ES2328686T3 - Control de la atmosfera durante el procedimiento de tratamiento termico de bandas metalicas en continuo. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de tratamiento térmico de banda metálica que comprende, en el interior de un recinto de tratamiento térmico que presenta una presión superior a la presión atmosférica, - un paso de la banda a través de al menos una zona de calentamiento del recinto, - un desplazamiento de la banda a través de al menos una zona de refrigeración del recinto, - un establecimiento de una primera atmósfera de gas protector que contiene nitrógeno y una primera proporción de hidrógeno y/o de helio en el recinto, con la excepción de al menos una zona de refrigeración, en la cual está ajustada una segunda atmósfera de gas protector que contiene nitrógeno y una segunda proporción de hidrógeno y/o de helio superior a la citada primera proporción, y - al menos una introducción de nitrógeno en el recinto, al menos en la citada al menos una zona de calentamiento de éste, caracterizado porque comprende - al menos una inyección de gas protector que contiene una tercera proporción de hidrógeno y/o de helio superior a la citada segunda proporción en la citada al menos una zona de refrigeración, presentando la segunda atmósfera, - un intercambio de gases entre al menos una zona del recinto presentando la citada primera atmósfera de gas protector y la citada al menos una zona de refrigeración que presenta la citada segunda atmósfera - mediciones, en cada zona, de caudal de gas entrante, de presión y de proporción de hidrógeno y/o de helio, y - un control de caudal de la citada al menos una introducción y de la citada al menos una inyección en función de la presión requerida en las zonas del recinto y de las proporciones de hidrógeno y/o de helio que se van a obtener en las citadas primera y segunda atmósferas de gas protector.
Description
Control de la atmósfera durante el procedimiento
de tratamiento térmico de bandas metálicas en continuo.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de tratamiento térmico de banda metálica que
comprende, en el interior de un recinto de tratamiento térmico que
presenta una presión superior a la presión atmosférica,
- un paso de la banda a través de al menos una
zona de calentamiento del recinto,
- un desplazamiento de la banda a través de al
menos una zona de refrigeración del recinto,
- un establecimiento de una primera atmósfera de
gas protector que contiene nitrógeno y una primera proporción de
hidrógeno y/o helio en el recinto, con la excepción de al menos una
zona de refrigeración, en la cual está ajustada una segunda
atmósfera de gas protector que contiene nitrógeno y una segunda
proporción de hidrógeno y/o helio superior a la citada primera
proporción, y
- al menos una introducción de nitrógeno en el
recinto, al menos en la citada al menos una zona de calentamiento
de éste.
Se conocen desde hace mucho tiempo hornos de
tratamiento de bandas o chapas que se desplazan de manera continua.
SE utiliza por ejemplo para el recocido en continuo o para la
galvanización en continuo de bandas de acero, así como otros tipos
de instalaciones en las cuales las bandas son tratadas en una
atmósfera protectora.
Estos hornos pueden contener una o varias zonas
de calentamiento, preferentemente con una zona de mantenimiento a
una temperatura, así como una o varias zonas de refrigeración,
eventualmente separadas por una zona de vigilancia o de
igualación.
Para proteger la chapa que se está desplazando
contra cualquier oxidación, se conoce protegerla mediante un gas de
atmósfera que puede ser nitrógeno, o una mezcla de nitrógeno y de
una pequeña proporción de hidrógeno y/o de helio. Simultáneamente
este gas de atmósfera permite mantener en el recinto del horno una
presión ligeramente superior a la presión atmosférica.
Dada la buena transferencia térmica entre la
banda a alta temperatura y el gas hidrógeno o el gas helio, se ha
previsto ya ajustar, en una zona de refrigeración rápida o de
temple, una atmósfera de gas protector que contiene una mezcla de
nitrógeno y de hidrógeno y/o helio con un contenido netamente
superior de hidrógeno y/o de helio con relación al de la atmósfera
que reina en el resto del recinto (véanse por ejemplo los documentos
JP-55-A-2375334,
EP-B-0 795 616 y
EP-B-0 815 268).
El control de la atmósfera en la zona de
calentamiento y/o en la zona de refrigeración según valores de
variables físicas (presión y/o proporción) para una mezcla N_{2}
y H_{2} es conocido en la técnica anterior, véanse por ejemplo
los documentos JP7233420 A, JP2002003953 A o US 5137586 A.
Estas instalaciones necesitan una
compartimentación rigurosa y también estanca, lo que implica la
aplicación de dispositivos de estanqueidad complejos y caros a la
entrada y a la salida de esta zona. Estos dispositivos comprenden
generalmente juntas entre las cuales la banda debe pasar, con riesgo
de dañar la banda, y cámaras en las cuales se inyecta gas inerte.
Por otra parte, todas estas instalaciones deben imperativamente
prever uno o varios mezcladores en los cuales, por una parte, se
mezclan hidrógeno y/o helio y, por otra parte, nitrógeno en las
diferentes proporciones requeridas antes de la introducción de las
mezclas de gases en su zona respectiva. Resulta por consiguiente
aquí también un aumento del coste global de la instalación y un
volumen suplementario, no despreciable, de éste por la presencia de
estos mezcladores.
El documento US 4966632 A (FR 2628753 A) divulga
el control de caudal de nitrógeno inyectado en las zonas de entrada
y de refrigeración de acuerdo con la proporción de hidrógeno y el
valor de la presión en la zona caliente.
El documento EP 379104 A divulga la introducción
separada de hidrógeno y de nitrógeno en zonas diferentes del horno,
el control de caudal de nitrógeno y de hidrógeno inyectado se hace
de acuerdo con el valor de la presión en la zona caliente.
La presente invención tiene por objetivo
resolver estos problemas mediante la puesta a punto de un
procedimiento de tratamiento térmico de banda metálica en atmósfera
de gas protector que permite una refrigeración eficaz de la banda y
sea simple y de un coste abordable.
Se ha resuelto estos problemas, según la
invención de acuerdo con la reivindicación 1, mediante un
procedimiento que comprende:
- al menos una inyección de gas protector que
contiene una tercera proporción de hidrógeno y/o de helio superior
a la citada segunda proporción en la citada al menos una zona de
refrigeración que presenta la citada segunda atmósfera,
- un intercambio de gases entre al menos una
zona del recinto que presenta la citada primera atmósfera de gas
protector y la citada al menos una zona de refrigeración presentando
la citada segunda atmósfera, mediciones, en cada zona, caudal de
gas entrante, de presión y de proporción de hidrógeno y/o de helio,
y
- con la ayuda de estas mediciones, un control
de caudal de la citada al menos una introducción y de la citada al
menos una inyección en función de la presión requerida en las zonas
del recinto y de las proporciones de hidrógeno y/o de helio que se
van a obtener en las citadas atmósferas primera y segunda de gas
protector.
Este procedimiento ofrece la ventaja de no
necesitar ningún sistema de compartimentación estanco entre zonas
del recinto puesto que por el contrario se busca el intercambio de
gases entre las zonas, y no prevé ninguna mezcla previa de gases
diferentes antes de su introducción en el recinto. Además, no hay
consumo suplementario de gas hidrógeno y/o de helio puesto que la
tasa global sigue siendo la tasa utilizada normalmente para este
tipo de instalación. Por otra parte, el gas hidrógeno y/o helio se
mantiene en proporción más importante en la zona de refrigeración,
lo que permite mejorar la eficacia de la refrigeración y reducir
cualquier oxidación provocada por infiltraciones parásitas de aire
al nivel de las juntas y de las fundas.
Por gas nitrógeno, en la etapa de introducción,
debe entenderse no solamente un gas puro, sino también un gas
industrial puesto en el mercado como gas nitrógeno, y que puede
contener en pequeñas proporciones otros elementos, particularmente
hidrógeno o helio.
Ventajosamente, el gas protector que contiene la
citada tercera proporción de hidrógeno y/o de helio es gas
hidrógeno, gas helio o una mezcla de éstos. Debe entenderse por gas
hidrógeno o gas helio no solamente un gas sino también un gas
industrial puesto en el mercado como gas hidrógeno o helio, pero que
puede contener en pequeñas proporciones otros elementos. Se puede
comprender también un gas que contiene hidrógeno y nitrógeno que
está obtenido directamente a partir de un proceso industrial, pero
sin que haya una mezcla de los dos elementos. Por ejemplo se puede
obtener tal gas mediante craqueo de amoniaco NH_{3} en un producto
que contiene 75% de H_{2} y 25% de N_{2}.
De acuerdo con una forma ventajosa de
realización del procedimiento según la invención, comprende en la
citada al menos una zona de refrigeración que presenta la citada
segunda atmósfera una aspiración del gas protector en un circuito
de recirculación, su refrigeración y su puesta de nuevo en
circulación en esta al menos una zona a partir del citado
circuito.
De acuerdo con una forma perfeccionada de
realización del procedimiento de acuerdo con la invención, por el
citado control de caudal, comprende, en la citada al menos una zona
de refrigeración que presenta la citada segunda atmósfera, un
mantenimiento de una presión superior a la presión del recinto fuera
de esta zona de refrigeración.
Otras formas de realización de la invención
están indicadas en las reivindicaciones adjuntas.
Otros detalles y particularidades de la
invención resultarán evidentes de la descripción dada a
continuación, a título no limitativo y con referencia con la figura
adjunta, de una instalación que permite la puesta en práctica de
una variante del procedimiento de acuerdo con la invención.
La figura única representa de manera esquemática
un horno de recocido continuo de chapa en una atmósfera de gas
protector.
Un horno de recocido continuo de chapas de acero
que se desplazan está generalmente constituido, en el sentido de
avance del producto, por las secciones siguientes: precalentamiento,
calentamiento, mantenimiento en temperatura, refrigeración mediante
chorros de gas, vigilancia o igualación y refrigeración final.
En la figura única se ha representado únicamente
la parte central del horno 1 con una sección de mantenimiento en
temperatura 2, una sección de refrigeración rápida 3 y una sección
de vigilancia 4. Las otras secciones han sido omitidas para una
facilidad de lectura de la figura. La chapa 5 se desplaza en estas
secciones según el sentido de las flechas.
En las secciones 2 y 4, la chapa se hace
desplazar verticalmente girando alrededor de rodillos de guía 6. En
la sección de refrigeración 3, un sistema de recirculación intensa
de gas de atmósfera es puesto en práctica. Este sistema comprende,
en el ejemplo ilustrado, zonas sucesivas de refrigeración que
contienen cada una dos cajones de inyección de gas sobre la chapa
7, 8 y 9, 10 situados de uno y otro lado de la chapa, estando estos
cajones provistos de boquillas o hendiduras para el soplado de gas
sobre la chapa. El sistema de recirculación comprende además un
conducto de aspiración 11-14 provisto en
15-18 de un ventilador y de un intercambiador de
calor, así como de un conducto de descarga 19-22
unido al cajón correspondiente.
Las diferentes secciones 2 y 3 así como 3 y 4
están mutuamente unidas por un túnel de unión 23 ó 24, que presenta
preferentemente un estrechamiento 25 ó 26. Estos túneles no pueden
preverse estancos y deben por consiguiente, de acuerdo con la
invención, permitir un intercambio de gases entre las secciones. Si
pueden preverse rodillos de guía, por ejemplo los rodillos 27, en
estos túneles o estrechamientos no pueden en ningún caso servir para
proporcionar estanqueidad a éstos.
Las secciones 2 y 4 están alimentadas de gas de
atmósfera desde la fuente 28, la cual, en el ejemplo ilustrado, es
una fuente de gas nitrógeno puro. Esta fuente está unida mediante
los conductos 29, 30 y 31 a las diferentes secciones, por mediación
de las válvulas 32 y 33. El caudal puede estar regulado en la fuente
28 o por ejemplo por mediación de las válvulas 32 y 33.
La sección 3 está alimentada de gas de atmósfera
desde la fuente 34 que, en el ejemplo ilustrado, es una fuente de
gas hidrógeno puro. Eta fuente está unida por los conductos 35 a 37
a los cajones 7 a 10 de la sección de refrigeración 3, por
mediación de las válvulas 38 y 39. El caudal puede ser ajustado en
la fuente 34 o por ejemplo por mediación de las válvulas 38 y 39.
Los conductos 35 a 37 pueden introducir el gas protector en otros
lugares distintos del cajón, por ejemplo directamente en la sección
de refrigeración o ventajosamente en el conducto de recirculación,
aguas arriba del ventilador correspondiente.
Como se representa en línea discontinua, también
puede considerarse alimentar a partir de la fuente 28 gas nitrógeno
en la sección 3, por ejemplo por mediación del conducto 40 de la
válvula 41.
El funcionamiento de este horno es el
siguiente:
En las secciones 2 y 4 del horno, puede
inyectarse nitrógeno desde la fuente 28, estando el caudal
controlado por encima de la presión que debe reinar preferentemente
en estas cámaras. Es preferible que la presión sea superior a la
presión atmosférica para impedir al máximo cualquier infiltración de
aire exterior en el interior del recinto.
Se puede prever también obtener en estas
secciones una presión de 1 a 3 mbar, por ejemplo del orden de 1,5
mbar.
En la sección de refrigeración, se inyecta desde
la fuente 34 hidrógeno puro.
En cada sección está prevista una
instrumentación conocida para medir el caudal de gas entrante, la
presión y la tasa de hidrógeno.
La totalidad de los caudales de nitrógeno y de
hidrógeno introducidos en el recinto es ventajosamente del orden de
400 a 1000 Nm^{3}/h, según el tamaño del recinto.
El sistema de recirculación intensa de la
sección de refrigeración 3 tiene un caudal de 1000 a 5000 veces el
caudal de gas de atmósfera total introducido en el recinto del
horno. Hay por consiguiente una mezcla instantánea del hidrógeno
inyectado en el volumen recirculado, dada la importante relación
entre el caudal inyectado y/o introducido en el recinto (N_{2} +
H_{2}) y el caudal recirculado.
Mediante control del caudal de inyección de
hidrógeno en la sección de refrigeración, es posible ajustar
inmediatamente la proporción de H_{2} requerida, por ejemplo en
un orden de magnitud de 5 a 25% en volumen, eventualmente incluso
de 50% en volumen. Se puede por ejemplo después del llenado del
recinto por el nitrógeno, inyectar el hidrógeno en la sección de
refrigeración. Se puede también simultáneamente en la introducción
de nitrógeno en las secciones 2 y 4, inyectar separadamente en la
sección de refrigeración, nitrógeno (por el conducto 40) e
hidrógeno (por los conductos 36 y 37) en las proporciones que se
quiera, siendo su mezcla, como se indica anteriormente, instantánea
gracias al sistema de recirculación.
El caudal de hidrógeno en las sección de
refrigeración o las caudales separados de hidrógeno y de nitrógeno
en esta sección pueden ser determinados y controlados en función de
una presión requerida, preferentemente superior a la de las otras
zonas, y por ejemplo igual a 3 mbar, y en función de la tasa de
hidrógeno media demandada en el resto del horno.
En funcionamiento, la tasa de hidrógeno en la
sección de refrigeración puede ser modificada haciendo variar el
caudal de inyección de hidrógeno. Las tasas de hidrógeno antes y
después de la sección de refrigeración pueden ser controladas
modificando los caudales de introducción de nitrógeno en estas
secciones aguas arriba y aguas abajo, y por consiguiente las
presiones que reinan allí. Por ejemplo, si se aumenta la presión
aguas arriba de la zona de refrigeración con relación a la de aguas
debajo de esta zona, la mezcla de
nitrógeno-hidrógeno presente en la sección de
refrigeración se difundirá preferentemente en la zona de aguas abajo
y aumentará la tasa de hidrógeno.
De una manera general, en las secciones del
horno distintas de las de refrigeración se puede prever una tasa de
hidrógeno del orden de 3 a 5% en volumen.
Claims (12)
1. Procedimiento de tratamiento térmico de banda
metálica que comprende, en el interior de un recinto de tratamiento
térmico que presenta una presión superior a la presión
atmosférica,
- un paso de la banda a través de al menos una
zona de calentamiento del recinto,
- un desplazamiento de la banda a través de al
menos una zona de refrigeración del recinto,
- un establecimiento de una primera atmósfera de
gas protector que contiene nitrógeno y una primera proporción de
hidrógeno y/o de helio en el recinto, con la excepción de al menos
una zona de refrigeración, en la cual está ajustada una segunda
atmósfera de gas protector que contiene nitrógeno y una segunda
proporción de hidrógeno y/o de helio superior a la citada primera
proporción, y
- al menos una introducción de nitrógeno en el
recinto, al menos en la citada al menos una zona de calentamiento
de éste,
caracterizado porque comprende
- al menos una inyección de gas protector que
contiene una tercera proporción de hidrógeno y/o de helio superior
a la citada segunda proporción en la citada al menos una zona de
refrigeración, presentando la segunda atmósfera,
- un intercambio de gases entre al menos una
zona del recinto presentando la citada primera atmósfera de gas
protector y la citada al menos una zona de refrigeración que
presenta la citada segunda atmósfera
- mediciones, en cada zona, de caudal de gas
entrante, de presión y de proporción de hidrógeno y/o de helio,
y
- un control de caudal de la citada al menos una
introducción y de la citada al menos una inyección en función de la
presión requerida en las zonas del recinto y de las proporciones de
hidrógeno y/o de helio que se van a obtener en las citadas primera
y segunda atmósferas de gas protector.
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el gas protector que
contiene la citada tercera proporción de hidrógeno y/o de helio es
gas hidrógeno, gas helio, o una mezcla de éstos.
3. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el gas protector que
contiene la citada tercera proporción de hidrógeno es un gas que
contiene hidrógeno y nitrógeno obtenido directamente a partir de un
proceso industrial, sin etapa de mezcla previa.
4. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 3, caracterizado porque el gas que contiene
hidrógeno y nitrógeno es un gas de craqueo de amoniaco.
5. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende la
citada al menos una introducción de nitrógeno en el recinto
únicamente fuera de la citada al menos una zona de refrigeración
que presenta la citada segunda atmósfera.
6. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende la
citada al menos una introducción de nitrógeno en el recinto
simultáneamente fuera de la citada al menos una zona de
refrigeración que presenta la citada segunda atmósfera y en esta
zona.
7. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la citada
primera atmósfera contiene una proporción de hidrógeno y/o de helio
de 3 a 5% en volumen.
8. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la citada
segunda atmósfera contiene una proporción de hidrógeno y/o de helio
de 5 a 25% en volumen.
9. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la
presión en el recinto es de 1 a 3 mbar.
10. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque comprende
en la citada al menos una zona de refrigeración que presenta la
citada segunda atmósfera una aspiración del gas protector en el
circuito de recirculación, su refrigeración y su puesta de nuevo en
circulación en esta al menos una zona a partir del citado
circuito.
11. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el
caudal total de gas de atmósfera inyectado e introducido es de 400
a 1000 Nm^{3}/h y porque el caudal de gas recirculado es de 1000
a 5000 veces el caudal de gas de atmósfera inyectado e
introducido.
12. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque mediante
el citado control de caudal, comprende, en la citada al menos una
zona de refrigeración que presenta la citada segunda atmósfera, un
mantenimiento de una presión superior a la presión del recinto fuera
de esta zona de refrigeración.
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