ES2202790T3 - Procedimiento para el recocido continuo de substratos metalicos. - Google Patents
Procedimiento para el recocido continuo de substratos metalicos.Info
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Abstract
Procedimiento de recocido de un substrato de acero a su paso que presenta una anchura, particularmente de una chapa de acero, que comprende: - una creación, en una atmósfera gaseosa por la cual pasa el substrato, de un plasma frío que se reparte por toda la anchura del substrato, con formación de descargas por plasma entre una primera cara del substrato que forma un electrodo y un contraelectrodo, - una disipación de potencia eléctrica procedente de estas descargas en el substrato y - una distribución uniforme de densidad de potencia procedente de estas descargas por toda la anchura del substrato, caracterizado por incluir un recocido de recristalización uniforme del substrato a su paso por medio de dichas descargas por plasma.
Description
Procedimiento de recocido continuo de un
substrato metálico.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de recocido continuo de un substrato metálico a su
paso, particularmente una chapa de acero.
Las técnicas de recocido en continuo aplicadas
actualmente según las cuales los substratos a tratar son sometidos
a temperaturas relativamente elevadas presentan diferentes
inconvenientes.
Así, la inercia térmica de las instalaciones para
la realización de estos procedimientos conocidos es muy importante.
El consumo de gas reductor necesario para evitar la oxidación de
los substratos es elevado. Es imposible obtener, mediante una sola
operación de recocido, un estado superficial que sea tal que permita
el depósito de una capa ulterior, de forma que generalmente una
etapa suplementaria de decapado es necesaria. Dado que en las
instalaciones de recocido conocidas se utilizan tubos radiantes
como medio de calentamiento, estas instalaciones tienen un tamaño
importante y provocan, además, costes de mantenimiento elevados.
Para el recocido de substratos ferromagnéticos, cuando se utiliza
un calentamiento por inducción de frecuencia media, se está limitado
a temperaturas por debajo de la temperatura de Curie. Por último,
el sistema de calentamiento por frecuencias media y alta presenta
un mal rendimiento energético. Se conoce un procedimiento de
recocido tal como se ha indicado en el preámbulo de la
reivindicación 1 (ver Patent Abstracts of Japan, Vol. 95, nº 4, 31
de mayo de 1995 y JP 07 018465 A).
Uno de los fines esenciales de la presente
invención consiste en proponer un procedimiento que permita
remediar los inconvenientes anteriormente citados y que, además,
permita asociar, en una etapa de recristalización a alta velocidad y
a temperatura adecuada, una preparación de la superficie, de forma
que esta permita el depósito de una capa ulterior de acabado sin
que sea necesario someter esta superficie a una operación
suplementaria de decapado, por ejemplo.
A este respecto, según la invención, se prevé un
procedimiento de recocido de un substrato metálico a su paso que
presenta una anchura, particularmente una chapa de acero, que
comprende
- una creación de un plasma en una atmósfera
gaseosa por la cual pasa el substrato, con formación de descargas,
y
- una disipación de potencia eléctrica procedente
de estas descargas en el substrato,
caracterizándose este procedimiento porque
comprende
la creación de un plasma frío en la indicada
atmósfera gaseosa, por medio de descargas por plasma entre una
primera superficie del substrato que forma un electrodo y un
contra-electrodo, repartiéndose el indicado plasma
por todo lo ancho del substrato, y
una distribución uniforme de densidad de potencia
procedente de estas descargas por todo el ancho del substrato, con
recocido uniforme de este.
Ventajosamente, este recocido se realiza a una
presión comprendida entre 10^{-4} y 100 Torr.
Según una forma de realización preferencial, se
realiza el recocido bien sea en atmósfera reductora, por ejemplo en
presencia de hidrógeno, metano, una mezcal de
nitrógeno-hidrógeno o también una mezcla de
argón-hidrógeno, o en atmósfera oxidante, o en
atmósfera oxidante seguida de una atmósfera reductora.
Según otra forma de realización preferencial del
procedimiento según la invención, se utiliza una descarga de tipo
magnetrón, encontrándose el substrato en el cátodo y la presión de
los gases durante el recocido comprendida entre 0,001 Torr y 1
Torr.
Otras formas de realización de la invención se
indican en las reivindicaciones adjuntas.
Otros detalles y particularidades de la invención
se desprenderán de la descripción, dada a continuación, a título de
ejemplo no limitativo, de una forma de realización particular del
procedimiento según la invención con referencia a la figura única
adjunta, que es una representación esquemática de una instalación
para la realización del procedimiento según la invención.
En la descripción dada a continuación las cifras
de referencia se refieren a esta figura.
La invención se refiere, de un modo general, a un
procedimiento de recocido de un substrato metálico a su paso que
está preferentemente constituido por una chapa de acero 1 que se
desplaza de una forma sensiblemente continua a través de una cámara
de recocido 2 en la cual se realiza el recocido por medio de
descargas mediante plasma.
Esta cámara 2 está constituida por un recinto
cerrado en el cual reina una presión que generalmente está
comprendida entre 10^{-4} y 100 Torr, de preferencia inferior a
10 Torr.
Las descargas se establecen entre la chapa 1,
durante su paso a través de esta cámara 2, y un
contra-electrodo 3, de una forma tal que se disipe
la potencia eléctrica procedente de las descargas en esta chapa 1 y
así por consiguiente crear el recocido. Se obtiene así una
recristalización a elevada velocidad, lo cual permite obtener granos
relativamente finos, por ejemplo, para la producción de acero de
elevada resistencia.
Se trata por consiguiente de hecho de un
procedimiento de pulverización catódica ("sputtering") en el
transcurso del cual la chapa es bombardeada por iones procedentes
de un plasma 4 que permite un calentamiento rápido y uniforme y al
mismo tiempo, un decapado de la superficie de esta.
Según la invención, el plasma puede ser creado en
corriente continua, formando la chapa entonces el cátodo, o en
corriente alterna.
En este último caso, se utiliza un
contra-electrodo 3 que se extiende por la cámara de
recocido 2, frente a la chapa 1, y que presenta una superficie
dirigida hacia la chapa cuya superficie es superior a la de la
parte de la chapa enfrentada, con el fin de mantener una
auto-polarización negativa de esta última.
Como en el procedimiento clásico de pulverización
catódica, la descarga puede eventualmente realizarse en presencia
de campos de inducción magnéticos gracias a la presencia de imanes
5 cerca de la chapa 1 y por el lado opuesto de esta con relación al
contra-electrodo 3.
Las densidades de potencia disipadas por
superficie sobre la chapa de acero 1 se encuentran típicamente
comprendidas entre 1 W/cm^{2} y 500 W/cm^{2}, mientras que las
velocidades de paso de esta chapa se encuentran generalmente
comprendidas entre 1 m/min y 1500 m/min.
La subida de temperatura tiene lugar en la zona
de la chapa donde se realiza la disipación de potencia, mientras
que la velocidad de subida en temperatura depende de la adaptación
de la densidad de potencia utilizada, de la velocidad de línea así
como del espesor de la chapa y de su capacidad calorífica.
En algunos casos, puede resultar útil introducir
un grado de estabilización en temperatura en el ciclo de recocido.
Este puede, por ejemplo, ser obtenido previendo en la cámara de
recocido 2 una zona donde la chapa pase libremente bajo una presión
reducida. Basta, por ejemplo, en tal caso, con prever un
compartimiento 6 un poco separado de aquel donde tiene lugar la
creación del plasma. A este respecto, hay que notar que a presión
reducida, las pérdidas térmicas por conducción se limitan y las
pérdidas por radiación pueden ser restituidas a la chapa por medio
de reflectores o por medios de calentamiento de aporte
radiantes.
En otros casos también, puede resultar útil
refrigerar la chapa 1 en la cámara de recocido 2, por consiguiente
a presión reducida, por ejemplo haciendo pasar la chapa por unos
cilindros de refrigeración 7. Así, siempre en la cámara de recocido
2, se puede también, si es necesario, considerar revestir la chapa
1 mediante una película de acabado o de protección, por ejemplo,
mediante un procedimiento de depósito PVD ("physical vapor
deposition"), PECVD ("plasma enhanced chemical vapor
deposition") o también mediante un procedimiento CVD ("Chemical
vapor deposition") con la ayuda de un dispositivo de depósito a
vacío 8.
La chapa así tratada puede dejar la cámara de
recocido 2 a una temperatura compatible con el final del
procedimiento metalúrgico.
Señalemos también que el recocido puede ser
realizado en atmósfera reductora, por ejemplo en presencia de
hidrógeno, metano, mezcla de nitrógeno-hidrógeno o
también de una mezcla de argón-hidrógeno. Si es
necesario, una prelimpieza con plasma puede realizarse en atmósfera
oxidante, por ejemplo para eliminar aceites presentes después de
una etapa de laminado. Esta atmósfera oxidante puede formarse por
una mezcla de argón-oxígeno conteniendo
eventualmente CF_{4} y podría ser seguida de una atmósfera
reductora.
A continuación se facilitan algunos ejemplos de
realización prácticos que permiten ilustrar más el procedimiento
según la invención.
| Velocidad de línea: | 200 m/min |
| Anchura de la cinta: | 1000 mm |
| Espesor de cinta: | 1 mm |
| Temperatura de entrada de recocido: | 20ºC |
| Temperatura máx. de recocido (plato) | 700ºC |
| Tiempo de mantenimiento: | 30s |
| Velocidad de refrigeración (hasta 20ºC) | 50ºC/s |
En esas condiciones, la zona de subida de
temperatura se limitó a 10 m de largo para una potencia útil de 10
MW, creando así una velocidad de subida de temperatura del orden de
224ºC/s. La zona de mantenimiento de temperatura necesita una
longitud útil de 100 m. La chapa se dispuso en forma de acordeón,
lo cual permitió una minimización de las pérdidas térmicas. Por
otro lado se utilizaron cilindros de refrigeración de longitud
desarrollada útil del orden de 2,5 m, de forma que hagan falta 20
cilindros para volver a la temperatura ambiente. Tras la esclusa de
salida, la chapa se enrolló en forma de bobina.
| Velocidad de línea: | 800 m/min |
| Anchura de la cinta: | 1000 mm |
| Espesor de cinta: | 0,18 mm |
| Temperatura de entrada de recocido: | 20ºC |
| Temperatura máx. de recocido (sin mantenimiento) | 600ºC |
| Velocidad de refrigeración (hasta 20ºC) | 6ºC/s |
En estas condiciones la zona de subida de
temperatura se limitó a 7 m de largo para una potencia útil de 10
MW, creando así una velocidad de subida en temperatura del orden de
los 1200ºC/s. La chapa experimentó una refrigeración de 600ºC a
420ºC a una velocidad de 6ºC/s, lo cual necesitó una refrigeración
de 400 m. La refrigeración fue asegurada por chorro refrigerante
después de la esclusa de salida bajo atmósfera controlada.
Seguidamente, la chapa se estaño o se hizo pasiva.
| Velocidad de línea: | 140 m/min |
| Anchura de la cinta: | 1000 mm |
| Espesor de cinta: | 1 mm |
| Temperatura de entrada de recocido: | 20ºC |
| Temperatura máx. de recocido (plato) | 800ºC |
| Tiempo de mantenimiento: | 20s |
| Velocidad de refrigeración (hasta 500ºC) | 100ºC/s |
En estas condiciones, la zona de subida en
temperatura se limitó a 7 m de largo para una potencia útil de 10
MW, creando así una velocidad de subida en temperatura del orden de
los 260ºC/s. La zona de mantenimiento en temperatura necesitó una
longitud útil de 47 m. También, la chapa se colocó en forma de
acordeón para permitir la minimización de las pérdidas térmicas. La
chapa experimentó una refrigeración de 800ºC a 500ºC a una velocidad
de 100ºC/s, lo cual necesitó una longitud útil de refrigeración de
7 m sobre cilindros de refrigeración (3 cilindros de 2,5 m de
longitud útil desarrollada).
Después de la salida de la instalación a través
de la esclusa, la chapa se sumergió en un baño de zinc líquido a
490ºC, se escurrió y refrigeró.
Una alternativa consistió en refrigerar la chapa
hasta 100ºC, lo cual necesitó 3 cilindros de refrigeración
suplementarios, y en revestirla inmediatamente con una película de
protección o de acabado sin volver a la presión atmosférica por
evaporación a vacío (por ejemplo por
sputter-evaporation). Después de la esclusa de
salida, la chapa se revistió con una película a su paso, se aceitó
y se enrolló.
Se entiende que la invención no se limita a las
formas de realización descritas anteriormente y que variantes
pueden considerarse sin salirse del marco de la presente invención,
particularmente en lo que respecta a la creación del plasma de
recocido, el confinamiento magnetrón que, a presión relativamente
elevada, podría omitirse, el cátodo que puede ser un cátodo hueco
formado por la chapa que se desplaza en zig-zag o
en acordeón.
Por otro lado, el procedimiento no se limita al
tratamiento de chapas de acero sino que puede ser adecuado para
cualquier otro tipo de metal que necesite un recocido asociado
eventualmente con un tratamiento superficial.
Una de las diferencias importantes de la
invención con relación al estado anterior de la técnica reside en
el tipo de plasma utilizado para calentar la cinta metálica a
tratar. En efecto, en el procedimiento según la invención se utiliza
lo que comúnmente se denominan "plasmas fríos" uniformemente
repartidos por todo lo ancho de la cinta metálica mientras que en
los procedimientos conocidos se utiliza bien sea plasmas de arcos
caracterizados por puntos calientes localizados en la superficie de
la cinta metálica o chorros de plasma caliente igualmente de acción
muy localizada a nivel de la superficie a tratar. Esta acción muy
localizada implica por consiguiente necesariamente sistemas de
desplazamiento rápido de los puntos calientes con relación al
substrato, es decir sistemas que permitan el desplazamiento de los
arcos o de los chorros de plasma por medios independientes del
desplazamiento de la cinta metálica. Este desplazamiento de los
puntos calientes, es generalmente indispensable con el fin de
tender hacia una densidad de potencia media disipada por unidad de
superficie constante a lo ancho de la chapa. Un problema de este
tipo no se plantea con el procedimiento según la invención dado que
la densidad de potencia disipada en la chapa está uniformemente
repartida por todo el ancho tratado de la cinta metálica.
Claims (11)
1. Procedimiento de recocido de un substrato
metálico a su paso que presenta una anchura, particularmente una
chapa de acero, que comprende:
- una creación de un plasma en una atmósfera
gaseosa por la cual pasa el substrato, con formación de descargas,
y
- una disipación de potencia eléctrica procedente
de estas descargas en el substrato,
caracterizado porque comprende
la creación de un plasma frío en la indicada
atmósfera gaseosa, por medio de descargas con plasma entre una
primera superficie de substrato, que forma un electrodo, y un
contra-electrodo, repartiéndose el indicado plasma
por todo lo ancho del substrato, y
una distribución uniforme de densidad de potencia
procedente de estas descargas por todo lo ancho del substrato, con
recocido uniforme de este.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se realiza el recocido anteriormente
citado a una presión comprendida entre 10-4 y 100
Torr, de preferencia inferior a 10 Torr.
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque se crea el
plasma con corriente continua, formando el substrato entonces un
cátodo.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque se crea el
plasma con corriente alterna utilizando un
contra-electrodo que se extiende frente al
substrato y que presenta en un volumen determinado, una superficie
dirigida hacia el substrato, cuya superficie superior a la de la
parte del substrato presente en este volumen, con el fin de
mantener una auto-polarización negativa de este
último.
5. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4 caracterizado porque se realizan las
descargas en presencia de campos de inducción magnéticos.
6. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se realiza el
recocido bien sea en atmósfera reductora, por ejemplo en presencia
de hidrógeno, de metano, de una mezcla de
nitrógeno-hidrógeno o también de una mezcla de
argón-hidrógeno, bien en atmósfera oxidante, o en
atmósfera oxidante seguida de una atmósfera reductora.
7. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se hace pasar
el substrato a una velocidad comprendida entre 1 m/min y 1500
m/min.
8. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque se utiliza una
descarga de tipo magnetrón, estando el substrato el cátodo y
estando comprendida la presión entre 0,001 y 1 Torr.
9. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 5 a 8, caracterizado porque comprende, para
formar los campos de inducción magnéticos, una disposición de
imanes en la proximidad del substrato, por un lado de éste que está
en la parte opuesta al contra-electrodo.
10. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque comprende
- una creación de un plasma frío adicional por
medio de descargas mediante plasma entre una segunda superficie de
substrato y un contra-electrodo adicional, estando
el indicado plasma adicional repartido por todo lo ancho del
substrato, y
- una disipación de potencia eléctrica procedente
de estas descargas en el substrato con una distribución uniforme de
densidad de potencia por todo lo ancho y su recocido rápido y
uniforme.
11. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el recocido es
un recocido de recristalización.
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