ES2621488T3

ES2621488T3 - Método para refrigerar una barra metálica y válvula de conmutación para la apertura y el cierre intermitentes de un flujo volumétrico de un refrigerante

Info

Publication number: ES2621488T3
Application number: ES12725693.1T
Authority: ES
Inventors: Peter Ladner; Markus Mairhofer; Rudolf Scheidl; Helmut Wahl
Original assignee: Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
Current assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2017-07-04
Anticipated expiration: 2032-05-29
Also published as: EP2527061A1; EP2714304B1; WO2012163878A1; RU2013156637A; KR20140043766A; KR101945311B1; CN103764315B; RU2605723C2; EP2714304A1; CN103764315A

Abstract

Método para refrigerar una barra metálica (13), preferentemente una barra de acero, en una guía de rodillos de una máquina de colada continua, el cual presenta los siguientes pasos del método: - control activo de una válvula de conmutación (1) conmutable a través de una señal de control binaria (5), donde el control tiene lugar en función de una potencia de refrigeración deseada; - accionamiento de un elemento de conmutación (16) de la válvula de conmutación en función de la señal de control (5), donde el elemento de conmutación (16), en función de la señal de control (5), es llevado desde una posición cerrada hacia una posición abierta, o de forma inversa, y el flujo de un refrigerante (21) a través de la válvula de control (1) se encuentra abierto en el caso de una posición abierta del elemento de conmutación (16) y se encuentra cerrado en el caso de una posición cerrada del elemento de conmutación (16); a continuación - aplicación intermitente del refrigerante (21), mediante una boquilla de refrigeración (2), en la barra (3).

Description

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DESCRIPCION

Metodo para refrigerar una barra metalica y valvula de conmutacion para la apertura y el cierre intermitentes de un flujo volumetrico de un refrigerante.

Campo de la tecnica

La presente invencion hace referencia a un metodo para refrigerar una barra metalica, preferentemente una barra de acero, en una gula de rodillos de una maquina de colada continua, as! como a una valvula de conmutacion para la apertura y el cierre intermitentes de un flujo volumetrico de un refrigerante.

Estado del arte

En la colada continua es necesario conducir la barra de acero colada de forma continua, la cual presenta al menos una costra solidificada con capacidad de soporte, en la gula de rodillos de la maquina de colada continua, soportarla y continuar enfriandola a traves de una refrigeracion secundaria. Es conocido el hecho de aplicar sobre la barra un refrigerante llquido (generalmente agua, la as! llamada refrigeracion "water only") o una mezcla de un refrigerante llquido y un gas (la as! llamada refrigeracion "air mist", donde el gas generalmente es aire), mediante una boquilla de refrigeracion. En las as! llamadas boquillas "water only", la intensidad de la refrigeracion puede regularse dentro de un rango reducido en funcion de la presion del agua. Se considera en ese caso una desventaja que el sistema de pulverizacion se modifica igualmente en funcion de la presion del agua, donde a traves de la descarga de agua no homogenea no se garantiza una temperatura uniforme de la superficie de la barra. El objetivo de las as! llamadas boquillas "air mist" consiste en aumentar la expansion entre la cantidad de flujo maxima y la cantidad de flujo minima en el refrigerante, a traves de las boquillas de pulverizacion; sin embargo, en la practica se ha comprobado que es muy diflcil alcanzar una expansion mas elevada que 10:1 para boquillas "air mist", as! como mas elevada que 3:1 para boquillas "water only". Sin embargo, para ciertas clases de acero eso puede conducir a una refrigeracion excesiva, ante todo de los bordes de la barra, reduciendo con ello la calidad. Ademas, el consumo de energla para proporcionar el aire comprimido para las boquillas "air mist" es muy elevado, de manera que, por una parte, resulta una emision aumentada de CO2 y, por otra parte, resultan costes mas elevados para el funcionamiento de la instalacion.

Por la solicitud EP 2 010 347 B1 se conoce el hecho de utilizar boquillas de refrigeracion desplazables en la gula de rodillos. Se considera una desventaja que la disolucion de la distribucion de refrigerante sobre el lado mas ancho de la barra es insuficiente. Ademas, las boquillas de refrigeracion desplazables presentan una construccion costosa y compleja, donde en particular las piezas moviles con cojinetes y articulaciones causan problemas bajo las condiciones del ambiente extremadamente rigurosas durante la colada continua.

Por la solicitud DE 199 28 936 C2 se conocen un metodo y un dispositivo para refrigerar una barra de acero en una guia de rodillos, donde la barra es refrigerada a traves de la pulverizacion intermitente de una boquilla de refrigeracion. En las boquillas de refrigeracion de esa clase se considera desventajoso el hecho de que el flujo a traves de las boquillas de refrigeracion no puede regularse de forma activa, de manera que en particular no pueden realizarse expansiones de gran tamano entre las cantidades maximas y minimas de refrigerante que se aplican a traves de las boquillas de refrigeracion. Puesto que las areas del borde de una barra de acero deben refrigerarse esencialmente con menor intensidad que el area central de la barra, para lograr una temperatura constante de la superficie, la utilization del dispositivo conocido conduce a una refrigeracion excesiva, es decir, a una refrigeracion demasiado intensa de las areas del borde, por lo cual resulta afectada la calidad de la barra de acero.

Por la publicacion de

SKIBENKO E I ET AL: "PULSED GASDYNAMIC DEVICE OF RING TYPE", NSTRUMENTS AND EXPERIMENTAL TECHNIQUES, tomo 19, N° 4, 1 de julio de 1976 (1976-07-01), paginas 1200-1201, XP001443894,

se conoce una boquilla para gases con una valvula de conmutacion accionada de forma neumatica.

Finalmente, por la solicitud EP 1 384 513 A1 se conoce un dispositivo para moldear y aplicar gotas con una boquilla y una valvula de conmutacion accionada de forma neumatica.

Resumen de la invencion

El objeto de la presente invencion consiste en superar las desventajas del estado del arte, proporcionando un metodo para refrigerar una barra metalica en una guia de rodillos de una maquina de colada continua, asi como una valvula de conmutacion para la apertura y el cierre intermitentes de un flujo volumetrico de un medio de refrigeracion, con los cuales la intensidad de refrigeracion pueda ser regulada en un amplio rango de forma sencilla, robusta y eficiente en cuanto al aspecto energetico.

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Dicho objeto se alcanzara a traves de un metodo segun la reivindicacion 1, el cual presenta los siguientes pasos del metodo:

- control activo de una valvula de conmutacion conmutable a traves de una senal de control binaria, donde el control tiene lugar en funcion de una potencia de refrigeracion deseada;

- accionamiento de un elemento de conmutacion de la valvula de conmutacion en funcion de la senal de control, donde el elemento de conmutacion es llevado desde una posicion cerrada hacia una posicion abierta, o de forma inversa, y el flujo de un refrigerante a traves de la valvula de control se encuentra abierto en el caso de una posicion abierta del elemento de conmutacion y se encuentra cerrado en el caso de una posicion cerrada del elemento de conmutacion; a continuacion

- aplicacion intermitente del refrigerante, mediante una boquilla de refrigeracion, en la barra.

De este modo, una valvula de conmutacion que puede conmutar de forma activa a traves de una senal de control binaria (una sucesion temporal de valores cero y uno) es controlada de forma activa, donde el control, concretamente la senal de control, tiene lugar en funcion de la potencia de refrigeracion deseada. En funcion de la senal de control es accionado un elemento de conmutacion, el cual por ejemplo puede estar realizado como una corredera de la valvula de una valvula de corredera o como un piston de control de una valvula de asiento, donde el flujo del refrigerante a traves de la valvula de conmutacion se abre o se cierra en funcion de la posicion del elemento de conmutacion. Como una posicion cerrada del elemento de conmutacion se entiende aquella posicion en donde el paso del refrigerante a traves de la valvula de conmutacion se encuentra cerrado. A continuacion, el refrigerante es aplicado o dispersado de forma intermitente sobre la barra. A traves del accionamiento, el elemento de conmutacion generalmente es desplazado, pero el experto conoce tambien valvulas de conmutacion en las cuales el elemento de conmutacion es rotado durante el accionamiento.

A traves del accionamiento activo del elemento de conmutacion que se encuentra asociado a la valvula de conmutacion es posible una expansion extremadamente elevada de la intensidad de refrigeracion hasta 20:1 (comparado con 10:1 segun el estado del arte), ya sin una modificacion de la presion del refrigerante. Otra ventaja de ese metodo reside en el hecho de que la presion completa del refrigerante, al encontrarse abierto el elemento de conmutacion, se aplica directamente en la boquilla de refrigeracion (hasta reducidos descensos de presion en la valvula de conmutacion, los cuales sin embargo deben tenerse en cuenta), de manera que un sistema de pulverization constante se garantiza tambien en el caso de potencias de refrigeracion reducidas. Ademas, puede prescindirse en gran medida de la utilization de boquillas "air mist", de manera que la refrigeracion de la barra tiene lugar de forma eficiente en cuanto a la energla. Sin embargo, la invention de ningun modo se limita a boquillas "water only"; mas bien pueden utilizarse naturalmente tambien boquillas "air mist". De acuerdo con una forma de ejecucion sencilla y conveniente, la senal de control binaria es una senal de control modulada por la amplitud del pulso. Sin embargo, el experto conoce tambien otras formas de modulation, por ejemplo la modulation por frecuencia de pulsos (PFM), las cuales potencialmente podrlan utilizarse para la senal de control binaria.

Para reducir la cantidad de valvulas de conmutacion es posible que varias boquillas de refrigeracion dispuestas unas detras de otra de forma contigua, por ejemplo en la direction de colada, dispuestas de forma contigua de forma transversal con respecto a la direccion de colada, o dispuestas de forma simetrica con respecto al eje central de la barra, sean abastecidas de refrigerante a traves de una valvula de conmutacion.

Para lograr una distribution lo mejor posible de la cantidad de refrigerante sobre la superficie de la barra, respectivamente una valvula de conmutacion abastece de refrigerante a una (unica) boquilla de refrigeracion. Preferentemente, las boquillas de refrigeracion presentan en una abertura entre rodillos una distancia de aproximadamente 100 mm una con respecto a otra.

De acuerdo con una forma de ejecucion sencilla, conveniente en cuanto a los costes y compacta, el elemento de conmutacion es accionado de forma directa, en particular de forma electromagnetica.

De acuerdo con una forma de ejecucion alternativa, el elemento de conmutacion es accionado de forma indirecta, en particular piloteado de forma neumatica o hidraulica. Las valvulas piloto neumaticas e hidraulicas se encuentran disponibles en cualquier pals y pueden cambiarse rapidamente en el caso de una falla.

De acuerdo con una forma de ejecucion eficiente en cuanto a la energla, la valvula de conmutacion presenta una conexion de control neumatica que conecta dos niveles de presion diferentes, donde el nivel de presion mas bajo es mayor que la presion ambiente. De acuerdo con ello, el aire soplado de la valvula piloto puede ser reconducido al compresor, debido a lo cual puede ahorrarse energla o, lo cual es mas simple en cuanto a la tecnologla de los aparatos - desde ese nivel de presion mas reducido, puede escapar hacia el ambiente mediante dispositivos de estrangulacion correspondientes, por ejemplo mediante una valvula de limitation de presion.

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De acuerdo con una forma de ejecucion alternativa, la valvula de conmutacion presenta una conexion de control hidraulica que conecta de forma alternativa dos niveles de presion diferentes.

En una disposicion sencilla, un controlador central de la maquina de colada continua se comunica con varias unidades de control descentralizadas, preferentemente mediante un sistema bus, donde respectivamente una o varias valvulas de control estan asociadas a una unidad de control.

Se ha comprobado como ventajoso que el control de al menos una senal de control modulada por la amplitud del pulso del grupo de una frecuencia portadora y una relacion de la amplitud del pulso de la senal de control modulada por la amplitud del pulso tenga lugar en funcion de una edad de la barra o de una posicion de la barra. Naturalmente, el control podrla tener lugar tambien en funcion de una dureza de la costra y/o de un perfil de temperatura.

Para lograr una expansion aun mas elevada entre la intensidad de refrigeracion maxima y minima es posible que la presion del refrigerante se modifique en funcion de la potencia de refrigeracion deseada (por ejemplo en un rango de 1:3).

Para alcanzar una temperatura uniforme de la superficie de la barra es conveniente que antes del control de la valvula de conmutacion, conmutable de forma activa a traves de una senal de control binaria se realicen los siguientes pasos del metodo:

- determination de una temperatura T de la barra, preferentemente de una temperatura de la superficie de la barra en un area de incidencia del refrigerante que sale desde la boquilla de refrigeracion;

- determinacion de un error de regulation e = Tsoii - T considerando una temperatura deseada Tsoii de la barra;

- calculo de una variable de ajuste u mediante un dispositivo de regulacion, en funcion del error de regulacion e, donde la potencia de refrigeracion deseada se regula mediante la senal de control en funcion de la variable de ajuste u.

Para la fiabilidad de la valvula de conmutacion y de la boquilla de refrigeracion es conveniente que el espacio entre la valvula de conmutacion y la boquilla de refrigeracion, en la posicion cerrada del elemento de conmutacion, sea soplado con aire.

El objeto de acuerdo con la invention se alcanzara igualmente a traves de una valvula de conmutacion segun la revindication 10, la cual presenta:

- una carcasa de la valvula estanca a la presion, la cual comprende al menos una abertura de entrada para introducir el refrigerante en la carcasa de la valvula y al menos una abertura de salida para hacer salir el refrigerante desde la carcasa de la valvula;

- un elemento de conmutacion para abrir y cerrar la abertura de salida, donde el elemento de conmutacion esta realizado de forma movil con respecto a la carcasa de la valvula; y

- un dispositivo de accionamiento para accionar el elemento de conmutacion en funcion de la senal de control, donde al menos una abertura de soplado esta dispuesta en la direction de flujo del refrigerante, antes de la boquilla de refrigeracion, para el soplado de la boquilla de refrigeracion.

De este modo, la valvula de conmutacion presenta una carcasa de la valvula estanca a la presion con un elemento de conmutacion para abrir y cerrar una abertura de salida. El elemento de conmutacion, mediante un dispositivo de accionamiento, en funcion de la senal de control, puede desplazarse desde una posicion abierta - en la cual la abertura de salida se encuentra abierta - hacia una posicion cerrada - en la cual la abertura de salida se encuentra cerrada - y de forma inversa. Mediante una abertura de entrada, un refrigerante puede ser introducido en el interior de la carcasa de la valvula y, mediante la abertura de salida, el refrigerante puede ser conducido hacia el exterior nuevamente, desde el interior de la carcasa de la valvula, y puede ser suministrado a una boquilla de refrigeracion.

De este modo, para aumentar la fiabilidad de la valvula de conmutacion, as! como de la boquilla de refrigeracion, una abertura de soplado se encuentra dispuesta en la direccion de flujo del refrigerante, antes de la boquilla de refrigeracion.

Por ejemplo, la robustez, as! como la protection contra la suciedad, pueden aumentarse de manera que el piston de control presente al menos una abertura de soplado para el soplado - mediante un aire de control neumatico o un aire de soplado separado - del espacio entre la valvula de conmutacion y la boquilla de refrigeracion.

Para lograr un sistema de pulverizacion uniforme se considera conveniente que la abertura de salida se encuentre conectada a una boquilla de refrigeracion para aplicar el refrigerante sobre la barra metalica. Para una constitucion rapida de la presion del refrigerante se considera ventajoso que la abertura de salida de la valvula de conmutacion - en la direccion de flujo del refrigerante - se encuentre dispuesta inmediatamente antes de la boquilla de 5 refrigeracion.

Es posible que la abertura de salida se encuentre conectada a varias boquillas refrigeracion para aplicar el refrigerante sobre una barra metalica. De este modo se reduce la proporcion de la cantidad de valvulas de conmutacion por boquilla de refrigeracion.

Para hacer descender la carga de temperatura de la valvula de conmutacion, en particular del dispositivo de 10 accionamiento (por ejemplo un electroiman), y al mismo tiempo posibilitar una constitucion de presion rapida del refrigerante, se considera ventajoso que entre la abertura de salida de la carcasa de la valvula y una boquilla de refrigeracion se encuentre dispuesta una valvula de retention. Gracias a ello, el espacio entre la abertura de salida cerrada y la valvula de retencion se mantiene bajo presion, de manera que al abrir la abertura de salida la presion necesaria para abrir la valvula de retencion puede constituirse de forma rapida. Ademas, en esa forma de ejecucion 15 no es necesario disponer la valvula de conmutacion - en la direccion de flujo del refrigerante - inmediatamente antes de la boquilla de refrigeracion. Debido a ello se incrementa la robustez.

Para poder establecer y reducir rapidamente el flujo de refrigerante se considera ventajoso que la valvula de retencion, en la direccion de flujo, este dispuesta inmediatamente antes de la boquilla de refrigeracion.

En principio es posible disenar el elemento de conmutacion como una valvula de corredera o como una valvula de 20 asiento. En la realization como valvula de asiento, se considera ventajoso que el refrigerante sea hermetizado sin fugas sin otras valvulas y que se brinde una mayor sensibilidad con respecto a la suciedad.

En el diseno del elemento de conmutacion como valvula de asiento se considera ventajoso que el elemento de conmutacion comprenda un piston de control, donde un fuelle o una membrana gulan el piston de control con respecto a la carcasa de la valvula y eventualmente lo hermetizan.

25 Preferentemente, la membrana o el fuelle se componen de metal inoxidable, preferentemente acero, o de plastico, preferentemente plastico resistente al calor, el cual presente resistencias notables hasta temperaturas superiores a 250°C, como por ejemplo poliimida o polieter eter cetona (PEEK).

En principio es posible disenar el dispositivo de accionamiento como un dispositivo de accionamiento electrico, preferentemente un electroiman, como un dispositivo de accionamiento neumatico, preferentemente como una 30 valvula neumatica de 3/2 vlas o como valvulas neumaticas de 2/2 vlas, o como un dispositivo de accionamiento hidraulico, preferentemente como una valvula hidraulica de 3/2 vlas o como valvulas hidraulicas de 2/2 vlas.

De manera conveniente, una conexion de control de la valvula de conmutacion, as! como de la valvula piloto, se encuentra conectada a un dispositivo de control, mediante tecnologla de senales, preferentemente a traves de una interfaz digital, donde la conexion de control se encuentra realizada por ejemplo como entrada PWM.

35 En una forma de ejecucion conveniente para el mantenimiento, las funciones de control para controlar y eventualmente las funciones de diagnostico para diagnosticar errores para al menos una valvula de conmutacion estan concentradas en una unidad de control descentralizada, donde la unidad de control descentralizada se encuentra conectada a un controlador central, preferentemente mediante una conexion de bus.

En cuanto a la tecnica de montaje se considera conveniente disponer varias valvulas de conmutacion en una 40 abertura entre rodillos de un segmento de la gula de rodillos, reunidas formando una unidad de construction. Se considera ventajoso proporcionar conexiones centrales para el aire comprimido, el refrigerante y eventualmente para el material electrico.

Puesto que la caracterlstica de flujo deseada de la boquilla de refrigeracion es conocida, as! como puede determinarse de forma sencilla (vease Backe: Grundlagen der Olhydraulik), de manera sencilla es posible realizar un 45 control del funcionamiento para una valvula de conmutacion, as! como para una boquilla de refrigeracion: De este modo, a una o a varias valvulas de conmutacion se asocia un dispositivo de medicion de flujo para determinar la cantidad de flujo a traves de la valvula de conmutacion y las valvulas de conmutacion se abren de forma individual; a traves de las valvulas de conmutacion cerradas no circula ningun flujo volumetrico. En el caso de que una boquilla de refrigeracion o una valvula de conmutacion se encuentre defectuosa, una comparacion deseado - real de las 50 cantidades de flujo permite una identification unlvoca de la boquilla de refrigeracion o de la valvula de conmutacion afectada. Se considera ventajoso efectuar esas secuencias de conmutacion de prueba periodicamente en pausas de la colada, de manera que un defecto o una disminucion del funcionamiento se detecten a tiempo. Incluso es posible continuar con el funcionamiento de una maquina de colada continua con una boquilla de refrigeracion o una valvula

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de conmutacion defectuosa, aumentado la relacion de la amplitud del puso x (conocida tambien como "duty cycle") para boquillas de refrigeracion contiguas. De este modo, el cambio de una boquilla de refrigeracion defectuosa, as! como de una valvula de conmutacion defectuosa, puede realizarse en la siguiente detencion prevista de la instalacion, sin influir negativamente en la calidad de la barra. Por la solicitud AT 505035 B1 se conoce la medicion de una curva caracterlstica de flujo sin la medicion del flujo; naturalmente tambien ese metodo podrla utilizarse para controlar el funcionamiento.

Se considera conveniente que a la abertura de soplado se encuentre asociada una valvula de retencion, de manera que por ejemplo el refrigerante no pueda penetrar en la abertura de soplado.

De manera alternativa o adicional con respecto a una abertura de soplado en el piston de control, el espacio entre la abertura de salida de la carcasa de la valvula y una boquilla de refrigeracion puede presentar al menos una abertura de soplado. El soplado con aire comprimido puede efectuarse de forma continua o periodica. A traves del soplado, se impide que la boquilla de refrigeracion se ensucie, por ejemplo a traves de escoria, o la suciedad se retira de forma inmediata. En esa forma de ejecucion, la abertura de soplado puede estar conectada a una fuente de aire de soplado, por ejemplo a un compresor, donde las exigencias de pureza con respecto al aire de soplado son marcadamente mas reducidas que las correspondientes al aire de control, es decir, al aire comprimido que se utiliza para el control de las valvulas.

Para impedir una desviacion de un chorro de refrigerante a traves del soplado, se considera conveniente que varias aberturas de soplado esten dispuestas en un plano normal con respecto a la direccion de flujo del refrigerante o que esten dispuestas en una superficie conica, donde el medio refrigerante atraviesa el cono en la direccion del eje del cono. De este modo, el cono puede presentar un angulo de apertura a de 0°< a <180°, donde preferentemente 15°< a <180°.

Se considera especialmente conveniente que las aberturas de soplado en el plano normal o en la superficie conica esten dispuestas observando una distancia angular constante unas con respecto a otras. De este modo, n aberturas de soplado presentan un angulo p de p=360°/n unas con respecto a otras.

Breve descripcion de los dibujos

Otras ventajas y caracterlsticas de la presente invencion resultan de los ejemplos de ejecucion no restrictivos que se describen a continuation, donde se hace referencia a las siguientes figuras, las cuales muestran lo siguiente:

Figura 1: una disposition de seis boquillas de refrigeracion sobre el lado mas ancho de un desbaste, donde a cada boquilla de refrigeracion se encuentra asociada una valvula de conmutacion;

Figura 2: una representation de una senal de control modulada por la amplitud del pulso y la cantidad de flujo a traves de una boquilla de refrigeracion a lo largo del tiempo;

Figura 3: una representacion de una valvula de conmutacion y de una boquilla de refrigeracion, donde la valvula de conmutacion es piloteada a traves de una valvula neumatica;

Figura 4: una representacion de dos valvulas de conmutacion y de dos boquillas de refrigeracion, donde las valvulas de conmutacion son piloteadas a traves de una valvula neumatica;

Figuras 5 y 6: una valvula de conmutacion piloteada de forma neumatica, con un fuelle de membrana, respectivamente en una position abierta y una position cerrada;

Figuras 7a y 7b: una valvula de conmutacion accionada directamente de forma electromagnetica, con un fuelle ondulado, respectivamente en una posicion abierta y una posicion cerrada;

Figuras 8a y 8b: una valvula de conmutacion accionada de forma neumatica, con una membrana, respectivamente en una posicion abierta y una posicion cerrada;

Figuras 9a y 9b: una valvula de conmutacion accionada directamente de forma electromagnetica, respectivamente en una posicion abierta y una posicion cerrada;

Figuras 10a y 10b: un piston de control de una valvula de conmutacion con perforaciones para el soplado con aire de control, respectivamente en una posicion abierta y una posicion cerrada;

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Figuras 11 y 12: una disposicion de 22 boquillas de refrigeracion sobre el lado mas ancho de un desbaste, donde una valvula de conmutacion comun se encuentra asociada a dos boquillas de refrigeracion posicionadas respectivamente de forma simetrica con respecto al eje central del lado mas ancho;

Figuras 13a y 13b: respectivamente, una representacion de una valvula de conmutacion y de dos boquillas de refrigeracion, donde delante de cada boquilla de refrigeracion se encuentra dispuesta una valvula de retencion;

Figura 14: una representacion de una valvula de conmutacion piloteada de forma neumatica con un fuelle ondulado, en posicion cerrada.

Description de las formas de ejecucion

En la figura 1, seis boquillas de refrigeracion 2 se encuentran dispuestas distribuidas sobre el lado mas ancho de un desbaste 3, donde a cada boquilla de refrigeracion 2 se encuentra asociada una valvula de conmutacion 1. Puesto que a cada boquilla de refrigeracion 2, despues de la apertura de la valvula de conmutacion 1, se aplica la presion del sistema del refrigerante agua, la distribucion de agua 4, as! como el sistema de pulverization, es constante tambien para diferentes valores x de la senal de control 5 modulada por la amplitud del pulso (PWM) representada en la figura 2. Para un sistema de pulverizacion uniforme, tambien en el caso de frecuencias base f = 1/T mas elevadas de la senal de control 5 PWM, la abertura de salida de la valvula de conmutacion, en la direction del flujo del refrigerante, se encuentra situada aguas arriba, de forma inmediata con respecto a la boquilla de refrigeracion 2.

En la figura 2 se representa la senal de control PWM con la cual se controla una valvula de control. Frecuencias mas elevadas conducen a una fluctuation de temperatura mas reducida en la superficie de la barra refrigerada, pero exigen un consumo de energla mayor para controlar las valvulas de conmutacion, y amplitudes del pulso x muy reducidas ya no pueden conmutarse sin perjudicar el sistema de pulverizacion. De los principios de la solidification de la barra en la colada continua resulta que, en el caso del mismo recalentamiento, el perlodo T = 1/f de la conmutacion modulada por la amplitud del pulso debe ser seleccionado de forma proporcional con respecto a la edad de la barra. En base a ello, se sugiere regular la frecuencia de conmutacion mediante la longitud de la instalacion de colada continua, segun ese principio. Para aplicaciones corrientes al refrigerar barras de acero en instalaciones de colada continua ha dado buenos resultados una frecuencia portadora f de aproximadamente 1 Hz en el area anterior de la barra. Del modo representado, la senal de control 5 se trata de una senal binaria que puede asumir un valor HI (de forma logica, uno) o un valor LO (de forma logica, cero). De acuerdo con la figura 2, un valor HI conduce a una posicion abierta del elemento de conmutacion de la valvula de conmutacion 1, de manera que la cantidad de flujo maxima se ha pulverizado sobre la barra 3 a traves de la valvula de conmutacion 1, mediante la boquilla de refrigeracion 2. Sin embargo, tambien serla posible que un valor HI de la senal de control se corresponda con una posicion cerrada del elemento de conmutacion (vease la figura 3). Por otra parte, un valor LO provoca un cierre del elemento de conmutacion, de manera que el flujo es bloqueado. Observado de forma distribuida, la barra 3 experimenta una cantidad media de flujo Q. La asi llamada relation de la amplitud del pulso x define la proportion de la senal de control PWM que presenta un valor HI; expresado de otro modo: un valor x de 100% provoca que la senal de control sea continuamente HI, un valor x de 50% provoca que la senal de control sea respectivamente la mitad HI y LO, y un valor x de 0% provoca que la senal de control sea permanentemente LO.

En la figura 3 se representa una disposicion compuesta por una valvula de conmutacion 1, una valvula piloto 7 neumatica y una boquilla de refrigeracion 2 para refrigerar una barra 3. De este modo, en la valvula piloto 7 de 3/2 vlas, por una parte, se aplica la presion alta 8 neumatica y, por otra parte, una presion baja 9. La valvula piloto es controlada electricamente con una senal de control 5 PWM, de manera que como presion piloto 10 se aplica en la valvula de conmutacion la presion alta 8 o la presion baja 9. Tal como se representa, en el estado con circulation de flujo de la valvula piloto 7, es decir que la senal de control es LO, como presion piloto 10 se aplica la presion baja 9, de manera que la valvula piloto 7 se encuentra abierta y el refrigerante agua es pulverizado sobre la barra 3 mediante la boquilla de refrigeracion 2.

La figura 4 muestra una disposicion similar a la figura 3, donde sin embargo una valvula piloto 7 neumatica de 3/2 vlas controla dos valvulas de conmutacion 1. A su vez, la presion baja 9 se aplica como presion de control 10, de manera que ambas valvulas de conmutacion 1 pulverizan el refrigerante sobre la barra 3 mediante las boquillas de pulverizacion 2.

Las figuras 5 y 6 muestran una forma de ejecucion de una valvula de conmutacion 1, en una posicion abierta y una posicion cerrada, donde la valvula de conmutacion esta realizada como una valvula de asiento con un piston de control 16. En el interior de la carcasa de la valvula 11 un fuelle de membrana 14, por una parte, se encuentra conectado a la carcasa 11 y, por otra parte, se encuentra conectado al piston de control 16, donde el fuelle de membrana gula el piston de control, separa el aire de control 10 del agua de refrigeracion y, en el estado no accionado de la valvula de conmutacion, adicionalmente mantiene en la posicion cerrada el piston de control 16. Si la presion del refrigerante alcanza un valor predeterminado, entonces el piston de control se abre de manera automatica (la as! llamada "fail safe operation"). En la posicion abierta mostrada en la figura 5, el refrigerante puede

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circular sin impedimentos desde una abertura de entrada 12 hacia una abertura de salida 13, de manera que el mismo es pulverizado sobre la barra a traves de la boquilla de refrigeracion 2. La figura 6 muestra la posicion cerrada, donde como presion piloto 10 se aplica una alta presion, de manera que el piston de control 16 cierra la abertura de salida 13. La valvula piloto para pilotear la valvula de conmutacion 1 con la presion piloto 10 no fue representada para una mayor claridad.

En las figuras 7a y 7b se representa otra forma de ejecucion de una valvula de conmutacion 1, respectivamente en una posicion cerrada y una posicion abierta. De este modo, el piston de control 16 es accionado directamente - en concreto de forma electromagnetica - donde en el caso del accionamiento (vease la figura 7b) el piston de control 16 se desplaza hacia el electroiman 17. De este modo se supera la fuerza elastica del fuelle ondulado 15, de manera que el refrigerante puede circular sin obstaculos a traves de la carcasa de la valvula 11, hacia la boquilla de refrigeracion 2. En la figura 7a, ninguna fuerza electromagnetica actua sobre el piston de control 16, de manera que el piston de control 16 es presionado desde el fuelle ondulado 15 contra la abertura de salida de la carcasa de la valvula 11. En ese caso, de este modo, nada de refrigerante puede circular hacia la boquilla de refrigeracion 2.

En las figuras 8a y 8b se representa otra forma de ejecucion de una valvula de conmutacion 1, respectivamente en una posicion abierta y una posicion cerrada. La valvula de conmutacion 1 nuevamente es piloteada mediante una valvula piloto neumatica o hidraulica, no representada, de manera que el piston de control 16 en forma de placas, en la posicion cerrada de la valvula de control 1, es presionado contra la abertura de salida 13 de la carcasa de la valvula 11. En la posicion abierta, la presion ambiente (o una presion levemente aumentada en comparacion con la presion ambiente) se aplica como presion piloto 10, de manera que el piston de control 16 es retraldo hacia la posicion abierta mediante la membrana 18.

En las figuras 9a y 9b se muestra una valvula de conmutacion 1 accionada de forma directa, donde el piston de control 16 es accionado mediante un electroiman 17. En ese caso, la membrana 18 solo debe guiar al piston de control 16; en este caso no es necesaria una funcion de hermetizacion, en tanto el iman pueda ser operado "humedo". En este caso, la membrana 18 podrla reemplazarse tambien por un resorte.

Las figuras 10a y 10b muestran un detalle de un piston de control 16 de una valvula de conmutacion piloteada de forma neumatica, donde el aire de control 22 a traves de perforaciones 19 en el piston de control 16 se utiliza para soplar el espacio entre la valvula de conmutacion y la boquilla de refrigeracion. A traves del soplado se impide la penetracion de suciedad, por ejemplo escoria, en la boquilla de refrigeracion, lo cual afecta favorablemente la fiabilidad de la valvula de conmutacion y del dispositivo de refrigeracion. Se evitan ademas depositos, por ejemplo de cal, en el espacio entre el asiento de la valvula y la boquilla de refrigeracion.

Las figuras 11 y 12 muestran una disposicion de 22 boquillas de refrigeracion que estan distribuidas de modo uniforme sobre el lado mas ancho 3, donde respectivamente dos boquillas de refrigeracion 2 estan dispuestas simetricamente con respecto al eje central del lado mas ancho, donde a esas dos boquillas de refrigeracion se encuentra asociada una valvula de conmutacion 1. La disposicion mencionada provoca por una parte condiciones de temperatura simetricas y, por otra parte, la cantidad de valvulas de conmutacion 1 se reduce en el caso de una separacion lo suficientemente grande de la distribucion de refrigerante 4. No obstante, para influenciar condiciones de solidificacion asimetricas, puede ser ventajoso asociar una unica valvula de conmutacion 1 a cada boquilla de refrigeracion. En esa forma de ejecucion a todas las valvulas de conmutacion 1 se aplica una presion piloto 10 comun, donde la diferente apertura o cierre de un elemento de conmutacion de una valvula de conmutacion 1 se alcanza a traves de rigideces del resorte seleccionadas de modo diferente.

Las figuras 13a y 13b muestran dos formas de ejecucion de una valvula de conmutacion 1 controlada de forma directa, por ejemplo a traves de un electroiman, como en las figuras 7a, 7b, 9a, 9b; donde dicha valvula abastece de refrigerante a dos boquillas de refrigeracion 2. En la figura 13a, en la direccion de flujo 23 del refrigerante, respectivamente entre una abertura de salida 13 de la valvula de conmutacion 1 y una boquilla de refrigeracion 2, se encuentra dispuesta una valvula de retencion con un resorte 20; en lugar de la valvula de retencion con un resorte 20, en la figura 13b se muestra una valvula de retencion 20 controlada por piloto. En esa forma de ejecucion no es necesario disponer la valvula de conmutacion 1 en las proximidades de la boquilla de refrigeracion 2, ya que incluso en el caso de una valvula de conmutacion 1 cerrada una presion hidraulica se encuentra encerrada en las llneas entre la valvula de conmutacion 1 y la valvula de retencion 20. Despues de la apertura de la valvula de conmutacion 1, en la llnea solo debe constituirse una presion relativa mas reducida para desbloquear la valvula de retencion 20 y pulverizar el refrigerante sobre la barra 3, en la direccion de flujo 23. A traves de la disposicion de la valvula de retencion 20 inmediatamente antes de la boquilla de refrigeracion 2 solamente una cantidad muy reducida de refrigerante es aplicada aun sobre la barra 3 despues del cierre de la valvula de conmutacion 1 (la as! llamada pulverizacion posterior).

Para impedir un atascamiento de la boquilla de refrigeracion 2 a traves de suciedad o de depositos (cal, etc.), de manera opcional, entre la valvula de retencion 20 y la boquilla de refrigeracion 2, puede estar dispuesto para el soplado tambien un dispositivo de soplado (por ejemplo una abertura de soplado - veanse las figuras 10a y 14, referencia 19 - o una conexion separada de aire comprimido).

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La figura 14 muestra una valvula de conmutacion 1 piloteada de forma neumatica, con un fuelle ondulado 15. En el interior de la carcasa de la valvula 11 se encuentra un piston de control 16 al que se aplica una presion de control 10. A traves de la presion de control, el piston de control 16 es presionado contra la abertura de salida 13 - la cual no puede observarse en esta vista - de manera que nada de refrigerante puede circular desde la abertura de entrada 12 hacia la boquilla de refrigeracion 2. Para reducir los costes operativos correspondientes al aire de control, relativamente costoso, (veanse las figuras 10a, 10b), la valvula de control 1, en la direccion de flujo 23, antes del extremo de la boquilla de refrigeracion 2 presenta dos aberturas de soplado 19 que son sopladas permanentemente con aire de soplado. Para ello, las aberturas de soplado 19 se encuentran conectadas a una fuente de aire comprimido. Las dos aberturas de soplado, en un plano normal con respecto a la direccion de flujo 23, estan dispuestas de forma opuesta una con respecto a otra (desplazamiento angular p = 180°), de manera que el aire de soplado no desvla un chorro de refrigerante.

La disposicion de al menos una abertura de soplado entre una abertura de salida 13 de la carcasa de la valvula 11 y una boquilla de refrigeracion no se limita a valvulas de conmutacion 1 piloteadas de forma neumatica; esta forma de ejecucion puede emplearse naturalmente tambien en el caso de valvulas de conmutacion controladas de forma directa (veanse las figuras 7a, 7b, 9a, 9b).

Naturalmente, la invencion no se limita de ningun modo a formatos de desbastes; mas bien puede aplicarse tambien en formatos de palanquillas, desbastes cuadrados, y en los as! llamados formatos "en forma de hueso de perro" (beam blank).

Lista de referencias

1 valvula de conmutacion

2 boquilla de refrigeracion

3 barra

4 distribucion de agua

5 senal de control

6 cantidad de flujo

7 valvula piloto

8 presion alta

9 presion baja

10 presion de control

11 carcasa de la valvula

12 abertura de entrada

13 abertura de salida

14 fuelle de membrana

15 fuelle ondulado

16 piston de control

17 electroiman

18 membrana

19 perforacion

20 valvula de retencion

21 agua de refrigeracion

22 aire de control

23 direccion de flujo e error de regulacion

5 f frecuencia portadora

x relacion de amplitud del pulso u variable de ajuste Tpmm perlodo T temperatura

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Claims

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REIVINDICACIONES

1. Metodo para refrigerar una barra metalica (13), preferentemente una barra de acero, en una gula de rodillos de una maquina de colada continua, el cual presenta los siguientes pasos del metodo:

- control activo de una valvula de conmutacion (1) conmutable a traves de una senal de control binaria (5), donde el control tiene lugar en funcion de una potencia de refrigeracion deseada;

- accionamiento de un elemento de conmutacion (16) de la valvula de conmutacion en funcion de la senal de control (5), donde el elemento de conmutacion (16), en funcion de la senal de control (5), es llevado desde una posicion cerrada hacia una posicion abierta, o de forma inversa, y el flujo de un refrigerante (21) a traves de la valvula de control (1) se encuentra abierto en el caso de una posicion abierta del elemento de conmutacion (16) y se encuentra cerrado en el caso de una posicion cerrada del elemento de conmutacion (16); a continuacion

- aplicacion intermitente del refrigerante (21), mediante una boquilla de refrigeracion (2), en la barra (3).
2. Metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la senal de control binaria (5) es una senal de control (5) modulada por la amplitud del pulso (PWM).
3. Metodo segun una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque el elemento de conmutacion (16) es accionado de forma directa, en particular de forma electromagnetica.
4. Metodo segun una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque el elemento de conmutacion (16) es accionado de forma indirecta, en particular de forma neumatica o hidraulica.
5. Metodo segun la reivindicacion 4, caracterizado porque la valvula de conmutacion (1) es piloteada de forma neumatica, donde la presion piloto (10) neumatica, de manera alternativa, conecta dos niveles de presion (8, 9) diferentes, donde preferentemente el nivel de presion (9) mas reducido es mayor que la presion ambiente.
6. Metodo segun la reivindicacion 2, caracterizado porque el control de al menos una senal de control (5) modulada por la amplitud del pulso del grupo de una frecuencia portadora (f) y una relacion de la amplitud del pulso (x) de la senal de control modulada por la amplitud del pulso (5) tiene lugar en funcion de una edad de la barra o de una posicion de la barra, de la barra (3).
7. Metodo segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la presion del refrigerante (21) se modifica en funcion de la potencia de refrigeracion deseada.
8. Metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado porque antes del control de la valvula de conmutacion (1) activamente conmutable, a traves de una senal de control binaria (5), se realizan los siguientes pasos del metodo:

- determinacion de una temperatura T de la barra (3), preferentemente de una temperatura de la superficie de la barra (3) en un area de incidencia del refrigerante (21), que sale desde la boquilla de refrigeracion (2), sobre la barra

(3);

- determinacion de un error de regulacion e = Tsoll - T considerando una temperatura deseada Tsoll de la barra (3);

- calculo de una variable de ajuste u mediante un dispositivo de regulacion, en funcion del error de regulacion e, donde la potencia de refrigeracion deseada se regula mediante la senal de control (5) en funcion de la variable de ajuste u.
9. Metodo segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el espacio entre la valvula de conmutacion (1) y la boquilla de refrigeracion (2) en la posicion cerrada del elemento de conmutacion (16) es soplado con aire (22).
10. Valvula de conmutacion (1) para la apertura y el cierre intermitentes de un flujo volumetrico de un refrigerante (21) que es adecuado para refrigerar una barra metalica (3) en una gula de rodillos de una maquina de colada continua, la cual presenta:

- una carcasa de la valvula (11) estanca a la presion, la cual comprende al menos una abertura de entrada (12) para introducir el refrigerante (21) en la carcasa de la valvula (11) y al menos una abertura de salida (13) para hacer salir el refrigerante (21) desde la carcasa de la valvula (11);

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- un elemento de conmutacion (16) para abrir y cerrar la abertura de salida (13), donde el elemento de conmutacion (16) esta realizado de forma movil con respecto a la carcasa de la valvula (11); y

un dispositivo de accionamiento (7, 17) para accionar el elemento de conmutacion (16) en funcion de una senal de control (5), caracterizada porque al menos una abertura de soplado (19) esta dispuesta en la direccion de flujo (23) del refrigerante, antes de la boquilla de refrigeracion (2), para el soplado de la boquilla de refrigeracion (2).
11. Dispositivo segun la reivindicacion 10, caracterizado porque la abertura de salida (13) esta conectada a una boquilla de refrigeracion (2) para aplicar el refrigerante (21) sobre la barra (3).
12. Dispositivo segun la reivindicacion 10, caracterizado porque la abertura de salida (13) esta conectada a varias boquillas de refrigeracion (2) para aplicar el refrigerante (21) sobre la barra (3).
13. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 11 a 12, caracterizado porque entre la abertura de salida (13) de la carcasa de a valvula (11) y una boquilla de refrigeracion (2) esta dispuesta una valvula de retencion (20).
14. Dispositivo segun la reivindicacion 13, caracterizado porque la valvula de retencion (20), en la direccion de flujo (23), se encuentra dispuesta inmediatamente antes de la boquilla de refrigeracion (2).
15. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado porque el elemento de conmutacion (16) comprende un piston de control (16), donde un fuelle (14, 15) o una membrana (18) gulan el piston de control (16) con respecto a la carcasa de la valvula (11) o eventualmente lo hermetizan.
16. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 10 a 15, caracterizado porque el dispositivo de accionamiento (7, 17) esta disenado como un dispositivo de accionamiento electrico, preferentemente como un electroiman (17).
17. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 10 a 15, caracterizado porque el dispositivo de accionamiento (7, 17) esta disenado como un dispositivo de accionamiento neumatico, preferentemente como una valvula neumatica de 3/2 vlas (7) o como valvulas neumaticas de 2/2 vlas (7).
18. Dispositivo segun la reivindicacion 10, caracterizado porque el piston de control (16) presenta al menos una abertura de soplado (19) para soplar el espacio entre la valvula de conmutacion (1) y la boquilla de refrigeracion (2).
19. Dispositivo segun la reivindicacion 18, caracterizado porque a la abertura de soplado (19) se encuentra asociada una valvula de retencion (20).
20. Dispositivo segun la reivindicacion 10, caracterizado porque al espacio entre la abertura de salida (19) de la carcasa de la valvula (11) y una boquilla de refrigeracion (2) se encuentra asociada al menos una abertura de soplado (19).
21. Dispositivo segun la reivindicacion 20, caracterizado porque varias aberturas de soplado (19) estan dispuestas en un plano normal con respecto a la direccion del flujo del refrigerante o sobre una superficie conica, donde el refrigerante atraviesa el cono que se encuentra asociado a la superficie conica, en la direccion del eje del cono.
22. Dispositivo segun la reivindicacion 21, caracterizado porque las aberturas de soplado (19) en el plano normal o sobre la superficie conica estan dispuestas unas con respecto a otras observando una distancia angular constante.
23. Barra de refrigeracion, caracterizada porque varias valvulas de conmutacion (1) y boquillas de refrigeracion (2) segun una de las reivindicaciones 10 a 23 estan reunidas formando una unidad de construction, para la disposition en una abertura entre rodillos de la gula de rodillos.