ES2240752T3 - Procedimiento para mejorar la calidad metalurgica de productos tratados en un horno. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de tratamiento de un producto metalúrgico en un horno, en el que el producto a tratar se introduce en el horno, a continuación se somete al tratamiento deseado, después se retira del horno, incluyendo el horno medios de calentamiento y particularmente quemadores que permiten llevar a una temperatura variable las diferentes zonas del horno, pudiendo tener la atmósfera en estas diferentes zonas una composición idéntica o diferente según las zonas consideradas de dicho horno, procedimiento en el que el producto a tratar tiene una temperatura que aumenta entre el momento en el que se introduce y el momento en el que se retira del horno, teniendo la curva de subida de temperatura una pendiente que aumenta en un primer intervalo de tiempo comprendido entre el instante t0 de introducción del producto en el horno y el instante t1 en el que el producto alcanza una temperatura de superficie de 650ºC, una pendiente sensiblemente constante entre el instante t1 y el instante t2 en el que el producto alcanza una temperatura de aproximadamente un 15% inferior a la temperatura de superficie final deseada para el producto a tratar cuando sale del horno, a continuación una pendiente que disminuye entre el instante t2 y el instante t3 en el que el producto a tratar sale del horno, procedimiento en el que se aumenta la potencia de caldeo del horno con respecto a su potencia cuando sólo se utilizan quemadores aero-combustibles para aumentar la pendiente de la curva de subida de temperatura del producto a tratar, al menos durante ciertos periodos de tratamiento del producto en el horno entre los instantes t1 y t2, lo que genera una disminución de la duración del tratamiento del producto a tratar y una disminución correlativa del espesor de la capa descarburada y/o de la capa de calamina formada en la superficie del producto.

Description

Procedimiento para mejorar la calidad metalúrgica de productos tratados en un horno.

La invención se refiere a un procedimiento para mejorar la calidad metalúrgica de productos tratados en un horno y particularmente en un horno de recalentamiento. Esta invención se aplica a cualquier tipo de producto, pero más particularmente a los productos tratados en un horno de recalentamiento tal como, por ejemplo, tochos, piezas en bruto o palanquillas o cualquier otro tipo de material utilizado por los siderúrgicos en su línea de producción (tales como las chapas, los tubos, etc.). La invención se refiere más particularmente a un procedimiento de tratamiento de un producto metalúrgico en un horno, en el que el producto a tratar se introduce en el horno, a continuación se somete al tratamiento deseado, después se retira del horno, incluyendo el horno medios de calentamiento y particularmente quemadores que permiten llevar a una temperatura variable las diferentes zonas del horno, pudiendo tener la atmósfera en estas zonas diferentes una composición idéntica o diferente según las zonas consideradas de dicho horno.

El entorno del acero (o cualquier otro producto, particularmente un producto metálico o siderúrgico), cuando se lleva a una temperatura elevada durante un tratamiento térmico, es con frecuencia una atmósfera oxidante con respecto al metal. Esta situación puede conducir, por una parte, a la oxidación del metal con formación de una capa superficial de calamina y, por otra parte, a una descarburación del acero con creación de un gradiente de contenido en carbono en las proximidades de la superficie de la pieza.

La zona alterada en la superficie de estas piezas se compone esencialmente de dos partes (véase la figura 1), una situada en el lado de la atmósfera (calamina superior) y otra en las proximidades del metal (zona mixta).

La parte superior incluye generalmente tres capas compactas de óxidos: una capa de óxidos Fe_{2}O_{3} (hematita), muy fina (algunos micrones de espesor), una capa de magnetita (Fe_{3}O_{4}) (4% de la calamina total aproximadamente) y una capa de óxido gruesa FeO (wustita) (95% de la calamina total aproximadamente) más o menos porosa según la duración y la temperatura del recalentamiento.

El crecimiento de esta calamina, que adopta un aspecto parabólico, se controla por la difusión de los iones Fe^{2+} en la wustita y la magnetita, y por la difusión del oxígeno O_{2} en la hematita.

La parte inferior, zona mixta, es más o menos grande según la naturaleza del acero. Está situada en la interfaz metal/calamina, constituida por una mezcla de FeO y por los productos de reacción de FeO con los óxidos de ciertos elementos de aleación. Esta parte inferior incluye igualmente una zona de metal alterada por diversos fenómenos como la descarburación o la oxidación interna. La descarburación es un fenómeno de difusión en el estado sólido del carbono que reacciona con la calamina FeO (y/o H_{2}O). La permeabilidad de la calamina industrial a los productos gaseosos de la oxidación del carbono (particularmente el CO) hace que esta oxidación sea prácticamente inmediata a la superficie del metal. Por tanto, la descarburación está limitada por la difusión del carbono a la temperatura del tratamiento y se favorece por la capacidad de los gases formados (CO) para escaparse de la interfaz calamina-acero.

Según el perfil térmico impuesto y la composición de la atmósfera (particularmente el contenido en O_{2}, H_{2}O, CO_{2}), los productos siderúrgicos pueden estar oxidados (calamina) o descarburados (y esto sobre todo para los aceros de alto contenido en carbono). En los dos casos, el siderúrgico deberá someter sus piezas a una operación complementaria destinada a librarse de estos defectos de superficie. Aunque la capa de óxido se puede retirar mediante diferentes técnicas de descalaminado, la capa de descarburación, que forma parte integrante de la pieza, no puede "borrarse": la superficie del producto está desprovista de una parte de sus átomos de carbono, lo que provoca una pérdida de propiedades mecánicas en la superficie del producto (longevidad, dureza...).

La oxidación o la descarburación del acero en un horno de recalentamiento conlleva así una pérdida de materia prima, que se denomina pérdida al fuego, y una degradación de las propiedades de superficie de productos que son perjudiciales para el siderúrgico.

Una propiedad importante que igualmente va a influir en la calidad final del producto a la salida del procedimiento de recalentamiento es la temperatura final del producto y de su homogeneidad térmica, y sea cual sea el historial del caldeo que haya tenido lugar en el horno (tiempo pasado a ciertos niveles de temperatura, ralentización del ritmo tras un incidente del laminador, etc.). Cualquier defecto de homogeneidad térmica provocará defectos de estructura y a posteriori fragilidades mecánicas de los productos terminados. Estos defectos pueden igualmente provocar paradas e incluso roturas de ciertas partes del laminador (particularmente de las cajas del laminador).

Cualquier optimización de la calidad metalúrgica del producto deberá respetar esta propiedad de la homogeneidad térmica del producto. Durante el manejo del horno por el operario, el control y el respeto de la subida de temperatura del producto van a ser determinantes para asegurar al final el respeto de la propiedad de la homogeneidad térmica.

El experto en la materia sabe que para evitar la descarburación y la oxidación se recomienda trabajar bajo una atmósfera protectora por combustión inferior a la estequiométrica (mezcla rica en combustible que genera una atmósfera neutra, e incluso reductora para el acero). Este método se pone en práctica en los procedimientos de galvanización (véase, por ejemplo, Galvanisation et aluminiage en continu, E. Buscarlet, Technique de l'ingénieur, 1996).

A partir del documento US-A-4.415.415 se conoce igualmente el tratamiento de los productos en una atmósfera que contiene al menos un 3% de oxígeno en volumen, y esto sobre toda la longitud del horno, lo que conlleva inexorablemente la formación de calamina pero permite controlar la calidad de calamina que se vuelve, en estas condiciones, no adherente y que se elimina fácilmente.

A partir del documento EP0630978A se conoce el uso de quemadores oxi-combustibles para recalentar tochos, por ejemplo a una temperatura superior a su temperatura de salida del horno.

La patente EP-A-0767353 propone igualmente intervenir en la atmósfera del horno practicando una zonificación del horno, es decir, aislando el horno en varios recintos dentro de los cuales se aconseja una atmósfera muy oxidante a fin de poder controlar la formación y la calidad de la calamina. En ese caso, la pérdida al fuego no disminuye sino que, al contrario, aumenta, sólo se asegura un control de la calidad de la calamina.

Por tanto, los diferentes métodos conocidos a partir de la técnica anterior sugieren tratar los productos o bien en una atmósfera oxidante o bien en una atmósfera reductora.

La puesta en práctica de estos diferentes métodos presenta además un inconveniente complementario para el tratamiento de productos siderúrgicos. Efectivamente, es importante poder medir el carácter oxidante o reductor de las atmósferas puestas en juego. La única información disponible durante la puesta en práctica de estos procedimientos es suministrada por sondas de medición situadas o bien en la bóveda, es decir, lejos de la superficie de los productos, o bien en la chimenea del horno. Estas mediciones no son por tanto representativas de la composición de la atmósfera que interactúa directamente con el producto. Generalmente, el único parámetro mensurable de la atmósfera es el contenido en oxígeno. Esta información es generalmente insuficiente: en efecto, no porque la cantidad de oxígeno en los humos que salen del horno sea nula, la atmósfera del horno en contacto con las piezas metálicas será necesariamente reductora para el acero (véase, por ejemplo, Combustion Engineering and Gas Utilisation, Ed. British Gas, 1992, página 23). Las especies H_{2}O y CO_{2} también tienen, según la solicitante, una función de oxidante en la carga e intervienen en las reacciones de formación de calamina y en los mecanismos de descarburación. Actualmente, no se sabe medir estas especies de forma simple y rápida.

Para efectuar el manejo del horno y respetar la propiedad final de la homogeneidad térmica del producto, el operario sigue un perfil inicial de temperatura del producto dado para un horno dado, en función del tipo de carga y de producción. Este perfil o bien es conocido por el operario gracias a su saber hacer o bien se calcula a partir de ábacos, o bien se calcula con ayuda de un programa adaptado.

Las únicas informaciones disponibles para el operario y/o los programas de manejo del horno son las medidas suministradas por uno o varios termopares situados en la bóveda del horno. Estos termopares están dispuestos lejos de la carga y no son representativos del flujo térmico recibido por la carga, bajo los quemadores. Por tanto, es necesaria una estimación de la relación que relaciona la temperatura de bóveda (medida) y la temperatura de la carga (información útil). Esta relación es o bien empírica (basada en el saber hacer de los operarios) o bien se calcula mediante los programas de manejo del horno.

Esta medida no es solamente más que una medida indirecta de la información necesaria, sino que la relación estimada se puede revelar cada vez más inexacta por el envejecimiento del horno, las características térmicas de las diferentes cargas y la variación del tipo de combustible utilizado.

En definitiva, esta medida es una medida puntual habitualmente situada en el eje del horno y que no da cuenta de las eventuales variaciones de dicho parámetro sobre toda la longitud del horno.

El hecho de no disponer de medidas más aproximadas del producto tiene como consecuencia un conocimiento inexacto de los tiempos característicos del proceso de caldeo de estos productos. Sin embargo, se ha constatado que estas características tenían una fuerte influencia sobre las cinéticas de oxidación y de descarburación de ellos, pudiendo tener una estimación incorrecta de estos tiempos graves consecuencias sobre la calidad final metalúrgica del producto.

El objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento de manejo de un horno (temperatura, composición de la atmósfera) y un procedimiento de control asociado, que permitan optimizar a la vez la calidad metalúrgica de un producto, la pérdida al fuego y el rendimiento térmico de un horno.

El procedimiento según la invención permite evitar los inconvenientes anteriormente mencionados y cumplir el objetivo apuntado anteriormente.

En el procedimiento según la invención, el producto a tratar tiene una temperatura que aumenta entre el momento en el que se introduce y el momento en el que se retira del horno, teniendo la curva de subida de temperatura una pendiente que aumenta en un primer intervalo de tiempo comprendido entre el instante t_{0} de introducción del producto en el horno y el instante t_{1} en el que el producto alcanza una temperatura de superficie de 650ºC, una pendiente casi constante entre el instante t_{1} y el instante t_{2} en el que el producto alcanza una temperatura aproximadamente un 15% inferior a la temperatura de superficie final deseada para el producto a tratar cuando sale del horno, y a continuación una pendiente que disminuye entre el instante t_{2} y el instante t_{3} en el que el producto a tratar sale del horno, procedimiento en el que se aumenta la potencia de caldeo del horno con respecto a su potencia cuando sólo se utilizan quemadores aero-combustibles para aumentar la pendiente de la curva de subida de temperatura del producto a tratar, al menos durante ciertos periodos de tratamiento del producto en el horno entre los instantes t_{1} y t_{2}, lo que genera una disminución de la duración del tratamiento del producto a tratar y una disminución correlativa del espesor de la capa descarburada y/o de la capa de calamina formada en la superficie del producto.

Preferiblemente, el aumento de la potencia de caldeo del horno se obtiene con ayuda de quemadores oxi-combustibles que constituyen al menos una parte de los medios de caldeo del horno, particularmente una parte de los medios de caldeo del horno correspondiente a la zona alcanzada por el producto entre los instantes t_{1} y t_{2}. Es posible igualmente colocar este o estos quemador(es) oxi-combustible(s) en una zona adyacente a la zona anteriormente mencionada, que permitiría indirectamente obtener el mismo aumento de potencia (en dicha zona alcanzada por el producto entre los instantes t_{1} y t_{2}).

De forma general, el comburente proporcionado a los quemadores oxi-combustibles que constituyen al menos una parte de los medios de caldeo del horno incluye al menos un 88% de oxígeno y preferiblemente más del 90% de oxígeno, todavía más preferiblemente más de un 95% de oxígeno.

Se constata en general que el tiempo de tratamiento del producto entre las temperaturas de 700ºC y de 800ºC alcanzadas por la superficie del producto se disminuye de un 15% a un 50% de su valor de referencia, preferiblemente del 20 al 35% de su valor, mientras que el tiempo de tratamiento entre las temperaturas de 700ºC y la temperatura final de la superficie del producto se disminuye entre un 3 y un 25% de su valor de referencia, preferiblemente entre un 7 y un 15% de su valor de referencia.

Preferiblemente según la invención, utilizada sola o en combinación con las otras variantes de la invención, la atmósfera del horno varía a lo largo del horno en función de la temperatura de la corteza del producto metálico.

Según una primera variante de la invención, utilizada sola o en combinación con las otras variantes de la invención, la atmósfera del horno en contacto con el producto a tratar incluye aproximadamente del 0,5% en volumen al 5% de oxígeno y preferiblemente entre el 1,5 en volumen y el 4% en volumen de oxígeno cuando la temperatura T de la corteza en la superficie del producto tratado es superior o igual a la temperatura T_{igual} de igualación, que es igual a un 85% de la temperatura en la superficie del producto (temperatura de deshornado) a la salida del horno. Preferiblemente, la temperatura T_{igual} de igualación es igual a un 90% de la temperatura de deshornado.

Según otra variante de la invención, utilizada sola o en combinación con las anteriores, la atmósfera en contacto con el producto a tratar incluye una concentración de oxígeno inferior a algunos cientos de ppm y una concentración de CO comprendida entre el 0,1% y el 15%, preferiblemente del 0,5% al 5% en volumen, cuando la temperatura T de la corteza en la superficie del producto es superior a 700ºC e inferior a la temperatura de igualación del producto, que se define igual a un 90% de la temperatura de la corteza del producto a la salida del horno.

Según otra variante más de la invención, utilizada sola o en combinación con las anteriores, la atmósfera en contacto con el producto a tratar incluye una concentración de oxígeno comprendida entre un 0,5% y un 4% en volumen y preferiblemente entre un 2% y un 3% en volumen cuando la temperatura T de la corteza en la superficie del producto a tratar es inferior a 700ºC.

La invención permite una optimización de la calidad metalúrgica de los productos gracias a la optimización del perfil de caldeo en el horno y a un control mejorado del perfil de la composición de la atmósfera del horno. Este control sigue de manera continua los contenidos en O_{2} y/o H_{2}O y/o CO_{2} de la atmósfera en las diferentes zonas del horno, y/o la temperatura en la superficie de los productos a tratar, se realizará preferiblemente con ayuda de un diodo láser. Este sistema de diodo láser denominado TDL por "Turnable Diode Laser" en inglés, permite en efecto medir la media de las concentraciones de especies gaseosas sobre la longitud de la trayectoria óptica del haz láser. Para más información sobre los diodos láser y, en particular, los diodos láser de tipo TDL, se puede consultar el artículo de Mark G. Allen titulado "Diode Laser Absorption Sensors for Gas Dynamic and Combustion Flows", Mes. Sci. Technology, 9, 1998, páginas 545 a 562, e incorporado en el presente texto a título de referencia. Generalmente, estos diodos láser son fuentes de radiación láser, de las cuales algunas operan a temperatura ambiente mientras que otras deben refrigerarse. El haz láser emitido puede ajustarse generalmente en un campo de longitud de ondas haciendo variar la corriente de inyección en la fuente láser. Basta entonces con elegir fuentes de haz láser ajustables en campos de longitudes de ondas que correspondan a al menos una de las líneas características del espectro de absorción de la especie que se desea detectar. El diodo láser se colocará preferiblemente cerca de la superficie de los productos, a una distancia que varía entre 1 mm y 15 cm, preferiblemente entre 2 cm y 6 cm. En los alrededores de la superficie del producto es donde los valores de presiones parciales de O_{2}, H_{2}O y CO_{2}, así como de la temperatura, intervienen en los mecanismos descritos más arriba: calamina y descarburación. Este control lo más cerca posible a la superficie permite igualmente el desarrollo de herramientas predictivas y la buena puesta en práctica del método propuesto.

La invención se comprenderá mejor con ayuda de los siguientes ejemplos de realización, dados a título no limitativo, junto con las figuras, que representan:

La figura 2 describe una curva característica de evolución de la temperatura del producto en función del tiempo, controlada según el procedimiento de la invención.

La figura 3 describe la aplicación de la invención en el horno de recalentamiento.

La figura 4 describe el control de la subida de temperatura del producto, según la invención.

La figura 5 describe una curva de temperatura en un horno de recalentamiento en función del tiempo.

La figura 6, una curva de variación de la cantidad de calamina en función del tiempo.

La figura 7, otro ejemplo de una curva de variación de la cantidad de la calamina en función del tiempo.

En la figura 2, la curva (21) representa la curva de caldeo del producto, por ejemplo la temperatura de la corteza de un tocho o de una palanquilla en un horno de recalentamiento. Según esta curva, se pueden definir los tiempos t_{0}, t_{1}, t_{2} y t_{3} correspondientes respectivamente al tiempo t_{0} de deshornado del producto, al tiempo t_{1} para el que la temperatura de la corteza alcanza 650ºC, al tiempo t_{2} para el que la temperatura de la corteza es igual al 85% de la temperatura final (o de deshornado) T_{out} de la corteza del producto, y finalmente al tiempo t_{3} de deshornado del producto a su temperatura final T_{out}. Se define de este modo un intervalo de tiempo \Delta_{1} correspondiente al tiempo que pasa la superficie del producto entre t_{1} y t_{2}. Se puede definir igualmente un tiempo \Delta_{2} correspondiente al tiempo pasado por el producto entre t_{1} y t_{3}.

El procedimiento según la invención consiste en reducir el tiempo \Delta_{1} de un 8% a un 40% aproximadamente de su valor de referencia y preferiblemente de un 10% a un 30% aproximadamente de su valor de referencia. Esto permite disminuir el espesor de la capa descarburada al menos un 20% según el contenido en elementos de aleación y específicamente el contenido en carbono, con respecto al procedimiento de la técnica anterior utilizando o bien el manejo empírico del horno por un experto en la técnica o bien el manejo del horno mediante ábacos de temperatura o un programa adaptado. Según el procedimiento de la invención, lo que es fundamental es particularmente la reducción del tiempo \Delta_{1} que se traduce por un aumento de la pendiente de la curva 52 con respecto a la pendiente de la curva 51 entre los instantes t_{1} y t_{2} correspondientes a las temperaturas de 650ºC y del 85% de la temperatura de la corteza a la salida del horno, ya que resulta evidente que es en estas zonas de temperatura donde es necesario aumentar la pendiente de la curva de caldeo del producto si se desea obtener las ganancias esperadas.

De la misma manera, la invención permite la reducción del tiempo \Delta_{2} entre un 5% y un 30% de su valor de referencia y preferiblemente entre un 7 y un 15% de su valor de referencia. Esto permite disminuir la masa de la calamina entre un 5 y un 30% según la naturaleza del acero.

Esta reducción de los tiempos \Delta_{1} y \Delta_{2} se realiza, según la invención, aumentando la energía transferida al producto durante toda la duración de su permanencia en el horno. Esto puede realizarse aumentando la energía disponible (adición de una fuente de energía, mediante quemadores de llama desnuda, tubos radiantes o incluso resistencias eléctricas o de calentamiento por inducción) o aumentando el rendimiento de la energía disponible (enriquecimiento del aire de combustión por oxígeno, por ejemplo hasta un 100% de pureza), preferiblemente más allá de un 90% en volumen de O_{2}.

La reducción máxima de \Delta_{2} se fija mediante el respeto de la propiedad de homogeneidad térmica del producto a la salida del horno, gobernada por la conducción térmica en el interior del producto.

Con respecto a una situación de referencia dada (horno dado, producción horaria y por tanto velocidad de deslizamiento de productos dados), la reducción de los tiempos \Delta_{1} y \Delta_{2} corresponde o bien a un acortamiento del horno o bien a una aceleración de la velocidad de deslizamiento de los productos.

Un segundo aspecto de la invención consiste en controlar el perfil de composiciones de las especies de la atmósfera en el horno y a lo largo de la circulación del producto en el horno.

Efectivamente, la composición de la atmósfera, es decir, particularmente el contenido en elementos oxidantes en la atmósfera (O_{2}, H_{2}O, CO_{2}) es un parámetro que interviene en la calidad metalúrgica del producto. Así, para un perfil térmico dado, puede optimizarse la calidad del producto manteniendo un contenido en oxígeno más o menos elevado según la zona del horno en la que se situará.

En la figura 3 que representa un horno de recalentamiento, se indica el sentido de circulación de los productos (35), así como de los humos. La curva (30) representa la curva de subida de temperatura del producto.

Durante su circulación en el horno de recalentamiento, la carga (35) experimenta una primera subida de temperatura en la zona (32). A continuación, las temperaturas alcanzan una temperatura T_{descarb}. Esta temperatura es normalmente de 700ºC para los aceros y la descarburación será tanto más sensible a esta temperatura en cuanto que el contenido de acero en carbono sea elevado. Más allá de la T_{descarb}, y en presencia de especies oxidantes, las reacciones de descarburación y de formación de calamina se aceleran: la temperatura a la que la formación de calamina se vuelve efectiva es de aproximadamente 800ºC para los aceros. El producto atraviesa la zona (33) y a continuación entra en la zona (34) de igualación cuando está a la temperatura T_{igualación} (normalmente de 1100ºC). Esta zona de temperatura muy elevada lleva el producto a su temperatura final (T_{final}, normalmente de 1200ºC) y es particularmente crítica para la formación de calamina.

En este horno están previstos tres accesos para la instalación de un diodo láser. El acceso (36) está situado en la zona (34) de igualación, el acceso (37) está situado en la zona (33) de caldeo, el acceso (38) está situado en la zona (32) que contiene la zona denominada de recuperación, mientras que el acceso (39) está situado en la chimenea (31).

Según la invención, la medición de la concentración de las especies oxidantes se efectúa por los accesos (36), (37), (38), (39), recibiendo cada acceso un haz láser (a través de una fibra óptica) o un emisor de haz láser, estando previsto un receptor en la pared opuesta del horno (o bien un espejo que reenvía el haz paralelamente al haz incidente, estando colocado el receptor al lado del emisor).

En la zona (32) (temperatura inferior a T_{descarb}) deberán regularse los caudales de combustible y comburente de los quemadores de la zona (32), según la invención, para generar un contenido en oxígeno en la atmósfera en esta zona (32), medida por el diodo láser correspondiente, de entre un 0,5% y un 4% en volumen y preferiblemente entre un 2 y un 3%.

En caso de que la zona (32) de igualación no esté equipada con quemadores, esta corrección puede efectuarse añadiendo comburente por toberas, por ejemplo toberas de oxígeno, controlándose la cantidad inyectada mediante la medición de contenido en oxígeno del diodo láser.

La medición se efectúa preferiblemente o bien lo más cerca posible al producto, en esta zona (32) por el acceso (38), o bien por el acceso (39), es decir, en el conducto de evacuación de humos en el que va a controlarse el mismo contenido en oxígeno. Si la medición muestra una falta de oxígeno, la regulación de los quemadores deberá corregir esta falta y aumentar el caudal de comburente (oxígeno) en los quemadores de la zona (32) o de la zona anterior.

En la zona (32), una capa protectora de Fe_{2}O_{3} y Fe_{3}O_{4} será formada y reforzada por la presencia de oxígeno residual en los humos. Estos óxidos se formarán en detrimento de los óxidos más plásticos como FeO o FeSiO_{4}, que conducen en este caso a una fuerte adherencia de la calamina. Además, a baja temperatura, el régimen protector (estado parabólico de la oxidación) se establece más rápidamente para las presiones parciales de oxígeno comprendidas en el intervalo anteriormente mencionado (del 0,5% al 4% en volumen).

En la zona (33) (temperatura superior a T_{descarb} e inferior a T_{igualación}), los caudales de combustible y comburente de los quemadores de la zona (33) deberán regularse según la invención para generar un contenido en oxígeno en la atmósfera próximo a cero. La atmósfera tendrá falta de oxígeno, por tanto un exceso de combustible y en particular de CO. Gracias a la medición efectuada por el acceso (37), los quemadores se regularán de manera que la concentración de O_{2} esté próxima a cero y la concentración de CO esté comprendida entre el 0,1% y el 15% de volumen y preferiblemente entre el 1% y el 10%. En esta zona de mayor temperatura, se pretende limitar al máximo la formación de calamina y la descarburación reduciendo la concentración de especies oxidantes (O_{2}, CO_{2}, H_{2}O).

En la zona (34) (temperatura superior a T_{igualación}), los caudales de combustible y comburente de los quemadores de la zona (34) deberán regularse según la invención para generar un contenido en oxígeno en la atmósfera comprendido entre un 0,5% y un 5% en volumen y preferiblemente entre un 1,5 y un 4% en volumen. La medición de esta concentración se efectúa lo más cerca posible del producto entre 1 mm y 15 cm, por el acceso (36). En esta zona y en presencia de oxígeno, existe un consumo de la capa descarburada por oxidación que se verá acompañado de un aumento de porosidad de la calamina, que facilitará su eliminación a la salida del horno.

El acceso (39) permite verificar en cualquier momento la concentración de CO y de O_{2} en los humos antes de su evacuación.

Cuando se controla de este modo la atmósfera, según la invención, la reducción de la masa de calamina obtenida está entre un 5 y un 25%, según la naturaleza del acero.

De la misma manera, se observa, como regla general, una reducción del espesor de la capa descarburada de al menos un 10%, según el contenido en elementos de aleación y específicamente el contenido en carbono.

Las ganancias obtenidas con el control de la atmósfera son acumulables con las ganancias obtenidas por reducción de los tiempos \Delta_{1} y \Delta_{2} descritos anteriormente.

La figura 4 ilustra el control de la subida de temperatura del producto según la invención. La invención consiste en permitir el control de la subida de temperatura del producto y la regulación de los quemadores por una medición local, zona por zona y a algunos cm sobre la carga, de la temperatura de la atmósfera del horno gracias a un sistema de diodo láser.

En la figura 4, el horno (41) muestra el emplazamiento del producto (42) y del termopar (48) según la técnica anterior. La medición del termopar (48) da un valor de temperatura en el eje del horno y lejos del producto (42).

Según la invención se coloca uno o varios diodos láser para medir un valor de temperatura media a lo largo de la trayectoria óptica en la longitud del horno.

Una disposición de este tipo permite:

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Una medida media a lo largo del horno, más representativa del producto que una medida puntual en la bóveda.

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Una medida próxima al producto, por tanto directamente relacionada con la temperatura de superficie del producto que está en equilibrio con la temperatura del gas en contacto con dicha superficie.

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Una cuantificación de la relación entre temperatura de bóveda y temperatura del producto que se efectuaba empíricamente en el estado de la técnica (conservando el termopar de bóveda).

En la figura 4, el número de puntos de medición se ha limitado aquí a tres. Preferiblemente, se utilizarán entre 1 y 10 puntos de medición en un horno.

El horno (41) está equipado de accesos (43, 44, 45) situados por encima del producto (42).

El operario del horno debe respetar al máximo un perfil de subida de temperatura del producto (47). Este perfil se proporciona al operario o bien por su experiencia o bien por un ábaco, o bien por un programa de manejo de horno.

Para controlar la subida de temperatura del producto (47), el experto en la técnica sólo disponía hasta entonces de la curva (46) que describe la temperatura de la bóveda en el eje del horno, de la cual, por ejemplo, el termopar (48) proporciona un punto de medición, como se ilustra en la curva. Según la invención, el experto en la técnica tiene ahora acceso a las medidas situadas sobre la curva (47) que se relacionan directamente con la temperatura de superficie del producto. Por tanto, el operario puede actuar sobre la potencia de los quemadores para encontrar el nivel deseado de temperatura sobre la curva (47). Si la temperatura medida es demasiado baja, entonces el operario aumentará la potencia de calentamiento en la zona próxima al punto de medición. A la inversa, si la temperatura medida es demasiado elevada, entonces el operario reducirá la potencia en la zona próxima al punto de medición.

La invención presenta igualmente la siguiente ventaja:

Ciertos hornos utilizan un programa llamado de "Nivel 2" para reproducir, sean cuales sean las condiciones de caldeo, una subida de temperatura del producto, según un perfil inicial dado. El experto en la materia no disponía hasta ahora de ninguna medida para validar continuamente el efecto del programa. Otro aspecto de la invención es acoplar este programa con las medidas directas del producto según la invención, lo que permite tener una verificación sistemática en tiempo real de la temperatura pretendida del producto.

Ejemplo 1

Un primer ejemplo de puesta en práctica se describe con ayuda de la figura 5 que representa la curva (51) de caldeo asociada a un horno de recalentamiento de tochos de gran longitud. La combustión se realiza con quemadores cuyo combustible es gas natural y el comburente aire precalentado, antes de llevar a cabo la invención. (En esta figura 5, los parámetros t_{1},... y \Delta_{1},... se indican entre paréntesis cuando se refieren a la curva 51, según la técnica anterior, y se indican sin paréntesis cuando se refieren a la curva
52).

La puesta en práctica de la invención se caracteriza por la sustitución de quemadores existentes cuyo comburente es aire, por quemadores cuyo comburente tiene una concentración de oxígeno superior al 21% en volumen, y preferiblemente superior al 88%. Más preferiblemente, el comburente será oxígeno industrialmente puro. La curva de caldeo asociada es la curva (52). Se destaca que los tiempos \Delta_{1} y \Delta_{2} se reducen respectivamente de 2100 a 1700 segundos y de 5300 a 4800 segundos. La calidad metalúrgica del procedimiento obtenido según la curva (52) se mejorará considerablemente, gracias al seguimiento de la curva de caldeo de la figura 5, con la instalación de diodos láser en los emplazamientos aclarados con respecto a la figura 3 y a la figura 4, o cualquier otro medio de medición que permita un control conveniente de este perfil de caldeo.

La figura 6 representa la cantidad de calamina producida con el método descrito anteriormente. La cantidad de calamina (61) está asociada con la situación de referencia, la curva de calamina (62) se asocia con la puesta en práctica de la invención. Las dos curvas se han normalizado por el valor máximo del espesor de calamina obtenido en las condiciones
(61).

La puesta en práctica del procedimiento según la invención, que reduce \Delta_{1} el 19% y \Delta_{2} el 9,5%, permite reducir la cantidad de la calamina en una media del 8% (figura 6). Según los experimentos, el espesor de la capa descarburada se reduce entre un 9 y un 17%.

Ejemplo 2

El ejemplo de realización posterior se ha puesto en práctica en un horno de recalentamiento de tochos, de 33 MW de potencia y de 30 m de largo aproximadamente. Los quemadores presentes inicialmente sobre el horno son quemadores llamados aero-combustibles, estando precalentado el aire de combustión a 300ºC.

La figura 7 compara, para un perfil de caldeo idéntico, la cantidad de calamina producida (curva 71) siguiendo una atmósfera de caldeo cuya concentración de oxígeno en los humos húmedos es constante e igual a un 3,5% en volumen, y la cantidad de calamina producida (curva 72) siguiendo una atmósfera de caldeo cuya concentración de oxígeno en los humos húmedos varía de la siguiente manera:

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aproximadamente el 1,5% de O_{2} (con una aproximación del 20%) cuando la temperatura T de la corteza es superior a la temperatura T_{igualación} de igualación (que se define comprendida entre un 85% y un 90% de la temperatura de deshornado),

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aproximadamente el 0% de O_{2} (hasta algunos cientos de ppm) y una concentración de CO entre aproximadamente el 0,5% y el 3% (con una aproximación del 20%) para T_{descarb} < T < T_{igualación}, siendo T_{descarb} la temperatura de inicio de la descarburación (700ºC).

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aproximadamente el 2% de O_{2} (con una aproximación del 20%) cuando la temperatura T de la corteza es inferior a T_{descarb}.

La concentración media de O_{2} en los humos puede medirse por una sonda con oxígeno habitual, pero puede ser preferible poner en práctica un diodo láser (del tipo llamado "TDL") cuyo rayo pasa a una distancia de menos de 6 cm aproximadamente del producto tratado para controlar con precisión y en tiempo real una variación de concentración de las especies anteriores en la superficie del producto a fin de respetar mejor el perfil de atmósfera impuesto en adecuación con el perfil de caldeo.

La puesta en práctica según la invención, según este ejemplo 2, permite reducir el espesor de la calamina un 11% (figura 7). Según los experimentos, el espesor de la capa descarburada se reduce entre un 12 y un 20%.

Claims (11)

1. Procedimiento de tratamiento de un producto metalúrgico en un horno, en el que el producto a tratar se introduce en el horno, a continuación se somete al tratamiento deseado, después se retira del horno, incluyendo el horno medios de calentamiento y particularmente quemadores que permiten llevar a una temperatura variable las diferentes zonas del horno, pudiendo tener la atmósfera en estas diferentes zonas una composición idéntica o diferente según las zonas consideradas de dicho horno, procedimiento en el que el producto a tratar tiene una temperatura que aumenta entre el momento en el que se introduce y el momento en el que se retira del horno, teniendo la curva de subida de temperatura una pendiente que aumenta en un primer intervalo de tiempo comprendido entre el instante t_{0} de introducción del producto en el horno y el instante t_{1} en el que el producto alcanza una temperatura de superficie de 650ºC, una pendiente sensiblemente constante entre el instante t_{1} y el instante t_{2} en el que el producto alcanza una temperatura de aproximadamente un 15% inferior a la temperatura de superficie final deseada para el producto a tratar cuando sale del horno, a continuación una pendiente que disminuye entre el instante t_{2} y el instante t_{3} en el que el producto a tratar sale del horno, procedimiento en el que se aumenta la potencia de caldeo del horno con respecto a su potencia cuando sólo se utilizan quemadores aero-combustibles para aumentar la pendiente de la curva de subida de temperatura del producto a tratar, al menos durante ciertos periodos de tratamiento del producto en el horno entre los instantes t_{1} y t_{2}, lo que genera una disminución de la duración del tratamiento del producto a tratar y una disminución correlativa del espesor de la capa descarburada y/o de la capa de calamina formada en la superficie del producto.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el aumento de potencia de caldeo del horno se obtiene con ayuda de quemadores oxi-combustibles que constituyen al menos una parte de los medios de caldeo del horno, particularmente una parte de los medios de caldeo del horno correspondiente a la zona alcanzada por el producto entre los instantes t_{1} y t_{2}.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el comburente proporcionado a los quemadores oxi-combustibles que constituyen una parte al menos de los medios de caldeo del horno incluye al menos un 88% de oxígeno y preferiblemente más de un 90% de oxígeno, todavía más preferiblemente más de un 95% de oxígeno.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el tiempo de tratamiento del producto entre las temperaturas de 700ºC y de 800ºC alcanzadas para la superficie del producto se disminuye del 15% al 50% de su valor de referencia, preferiblemente del 20 al 35% de su valor.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el tiempo de tratamiento entre las temperaturas de 700ºC y la temperatura final de la superficie del producto se disminuye entre un 3 y un 25% de su valor de referencia, preferiblemente entre un 7 y un 15% de su valor de referencia.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la atmósfera del horno varía a lo largo del horno, en función de la temperatura de la corteza del producto metalúrgico.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la atmósfera del horno en contacto con el producto a tratar incluye aproximadamente del 0,5% en volumen al 5% de oxígeno y preferiblemente entre el 1,5 en volumen y el 4% en volumen de oxígeno cuando la temperatura T de la corteza en la superficie del producto tratado es superior o igual a la temperatura T_{igual} de igualación, que es igual al 85% de la temperatura en la superficie del producto (temperatura de deshornado) a la salida del horno.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque la temperatura T_{igual} de igualación es igual al 90% de la temperatura de deshornado.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la atmósfera en contacto con el producto a tratar contiene una concentración de oxígeno inferior a algunos cientos de ppm y una concentración de CO comprendida entre un 0,1% y un 15%, preferiblemente del 0,5% al 5% en volumen, cuando la temperatura T de la corteza en la superficie del producto es superior a 700ºC e inferior a la temperatura de igualación del producto, que se define igual al 90% de la temperatura de la corteza del producto a la salida del horno.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la atmósfera en contacto con el producto a tratar incluye una concentración de oxígeno comprendida entre un 0,5% y un 4% en volumen y preferiblemente entre un 2% y un 3% en volumen cuando la temperatura T de la corteza en la superficie del producto a tratar es inferior a 700ºC.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque se analiza al menos uno de los parámetros de la atmósfera en al menos una zona del horno con ayuda de un diodo láser cuyo haz se sitúa a una distancia mínima de la superficie del producto comprendida entre 1 cm y 6 cm en al menos un punto de la superficie de dicho producto.