanda
calorífica se mide y controla por un sistema de regulación del
horno que acciona el encendido del número de quemadores
correspondiente, funcionando estos quemadores a pleno régimen. En
el ejemplo considerado, los cuatro quemadores implantados a la
salida de la zona de precalentamiento funcionan en permanencia al
100% de su capacidad nominal, ajustando el quinto quemador de esta
zona la cantidad de potencia inyectada, bien sea según una
regulación en la modalidad proporcional de su caudal, o ajustando
su tiempo de funcionamiento.
Las variaciones de la demanda calorífica del
horno unidas a las modificaciones de velocidad o de formato del
producto a tratar se traducen por un aumento o una reducción del
número de quemadores encendidos, por consiguiente por una variación
de la longitud de la zona en la cual las condiciones de temperatura
se juntan para mantener la cinta en una zona de temperatura donde
su oxidación es reducida. La zona en la cual los quemadores están
parados se comporta entonces como una zona de recuperación que
prolonga la que existe río arriba del precalentamiento.
En la figura 3A se ha trazado la curva de la
evolución de la temperatura de la cinta para una temperatura de
salida del precalentamiento idéntica a la de la figura 1A.
El margen de temperaturas final de la cinta para
la cual la oxidación se reduce se aprovecha para optimizar la
longitud del horno. Por ejemplo, para aceros laminados en caliente,
se elegirá una temperatura de salida de la cinta de la zona de
precalentamiento de 500ºC que es suficiente para su tratamiento, en
sustitución de la temperatura de 650ºC tradicionalmente impuesta
por los medios de precalentamiento según el estado anterior de la
técnica. Es evidente, que la cinta al estar menos caliente, que los
equipos de refrigeración situados a la salida de línea se reducirán
disminuyendo otro tanto la voluminosidad del equipo y por
consiguiente su coste.
Resulta igualmente posible, gracias al
procedimiento objeto de la invención, calentar una cinta de acero
dulce, por ejemplo de calidad comercial, a temperaturas del orden
de los 730ºC al menos, sin aumentar su oxidación, lo cual permite
reducir otro tanto, incluso suprimir la longitud de la zona de
calentamiento complementario bajo atmósfera reductora que se
utiliza tradicionalmente río abajo de las zonas de precalentamiento
de las líneas de tratamiento según le estado actual de la técnica.
Esta reducción de la longitud de la zona de calentamiento
complementario bajo atmósfera tendrá igualmente una incidencia
directa sobre la voluminosidad y sobre el precio del equipo.
Para todos los tipos de productos a tratar, la
limitación de la oxidación obtenida por la realización del
procedimiento objeto de la invención permite limitar el tiempo de
permanencia de la cinta bajo atmósfera reductora, por consiguiente
aquí también, reducir la longitud de la línea o disminuir el
porcentaje de hidrógeno de esta zona donde se realiza la reducción
de los óxidos.
En todos los casos, la reducción de la oxidación
de la cinta aportada por la realización del procedimiento objeto de
la invención permite mejorar la calidad del producto acabado, su
estado superficial y la calidad del revestimiento realizado, por
ejemplo en las líneas de galvanización.
El procedimiento objeto de la invención permite
realizar ciclos de tratamiento a baja temperatura gracias a la
posibilidad de limitar la oxidación de la cinta en el
precalentamiento:
- -
- ya no es necesario sobrecalentar la cinta para reducir los óxidos formados, lo cual ofrece la posibilidad de realizar ciclos a baja temperatura, ventaja que se traduce por una disminución del consumo de energía y hornos más cortos;
- -
- cuando el ciclo de tratamiento se realiza a baja temperatura, es posible reducir, incluso suprimir los equipos de refrigeramiento de cintas a la salida de las líneas y
- -
- al limitarse la oxidación, el tiempo de reducción de los óxidos es más corto y por consiguiente el horno río abajo es más corto. De igual modo cuando la oxidación en el precalentamiento se reduce es posible calentar a temperatura más elevada en esta zona, por consiguiente reducir la longitud de la zona de calentamiento bajo atmósfera.
La lectura de la descripción que antecede
destaca que la presente invención permite realizar instalaciones de
tratamiento térmico más polivalentes, que proporcionan más
rendimiento y son menos caras que las instalaciones según el estado
actual de la técnica.
Claims (3)
1. Procedimiento de tratamiento de cintas de
acero, en secciones de precalentamiento con fuego directo con miras
a limitar la oxidación de las cintas, sean cuales fueren las
configuraciones de producción, que consiste en utilizar una zona de
precalentamiento que puede fraccionarse, según su longitud, en una
pluralidad de zonas de longitud unitaria que corresponden a un
quemador, pudiendo cada uno de los indicados quemadores ser
controlado individualmente a un régimen fijo con el fin de ajustar
con precisión la regulación de aire/gas por consiguiente la
atmósfera resultante en el horno, caracterizado porque se
enciende un cierto número de quemadores partiendo río abajo de la
zona de precalentamiento, siendo variables la longitud de la zona
del horno en cuestión por el encendido de los indicados quemadores
y la longitud de la zona de recuperación, es decir de la zona en la
cual los quemadores están apagados en función de la demanda
calorífica y porque cada quemador funciona a plena potencia y con
una regulación de aire/gas constante, para que la temperatura
ambiente y de paredes de la zona de precalentamiento se encuentre
comprendida entre 1250 y 1300ºC.
2. Procedimiento de tratamiento según la
reivindicación 1, caracterizado porque la temperatura de la
cinta a la salida de la sección de precalentamiento es de 500ºC.
3. Procedimiento de tratamiento según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se aplica en
tratamientos térmicos a baja temperatura.
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