ES2236592T3 - Procedimiento para el enfriamiento de piezas de trabajo, especialmente de productos laminados perfilados de aceros para carriles. - Google Patents
Procedimiento para el enfriamiento de piezas de trabajo, especialmente de productos laminados perfilados de aceros para carriles.Info
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Abstract
Procedimiento para el enfriamiento de piezas de trabajo, especialmente productos laminados perfilados, de aceros para carriles con una estructura perlítica fina o ferrítica/perlítica, de modo que la pieza de trabajo caliente se introduce a través de una sección (1) de enfriamiento con una zona de entrada (12) y de salida y se somete a un proceso de enfriamiento y en este punto, sufre una transformación en una estructura perlítica o ferrítica/perlítica, de modo que la pieza de trabajo se conduce a través de la sección de enfriamiento, que se compone de módulos (2a-e) de enfriamiento independientes e individuales, dispuestos unos tras otros a lo largo de la sección de enfriamiento, con parámetros de enfriamiento independientemente regulables, de modo que entre los módulos (2a-e) de enfriamiento existen zonas (5a-e) intermedias para una relajación de la estructura con medios para la determinación de la temperatura real (T real) de la pieza de trabajo respectiva en estas zonas (5a-e) intermedias, y de modo que, dependiendo de los valores de temperatura real (T real) respectivos de la pieza de trabajo en una zona (5a-e) intermedia, se ajustan los parámetros de enfriamiento específicos, especialmente la intensidad de enfriamiento, por lo menos del módulo (2b- e) de enfriamiento siguiente respectivo para garantizar una temperatura definida de la pieza de trabajo durante el recorrido total de la sección (1) de enfriamiento, de modo que la temperatura (T teórica) definida de la pieza de trabajo está respectivamente por encima de una temperatura crítica, en la que se forman proporciones de estructura bainítica.
Description
Procedimiento para el enfriamiento de piezas de
trabajo, especialmente de productos laminados perfilados de aceros
para carriles.
La invención se refiere a un procedimiento para
el enfriamiento de piezas de trabajo, especialmente para el
enfriamiento de productos laminados y en el presente documento de
productos laminados de perfilados de aceros para carriles con una
estructura perlítica fina o ferrítica/perlítica, en el que la pieza
de trabajo caliente, es decir, la pieza de trabajo con estructura
austenítica, se introduce a través de una sección de enfriamiento
con una zona de entrada y de salida y se somete a un proceso de
enfriamiento y en este punto, sufre una transformación en una
estructura perlítica o ferrítica/perlítica.
Los aceros para carriles sirven esencialmente
para la producción de carriles, así como de sus elementos de unión
o de sujeción. Las fuerzas verticales y laterales que actúan sobre
los carriles por medio de la rueda, como fuerzas normales, de
guiado, de aceleración y de frenado, conducen en la zona de acción
inmediata a cargas dinámicas muy altas y generalmente a una
deformación plástica del acero. Debido a estos esfuerzos, aparecen
fenómenos de desgaste en forma de desplazamientos del material,
abrasión, roturas del material, fatiga localizada del material o
fisuras. Puede lograrse una mejora de la resistencia de un carril
frente a los fenómenos de desgaste mediante un aumento de su límite
elástico y resistencia a la tracción, así como de su resistencia a
la fatiga junto con una estructura perlítica de banda lo más fina
posible.
En condiciones de enfriamiento normales en un
enfriadero según el estado de la técnica, los aceros para carriles
pasan por la transformación a una estructura perlítica. En este
punto, los aceros para carriles con una estructura
ferrítica-perlítica presentan resistencias a la
tracción en un intervalo de desde 700 hasta 900 N/mm^{2},
mientras que los aceros con estructura perlítica pura alcanzan
valores de resistencia a la tracción superiores a 900 N/mm^{2}.
Las propiedades fundamentales de los aceros para carriles se
determinan mediante la proporción de ferrita/perlita en la
estructura, así como mediante su formación morfológica. La
distancia entre las láminas desempeña un papel tanto en los aceros
ferríticos/perlíticos como también en los perlíticos.
A partir del documento EP 0 725 152 A1 se conoce
un procedimiento y un dispositivo para enfriar los perfiles de
carril laminados en caliente. Con ayuda de un sistema informático,
se calcula una potencia frigorífica adaptada a la geometría del
perfil, de modo que se considera especialmente la geometría de la
cabeza del carril en relación con la base. Entonces, el enfriamiento
tiene lugar de tal manera que la transformación de la estructura en
la cabeza y en la base en ferrita y/o perlita transcurra con el
desfase temporal más pequeño posible, para evitar distorsión de los
carriles.
El documento
US-A-4 486 248 también se refiere al
enfriamiento de perfiles de carril. En este procedimiento, se
enfría esencialmente la cabeza del carril. En las zonas intermedias
que siguen a ésta, tiene lugar un recalentamiento mediante el calor
residual en la base del carril. Como estructura objetivo debe
ajustarse una estructura perlítica con una escasa proporción en
volumen de bainita.
El documento US 4.638.851 se refiere finalmente
al enfriamiento de una banda de metal, por ejemplo en un temple y
revenido de banda o en una galvanización de banda en continuo.
La invención se basa en el objetivo de proponer
un procedimiento de enfriamiento para la producción de piezas de
trabajo, especialmente productos laminados perfilados, de acero
para carriles, con propiedades mecánicas mejoradas y con una
estructura de perlita o ferrita/perlita de banda fina.
Este objetivo se consigue mediante un
procedimiento con las características de la reivindicación 1. En
las reivindicaciones dependientes, se describen mejoras
ventajosas.
Según el procedimiento, se propone que la pieza
de trabajo, por ejemplo, un producto de perfil laminado u
opcionalmente extruido, procedente del calor (de laminación), se
conduzca a través de una sección de enfriamiento, que se compone de
módulos de enfriamiento independientes e individuales con parámetros
de enfriamiento que pueden ajustarse independientemente, de modo
que entre los módulos de enfriamiento existen zonas intermedias
para una compensación térmica o para la relajación térmica con
medios para la determinación de la temperatura real de la pieza de
trabajo respectiva en estas zonas intermedias y de modo que,
dependiendo de los valores de temperatura real respectivos de una o
cada una de las zonas intermedias, se regulan los parámetros de
enfriamiento específicos, especialmente la intensidad de
enfriamiento, por lo menos del módulo de enfriamiento siguiente
respectivo para ajustar una temperatura (superficial) definida de
la pieza de trabajo durante el recorrido total de la sección de
enfriamiento, de modo que la temperatura definida de la pieza de
trabajo está respectivamente por encima de una temperatura crítica,
en la que se forman proporciones de estructura bainítica.
Por tanto, la idea fundamental es una regulación
del enfriamiento de una pieza de trabajo de acero para carriles en
una sección de enfriamiento, con la condición de que la temperatura
superficial de la pieza de trabajo de un acero para carriles se
enfríe de tal manera que se ajuste la estructura perlítica o
ferrítica/perlítica deseada, de modo que mediante llevando a cabo
las fases de relajación, así como una comprobación constante de las
condiciones de temperatura en, preferiblemente, cada zona
intermedia y opcionalmente la regulación de los parámetros de
enfriamiento de los módulos de enfriamiento individuales, se
garantiza que la temperatura no baje por debajo de una temperatura
crítica y de esta forma no sea tan alto el subenfriamiento, que no
tenga lugar una transformación bainítica y se formen, por tanto,
proporciones de estructura bainítica no deseadas.
El proceso de enfriamiento se compone de etapas
de proceso de enfriamiento individuales, dependiendo de los módulos
de enfriamiento que se recorren, y de fases temporales de
sobrecalentamiento y/o de fases temporales de mantenimiento térmico
y/o de fases temporales de un enfriamiento lento, dependiendo de las
zonas intermedias que se recorren para la relajación de la
estructura. En este caso, la pieza de trabajo puede recorrer en
todas las zonas intermedias una misma fase temporal o en distintas
zonas intermedias distintas fases temporales de relajación. En este
caso, el recalentamiento se produce mediante el calor residual
todavía presente en el interior de la pieza de trabajo y/o mediante
aporte de calor externo. De esta manera se ajusta un perfil de
enfriamiento en forma, por ejemplo, de dientes de sierra, que
influye de manera favorable en la estructura final que se ajusta y
de esta forma, en las propiedades mecánicas. La formación de
bainita se contrarresta ajustando los parámetros de la sección de
enfriamiento de tal manera que en ningún momento del proceso de
enfriamiento pueda iniciarse la formación de bainita.
También está incluido en la invención que las
zonas intermedias se utilicen para una compensación térmica de la
pieza de trabajo, especialmente el producto laminado, o para un
enfriamiento con velocidades de enfriamiento lentas.
Preferiblemente, dependiendo del valor respectivo
de temperatura real medido de cada una de las zonas intermedias, se
regulan los parámetros de enfriamiento específicos de la zona de
enfriamiento siguiente respectiva y simultáneamente los parámetros
de enfriamiento del módulo de enfriamiento anterior. Esto significa
que una pieza de trabajo o un producto laminado, siempre y cuando se
desvíe de una temperatura teórica predeterminada que debería
presentarse en un momento determinado o en una zona intermedia, se
regula de nuevo a la temperatura teórica mediante un modificación
específica de los parámetros de enfriamiento en el módulo de
enfriamiento siguiente y simultáneamente se regula el módulo de
enfriamiento anterior para las siguientes piezas de trabajo.
Preferiblemente, se mide la temperatura
superficial de la pieza de trabajo al final de la zona intermedia,
es decir, tras terminar la zona para la relajación de la
estructura. La medición de la temperatura en las zonas intermedias
también puede utilizarse para el seguimiento de la calidad.
Según una forma de realización preferida, la
medición de la temperatura superficial tiene lugar por medio de una
medición óptica y sin contacto, es decir, por medio de un
pirómetro.
La regulación de los parámetros de enfriamiento
y, aquí, especialmente de la intensidad de enfriamiento, tiene
lugar preferiblemente por medio de la regulación de la presión con
la que el medio de enfriamiento incide sobre la superficie de la
pieza de trabajo y/o por medio de un ajuste regulado de la
temperatura del medio de enfriamiento y/o por medio de un ajuste
regulado del caudal volumétrico del medio de enfriamiento mediante
selección de la geometría de la tobera de enfriamiento. Como medio
de enfriamiento, se tiene en cuenta preferiblemente agua de
enfriamiento.
La regulación de la presión tiene lugar
preferiblemente mediante una válvula de regulación de presión en la
conducción que da a las toberas, que están colocadas en barras de
enfriamiento. La intensidad de enfriamiento también es posible
mediante la selección de un número distinto de toberas por barra de
enfriamiento o disposiciones de barras de enfriamiento.
Según una forma de realización especialmente
preferida de la regulación de la temperatura del medio de
enfriamiento, se propone que el medio de enfriamiento, es decir,
especialmente el agua de enfriamiento, se caliente previamente antes
de la incidencia sobre la superficie de la pieza de trabajo hasta
tal punto que no tenga lugar una caída por debajo de la temperatura
de Leidenfrost o ésta se produzca muy tarde.
Por fenómeno de Leidenfrost se entiende el
comportamiento de no mojabilidad de un líquido cuando la
temperatura del cuerpo tocado está por encima de la temperatura de
ebullición del líquido. Por ejemplo, el agua se protege de una
evaporización posterior mediante una película gaseosa de agua
evaporada y de esta manera, pierde durante un tiempo determinado el
efecto de enfriamiento. La temperatura de Leidenfrost puede
influirse mediante la temperatura de salida del agua de
enfriamiento. La temperatura de Leidenfrost aumenta con una
temperatura de salida del agua de enfriamiento más alta y el
enfriamiento será más débil. Se propone calentar previamente el
agua de enfriamiento para que no tenga lugar una caída por debajo
de la temperatura de Leidenfrost o ésta se produzca muy tarde. Esto
ofrece la ventaja de que el enfriamiento será más débil y por tanto
se podrá reproducir mejor.
Según una etapa del procedimiento preferida, se
mide la temperatura de la pieza de trabajo antes de la entrada o a
la entrada en la sección de enfriamiento y este valor de
temperatura se utiliza para un preajuste ("presetting") de los
parámetros de enfriamiento, para alcanzar un preajuste de los
parámetros de enfriamiento de los módulos de enfriamiento
individuales, especialmente el ajuste de la presión con la que el
medio de enfriamiento incide sobre la superficie de la pieza de
trabajo.
Otros detalles y ventajas de la invención
resultan de las reivindicaciones dependientes y de la siguiente
descripción, en la que se describen con más detalle las formas de
realización de la invención representadas en las figuras. En este
sentido, además de las combinaciones de características presentadas
anteriormente, también se encuentran características, solas o en
otras combinaciones fundamentales para la invención. Muestran:
la figura 1 una visión general esquemática de una
sección de enfriamiento en la que se lleva a cabo el procedimiento
según la invención;
la figura 2 un diagrama
temperatura-tiempo con las curvas de enfriamiento de
cinco puntos de medición dentro o en la cabeza del carril de un
acero para carriles habitual con aproximadamente el 0,8% de C y el
1,0% de Mn, que se somete en una sección de enfriamiento según el
procedimiento a un perfil de enfriamiento tal que no se caiga por
debajo de la temperatura de bainita;
la figura 3 para comparar, un diagrama
temperatura-tiempo de las cinco curvas de
enfriamiento de un perfil de enfriamiento no regulado con una caída
por debajo de la temperatura de bainita.
La sección 1 de enfriamiento mostrada en la
figura 1 se conecta con una sección de laminación de perfiles (no
mostrada), por ejemplo, con una sección de laminación para perfiles
de carril de aceros para carriles. La sección 1 de enfriamiento se
compone en la forma de realización mostrada de cinco módulos
2a-e de enfriamiento, pero no se limita a este
número de módulos de enfriamiento. Los módulos 2a-e
de enfriamiento individuales están construidos de tal manera que
comprenden por ejemplo, una o varias barras de enfriamiento o
disposiciones de las toberas de enfriamiento. La presión con la que
sale el agua de enfriamiento de las toberas individuales es
ajustable mediante una válvula 3a-e de regulación
de presión. La presión actual se mide por medio de un instrumento
4a-e de medición de presión. Entre los módulos
2a-e de enfriamiento individuales están colocadas
las zonas 5a-e intermedias. Respectivamente, al
final de una zona 5a-e intermedia está dispuesto un
pirómetro 6a-e para la medición óptica sin contacto
de la temperatura superficial del producto laminado que se
encuentra en esta zona intermedia, de modo que la temperatura
superficial en el caso de un perfil de carril se mide en la cabeza
del carril.
Delante del primer módulo 2a de enfriamiento, al
principio o en la zona (12) de entrada de la sección 1 de
enfriamiento está dispuesto un pirómetro 6f adicional. Los
pirómetros 6a-f individuales están unidos mediante
líneas 7a-g de señal con una unidad 8 informática.
La unidad 8 informática está unida mediante las correspondientes
líneas 9a-e de control para modificar las válvulas
3a-e reguladoras individuales de las toberas del
medio de enfriamiento. El medio de enfriamiento, especialmente agua
(KW) de enfriamiento se conduce por un tubo 10 de alimentación
común con derivaciones 10a-e a los módulos
2a-e de enfriamiento individuales. Para regular los
valores de presión también se prevé un circuito regulador de los
instrumentos 4a-e de medición de presión con la
unidad 8 informática (líneas 11a-e de señal).
A continuación se describe el proceso. Antes de
la entrada de un perfil laminado de acero, por ejemplo un carril,
en la sección de enfriamiento se toma un valor de la temperatura
superficial actual por medio del primer pirómetro 6f, por ejemplo,
un pirómetro de dos colores. Este primer valor de la temperatura
superficial se transmite a la unidad 8 informática, que en función
de este valor individual provoca un preajuste ("presetting")
de las válvulas reguladoras individuales para ajustar la presión
del agua de enfriamiento, así como la temperatura del agua de
enfriamiento. Tras recorrer el primer módulo 2a de enfriamiento y
producida la primera etapa de enfriamiento, el perfil de carril
entra en la primera zona 5a intermedia, en la que tiene lugar una
fase de relajación para la estructura. Al final de la primera zona
5a intermedia se hace otra medición de la temperatura superficial
(T_{ \ real}) por medio de un segundo pirómetro 6a, por ejemplo
un pirómetro de dos colores. Este valor real tomado se transfiere
por las líneas 7a de señal y 7g a la unidad 8 informática y allí se
lleva a cabo un cálculo de las diferencias entre un valor teórico
(T_{ \ teórico}) y el real (T_{ \ real}). En este punto, el
valor teórico está siempre por encima de una temperatura específica
del material a la que puede formarse bainita. Los valores teóricos
son específicos de la aleación y pueden determinarse a partir de
experimentos. Un valor indicativo de esta temperatura crítica, que
en aceros para carriles en el caso de un procedimiento de
enfriamiento no debería ser inferior, es de aproximadamente
450-500ºC.
Siempre y cuando exista una diferencia entre el
valor real y el teórico, se ajustará o ajustarán el siguiente o
varios de los siguientes módulos de enfriamiento con respecto a sus
parámetros de enfriamiento, aquí la presión del agua de
enfriamiento que entra, mediante la modificación de las válvulas
3a-e de regulación de presión. En este punto, se
lleva a cabo una regulación de los valores de presión de manera
continua dependiendo de los valores de presión reales medidos.
La regulación descrita se repite dependiendo de
los valores de temperatura tomados en cada una de las otras zonas
5b-5e intermedias. Por tanto, se prevé
preferiblemente que no sólo el módulo de enfriamiento siguiente,
sino también el o los módulos de enfriamiento anteriores se ajusten
para el siguiente material laminado que va a enfriarse.
Las figuras 2 y 3 muestran con ayuda de diagramas
temperatura-tiempo las curvas de enfriamiento de
una cabeza del carril de un material con el 0,8% de carbono con
regulación y sin regulación. La denominación C80W60 o C80W65 deja
claro que la velocidad de enfriamiento en el núcleo de la cabeza
del carril (por ejemplo, forma de carril según AREA 136 [Normas de
entrega de la Asociación de Ingeniería de Ferrocarriles
Americanos]) es menos alta que en las zonas laterales y que de esta
manera, a temperaturas más altas, tiene lugar la transformación de
austenita en perlita o ferrita-perlita en la zona
del núcleo.
El perfil de temperatura con el tiempo se
determina en cinco puntos de medición diferentes en la cabeza del
carril. Así, 1 es un punto de medición en el núcleo de la cabeza
del carril, 2 un punto de medición que está localizado 5 mm por
debajo de la superficie, 3 un punto de medición que está localizado
5 mm por debajo de la superficie lateral, 4 un punto de medición en
la superficie lateral, así como 5 un punto de medición sobre la
superficie de la cabeza. Es evidente que en ningún momento, en
ningún punto de medición, la estructura de la cabeza del carril
experimenta mediante el enfriamiento un subenfriamiento tal que
pueda formarse bainita en la estructura.
La sección de enfriamiento simulada puede
regularse individualmente con cinco módulos. Las curvas de
enfriamiento individuales de la figura 2 muestran que nunca se
bajará por debajo de una temperatura crítica en la que se iniciaría
la formación de bainita. En las curvas de enfriamiento 4 y 5, que
muestran el enfriamiento de la superficie de la cabeza del carril,
el perfil de enfriamiento en forma de dientes de sierra se hace
evidente con un recalentamiento en las zonas intermedias o de
compensación.
La figura 3 muestra como comparación una sección
de enfriamiento con cinco módulos de enfriamiento que no son
regulables individualmente, de modo que se produce una caída por
debajo de la temperatura de bainita en las zonas cercanas a la
superficie (curvas 4 y 5) de la cabeza del carril.
Mediante el procedimiento propuesto se consigue
que, a partir del calor de laminación en el caso de enfriamiento de
los aceros para carriles, pueda ajustarse una estructura perlítica
fina o ferrítica-perlítica sin las proporciones de
bainita que influyen de manera negativa en las propiedades
mecánicas, especialmente la resistencia al desgaste.
Claims (8)
1. Procedimiento para el enfriamiento de piezas
de trabajo, especialmente productos laminados perfilados, de aceros
para carriles con una estructura perlítica fina o
ferrítica/perlítica,
de modo que la pieza de trabajo caliente se
introduce a través de una sección (1) de enfriamiento con una zona
de entrada (12) y de salida y se somete a un proceso de
enfriamiento y en este punto, sufre una transformación en una
estructura perlítica o ferrítica/perlítica, de modo que
la pieza de trabajo se conduce a través de la
sección de enfriamiento, que se compone de módulos
(2a-e) de enfriamiento independientes e
individuales, dispuestos unos tras otros a lo largo de la sección
de enfriamiento, con parámetros de enfriamiento independientemente
regulables,
de modo que entre los módulos
(2a-e) de enfriamiento existen zonas
(5a-e) intermedias para una relajación de la
estructura con medios para la determinación de la temperatura real
(T_{ \ real}) de la pieza de trabajo respectiva en estas zonas
(5a-e) intermedias, y
de modo que, dependiendo de los valores de
temperatura real (T_{ \ real}) respectivos de la pieza de trabajo
en una zona (5a-e) intermedia, se ajustan los
parámetros de enfriamiento específicos, especialmente la intensidad
de enfriamiento, por lo menos del módulo (2b-e) de
enfriamiento siguiente respectivo para garantizar una temperatura
definida de la pieza de trabajo durante el recorrido total de la
sección (1) de enfriamiento, de modo que la temperatura (T_{ \
teórica}) definida de la pieza de trabajo está respectivamente por
encima de una temperatura crítica, en la que se forman proporciones
de estructura bainítica.
2. Procedimiento para el enfriamiento según la
reivindicación 1, caracterizado porque el proceso de
enfriamiento se compone de etapas de proceso de enfriamiento
individuales, dependiendo de los módulos de enfriamiento que se
atraviesas y de fases temporales de sobrecalentamiento y/o en fases
temporales de mantenimiento térmico y/o en fases temporales de un
enfriamiento lento, dependiendo de las zonas intermedias que se
atraviesan para la relajación de la estructura.
3. Procedimiento para el enfriamiento según la
reivindicación 1 o 2, caracterizado porque dependiendo de
los valores respectivos de temperatura reales
(T _{ \ real}) medidos de una o cada una de las zonas (5a-e) intermedias, se regulan los parámetros de enfriamiento específicos del módulo (2b-e) de enfriamiento siguiente respectivo y simultáneamente los parámetros de enfriamiento del módulo (2a-d) de enfriamiento anterior.
(T _{ \ real}) medidos de una o cada una de las zonas (5a-e) intermedias, se regulan los parámetros de enfriamiento específicos del módulo (2b-e) de enfriamiento siguiente respectivo y simultáneamente los parámetros de enfriamiento del módulo (2a-d) de enfriamiento anterior.
4. Procedimiento para el enfriamiento según una
de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se mide
la temperatura superficial de la pieza de trabajo al final de la
zona (5a-e) intermedia.
5. Procedimiento para el enfriamiento según una
de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la
medición de la temperatura real (T _{ \ real}) se realiza por
medio de una medición óptica y sin contacto.
6. Procedimiento para el enfriamiento según una
de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la
regulación de los parámetros de enfriamiento, especialmente la
intensidad de enfriamiento, se logra por medio de regulación de la
presión y/o regulación de la temperatura del medio de
enfriamiento.
7. Procedimiento para el enfriamiento según una
de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el medio
de enfriamiento, especialmente agua de enfriamiento, se calienta
previamente antes de la incidencia sobre la superficie de la pieza
de trabajo hasta tal punto que no tenga lugar una caída por debajo
de la temperatura de Leidenfrost o ésta se produzca más tarde que en
el caso de medio de enfriamiento no calentado previamente.
8. Procedimiento para el enfriamiento según una
de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque se mide
la temperatura de la pieza de trabajo antes de la entrada o a la
entrada en la sección (1) de enfriamiento y este valor de
temperatura se utiliza para preajustar los parámetros de
enfriamiento de los módulos de enfriamiento individuales.
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