ES2234534T3 - Dispositivo de intercambio de calor con un producto plano. - Google Patents
Dispositivo de intercambio de calor con un producto plano.Info
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Abstract
Dispositivo de intercambio de calor con un producto plano (1) que avanza ante dicho dispositivo (10), comprendiendo medios de puesta a presión gaseosa (16) de al menos un cajón (11), comprendiendo dicho cajón (11) en una cara delantera varias láminas (12) que forman conducto para la eyección del gas en dirección a una superficie del producto plano (1), estando superpuestas las láminas (12) unas a otras según la dirección de avance del producto plano (1) y constituyendo un orificio de salida (13) del gas que se extiende en el sentido de la anchura del producto plano (1), caracterizado porque la anchura de dicho cajón (11) en el sentido de la anchura del producto plano (1) es inferior a la anchura del orificio de salida (13) del gas que se extiende en la anchura del producto plano (1), permitiendo la anchura reducida del cajón (11) la evacuación del gas hacia atrás por una parte y por otra de dicho cajón (11).
Description
Dispositivo de intercambio de calor con un
producto plano.
La presente invención se refiere a un dispositivo
de intercambio de calor con un producto plano.
Se aplica de manera más particular a todo
producto plano, en banda o en hojas, o incluso formado por una capa
de hilos paralelos.
Se refiere más en particular al campo del
tratamiento térmico de productos laminados, tales como un metal
laminado, que avanzan sobre rodillos y atraviesan sucesivamente
cámaras de tratamiento. Se utilizan líneas de este tipo de recocido
o de galvanizado en continuo, por ejemplo, en la fabricación de
chapas de acero para carrocería de coches. Se puede llevar al acero
a temperaturas que pueden alcanzar 600-900ºC.
Entonces es necesario un enfriamiento rápido de estos productos a
fin de situar la temperatura del producto en un valor inferior a
500ºC según la calidad deseada.
Se conoce un dispositivo de intercambio de calor
como el descrito en la patente francesa FR 2 738 577 a nombre de la
solicitante, que permite enfriar en continuo un producto laminado
que avanza ante una serie de láminas que forman conductos de
eyección de un gas de enfriamiento.
Este dispositivo comprende medios de puesta a
presión gaseosa de al menos un cajón (plenum chamber en inglés),
comprendiendo el cajón en una cara delantera varias láminas que
forman conducto para la eyección del gas en dirección a una
superficie del producto laminado, estando las láminas superpuestas
las unas a las otras según la dirección de avance del producto
laminado y constituyendo un orificio de salida del gas que se
extiende en la anchura del producto laminado.
Cada espacio que separa dos láminas superpuestas
tiene una profundidad en una dirección perpendicular a la superficie
del producto laminado y una anchura en la dirección longitudinal del
producto laminado suficientes para permitir la evacuación de los
gases sin perturbar la salida de gas de las láminas adyacentes.
Así, el espacio previsto entre las láminas
facilita la evacuación del gas al nivel de la superficie del
producto laminado y no perjudica la emisión del gas que sale del
orificio de las láminas.
En efecto, si no se toma ninguna precaución para
evacuar los gases calientes después de su impacto sobre el producto,
a medida que se aumenta el caudal de gases, el coeficiente de
transferencia de calor, por tanto la velocidad de enfriamiento, cesa
de crecer y se asiste a un efecto de "saturación". Se describe
este fenómeno, por ejemplo, en el artículo de C. Brugnera y otros,
Revista de Metalurgia, Diciembre de 1992, página 1098, fig. 8, donde
se ve que más allá de 500 mm de columna de agua (CA) de presión en
el orificio, la velocidad de enfriamiento ya no aumenta, incluso
aumentando la presión a 800 mm CA.
En el caso de la patente francesa FR 2 738 577,
para evitar totalmente la formación de un colchón de gas caliente en
la superficie del producto laminado, se debe dimensionar el espacio
entre las láminas de tal manera que la velocidad de retorno de los
gases sea inferior a 20 m/s, lo que obliga, si se recupera el gas
lateralmente por un solo lado, a que la relación de la suma de los
semicaudales de dos láminas superpuestas (es decir, el caudal de una
lámina) en la sección de paso entre dos láminas sea inferior a 20.
Si el producto a tratar es ancho y la lámina de sola pieza en el
sentido de la anchura del producto, y además el coeficiente de
transferencia requerido es elevado, se deben prever profundidades de
láminas excesivas y difíciles de instalar.
La presente invención contempla mejorar un
dispositivo de este tipo de intercambio de calor, y especialmente
facilitar la evacuación del gas fuera del dispositivo después de su
impacto sobre un producto plano.
La invención contempla así un dispositivo de
intercambio de calor con un producto plano tal como se define en la
reivindicación 1.
Gracias a la anchura reducida del cajón de puesta
a presión gaseosa, la evacuación de los gases después del impacto
sobre la superficie de producto plano, se puede realizar por una
parte del cajón y por otra, en oposición a las láminas que forman
conducto de gas en la cara delantera del cajón.
El flujo del gas que sale es dirigido por
consiguiente hacia la parte posterior del producto plano, sin
perjudicar la emisión del gas por los orificios de las láminas. Así
se evita cuidadosamente todo riesgo de estancamiento del gas en la
superficie del producto tratado, al igual que toda corriente de gas
paralela a la superficie a tratar tanto en el sentido de la anchura
como en el del avance del producto.
Preferentemente, cada lámina se acampana en
dirección del producto plano de tal manera que el gas, después del
impacto sobre el producto plano, puede retornar hacia la parte
posterior del dispositivo, a cada lado del cajón.
Según una característica preferida de la
invención, el dispositivo de intercambio de calor incluye aberturas
de salida del gas después de la eyección, situadas en un plano
definido por una cara posterior opuesta a dicha cara delantera del
cajón.
La evacuación por detrás del cajón permite evitar
todo movimiento de gas a lo largo de la superficie del producto
plano, como se produce en los dispositivos clásicos, en los cuales
los cajones son continuos o están dispuestos lado a lado e impiden
el retorno hacia atrás de los gases de enfriamiento. Contrariamente
a los dispositivos anteriores en los cuales la evacuación de los
gases se realiza por los lados del dispositivo, se puede evacuar el
gas del dispositivo de intercambio de calor según la invención sin
generar enfriamiento preferente de los cantos del producto
plano.
Según una característica preferida de la
evacuación, el dispositivo de intercambio de calor incluye al menos
dos cajones dispuestos en la anchura del producto plano, siendo el
espaciamiento entre dichos cajones tal que la evacuación del gas
entre dichos cajones se realiza a una velocidad inferior o igual a
20 m/s.
Se asegura así una evacuación regular del gas
hacia atrás del dispositivo, sin riesgo de formación de turbulencias
que podrían perjudicar la homogeneidad de los intercambios de
calor.
Según una característica ventajosa y práctica de
la invención, la relación de la mitad del caudal de gas en m^{3}/s
en la salida de dos láminas adyacentes según la anchura del producto
en la sección en m^{2} del espacio que separa dichos cajones que
comprenden dichas láminas es inferior a 20, extendiéndose dicha
sección en un plano paralelo al producto plano y a la dirección de
avance del producto plano.
Según otra característica preferida de la
invención, la relación de la velocidad del gas en un cajón respecto
a la velocidad del gas a la salida de las láminas solidarias de
dicho cajón es inferior a 0,2.
Gracias a esta diferencia importante de las
velocidades del gas en el cajón y a la salida de las láminas, el
cajón forma un depósito de gas a presión casi sin circulación,
asegurando una velocidad uniforme para la eyección de los gases.
Según otra característica preferida de la
invención, los medios de puesta a presión gaseosa incluyen varios
ventiladores adaptados a alimentar de gas uno o varios cajones.
La presión de cada cajón puede ser así regulada
independientemente o por subgrupo de cajones, permitiendo ajustar,
en la anchura del producto plano, la velocidad de enfriamiento en
función del perfil térmico deseado.
En la descripción siguiente aparecerán todavía
otras características y ventajas de la invención.
En los dibujos anexos, dados a título de ejemplos
no limitativos:
- la figura 1 es una vista esquemática de una
instalación de enfriamiento que comprende dispositivos de
enfriamiento según la invención;
- la figura 2 es una vista esquemática de lado de
dos láminas superpuestas de un dispositivo de intercambio de calor
según la invención;
- las figuras 3A y 3B son cortes esquemáticos de
ejemplos de láminas, según la línea III-III de la
figura 2;
- la figura 4 es una vista desde atrás de un
dispositivo de intercambio de calor según un modo de realización de
la invención;
- la figura 5 es una vista análoga a la figura 4
de un dispositivo de intercambio de calor colocado en un recinto
estanco a los gases;
- la figura 6 es una vista en corte según la
línea VI-VI de la figura 5; y
- la figura 7 es una vista en corte según la
línea VII-VII de la figura 5.
Se va a describir a continuación, a título de
ejemplo, un dispositivo de enfriamiento de un producto plano que
está formado por un dispositivo de intercambio de calor conforme a
la invención.
Bien entendido, la invención podrá aplicarse
igualmente a un dispositivo de calentamiento de un producto
plano.
Haciendo referencia inicialmente a la figura 1,
una instalación de enfriamiento en continuo de un producto plano,
tal como un producto laminado 1, puede incluir varios dispositivos
de enfriamiento 10, aquí en número de cuatro, repartidos en el
recorrido del producto laminado que avanza entre rodillos de
transporte 2. De manera no limitativa, el producto laminado avanza
verticalmente entre los dispositivos de enfriamiento 10 dispuestos
generalmente dos a dos, a cada lado del producto laminado, a fin de
enfriar simultáneamente el producto pos sus dos caras.
Los rodillos de transporte 2 permiten estabilizar
el producto laminado 1. Pueden provocar una ligera deflexión en el
producto laminado 1, inferior o igual a 15º a fin de limitar la
vibración del producto laminado 1.
Se puede utilizar una instalación de enfriamiento
de este tipo, por ejemplo, en una línea de recocido en continuo para
el tratamiento de bandas de acero, en la cual el producto laminado
avanza por pases verticales en diferentes cámaras de
tratamiento.
Estas bandas de acero tienen un espesor
comprendido entre 0,15 y 2,3 mm y su anchura puede alcanzar hasta 2
m.
Es importante durante el tratamiento térmico del
acero enfriar muy rápidamente las bandas, de manera homogénea a fin
de evitar toda deformación de la banda.
Para ello, el dispositivo de enfriamiento 10
incluye unos cajones 11 que están adaptados para contener un gas a
presión.
Cada cajón 11 incluye varias láminas 12 que
forman unos conductos para la eyección del gas en dirección del
producto laminado 1 a enfriar,
Estas láminas 12 están superpuestas las unas a
las otras como se ilustra en la figura 1, en la dirección de avance
del producto laminado 1, de manera que enfrían la superficie del
producto durante su recorrido en el dispositivo de intercambio de
calor 10.
La altura de apilamiento de las láminas 12 en la
altura de un cajón 11 es preferentemente inferior o igual a 6 m.
Estas láminas 12 incluyen al menos un orificio de
salida 13 como se representa en la figura 2, que se extiende en la
longitud del producto laminado 1. Este orificio de salida 13
desemboca así en el extremo del conducto formado por la lámina 12
que se extiende a partir del cajón 11 en dirección del producto
laminado 1.
Preferentemente, la sección transversal de las
láminas 12, en un plano perpendicular al producto laminado 1,
decrece a partir del cajón 11.
Los orificios de salida 13 pueden ser orificios
circulares, rectangulares, oblongos, etc., o pequeñas hendiduras
realizadas en el extremo de cada lámina 12. La lámina 12 podría
igualmente no tener más que un solo orificio de salida 13 formando
una hendidura frente al producto laminado 1.
Cada espacio que separa dos láminas superpuestas
12 (sombreado en la figura 2) tiene una profundidad en una dirección
perpendicular al producto laminado 1 y una anchura según la
dirección longitudinal del producto laminado 1 suficientes para
evitar la acumulación del gas de enfriamiento en la proximidad de la
superficie del producto laminado 1.
Así, la profundidad de los espacios de separación
de las láminas 12 es superior a 200 mm, y preferentemente superior a
300 mm.
La disposición de las láminas 12 y de sus
orificios 13 se describe especialmente en la patente francesa FR
2738577.
De manera general, el número de láminas 12 del
dispositivo 10 y el número de aberturas 13 son tales que la sección
total formada por las aberturas 13 esté comprendida entre el 1% y el
5% de la superficie cubierta por el conjunto de las láminas 12, y
preferentemente comprendida entre el 2% y el 4% de esta
superficie.
Además, las láminas 12 de un cajón 11 están
dimensionadas de tal manera que la evacuación del gas en la sección
S entre estas láminas 12 se realice a una velocidad inferior o igual
a 20 m/s en cualquier punto.
La sección corresponde a la sección del espacio
tomada en el plano de la figura 2, perpendicular al producto
laminado 1 y paralela a la dirección de avance del producto laminado
1.
La velocidad del gas después de su impacto en el
producto es así mantenida, en los espacios entre las láminas 12, por
debajo de un valor crítico de 20 m/s a fin de limitar los fenómenos
de turbulencias en estos espacios que perturbarían la evacuación del
gas.
Más precisamente, la sección de paso entre dos
láminas superpuestas 12 es igual al producto de la profundidad P de
este espacio entre dos láminas 12 por la altura libre media W entre
dos láminas 12:
W =
(a+b)/2
donde a es igual a la distancia que
separa las láminas 12 al nivel de la cara delantera del cajón 11,
y
b es igual a la distancia que separa las láminas
12 al nivel de los orificios de salida 13.
La profundidad P puede ser constante en la
anchura de la lámina 12, o variable, como se ilustra en las figuras
3A y 3B, si se quiere conferir a la corriente gaseosa de retorno una
velocidad más dirigida hacia atrás del dispositivo.
Un tabique 12a se extiende así entre las láminas
superpuestas 12 a partir del cajón 11, de tal manera que la
profundidad P en el centro de la lámina 12 es menor que en sus
extremos.
De manera general, la profundidad es una función
continua P(x) que varía según la distancia x a partir del eje
de simetría de la lámina 12 (en el caso de la figura 3A donde se
realiza un retorno simétrico de gas por los dos lados) o a partir de
un extremo de la lámina 12 (en el caso de la figura 3B en el que el
retorno del gas no se realiza más que por un solo lado de la
lámina).
En el caso de la figura 3a, el caudal entre dos
láminas 12 a una distancia x del eje de simetría es igual a q.x/l,
donde q es el caudal por lámina (m^{3}/s) y l la anchura del
extremo de la lámina 12 paralelamente a la anchura del producto con
x \leq l/2. La sección de paso para el gas de retorno a la misma
distancia x es igual a w.P(x). La limitación de la velocidad
de retorno a 20 m/s implica pues que para cualquier valor de x
comprendido entre 0 y l/2, se tiene:
P(x) \
\geq \
q.x/20.l.w,
x, l y w se expresan en
metros,
Análogamente, en el caso de la fig. 3B, la
condición es también:
P(x) \geq q.x/20.l.w, variando x esta
vez entre 0 y l.
De esta forma, el gas que escapa entre las
láminas puede ser evacuado en los dos extremos de éstas en el caso
de la figura 3A, lo cual hace que no se alcance la velocidad límite
de extracción más que cuando el caudal q/2 de una semianchura de
lámina dividido por la sección S de paso entre dos láminas sea igual
a 20, es decir q/s = 40.
Con relación a la patente francesa FR 2738577, el
hecho de extraer el gas por los dos lados de la lámina permite por
tanto reducir la sección a S = q/40 en lugar de S = q/20.
Como se ilustra en la figura 4, y según la
invención, el dispositivo de enfriamiento incluye al menos un cajón
11, aquí en número de cinco. Estos cajones 11 están repartidos en la
anchura del producto laminado 1 y se extienden en la dirección
longitudinal del producto laminado que avanza, paralelamente los
unos respecto a los otros.
La anchura de cada cajón 11 y la distancia que
separa los cajones 11 permite la evacuación del gas entre los
cajones 11 sin perturbar la salida de gas de las láminas 12.
Esta distancia, denominada
D_{1-2} o D_{2-3} en la figura
4, puede tener un valor diferente de un par de cajones a otro
par.
En este ejemplo, los cajones 11 tienen una
sección sensiblemente paralelepipédica, correspondiendo la distancia
entre los cajones 11 a la distancia que separa sus flancos colocados
cara a cara.
Se han situado así aberturas de salida 14 del gas
después de la eyección entre los cajones 11, en un plano definido
por las caras posteriores opuestas a las caras anteriores de los
cajones 11.
Se puede así recuperar el gas en una cara
posterior del dispositivo de intercambio de calor 10 en el lado
opuesto del producto laminado 1, lo que permite evitar la
circulación del gas a lo largo de la superficie del producto
laminado 1 y un enfriamiento más importante de los cantos del
producto laminado 1 que de su centro.
Preferentemente, la relación de la mitad del
caudal de gas en m^{3}/s a la salida de las dos láminas adyacentes
12 según la anchura del producto en la sección en m^{2} del
espacio que separa los cajones 11 que comprende estas láminas 12 es
inferior a 20.
Esta sección, tomada en el plano de la figura 3,
se extiende en un plano paralelo al producto laminado 1 en la
dirección de avance del producto laminado 1.
Corresponde, en el plano de las caras anteriores
de los cajones 11, al producto de la distancia L (paso o distancia
entre ejes) que separa dos láminas superpuestas 12 por la distancia
D_{1-2} o D_{2-3} que separa dos
cajones vecinos 11.
Así, en el ejemplo de la figura 6,
(q_{1}/2 \ + \
q_{2}/2)/L.D_{1-2} \ \leq \ 20 \ y \ (q_{1}/2 \ + \
q_{2}/2)/L.D_{2-3} \ \leq \
20
Cuando el dispositivo incluye, como aquí, varios
cajones 11 dispuestos paralelamente en la anchura del producto
laminado 1, la sección del espacio que separa los cajones 11 es
igual a la suma de las secciones de los espacios que separan los
cajones 11 de dos en dos.
Aquí, a título de ejemplo no limitativo, esta
sección sería igual a la suma de las secciones, tomadas de izquierda
a derecha en la figura 4, L x(D_{3-4} +
D_{2-3} + D_{1-2} +
D_{1-2} + D_{2-3} +
D_{3-4}).
A título de ejemplo, la distancia L es inferior o
igual a 300 mm, y preferentemente inferior o igual a 150 mm.
En el caso en el que las láminas sean simétricas
en su plano (fig. 3A), se respeta la relación del tipo (q_{1}/2 +
q_{2}/2)/D_{1-2}.L \leq 20 ó (q_{1} +
q_{2})/ D_{1-2}.L \leq 40, lo cual permite
fijar los espacios entre los cajones: D_{ij} \geq (q_{i} +
q_{j})/40L, donde q_{i} y q_{j} representan respectivamente
los caudales (m^{3}/s) de una lámina del cajón i y del cajón j
adyacentes, y D_{ij} la anchura (m) del espacio libre entre los
cajones i y j.
Las láminas 12 de cada cajón 11 están además
repartidas regularmente en una cara delantera del cajón 11 siguiendo
la dirección de avance del producto laminado, siendo adyacente cada
lámina 12 de un primer cajón 11 a una lámina 12 de un segundo cajón
11 en el plano definido por los orificios 13 de salida del gas
(véase en particular la figura
6).
6).
Así, aunque los cajones 11 estén espaciados los
unos de los otros para facilitar la evacuación de los gases de
enfriamiento, las láminas 12 tienen un perfil sensiblemente
divergente en el plano transversal del producto laminado de manera
que constituyen en sus extremos, todos adyacentes en este plano
transversal, un orificio 13 de salida de gas uniforme en toda la
anchura del producto laminado 1. Este orificio 13 puede estar
formado por una hendidura única o por una serie de pequeños
orificios repartidos regularmente en toda la anchura del
dispositivo.
La anchura del orificio de salida 13 del gas, en
la anchura del producto laminado, es así superior a la anchura del
cajón 11.
Por otra parte, es preferible que la relación
entre la velocidad del gas en cada cajón 11 pueda ser del orden de
10 m/s mientras que la velocidad en la salida de las láminas 12
puede alcanzar y sobrepasar 150 m/s.
Los cajones 11 forman así depósitos de gas a
presión prácticamente sin circulación, lo que permite obtener un
flujo regular del gas a la salida de las láminas 12.
Cada cajón 11 incluye una abertura de
alimentación 15 de gas a presión que puede estar unida a medios de
puesta a presión gaseosa tales como un ventilador 16 (véase figura
1) o un compresor.
El ventilador 16 está destinado a introducir un
caudal importante de gas de enfriamiento a presión en cada cajón
11.
Estas aberturas de alimentación 15 están
dispuestas en este ejemplo al tresbolillo en las caras posteriores
de los cajones 11.
Los medios de puesta a presión gaseosa incluyen
en este ejemplo varios ventiladores 16 (véase figura 1) adaptados a
alimentar de gas uno o varios cajones 11.
Preferentemente, cuando el dispositivo de
enfriamiento incluye, como aquí, un número impar de cajones 11, los
medios de puesta a presión gaseosa incluyen un ventilador 16
adaptado a alimentar el cajón central 11 y al menos otro ventilador
16 adaptado a alimentar unos cajones 11 dispuestos simétricamente a
una y a otra parte del cajón central 11.
Aquí, el dispositivo de enfriamiento puede
incluir tres ventiladores, estando unido un primer ventilador al
cajón central, estando unido un segundo ventilador a los cajones
intermedios, y estando unido un tercer ventilador a los cajones de
los bordes.
Preferentemente estos ventiladores son accionados
por motores de velocidad variable.
Así se puede regular independientemente la
presión en los cajones de manera que se asegure la homogeneidad
transversal del enfriamiento. Además, se puede regular la intensidad
del enfriamiento en la anchura del producto laminado 1 en función
del perfil térmico deseado.
Análogamente, si la anchura del producto a
tratar, por ejemplo, es inferior a la anchura total del cajón
central y de los dos cajones intermedios, el ventilador que alimenta
los cajones de los bordes puede ser detenido o girar al ralentí para
economizar energía.
Como se ilustra además en la figura 6, el
dispositivo de enfriamiento 10 está incorporado en un recinto 17
estanco a los gases, estando previsto un orificio 18 de evacuación
de los gases en una pared posterior 17a del recinto 17, a media
altura del dispositivo de enfriamiento 10 y tiene sensiblemente la
misma anchura que éste (fig. 5).
Se puede utilizar este recinto estanco 17 en el
caso en el que, para evitar oxidar el producto laminado 1 durante su
enfriamiento, sea necesario efectuar el enfriamiento bajo una
atmósfera de protección. Se utiliza, por ejemplo, como gas de
enfriamiento, en lugar de aire, una mezcla de nitrógeno y de
hidrógeno, de bajo contenido de hidrógeno, a fin de utilizar un gas
reductor pero no explosivo. La proporción de hidrógeno es
preferentemente inferior o igual al 5%. Este gas podría ser
igualmente nitrógeno puro.
Eventualmente, el gas puede ser recuperado a la
salida del orificio de evacuación 18 para ser reciclado en continuo
en los medios de puesta a presión gaseosa. Clásicamente, el
reciclado comprende una etapa de recuperación del gas, una etapa de
enfriamiento de éste y una etapa de reinyección por las aberturas de
alimentación 15 en los cajones 11.
Como se representa en las figuras 5, 6 y 7, el
dispositivo de enfriamiento 10 incluye preferentemente medios de
regulación 19 adaptados a desplazar el dispositivo 10 en una
dirección perpendicular al producto laminado 1.
Así, el dispositivo en su conjunto puede ser
aproximado, en una posición de trabajo ilustrada en la figura 7, o
alejado del producto laminado 1, como se ilustra en la figura 6.
Esta posición alejada permite especialmente
apartar el dispositivo de enfriamiento del producto 1 que avanza en
caso de incidente, por ejemplo, cuando el producto laminado está
deformado y forma sobrespesores que podrían dañar las láminas 12 del
dispositivo de enfriamiento 10.
Así se puede modificar la distancia que separa
los orificios de salida 13 de las láminas 12 de la superficie del
producto laminado a fin de regular las condiciones de
enfriamiento.
Los medios de regulación 19 pueden incluir unos
ejes 20 solidarios del bastidor 21 del dispositivo en el cual se
montan los cajones.
Aquí, a título de ejemplo, el dispositivo de
enfriamiento 10 incluye cuatro ejes 20, dispuestos por pares arriba
y abajo del dispositivo 10, a cada lado de este dispositivo.
Unos medios de accionamiento (no representados)
permiten clásicamente desplazar estos ejes en vaivén, en una
dirección perpendicular a estos ejes, entre las dos posiciones
definidas previamente. Estos medios de accionamiento pueden ser, a
título de ejemplo, motores, preferentemente paso a paso, provistos
de codificadores que permiten conocer con precisión la distancia
orificios-producto laminado y que accionan gatos de
tornillo.
Cuando el dispositivo de enfriamiento 10 está
incorporado en un recinto estanco 17 como se ilustra en las figuras
5 a 7, se prevén adicionalmente fuelles flexibles estancos 22, 23
alrededor de los ejes 20 que emergen del recinto 17 para ser unidos
a los medios de accionamiento y alrededor de las aberturas de
alimentación 15 de los cajones 11 que están unidos a los medios de
puesta a presión gaseosa 16.
En funcionamiento, una banda de acero 1 avanza
entre los dispositivos de enfriamiento 10 dispuestos por pares a
cada lado de la banda de acero.
Gracias a la velocidad elevada de salida de los
gases de las láminas, próxima a 150 m/s, hecha posible por la
recuperación hacia atrás del dispositivo, entre los cajones 11, del
gas después del impacto sobre la banda, se puede enfriar eficazmente
una banda de acero.
A título de ejemplo, se ha enfriado una chapa de
acero de 1300 mm de ancho de 650 a 400ºC, con un gas formado por una
mezcla de 95% de nitrógeno y 5% de hidrógeno, a 45ºC.
El dispositivo en este ensayo incluye láminas 12
perforadas con agujeros de diámetro igual a 9,2 mm que forman
orificios de salida 13 espaciados 50 mm en la anchura de la lámina
12.
El paso de las láminas 12 o distancia L es igual
a 50 mm y la distancia orificios-banda a enfriar ha
sido regulada a 50 mm.
Un cajón central tiene láminas de una anchura
igual a 750 mm al nivel de los orificios, incluyendo cada lámina 15
agujeros.
Los cajones laterales tienen láminas de una
anchura igual a 300 mm y que incluyen 6 agujeros.
La profundidad P de las láminas es uniforme e
igual a 0,35 m, siendo la sección de paso entre las láminas igual a
7,35x10^{-3} m^{2}.
La anchura de paso entre el cajón central y los
cajones laterales D_{1-2} es igual a 150 mm.
El caudal de gas por m^{2} de superficie de
intercambio en la chapa a enfriar alcanza 250 m^{3}/m^{2}.min x
cara.
Se obtiene así una velocidad de escape del gas
entre las láminas igual a 10,63 m/s y entre los cajones, central y
laterales, igual a 14,6 m/s.
\newpage
Se alcanza así un coeficiente de transferencia
medio igual a 623 kcal/m^{2}.h ºC con una velocidad media de
enfriamiento entre 650 y 400ºC de 120ºC/s para 1 mm de espesor.
Se constata por tanto que el dispositivo según la
invención permite alcanzar caudales por unidad de superficie
netamente más elevados que en los dispositivos clásicos, sin
observar saturación y con rendimientos más elevados.
Conviene subrayar que, en lo que antecede, los
caudales de gas de retorno se consideran como iguales a los caudales
de gas inyectados, mientras que, el gas, al calentarse por el
contacto con el producto a enfriar, se dilata.
Sin embargo, los caudales son grandes y los
calentamientos débiles, de manera que se puede despreciar el aumento
de velocidad debida al calentamiento.
El cálculo de las velocidades puede hacerse por
tanto dividiendo los caudales en m^{3}/s en el retorno, que son
iguales a los caudales inyectados en m^{3}/s, por la sección en
m^{2}.
Bien entendido, la invención no se limita al
ejemplo de realización descrito anteriormente, y se pueden aportar a
éste numerosas modificaciones sin salir del marco de la
invención.
Así, el número de cajones igual a cinco, puede
ser diferente siempre que siga siendo preferentemente impar.
Además, el dispositivo de intercambio de calor
podría ser un dispositivo de calentamiento en vez de un dispositivo
de enfriamiento.
Claims (15)
-
\global\parskip0.960000\baselineskip
1. Dispositivo de intercambio de calor con un producto plano (1) que avanza ante dicho dispositivo (10), comprendiendo medios de puesta a presión gaseosa (16) de al menos un cajón (11), comprendiendo dicho cajón (11) en una cara delantera varias láminas (12) que forman conducto para la eyección del gas en dirección a una superficie del producto plano (1), estando superpuestas las láminas (12) unas a otras según la dirección de avance del producto plano (1) y constituyendo un orificio de salida (13) del gas que se extiende en el sentido de la anchura del producto plano (1), caracterizado porque la anchura de dicho cajón (11) en el sentido de la anchura del producto plano (1) es inferior a la anchura del orificio de salida (13) del gas que se extiende en la anchura del producto plano (1), permitiendo la anchura reducida del cajón (11) la evacuación del gas hacia atrás por una parte y por otra de dicho cajón (11). - 2. Dispositivo de intercambio de calor según la reivindicación 1, caracterizado porque cada lámina (12) se acampana del cajón (11) hasta el orificio de salida (13) del gas.
- 3. Dispositivo de intercambio de calor según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque incluye aberturas de salida (14) del gas después de la eyección, situadas en un plano definido por una cara posterior opuesta a dicha cara anterior del cajón (11).
- 4. Dispositivo de intercambio de calor según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque incluye al menos dos cajones (11) dispuestos en la anchura del producto plano (1), siendo el espaciamiento entre dichos cajones (11) tal que la evacuación del gas entre dichos cajones (11) se realiza a una velocidad inferior o igual a 20 m/s.
- 5. Dispositivo de intercambio de calor según la reivindicación 4, caracterizado porque la relación de la mitad del caudal de gas en m^{3}/s a la salida de dos láminas adyacentes (12) según la anchura del producto en la sección en m^{2} del espacio que separa dichos cajones (11) comprendiendo dichas láminas (12) es inferior a 20, extendiéndose dicha sección en un plano paralelo al producto plano (1) y a la dirección de avance del producto plano (1).
- 6. Dispositivo de intercambio de calor según la reivindicación 5, caracterizado porque incluye varios cajones (11) dispuestos paralelamente en la anchura del producto laminado (1), siendo dicha sección del espacio que separa los cajones (11) igual a la suma de las secciones de los espacios que separan dichos cajones (11) de dos en dos.
- 7. Dispositivo de intercambio de calor según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque las láminas (12) de dichos cajones (11) están repartidas regularmente en una cara delantera del cajón (11) siguiendo la dirección de avance del producto plano, siendo adyacente cada lámina (12) de un primer cajón (11) a una lámina (12) de un segundo cajón (11) en el plano definido por los orificios (13) de salida del gas.
- 8. Dispositivo de intercambio de calor según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque las láminas (12) de un cajón (11) están dimensionadas de tal manera que la evacuación del gas en la sección (S) entre dichas láminas (12) se realice a una velocidad inferior o igual a 20 m/s en cualquier punto.
- 9. Dispositivo de intercambio de calor según la reivindicación 8, caracterizado porque P(x) \geq q.x/20.l.w, donde P(x) es la profundidad de la lámina a una distancia x de un eje de simetría o de un extremo de lámina, w es la altura libre media entre dos láminas, q es el caudal por lámina y l la anchura del extremo de la lámina, y con x \leq l/2 en el caso en el que el retorno de gas se realiza por los dos lados, y x \leq l en el caso en el que el retorno de gas se realiza por un solo lado.
- 10. Dispositivo de intercambio de calor según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la relación de la velocidad del gas en un cajón (11) respecto a la velocidad del gas a la salida de las láminas (12) solidarias de dicho cajón (11) es inferior a 0,2.
- 11. Dispositivo de intercambio de calor según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque los medios de puesta a presión gaseosa incluyen varios ventiladores (16) adaptados a alimentar de gas uno o varios cajones (11).
- 12. Dispositivo de intercambio de calor según la reivindicación 11, caracterizado porque incluye un número impar de cajones (11), los medios de puesta a presión gaseosa incluyen un ventilador (16) adaptado a alimentar un cajón central (11) y al menos otro ventilador (16) adaptado a alimentar unos cajones (11) dispuestos simétricamente a una y a otra parte de dicho cajón central (11).
- 13. Dispositivo de intercambio de calor según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque está incorporado en un recinto (17) estanco a los gases, estando previsto un orificio de evacuación (18) de los gases en una pared posterior (17a) de dicho recinto (17), opuesta a la cara delantera de dichos cajones (11).
- 14. Dispositivo de intercambio de calor según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque incluye medios de regulación (19) adaptados a desplazar dicho dispositivo (10) en una dirección perpendicular al producto plano (1).
- 15. Dispositivo de enfriamiento de un producto plano, tal como un producto laminado de acero, caracterizado porque está formado por un dispositivo de intercambio de calor según una de las reivindicaciones 1 a 14.
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