ES2335202T3 - Metodo de tratamiento termico del acero inoxidable. - Google Patents
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Abstract
Un método de tratamiento térmico del acero inoxidable en la forma de piezas semiacabadas, cañerías, tuberías, banda o material semejante a alambre, tal como una banda, chapa, alambre o varillas después de laminación de dicho material en un horno de tratamiento térmico a una temperatura mayor que aproximadamente 900ºC, caracterizado porque incluye una etapa de precalentamiento (1) y una etapa de calentamiento final (2), en donde en la etapa de precalentamiento las llamas (5) de los quemadores (4) están dirigidas hacia la superficie del material (6) a fin de incidir sobre la superficie del material (6); porque los quemadores situados en la etapa de precalentamiento (1) se hacen funcionar con un combustible líquido o gaseoso que se hace arder con ayuda de un gas oxidante que contiene oxígeno gaseoso; porque el material (6) se mantiene en la etapa de precalentamiento (1) durante un tiempo suficientemente largo para obtener al menos cierto grado de oxidación en la superficie del material (6); y porque el material (6) se calienta adicionalmente en una etapa subsiguiente de calentamiento final (2) por medio de quemadores situados en un horno que se hacen funcionar con un combustible líquido o gaseoso y un gas oxidante.
Description
Método de tratamiento térmico del acero
inoxidable.
\global\parskip0.930000\baselineskip
La presente invención se refiere a un método de
tratamiento térmico del acero inoxidable.
La Memoria Descriptiva de Patente Europea No. 0
804 622 expone un método de tratamiento térmico del acero
inoxidable que es muy ventajoso con respecto a las técnicas
convencionales.
Esta memoria descriptiva anterior se refiere al
tratamiento térmico de acero inoxidable en la forma de cañerías,
tuberías, material de banda o material de alambre, tal como material
de banda, chapa, alambre o varillas después de laminación del
material a una temperatura mayor que aproximadamente 900ºC en un
horno u horno. De acuerdo con la invención, los quemadores
proporcionados en el horno se hacen funcionar con un combustible
líquido o gaseoso que se quema con ayuda de un gas que contiene al
menos 85% en volumen de oxígeno y como máximo 10% en volumen de
nitrógeno.
Esta invención conocida genera durante el
proceso de combustión un gas de chimenea que contiene esencialmente
agua y dióxido de carbono. La cantidad de calor radiada por el gas
de chimenea a dicho material es mucho mayor que el calor radiado
por un gas de chimenea que es el producto de un proceso de
combustión en el cual se utiliza aire como oxidante. El calor
transferido por radiación es la transmisión de calor predominante en
un proceso de tratamiento térmico de este tipo.
Esta mayor transferencia de calor acorta
significativamente el tiempo requerido para calentar el material en
el horno, haciendo posible con ello que la tasa a la cual dicho
material se alimenta a un horno dado se incremente
notablemente.
Además, se ha encontrado que la cascarilla de
óxido formada en la superficie del material cuando se calienta es
más delgada y puede tratarse más fácilmente, debido al hecho de que
la cascarilla tiene una estructura que difiere de la estructura de
la cascarilla que se forma cuando el material se calienta en un
horno con un gas de chimenea convencional basado en aire. El tiempo
de decapado, es decir el tiempo de permanencia del material en un
baño de ácido y/o electrolito subsiguiente puede acortarse debido a
la mayor delgadez de la cascarilla de óxido.
Con el método de acuerdo con la patente, se
forma por tanto una cascarilla de óxido delgada que permanece
relativamente luminosa en el horno.
Un inconveniente de este método es que la
superficie comparativamente luminosa del material contrarresta la
elevada transmisión de calor que podría ser alcanzada en caso
contrario por los componentes de radiación en una atmósfera de
horno basada en oxígeno gaseoso. Cuando se practica el método de
acuerdo con esta publicación anterior, el calor transferido es del
orden de 30-150 kW/m^{2}.
La presente invención resuelve este problema y
aumenta la transmisión de calor por radiación.
La presente invención se refiere por tanto a un
método de tratamiento térmico de acero inoxidable en la forma de
piezas semiacabadas, cañerías, tuberías, banda o material semejante
a alambre, tal como una banda, chapa, alambre o varillas después de
laminación del material en un horno de tratamiento térmico a una
temperatura mayor que aproximadamente 900ºC, donde la invención se
caracteriza porque incluye una etapa de precalentamiento y una
etapa de calentamiento final, en donde en la etapa de
precalentamiento las llamas del quemadores están dirigidas hacia la
superficie del material a fin de incidir sobre dicho material;
porque los quemadores de la etapa de precalentamiento se hacen
funcionar con un combustible líquido o gaseoso que se hace arder con
ayuda de un gas oxidante que contiene oxígeno gaseoso; porque el
tiempo de residencia del material en la etapa de precalentamiento
se hace que sea suficientemente largo para obtener al menos cierto
grado de oxidación en la superficie del material; y porque el
material se calienta adicionalmente en una etapa subsiguiente de
calentamiento final por medio de quemadores situados en un horno que
se hacen funcionar con un combustible líquido o gaseoso y un gas
oxidante.
La presente invención se describirá a
continuación con mayor detalle, parcialmente con referencia a una
realización ilustrativa de la misma representada en el dibujo que
se acompaña, en el cual
La Figura 1 ilustra esquemáticamente parte de
una línea de proceso; y
La Figura 2 es un diagrama.
La presente invención se refiere a un método de
tratamiento térmico de acero inoxidable en la forma de piezas
semiacabadas, cañerías, tuberías, banda o materiales semejantes a
alambre, tales como banda, chapa, alambre o varillas después de
laminación del material en un horno de tratamiento térmico a una
temperatura mayor que aproximadamente 900ºC. En este caso, las
piezas semiacabadas pueden tener un espesor de hasta 400
milímetros.
El método de inventiva incluye una etapa de
precalentamiento y una etapa de calentamiento final en hornos
mutuamente secuenciales. En la etapa de precalentamiento, las llamas
de los quemadores se dirigen hacia la superficie del material, a
fin de que las llamas incidan sobre dichas superficies.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Los quemadores presentes en la etapa de
precalentamiento se hacen funcionar con combustible líquido o
gaseoso que se quema con la ayuda de un gas de combustión que
contiene oxígeno gaseoso. Esto da como resultado un grado muy alto
de transmisión de calor, a saber una transmisión del orden de
500-1500 kW/m^{2}.
El tiempo de residencia del material en la etapa
de precalentamiento se hace que sea suficientemente largo para
oxidar la superficie del material, al menos en cierto grado. El
material se calienta luego adicionalmente en una etapa de
calentamiento final subsiguiente por medio de quemadores alojados en
el horno que se hacen funcionar con un combustible líquido o
gaseoso y un gas oxidante.
Las superficies de dicho material se oxidan como
resultado de las temperaturas muy elevadas que se alcanzan
localmente en dichas superficies, con lo cual las sustancias
reaccionantes existentes en las llamas reaccionan y desprenden
calor al mismo tiempo que el oxígeno libre y los radicales oxígeno
en la llama oxidan el hierro y el cromo en la superficie del acero
para formar una capa de óxido. La capa de óxido así formada da como
resultado un factor de emisión de la superficie más alto comparado
con el de una superficie no oxidada o relativamente brillante o
luminosa. El mayor factor de emisión da como resultado una mayor
producción de calor entre la atmósfera del horno y dicho
material.
Esto significa que cuando el material se
precalienta a fin de obtener una capa de óxido en sus superficies,
el material se calentará más rápidamente en la etapa de
calentamiento final debido a una mayor producción de calor por
radiación, en lo que se diferencia del caso con respecto a la
publicación de patente anterior arriba citada en la que se alimenta
al horno un material no oxidado o relativamente luminoso.
De acuerdo con una realización de la invención
muy preferida, se hace que el gas oxidante utilizado en la etapa de
precalentamiento contenga al menos 85% en volumen de oxígeno. Esto
acelera la oxidación, concurrentemente con la generación de un gas
de chimenea constituido generalmente por dióxido de carbono y agua.
Este gas de chimenea proporciona un alto rendimiento de radiación,
como se describe en el documento de patente citado
anteriormente.
De acuerdo con una realización muy preferida
adicional, se hace que el gas oxidante utilizado en la etapa de
calentamiento final contenga también al menos 85% en volumen de
oxígeno.
Esto significa que el calentamiento del material
en la etapa final de calentamiento será todavía más rápido que en
el caso del proceso expuesto por el documento de patente citado
anteriormente, debido al mayor rendimiento de radiación
proporcionado por dicha capa de óxido.
La presente invención hace posible por tanto que
los tiempos de calentamiento sean todavía más cortos.
La Figura 1 ilustra esquemáticamente una
disposición para realización del método de inventiva.
La Figura 1 muestra una etapa de
precalentamiento 1 y una etapa de calentamiento final 2. El número
de referencia 3 identifica una o más etapas subsiguientes, tales
como una etapa de enfriamiento, una etapa de decapado, etcétera. La
etapa de precalentamiento incluye quemadores 4. Aunque no se muestra
en Fig. 1, la etapa del calentamiento final incluirá también, por
supuesto, quemadores. La etapa de precalentamiento 1 y la etapa de
calentamiento final 2 se gestionan en la mayoría de los casos de tal
manera que el producto pase a través de ambas etapas. El producto
se ilustra en la Figura 1 con chapa metálica 6. Sin embargo, la
invención puede aplicarse cuando se introducen productos en y se
retiran productos de dicha etapa de precalentamiento y dicha etapa
de calentamiento final.
Como se ha mencionado arriba, las llamas de los
quemadores 5 se dirigen hacia la superficie del material 6 en la
etapa de precalentamiento, de tal manera que las llamas incidirán
sobre las superficies del material de acuerdo con la invención,
como se ilustra en Fig. 1.
De acuerdo con una realización preferida, las
llamas son bi-direccionales, de tal manera que las
mismas incidirán sobre superficies opuestas del material, como se
ilustra en Fig. 1.
La Figura 2 es, en principio, un gráfico que
muestra curvas de temperatura relativa, en las cuales la temperatura
se representa gráficamente en función del tiempo en el cual se
llevaron a cabo diferentes operaciones de calentamiento del
material. Las curvas se refieren a la temperatura del material de
banda de acero inoxidable en un horno u horno de recocido.
La línea quebrada muestra la temperatura del
material en un horno convencional que carece de etapa de
precalentamiento, en el cual los quemadores queman un combustible
líquido o gaseoso con aire como gas oxidante.
La línea de puntos muestra la temperatura del
material en un horno que carece de etapa de precalentamiento, en
donde los quemadores queman un combustible líquido o gaseoso con un
gas oxidante que contiene 85% en volumen de oxígeno, es decir un
método de acuerdo con la patente citada anteriormente.
La línea de trazo continuo muestra la
temperatura del material en un horno que incluye una etapa de
precalentamiento, en el cual los quemadores queman un combustible
líquido o gaseoso con un gas oxidante que contiene 85% en volumen
de oxígeno tanto en la etapa de precalentamiento como en la etapa de
calentamiento final. Desde el tiempo 0 al tiempo T1, el aumento de
temperatura tiene lugar en la etapa de precalentamiento. Después de
ello, el aumento de temperatura tiene lugar en la etapa de
calentamiento final. La etapa de precalentamiento es por tanto
mucho más corta que la etapa de calentamiento final.
De acuerdo con una realización preferida, el
material se calienta a una temperatura de 150-1000ºC
en la etapa de precalentamiento.
En la etapa de calentamiento final, el material
puede calentarse a una temperatura de 1300ºC.
De acuerdo con una realización adicional de la
invención, el material se mantiene en la etapa de precalentamiento
durante un periodo de tiempo de 0,1-60 segundos.
Como será evidente por la Fig. 2, el material se
lleva a su temperatura final aproximadamente en la mitad del tiempo
comparado con un horno convencional con aire como gas oxidante.
Cuando se aplica el método de acuerdo con la presente invención, el
tiempo requerido para calentar el material se acorta aproximadamente
un 50% en comparación con el tiempo requerido cuando se aplica el
método de acuerdo con la patente conocida anterior.
La presente invención proporciona por tanto una
solución al problema mencionado en la introducción.
Aunque la invención se ha descrito arriba con
referencia a varias realizaciones de la misma, será evidente para
un experto en esta técnica que los diseños del horno, los conjuntos
de quemadores y la duración de la etapa de precalentamiento se
adaptarán a la aplicación de uso pertinente. Además, la etapa de
precalentamiento y la etapa de calentamiento final pueden
combinarse en una sola unidad.
Claims (7)
1. Un método de tratamiento térmico del acero
inoxidable en la forma de piezas semiacabadas, cañerías, tuberías,
banda o material semejante a alambre, tal como una banda, chapa,
alambre o varillas después de laminación de dicho material en un
horno de tratamiento térmico a una temperatura mayor que
aproximadamente 900ºC, caracterizado porque incluye una
etapa de precalentamiento (1) y una etapa de calentamiento final
(2), en donde en la etapa de precalentamiento las llamas (5) de los
quemadores (4) están dirigidas hacia la superficie del material (6)
a fin de incidir sobre la superficie del material (6); porque los
quemadores situados en la etapa de precalentamiento (1) se hacen
funcionar con un combustible líquido o gaseoso que se hace arder con
ayuda de un gas oxidante que contiene oxígeno gaseoso; porque el
material (6) se mantiene en la etapa de precalentamiento (1) durante
un tiempo suficientemente largo para obtener al menos cierto grado
de oxidación en la superficie del material (6); y porque el
material (6) se calienta adicionalmente en una etapa subsiguiente de
calentamiento final (2) por medio de quemadores situados en un
horno que se hacen funcionar con un combustible líquido o gaseoso y
un gas oxidante.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque se hace que el gas oxidante en la etapa
de precalentamiento (1) contenga al menos 85% en volumen de
oxígeno.
3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2,
caracterizado porque se hace que el gas oxidante en la etapa
de calentamiento final (2) contenga al menos 85% en volumen de
oxígeno.
4. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
2 ó 3, caracterizado porque el material (6) se calienta a
una temperatura de 150-1000ºC en la etapa de
precalentamiento.
5. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
2, 3 ó 4, caracterizado porque el material (6) se mantiene
en la etapa de precalentamiento (1) durante un periodo de tiempo de
0,1-60 segundos.
6. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
2, 3, 4 ó 5, caracterizado porque se hace que las llamas (5)
sean bi-direccionales a fin de que incidan sobre
superficies opuestas del material (6).
7. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
2, 3, 4, 5 ó 6, caracterizado porque el material (6) se
lleva a una temperatura de hasta 1300ºC en la etapa de calentamiento
final (2).
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