ES2326378T3 - Procedimiento y dispositivo para el laminado y el recocido de una banda de acero inoxidable. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de recocido (4) de una banda de acero inoxidable sometida previamente al menos a una primera etapa de laminado (1) donde se efectúan al menos las etapas siguientes: - se calienta (2) bajo una atmósfera reductora dicha banda de acero inoxidable mediante las técnicas de calentamiento por inducción con flujo magnético transversal, - se enfría (2) dicha banda de acero inoxidable con la circulación de un gas reductor y se baja la temperatura de la banda a una velocidad superior o igual a 100ºC/segundo, - se imprime (23) en superficie una rugosidad a dicha banda de acero inoxidable equivalente a la rugosidad de un acero de calidad 2B.
Description
Procedimiento y dispositivo para el laminado y
el recocido de una banda de acero inoxidable.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de recocido de una banda de acero inoxidable.
En el campo de la industria metalúrgica, es
conocida la fabricación de bobinas de chapa sometiendo el metal a
una o varias etapas de laminado en frío.
Para ello, una banda de chapa pasa por un
circuito determinado y se lamina entre dos rodillos para reducir su
espesor.
Durante este proceso, el material se endurece y
pierde su ductilidad debido a las fuertes presiones sufridas.
Para poder volver a trabajar la banda metálica,
se conocen procedimientos de recocido que consisten llevar al
material a un estado estable. El material se ablanda y vuelve a
recuperar su ductilidad.
Se distinguen entonces dos tipos de recocidos,
un recocido denominado intermedio y un recocido denominado
final.
Para obtener un espesor de chapa deseado, a
menudo es necesario someter la banda de metal inoxidable a varias
etapas sucesivas de laminado en frío. En este caso, la banda de
acero inoxidable circula siguiendo un circuito cerrado para pasar
varias veces entre los rodillos de laminado.
No obstante, después de cada secuencia de paso
entre dichos rodillos, se debe ablandar la banda de metal para
efectuar una nueva secuencia, el recocido intermedio.
Después de haber sufrido una última etapa de
laminado en frío, la chapa o banda de metal inoxidable debe estar
ablandada y presentar un acabado irreprochable para ser vendible; es
el recocido final.
Se entenderá que la calidad de acabado que se
debe alcanzar después del procedimiento de recocido intermedio no
es necesariamente la misma que en el recocido final. Se conoce así
un procedimiento adaptado; el recocido y el decapado con un agente
químico.
El recocido final puede ser, o bien un recocido
brillante, o bien el denominado
recocido-decapado.
El recocido brillante se realiza en un horno con
cámara cerrada y bajo una atmósfera controlada no oxidante
compuesta por una mezcla H_{2}/N_{2} con una proporción máxima
de N_{2} del 25%, incluso H_{2} puro.
Se realiza tradicionalmente en un horno de
resistencia eléctrica, en un horno de mufla que funciona con gas o
también en un horno que combina las dos tecnologías anteriores.
El recocido brillante puede ser realizado
también con un procedimiento de calentamiento por inducción con
flujo magnético transversal, que permite elevar directamente la
temperatura de la banda.
Generalmente, el horno continúa con al menos un
par de rodillos cuya pared exterior está pulida como un espejo,
denominada "capa pasante", apta para provocar un laminado
superficial de la banda.
Este procedimiento de recocido brillante da
buenos resultados y permite obtener chapas cuyo acabado es de
calidad, definida BA según la calificación internacional de los
metales.
No obstante, esta calidad de acabado presenta
una rugosidad muy baja que no permite a continuación la embutición
fácil de dichas chapas. En efecto, una superficie demasiado lisa es
desfavorable para la embutición.
En este caso, la banda de acero se trata con el
procedimiento de recocido-decapado que permite
obtener una rugosidad de superficie suficiente que permita la
embutición.
El recocido se realiza entonces en un horno con
cámara abierta. El contenido de oxígeno se controla entre el 3% y
el 6% en función del grado del acero. Por la atmósfera oxidante, es
necesario realizar un tratamiento químico de decapado para retirar
la capa de óxido, denominado calamina.
Este tratamiento químico implica la intervención
de diferentes productos químicos en función del grado del acero
procesado, generando efluentes que pueden encontrarse en estado
gaseoso o líquido.
Ejemplos de sustancias químicas conocidas
utilizadas pueden ser:
- -
- el sulfato de sodio utilizado como baño de electrólisis para la AISI 300 y la AISI 400, no obstante, esta solución genera Cr^{6+}.
- -
- ácido nítrico (NHO3) para el pasivado de la AISI 400, no obstante la reacción genera nitratos;
- -
- una mezcla de ácidos compuestos por ácido fluorhídrico (HF) y ácido nítrico (NHO3); sin embargo, esta reacción genera humos de NOx (de color amarillo), nitratos y fluoruros.
\vskip1.000000\baselineskip
A la salida de esta etapa de decapado, la
calidad de acabado es denominada 2D según la calificación
internacional de los metales. La banda de chapa puede pasar a
continuación entre dos rodillos con pulido espejo para obtener una
baja rugosidad provocando una muy baja elongación.
Después de esa etapa, la calidad de acabado es
denominada 2B. Sin embargo, se comprenderá que los productos
químicos necesarios al decapado, así como la energía para
utilizarlos, principalmente para el calentamiento de los baños
químicos y la electrólisis, así como las acciones a llevar a cabo
para la descontaminación representan costes significativos de
explotación.
Se debe resaltar que el procedimiento conocido
de recocido y decapado por agentes químicos tiene una capacidad de
producción comprendida generalmente entre 180.000 toneladas por año
y 230.000 toneladas por año. En cuanto al recocido brillante con
horno tradicional, tiene una capacidad de producción menor
comprendida entre 60.000 toneladas por año y 100.000 toneladas por
año.
Se conoce igualmente por el documento US
3.556.874, fechado en 1967, una banda de acero inoxidable con un
aspecto mate y lustrado. Esta banda se obtiene después de un
laminado en frío, con una etapa de recocido brillante y una etapa
donde se lamina superficialmente la banda mediante cilindros
rugosos. La instalación de recocido de ese documento tiene una
baja capacidad, muy inferior a las instalaciones de
recocido-recapado.
El documento US 6 301 943, publicado el 16 de
octubre de 2001, describe un procedimiento de recocido de una banda
de acero inoxidable que comprende una etapa de pulido y una etapa de
impresión de una rugosidad en superficie. El documento desaconseja
el uso de una etapa de recocido brillante por una falta de eficacia
de la misma.
El objetivo de la presente invención es proponer
un procedimiento de recocido que palie los inconvenientes
anteriormente citados, y principalmente con respecto al uso de
agentes químicos.
Otro objetivo de la invención es proponer un
procedimiento de recocido final de bandas de acero inoxidable,
equivalentes a las calidades 2B, que permiten a continuación las
operaciones de embutición.
Otros objetivos y ventajas de la presente
invención surgirán en el transcurso de la descripción que se
encuentra a continuación, dada sólo a título indicativo sin por
ello limitarla.
La invención se refiere en principio a un
procedimiento de recocido de una banda de acero inoxidable, que
haya sufrido previamente al menos una primera etapa de laminado,
donde se efectúa, principalmente de forma sucesiva, al menos las
etapas siguientes:
- -
- se calienta bajo una atmósfera reductora dicha banda de acero inoxidable mediante las técnicas de calentamiento con flujo magnético transversal,
- -
- se enfría dicha banda de acero inoxidable con la circulación de un gas reductor y se baja la temperatura de la banda a una velocidad superior o igual a 100ºC/segundo,
- -
- se imprime en superficie una rugosidad a dicha banda de acero inoxidable equivalente a la rugosidad de un acero de calidad 2B.
\vskip1.000000\baselineskip
Se entenderá mejor la invención con la lectura
de la descripción, realizada con referencia a los dibujos en anexo,
donde:
- La figura 1, es una ilustración esquemática de
un procedimiento de laminado en frío que comprende principalmente
una etapa de recocido y de decapado con un agente químico, de la
técnica anterior.
- La figura 2, es una ilustración esquemática de
un procedimiento de laminado en frío que comprende una etapa final
de recocido brillante, de la técnica anterior.
- La figura 3, es una ilustración esquemática
de un procedimiento de laminado en frío que comprende un
procedimiento de recocido según la invención.
La figura 1 ilustra un procedimiento de laminado
en frío 1, que comprende un procedimiento de recocido de la
técnica anterior, y comprende una primera etapa 20 de recocido y de
decapado por agente químico. Tal como está ilustrado, la calidad
de la banda de acero inoxidable a la salida de esta etapa se
denomina 2D conforme a la calificación internacional de los
metales.
La banda de acero inoxidable se somete a
continuación a una etapa de laminado superficial principalmente
mediante rodillos con pulido de espejo 21. La calidad de la banda
de acero inoxidable a la salida de dicha etapa se denomina 2B según
la calificación internacional de los metales.
El procedimiento de recocido 20, constituido por
la etapa de recocido y decapado, puede constituir un procedimiento
de recocido intermedio. En efecto, la banda de metal puede seguir un
bucle cerrado y sufrir varias pasadas en los rodillos de laminado
hasta la obtención del espesor de banda deseado.
La figura 2 ilustra esquemáticamente un
procedimiento de laminado en frío que comprende una etapa de
recocido final de tipo recocido brillante conocido de la técnica
anterior. Se debe resaltar que en el recocido brillante no es
necesario ningún tratamiento químico. Ventajosamente, el punto de
rocío en cada horno de recocido brillante debe ser el más bajo
posible.
Actualmente, se conocen tres tecnologías
disponibles para los hornos de recocido brillante, presentando todas
una concepción vertical:
- -
- El horno de ladrillos calentado mediante resistencias eléctricas; se trata de una concepción antigua que presenta una baja flexibilidad y un punto de rocío elevado. La capacidad de dicho horno alcanza un máximo de 15 toneladas por hora.
- -
- Los hornos de mufla calentados con gas; se trata de los hornos más fiables. No obstante, su capacidad se limita a 10 toneladas por hora por su largo de mufla limitado a 26-27 metros.
- -
- Los hornos mixtos: se trata de una combinación compleja de las dos concepciones anteriores que permiten una capacidad máxima de 12 a 13 toneladas por hora.
Se conocen igualmente los hornos calentados por
inducción con flujo magnético transversal. Las principales
ventajas de calentamiento por inducción son su alto rendimiento
eléctrico y una potencia de superficie elevada que permiten
alcanzar, lo más rápidamente posible, la temperatura correcta en
dicha banda.
Según la invención, se adapta el principio del
recocido brillante a un procedimiento que permite la obtención de
un producto equivalente al obtenido en el
recocido-decapado por agente químico.
La atmósfera reductora puede estar constituida
principalmente por una mezcla H_{2}/N_{2} que contiene una
proporción máxima de N_{2} del 25% o, a lo sumo, puro H_{2}.
Se calienta mediante técnicas de calentamiento
por inducción con flujo magnético longitudinal o transversal.
La implantación de las secciones de
calentamiento de la banda será vertical.
Se enfría dicha banda de acero con la
circulación de un gas reductor.
El procedimiento permitirá alcanzar grandes
capacidades de producción, superiores a 200.000 toneladas/año.
Asimismo, se realizará un calentamiento y un enfriamiento rápido,
con potencias de calentamiento del orden del MW/m^{2} y
velocidades de enfriamiento del orden de 100ºC/s.
Ventajosamente, se imprime una rugosidad
mediante un laminado superficial provocando una muy baja elongación
de la banda de acero inoxidable.
Según un modo de realización, se imprime una
rugosidad suficiente por laminado superficial a los efectos de
facilitar la embutición de la banda de acero inoxidable.
Según la invención, se imprime una rugosidad
equivalente a la rugosidad de un acero inoxidable de calidad 2B
definida por la calificación internacional de los metales. Dicha
calidad de acero puede ser obtenida principalmente con los
procedimientos de recocido de la técnica anterior, con una etapa de
recocido-decapado a la cual se agrega una etapa de
laminado superficial mediante rodillos con pulido de espejo.
La invención puede ser puesta en práctica en un
dispositivo de recocido para la realización del procedimiento,
dispositivo que comprende:
- -
- Medios 2 para calentar bajo atmósfera reductora dicha banda de acero inoxidable.
- -
- Medios 2 para enfriar dicha banda de acero inoxidable.
- -
- Medios 23 para imprimir en superficie una rugosidad a dicha banda de acero inoxidable.
Los medios para imprimir en superficie una
rugosidad a dicha banda de acero inoxidable están constituidos por
un dispositivo de laminado que comprende al menos un par de rodillos
con superficie rugosa.
Según un modo de realización, los medios para
calentar están constituidos por un horno vertical 2 que presenta
medios de calentamiento por inducción.
Según un modo de realización, el horno vertical
2 comprende todo o parte de los elementos siguientes:
- -
- Medios de estanqueidad de entrada.
- -
- Medios para el control y la medida de tensión de la banda de acero inoxidable.
- -
- Medios de accionamiento para regular la tensión de la banda de acero inoxidable.
- -
- Medios de calentamiento por inducción con flujo magnético transversal.
- -
- Medios de enfriamiento.
- -
- Medios de estanqueidad de salida.
\vskip1.000000\baselineskip
Los medios de calentamiento por inducción pueden
estar constituidos ventajosamente por dos bobinas paralelas a dicha
banda de acero y aptas para engendrar un campo magnético transversal
a dicha banda. Permiten llevar la banda de acero inoxidable a una
temperatura hasta 1200ºC.
Los medios de enfriamiento permiten acelerar la
caída de temperatura de dicha banda. Estos medios de enfriamiento
adquieren la forma de medios de circulación de gas. Ventajosamente,
el gas de enfriamiento que circula es no oxidante.
Los medios de enfriamiento permiten una caída de
temperatura a una velocidad superior o igual a 100ºC/s.
Según un modo de realización, el dispositivo
puede presentar además medios de medida de la rugosidad de la banda
de acero inoxidable y/o medios de accionamiento aptos para controlar
la presión de los rodillos con superficie rugosa.
Como se ilustra en la figura 3, una instalación
de laminado comprende rodillos de laminado en frío 1 y un
dispositivo de recocido según la invención compuesto por un horno
vertical a inducción transversal 2 y un dispositivo de laminado
superficial que comprende al menos un par de rodillos 23 con
superficie rugosa.
Ventajosamente, el dispositivo de recocido se
sitúa por arriba de dichos rodillos de laminado 1. La banda de
acero inoxidable puede igualmente recorrer un circuito cerrado 22'
permitiendo varias secuencias de paso de dicha banda entre los
rodillos de laminado 1.
Después del paso entre los rodillos con
superficie rugosa 23, la calidad de dicha banda de acero inoxidable
es denominada 2B^{+} (de una calidad equivalente a la calidad 2B
tradicionalmente obtenida con un procedimiento de
recocido-decapado).
El procedimiento de recocido tendrá una
aplicación particular en un procedimiento de laminado como
procedimiento de recocido intermedio destinado a ablandar el
material y recuperar la ductilidad de dicha banda de acero
inoxidable.
El procedimiento de recocido tendrá otra
aplicación en un procedimiento de laminado como procedimiento de
recocido final. Será utilizado principalmente como procedimiento de
recocido final para bandas de acero inoxidable destinadas a ser
embutidas. Los aceros inoxidables involucrados por este
procedimiento de recocido serán principalmente de dos tipos a saber
AISI 300 o AISI 400.
La principal diferencia entre un acero
inoxidable AISI 300 de calidad 2B obtenido por el procedimiento de
recocido y decapado tradicional y el acero inoxidable AISI 300 de
calidad 2B^{+} será su apariencia blanca lechosa en el caso del
2B y que será gris no pulido en el caso del 2B^{+}.
El procedimiento de recocido según la invención
permite disponer de una velocidad grande de elevación de temperatura
y de un rendimiento energético elevado.
El procedimiento según la invención permite
evitar utilizar agentes químicos contaminantes. Es por ello que
este procedimiento de recocido puede ser ventajoso en el plano
ecológico.
Ventajosamente, una misma instalación de
laminado puede ser modulable y podrá estar equipada, según su uso,
con rodillos rugosos o con rodillos de pulido de espejo. De este
modo, los rodillos serán desmontables para ser cambiados según la
utilización.
\newpage
De este modo, como se ilustra en la figura 3,
la instalación está equipada con un dispositivo de laminado
superficial que comprende al menos un par de rodillos 23 con
superficie rugosa que permite a la salida 23' obtener una banda de
acero inoxidable de calidad 2B^{+}.
Si se desea obtener, en la salida 21', una
calidad de acero BA, los rodillos con superficie rugosa 23 pueden
ser reemplazados por rodillos con pulido de espejo 21.
Por otra parte, en caso de que el recocido sea
sólo intermedio y que la banda de acero siga un bucle cerrado 22'
para estar sometida a una nueva secuencia de laminado 1, la banda de
acero puede no sufrir un laminado superficial y principalmente los
rodillos con superficie rugosa 23 o incluso los rodillos con pulido
de espejo 21 pueden estar simplemente abiertos.
Claims (1)
1. Procedimiento de recocido (4) de una banda de
acero inoxidable sometida previamente al menos a una primera etapa
de laminado (1) donde se efectúan al menos las etapas
siguientes:
- -
- se calienta (2) bajo una atmósfera reductora dicha banda de acero inoxidable mediante las técnicas de calentamiento por inducción con flujo magnético transversal,
- -
- se enfría (2) dicha banda de acero inoxidable con la circulación de un gas reductor y se baja la temperatura de la banda a una velocidad superior o igual a 100ºC/segundo,
- -
- se imprime (23) en superficie una rugosidad a dicha banda de acero inoxidable equivalente a la rugosidad de un acero de calidad 2B.
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