ES2274451T3 - Procedimiento y dispositivo para refrigerar o templar desbastes y chapas con agua en un dispositivo de refrigeracion. - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para refrigerar o templar desbastes y chapas (2) con agua en un depósito de refrigeración (1, 14), en el que se sumergen y ajustan temporalmente en posición de canto los desbastes y las chapas previamente enderezados mediante un dispositivo de basculación (18), caracterizado porque los desbastes y las chapas (2) se irradian por ambos lados con agua de refrigeración.

Description

Procedimiento y dispositivo para refrigerar o templar desbastes y chapas con agua en un dispositivo de refrigeración.
La invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para refrigerar o templar desbastes y chapas con agua en un depósito de refrigeración, en el que se sumergen y ajustan temporalmente en posición de canto los desbastes y las chapas previamente enderezados mediante un dispositivo de basculación.
Para refrigerar desbastes se ha dado a conocer mediante el documento DE 25 48 154 A un dispositivo de refrigeración, que se compone de un depósito de refrigeración para alojar agua de refrigeración y de una armadura de ajuste de tipo compartimento en el depósito de refrigeración para el ajuste vertical de los desbastes por medio de un vehículo-grúa, que puede trasladarse sobre el o a lo largo del depósito de refrigeración. Éste aprisiona los desbastes en posición de canto con dispositivos de agarre adecuados, ajusta los desbastes en la armadura de ajuste y los eleva después de la refrigeración de nuevo hacia fuera. Para enderezar el desbaste solapado por una vía de rodillos en posición de canto sobre la superficie lateral estrecha, se ha dispuesto en el extremo frontal delantero del depósito de refrigeración un dispositivo de basculación. Dos dispositivos de basculación independientes entre sí se encuentran además en la región de las vías de rodillos de alimentación y evacuación para posicionar de canto y almacenar desbastes.
La velocidad de enfriamiento que puede alcanzarse con esto conduce sin embargo, en el caso de templado (endurecimiento y mejora) de chapas y desbastes, a un proceso de templado que dura más tiempo. Aparte de esto no puede evitarse, a causa de velocidades de enfriamiento irregulares sobre la superficie de chapa o desbaste, que el material usado se haga sinuoso e irregular. A continuación del enfriamiento se necesita por ello normalmente un proceso de enderezamiento adicional.
Mediante el documento EP 0 960 670 A se ha dado a conocer, para evitar defectos superficiales que se producen después del laminado en frío, irradiar un desbaste sumergido horizontalmente en un depósito de agua sólo por el lado inferior con un refrigerante. Este modo de funcionamiento debe usarse en especial en el caso de aceros que contengan del 5% al 30% de cromo, para suprimir una licuación de cromo que tendría lugar en caso contrario, lo que sólo es posible si se mantiene un determinado margen de temperatura. A continuación se enfría específicamente el desbaste antes de la conformación en caliente y frío, aprovechando el calor residual que todavía existe después de la colada en cuerda, a continuación se calienta hasta la temperatura de conformación y se somete a una laminación en caliente.
La invención se ha impuesto la tarea de crear un procedimiento y un dispositivo de la clase citada al comienzo, con los que puedan evitarse los inconvenientes citados y puede lograrse el templado con mejor calidad.
Esta tarea es resuelta conforme a la invención con un procedimiento, de tal modo que los desbastes y las chapas son irradiados por ambos lados con agua de refrigeración. Por medio de que con esto ya no se enfría en el agua en reposo del depósito de refrigeración, sino que mediante la irradiación específica por ambos lados con agua de refrigeración se alcanza una circulación siempre grande en el agua, pueden obtenerse velocidades de enfriamiento mayores y más regulares que con los procesos de refrigeración usuales. No sólo se minimizan ondulaciones y faltas de planeidad claramente, sino que el enfriamiento apoyado por la circulación conduce además a mejores características de textura y material de las chapas y de los desbastes usados.
Una ejecución preferida de la invención prevé que los desbastes y las chapas se sumerjan por completo en un depósito de refrigeración llenado con agua y que se irradien, en el baño de agua del depósito de refrigeración, adicionalmente con agua de refrigeración. Con esto puede llevarse a cabo una especie de templado o refrigeración Whirlpool.
Una ejecución alternativa prevé que el nivel de agua en el depósito de refrigeración se disminuya, los desbastes y las chapas sobresalgan del nivel de agua y se irradien con agua de refrigeración. De este modo una y la misma instalación hace posible, en dependencia de por ejemplo la calidad de material, cambiar el proceso de refrigeración y en la misma instalación de refrigeración, sin mecanismos distintos o adicionales, llevar a cabo el proceso de enfriamiento ya sea como funcionamiento de toberas o en funcionamiento Whirlpool, teniendo en cuenta asimismo la necesidad de agua y temperatura diferentes del producto de refrigeración así como temperatura del agua, partiendo en cada caso de una temperatura inicial y final, que también pueden variar.
Aquí el sistema de refrigeración puede basarse ventajosamennte en un modelo de refrigeración físico-matemático, de tal modo que el comportamiento inestacionario tiempo-temperatura de la chapa/del desbaste se describe con las condiciones marco de los valores de material dependientes de temperatura y los coeficientes de transición de calor, que depende de la temperatura superficial local del desbaste/de la chapa, en donde con ayuda del método de elementos finitos y de la ecuación de Fourier sobre conducción térmica así como de la descomposión del desbaste/de la chapa en diferentes capas, se calcula la distribución de temperatura sobre el grosor del producto de refrigeración.
Un problema fundamental en el caso de un enfriamiento acelerado es la descripción exacta del desarrollo en el tiempo de los campos de temperatura dentro del producto de laminación. El cálculo con ayuda de modelos matemáticos representa un medio auxiliar adecuado para planificar, controlar y optimizar el proceso.
Los siguientes cálculos pueden llevarse a cabo con el modelo de refrigeración:
-
cálculo de la velocidad de enfriamiento en el caso de un caudal de agua dado,
-
cálculo de la cantidad de agua necesaria en el caso de una velocidad de enfriamiento prefijada,
-
duración de la refrigeración.
Los datos característicos del material se establecen para cada producto a refrigerar de forma correspondiente a los componentes de la aleación o de la clase característica del material. Con estos datos característicos del material dependientes de la temperatura se llevan después a cabo los cálculos correspondientes.
Es posible llevar a cabo los cálculos de refrigeración en modo offline desde un puesto de trabajo externo. Los resultados pueden archivarse en un sistema PLS (sistema director de procesos). Estos datos se ponen a disposición del ordenador de procesos del sistema de refrigeración, si así se solicita. Fundamentalmente todos los cálculos se realizan en el ordenador de procesos del modelo de refrigeración, entregándose los siguientes datos al sistema de automatización:
-
identificación del material y componentes de la aleación,
-
grosor de chapa,
-
temperatura de inicio de refrigeración,
-
temperatura de parada de refrigeración,
-
velocidad de refrigeración o flujo de agua máximo.
De este modo se calculan la cantidad de agua o la velocidad de enfriamiento necesaria y las curvas de enfriamiento correspondientes para el desbaste/la chapa. Con el modelo de refrigeración es también posible simular cálculos offline. Con ello pueden compararse por ejemplo entre sí las diferentes velocidades de enfriamiento con diferentes cantidades de agua, para optimizar el proceso de enfriamiento. Estos cálculos offline pueden ser impulsados por el diálogo anteriormente descrito. De este modo es posible devolver al sistema PLS un protocolo con los parámetros y resultados de funcionamiento más importantes. También pueden incluirse parámetros y coeficientes para material así como condiciones marco, por ejemplo en el modelo de temperatura.
Otras configuraciones de la invención prevén que se regulen la presión de agua y/o la corriente volumétrica de la irradiación de agua de refrigeración así como la distancia entre el medio de irradiación y la superficie de los desbastes y las chapas.
En el caso de un dispositivo del género expuesto para refrigerar o templar desbastes o chapas presenta conforme a la invención el depósito de refrigeración, a ambos lados de los desbastes/las chapas descendido(a)s, medios de tobera dispuestos orientados hacia sus superficies de lados anchos, que están conectados a un circuito de agua de refrigeración, que presenta medios para reducir el llenado de agua desde un nivel de agua superior, máximo, a un nivel de agua inferior, mínimo. De este modo pueden por ejemplo toberas de vigas de toberas, alimentadas centralmente con agua de refrigeración, irradiar el agua de refrigeración adicional directamente en el punto de ejecución sobre el desbaste o la chapa, después del ajuste del mismo. Aquí se mantiene una distancia de tobera constante sobre toda la superficie; éste puede ser de entre 10 y 500 mm según el perfil del requisito. Para mantener una distancia igual después del descenso entre las vigas de toberas y la chapa o el desbaste ajustada(o) verticalmente, la chapa o el desbaste puede orientarse de forma correspondiente mediante un dispositivo de apriete accionado hidráulicamente.
Una ejecución preferida de la invención prevé que el depósito de refrigeración esté configurado con vías de rodadura para un carro que puede subir y bajar, que aloja un desbaste o una chapa. La introducción y la extracción del carro puede llevarse a cabo muy rápidamente. El tiempo de retención para templar desbaste o chapas en el depósito de refrigeración es superior a 30 minutos.
Según una propuesta de la invención el carro está conectado a un accionamiento por cable. Éste posee con preferencia cables guiados sobre tambores de cable fijados al carro, estando los tambores de cable acoplados mecánicamente a un motor de corriente alterna con regulación de frecuencia. La bajada y subida vertical puede realizarse en un intervalo de tiempo mínimo con el accionamiento por cable; el intervalo de tiempo para la inmersión completa de un desbaste/una chapa es inferior a 10 segundos.
La buena capacidad de rodadura del carro se ve favorecida si es guiado sobre las vías de rodadura a través de rodillos/ruedas.
Se obtienen particularidades y detalles adicionales de las reivindicaciones y de la siguiente descripción de ejemplos de ejecución de la invención, representados en dibujos muy esquemáticos. Aquí muestran:
la figura 1 de una instalación de refrigeración que presenta dos depósitos de refrigeración dispuestos uno junto al otro, como detalle, una sección transversal a través de los depósitos de refrigeración con dispositivo de basculación asignado a los mismos así como un mecanismo de bajada y subida para ajustar desbastes/chapas;
la figura 2 los dos depósitos de refrigeración según la figura 1 con representación del circuito de agua de refrigeración para templar desbastes/chapas;
la figura 3 en representación esquemática, como detalle de la figura 1, una sección transversal a través del depósito allí derecho, que aloja el producto de refrigeración ajustado;
la figura 4, en una representación de principio muy simplificada, un proceso de refrigeración a llevar a cabo en la instalación de refrigeración según la figura 1; y
la figura 5, en una representación de principio muy simplificada, un proceso de refrigeración a llevar a cabo en la instalación de refrigeración según la figura 2.
Una instalación de refrigeración 20 mostrada en la figura 1 se compone de un depósito de refrigeración 1 y de un depósito colector de bomba 14 adyacente al mismo. Los dos depósitos 1 y 14 están unidos entre si mediante uniones de circulación en forma de un rebose inferior 15a a y otro superior 15b. A la instalación de refrigeración 20 se alimentan, por ejemplo después de la austenitización, los desbastes/las chapas calientes 2 sobre una carretilla 16 que proviene de un horno de calentamiento posicionados tendidos sobre una plataforma corrediza 17. Por medio de un dispositivo de basculación 18 accionado hidráulicamente se levanta el desbaste/la chapa caliente 2 desde la carretilla 16 y, enderezado(a) de canto, se entrega a un carro 3 que puede subir y bajar en el depósito de refrigeración 1.
El dispositivo de basculación 18 asignado al primer depósito de refrigeración o templado 1 derecho posee un árbol 19 montado giratoriamente, sobre el que están montados brazos elevadores 21 que, para la aceptación del desbaste/ de la chapa 2, se encuentran en posición horizontal y pueden pasarse desde la carretilla 16 con el desbaste/la chapa 2 situado(a) encima. Los brazos elevadores 21 son girados o basculados 90º mediante cilindros hidráulicos 22 desde la posición horizontal, hasta la posición de entrega en la que el desbaste/la chapa 2 está situado(a) de canto. Durante el proceso de enderezado el desbaste/la chapa 2 se apoya en la arista inferior mediante uñas 23, que pueden ser impulsadas por cilindros hidráulicos 24. La detección de posición se realiza a través de un transmisor de posición no representado, llevándose a cabo el izado de los desbastes/las chapas 2 alimentado(a)s después de la activación manual en secuencia automática. Para aceptar el desbaste/la chapa 2 se eleva ligeramente el carro 3, con lo que el desbaste/la chapa 2 se libera de las uñas 23, que de este modo pueden bascular hacia fuera.
El carro 3 se desciende después muy rápidamente para refrigerar el desbaste/la chapa 2. Después del enfriamiento completo la extracción del desbaste/de la chapa 2 discurre en secuencia inversa como se ha descrito anteriormente para el ajuste en modo automático. El desbaste/la chapa 2 refrigerado(a) está situa-
do(a) de nuevo sobre la carretilla 16 o puede evacuarse con la grúa de la nave, en donde durante la evacuación con grúa de nave es necesario trasladar lateralmente la plataforma corrediza 17.
La figura 3 muestra un desbaste 2 colocado de canto en la forma antes descrita e introducido en el carro 3. Para subir y bajar el carro 3 con el desbaste 2 en el depósito de refrigeración 1, el carro 3 está conectado a un accionamiento por cable 4, que presenta cables 7 guiados sobre tambores de cable 5 fijados al carro 3 y que discurren anteriormente sobre ruedas de inversión 6. Un motor de corriente alterna no mostrado, con regulación de frecuencia y engranaje de desmultiplicación, actúa sobre los tambores de cable 5 acoplado mecánicamente a través de árboles articulados. El carro 3 discurre, guiado con rodillos o ruedas 8, sobre vías de rodadura 9 previstas en el depósito de refrigeración 1. La posición del carro 3 y del desbaste 2, descendida con el desbaste 2 por completo en el depósito de refrigeración 1, se aclara en la figura 3 mediante líneas de puntos.
A los desbastes/las chapas ajustado(a)s 2 descri-
to(a)s como anteriormente se han asignado en el depósito de refrigeración 1, entre las vías de rodadura 9, vigas de toberas 11a, 11b (véanse las figuras 4 y 5) dispuestas con orientación de toberas 10 en cada caso hacia las superficies de lado ancho del desbaste/de la chapa 2. Éstas están conectadas a un circuito de agua de refrigeración 12, como puede deducirse con más detalle de la figura 2.
El circuito de agua de refrigeración 12 hace posible refrigeraciones o procedimientos de refrigeración variables y garantiza el aprovisionamiento de las vigas de toberas 11a, 11b en el depósito de templado 1 para refrigerar desbastes/chapas 2, tanto en un funcionamiento puramente de toberas como a modo de un funcionamiento Whirlpool. Con ello pueden diferenciarse por ejemplos tres casos:
-
funcionamiento de toberas para aceros HV hasta 15 t,
-
funcionamiento Whirlpool para aceros HV hasta 15 t y aceros finos hasta 10 t,
-
depósitos de agua para aceros HV y aceros finos hasta 10 t.
En funcionamiento de toberas se irradia el desbaste/la chapa 2 mediante las vigas de toberas 11a, 11b con agua de refrigeración. El nivel de agua bajo 13a aquí máximo, en el depósito de templado 1 - como también en el depósito colector de bomba 14 - está situado durante el proceso de refrigeración por debajo de la arista inferior del desbaste/de la chapa 2.
El agua de refrigeración es aspirada por las bombas 24a, 25b desde el depósito colector de bomba 14 y se alimenta a las vigas de toberas 11a, 11b a través de un filtro 26. Una regulación del número de revoluciones para las bombas 25a, 25b hace posible, dependiendo del tamaño y del grosor de chapa, una impulsión definida con agua de refrigeración.
El filtro 26 tiene la función de retener partículas de cascarillas, que son más grandes que las aberturas de tobera y de este modo evitan obstrucciones. Se enjuaga con medio propio después de cada proceso de enfriamiento. El agua de enjuague se guía hasta una acanaladura de sinterizado 27 y con ello apoya la reducción del nivel de agua después del proceso de refrigeración. La porción principal de las cascarillas se asienta sobre el fondo del depósito de refrigeración 1, de tal modo que el depósito se limpia de cuando en cuando.
El agua que desagua desde el desbaste/la chapa 2 se recoge en el depósito 1 y desde allí llega, a través de un rebose 15a, al depósito colector de bomba 14.
En el caso de este proceso de refrigeración representado muy esquemáticamente en la figura 5 mediante el templado del desbaste/de la chapa 2 en funcionamiento de toberas, mediante irradiación desde las toberas 10 de las vigas de toberas 11a, 11b, permanece cerrada durante el enfriamiento una conexión adicional y de agua residual 28 (véase la figura 2). A causa del bajo volumen de acumulación en funcionamiento de toberas puede alcanzarse ya con un proceso de enfriamiento el límite superior de temperatura de agua admisible. Después del proceso se bombea por ello una parte del agua calentada con una bomba 29 hasta la acanaladura de sinterizado 27. Después de esto se alimenta agua fresca desde un conducto de alimentación de refrigeración directa 30, hasta que se alcanza de nuevo la temperatura inicial.
La cantidad de descenso y la cantidad de agua fresca dependen de la temperatura final del último proceso y de la temperatura inicial del siguiente programa de refrigeración. La cantidad de descenso/agua fresca se conmuta a través del nivel de llenado en el depósito colector de bomba 14. En el caso de una elevada necesidad de refrigeración puede bajarse adicionalmente el depósito 1 a través de una derivación 31 (véase la figura 2).
De una forma a su vez muy esquemática se muestra con la figura 4 otro proceso de refrigeración. En la misma instalación de refrigeración o en el mismo depósito de refrigeración 1 que antes para el funcionamiento de toberas se hace aquí posible un proceso de templado mediante funcionamiento Whirlpool, es decir con circulación siempre intensa - como se indica igualmente en la figura 3 mediante las líneas onduladas en el depósito de refrigeración 1.
En funcionamiento Whirlpool se sumerge el desbaste/la chapa 2 en el depósito 1 llenado con elevado nivel de agua 13b y al mismo tiempo se impulsa con agua desde las vigas de toberas 11a, 11b. El agua se ve obligada a circular mediante las toberas 10 - una convección libre se convierte en una convección forzada, que hace posible una transición térmica mejor desde el desbaste/la chapa 2 hasta el agua que un baño de inmersión sencilla.
El funcionamiento del filtro 26 y de las bombas 25a, 25b o de la bomba 29 es como en funcionamiento de toberas, al igual que el control del agua fresca. Sin embargo, a causa del mayor volumen colector en funcionamiento Whirlpool, es posible una mayor temperatura de arranque en frío o pueden llevarse a cabo, en el caso de una baja temperatura de arranque en frío, varios procesos de enfriamiento hasta alcanzar el límite superior de temperatura de agua admisi-
ble.
En dependencia de la calidad de material y de las características exigidas (textura) es posible de este modo sin grupos adicionales sobre la misma instalación de refrigeración 20 un cambio de los procesos de refrigeración, para los que se ha consignado un modelo de refrigeración. El proceso de refrigeración completo se desarrolla según un modelo de refrigeración físico-matemático a través de un ordenador prioritario, que permite realizar regulaciones también de la temperatura del agua, de la presión del agua, del caudal y de la distancia entre las toberas de las vigas de toberas y la superficie del desbaste o de la chapa. Aparte de un funcionamiento Whirlpool o de tobera, en la misma instalación de enfriamiento 20 puede llevarse a cabo opcionalmente también una refrigeración mediante funcionamiento de inmersión sin irradiación por toberas.

Claims (12)

1. Procedimiento para refrigerar o templar desbastes y chapas (2) con agua en un depósito de refrigeración (1, 14), en el que se sumergen y ajustan temporalmente en posición de canto los desbastes y las chapas previamente enderezados mediante un dispositivo de basculación (18), caracterizado porque los desbastes y las chapas (2) se irradian por ambos lados con agua de refrigeración.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los desbastes y las chapas (2) se sumergen por completo en un depósito de refrigeración (1) llenado con agua y se irradian, en el baño de agua del depósito de refrigeración (1), adicionalmente con agua de refrigeración.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el nivel de agua en el depósito de refrigeración (1, 14) se disminuye, los desbastes y las chapas (2) sobresalen del nivel de agua (13a) y se irradian con agua de refrigeración.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el sistema de refrigeración puede basarse en un modelo de refrigeración físico-matemático, de tal modo que el comportamiento inestacionario tiempo-temperatura de la chapa/del desbaste se describe con las condiciones marco de los valores de material dependientes de temperatura y los coeficientes de transición de calor, que depende de la temperatura superficial local del desbaste/de la chapa, en donde con ayuda del método de elementos finitos y de la ecuación de Fourier sobre conducción térmica así como de la descomposición del desbaste/de la chapa en diferentes capas, se calcula la distribución de temperatura sobre el grosor del producto de refrigeración.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se regula la presión del agua y/o la corriente volumétrica de la irradiación de agua de refrigeración.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se regula la distancia entre el medio de irradiación (10, 11a, 11b) y la superficie de los desbastes y de las chapas (2).
7. Dispositivo para refrigerar o templar desbastes y chapas (2) con agua en un depósito de refrigeración (1, 14), en el que se sumergen y ajustan temporalmente en posición de canto los desbastes y las chapas previamente enderezados mediante un dispositivo de basculación (18), en especial para llevar a cabo el procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el depósito de refrigeración (1) presenta, a ambos lados de los desbastes/las chapas (2) descendi-
do(a)s, medios de tobera (10, 11a) dispuestos orientados hacia sus superficies de lados anchos, que están conectados a un circuito de agua de refrigeración (12), que presenta medios (25a, 25b, 29) para reducir el llenado de agua desde un nivel de agua superior (13b), máximo, a un nivel de agua inferior (13a) míni-
mo.
8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque el depósito de refrigeración (1) está en unión de circulación con un depósito colector de bomba (14).
9. Dispositivo según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque el depósito de refrigeración (1) está configurado con vías de rodadura (9) para un carro (3) que aloja un desbaste o una chapa (2) y puede subirse o bajarse.
10. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque el carro (3) está conectado a un accionamiento por cable (4).
11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque el accionamiento por cable (4) presenta cables (7) guiados sobre tambores de cable (5) fijados al carro (3) y los tambores de cable (5) están acoplados mecánicamente a un motor de corriente alterna con regulación de frecuencia.
12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque el carro (3) es guiado sobre las vías de rodadura (9) a través de rodillos/
ruedas (8).
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