ES2639741T3

ES2639741T3 - Métodos de fabricación y aparato para la lubricación específica en la laminación de metal en caliente

Info

Publication number: ES2639741T3
Application number: ES14720800.3T
Authority: ES
Inventors: Krzysztof Ryszard Januszkiewicz
Original assignee: Novelis Inc Canada; Novelis Inc
Current assignee: Novelis Inc Canada; Novelis Inc
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2017-10-30
Anticipated expiration: 2034-03-13
Also published as: JP2016512174A; EP2969278B1; KR20160012994A; CN105339101A; WO2014151731A1; EP2969278A1; US20140260476A1; BR112015018406A2

Abstract

Aparato de laminación de metal, comprendiendo dicho aparato: al menos una caja de laminación que tiene un par de rodillos entre los que se lamina una chapa de metal para reducir su espesor, en el que el par de rodillos incluye un rodillo superior y un rodillo inferior; una bomba de fluido de refrigeración (10) adaptada para bombear fluido de refrigeración a una o más boquillas de refrigeración a través de un sistema de canalización; una bomba de lubricante (20) adaptada para bombear un lubricante jugo en el sistema de canalización, un conjunto de boquillas de lubricación de mordedura adaptadas para descargar un fluido de lubricación en un lado de entrada de cada rodillo superior e inferior del par de rodillos, comprendiendo el conjunto de boquillas de lubricación de mordedura una o más boquillas de lubricación de mordedura (25) orientadas hacia una zona de mordedura de rodillos del par de rodillos y a la chapa de metal; un conjunto de boquillas de refrigeración adaptadas para descargar el fluido de refrigeración sobre una superficie de rodillo del rodillo superior por encima de la pulverización de mordedura y descargar el fluido de refrigeración sobre una superficie de rodillo del rodillo inferior por debajo de la pulverización de mordedura, comprendiendo el conjunto de boquillas de refrigeración una o más boquillas de refrigeración (24); caracterizado por que el sistema de canalización está configurado de manera que el lubricante jugo se mezcla con el fluido de refrigeración para formar el fluido de lubricación antes de la descarga a través de una o más boquillas de lubricación de mordedura mientras el fluido de refrigeración fluye a las boquillas de refrigeración de manera que el fluido de lubricación descargado es un fluido de lubricación producido por la mezcla del fluido de refrigeración con el lubricante jugo.

Description

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DESCRIPCION

Metodos de fabricacion y aparato para la lubricacion espedfica en la laminacion de metal en caliente Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un aparato de laminacion de chapa de metal y a un metodo de laminacion de chapa.

En particular, la invencion proporciona metodos de fabricacion y un aparato que proporciona lubricacion mejorada para mejorar la calidad de la superficie de chapa de metal laminada, tal como aluminio laminado en caliente.

Tecnica anterior

El documento EP 1 193 004 A1 describe un aparato de laminacion de chapa de metal de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1 y un metodo de laminacion de chapa que comprende: laminar una chapa de metal entre un par de rodillos de un aparato de laminacion de metal; y lubricar una interfaz entre el metal laminado y cada rodillo del par de rodillos con un fluido de lubricacion durante el laminado, comprendiendo el fluido de lubricacion una mezcla de un fluido de refrigeracion y un lubricante jugo.

Breve descripcion

Es un objeto de la presente invencion proporcionar un metodo de fabricacion y un aparato de laminacion que tiene una lubricacion espedfica mejorada para mejorar la calidad de la superficie de la chapa de metal laminada y la eficiencia en la produccion. La invencion es particularmente util en la laminacion en caliente de aluminio en un laminador que tiene multiples cajas de rodillos.

Este objeto se consigue mediante un aparato de acuerdo con la reivindicacion 1 y mediante un metodo de acuerdo con la reivindicacion 4.

De acuerdo con ciertos aspectos, la invencion proporciona el suministro de un lubricante, a menudo un lubricante mal emulsionado, a una o mas boquillas de lubricacion para descargar en los rodillos, preferiblemente orientadas hacia la lmea de contacto o de mordedura entre rodillos (por ejemplo, boquillas de mordedura). En un aspecto, el lubricante mal emulsionado se suministra solamente a cajas de laminacion, rodillos o cabezales espedficos. En ciertas realizaciones, el lubricante mal emulsionado se puede suministrar a diferentes columnas de rodillos de laminacion, rodillos o cabezales en diferentes cantidades o composiciones. Esta lubricacion espedfica permite un control mejorado de la lubricacion (por ejemplo, un aumento o disminucion de la friccion) en cajas de laminacion espedficas segun sea necesario. En general, la velocidad de suministro de un componente lubricante o lubricante adicional debe ser tal que no exceda la velocidad de adicion diaria de lubricante de relleno. La lubricacion espedfica con un lubricante mal emulsionado puede mejorar rapidamente la calidad de la superficie del aluminio laminado y mejorar la uniformidad en la lubricacion durante el proceso de laminado. Esta caractenstica tambien puede usarse para superar otros problemas diferentes de control de laminado disminuyendo o aumentando la friccion entre el rodillo de trabajo y las superficies de la tira de aluminio como se requiere para controlar la friccion diferencial entre el aluminio y los rodillos de trabajo superiores frente a los rodillos inferiores, o problemas de tension creados por el derrape en algunas cajas de rodillos.

Breve descripcion de los dibujos

La figura 1 muestra un esquema de un laminador convencional.

Las figuras 2A-2B muestran esquemas de laminadores en tandem de laminacion en caliente de aluminio de acuerdo con ciertos aspectos de la invencion.

La figura 3 muestra un cabezal convencional (mostrado en las vistas I, II) y un cabezal modificado (mostrado en la vista III) de acuerdo con aspectos de la invencion.

La figura 4 muestra un laminador en tandem con cabezal de pulverizacion de mordedura adicional de acuerdo con aspectos de la invencion.

La figura 5 ejemplifica graficamente los efectos de lubricantes que tienen diferentes concentraciones de emulsionante en el espesor de pelfcula de aceite durante la laminacion en caliente.

La figura 6 ejemplifica graficamente el efecto de lubricantes que tienen diferentes emulsiones de concentracion de aceite-agua en el espesor de pelfcula de aceite durante la laminacion en caliente.

La figura 7 compara graficamente las cargas de laminacion en caliente con lubricantes utilizados en forma de emulsion con las cargas de laminacion para los mismos lubricantes en forma pura sin agua.

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Descripcion detallada

Las realizaciones de la invencion se refieren a un laminador para laminar en caliente metal, en concreto laminacion en caliente de aluminio con un laminador que tiene multiples cajas de columnas de rodillos, y a metodos para laminar metal, como se describe en el presente documento.

La laminacion de metales, tales como aluminio, en laminadores de bandas en caliente, es un tipo de proceso de formacion de metal que es bien conocido. En un proceso de formacion de metal mediante laminacion, el material metalico es transportado a traves de un par de rodillos, conocidos como columna de rodillos, y laminado en una bobina o cortado en chapas. El tipo de proceso de laminacion se clasifica de acuerdo con la temperatura del metal laminado. Si la temperatura del metal sobrepasa su temperatura de recristalizacion durante la laminacion, el proceso se denomina laminacion en caliente; si la temperatura permanece por debajo de la temperatura de recristalizacion, entonces el proceso se denomina laminacion en fno. Normalmente, el metal es laminado a traves de una pluralidad de cajas de rodillos o columnas de rodillos, reduciendose el espesor de la chapa de metal a medida que pasa a traves de cada columna y formandose una superficie acabada lisa. Las diferentes columnas pueden tener diferentes configuraciones o condiciones de funcionamiento o presion aplicada dependiendo del proceso.

La figura 1 representa un laminador convencional que tiene tres columnas de rodillos, la columna A, la columna B y la columna C, a traves de las cuales una chapa de metal 1 reduce su espesor en un proceso de formacion de metal mediante laminacion en caliente. Debido a que la temperatura, la friccion y la deformacion del metal entrante durante el laminado crean un calor significativo en el rodillo de cada columna, el laminador incluye un sistema de refrigeracion que descarga un fluido de refrigeracion, tal como agua, aunque mas a menudo emulsion de aceite lubricante en agua, sobre los rodillos para transferir calor y evitar el sobrecalentamiento de los rodillos durante el proceso de formacion de metal. Tfpicamente, el sistema de refrigeracion incluye una bomba de refrigerante 10 que bombea el mismo fluido de refrigeracion a traves de varias boquillas de descarga del sistema de refrigeracion. El sistema de refrigeracion incluye cabezales de refrigerante de rodillo 23, conteniendo cada uno 2 o 3 filas de boquillas 24 orientadas hacia un lado de entrada de una columna de rodillos que descarga fluido de refrigeracion sobre las superficies de rodillo en un lado aguas arriba del par de rodillos. Algunos laminadores pueden tener tambien boquillas de refrigerante apuntando hacia los rodillos en el lado de salida de metal de cada columna de rodillos.

Con el fin de proporcionar un nivel de friccion constante, se utiliza una emulsion de lubricante en agua que tiene una concentracion relativamente baja de lubricante como fluido de refrigeracion, el cual se descarga a continuacion a traves de todas las boquillas del sistema de refrigeracion. El lubricante emulsionado proporciona una capa delgada de lubricante sobre la superficie de los rodillos durante la laminacion. Debido a que el agua y el lubricante son tfpicamente inmiscibles, para evitar la separacion y asegurar una cantidad constante de lubricante suministrado con el agua de refrigeracion, se usan emulsionantes para formar una emulsificacion a fin de asegurar una distribucion mas uniforme de lubricante dentro del agua de refrigeracion. Un inconveniente de tales tecnicas convencionales es que ciertas formulaciones pueden requerir mas emulsionantes de lo que sena deseable, ya que la presencia de emulsionantes puede reducir la eficacia global del lubricante y aumentar aun mas los costes. Otro inconveniente es que la emulsion lubricante es descargada desde todas las boquillas de refrigeracion con una capacidad limitada para modificar la concentracion de lubricante segun sea necesario para una columna de rodillos o producto laminado particular. Ademas, el mantenimiento tfpico de los refrigerantes de laminacion en caliente requiere una descarga parcial del refrigerante en uso cuando se contamina. Esto da lugar a que el lubricante sea desperdiciado proporcionalmente a su concentracion en el fluido de refrigeracion.

Para evitar depositar mas lubricante del necesario, se utiliza generalmente un fluido de refrigeracion que tiene un nivel relativamente bajo de lubricante emulsionado. Incluso cuando se utilizan tales tecnicas, todavfa pueden producirse variaciones en la friccion, lo que deriva en una mala calidad de la superficie del metal laminado y/o cargas de laminacion excesivas con friccion o derrape excesivo de los rodillos de trabajo sobre el metal con una friccion inadecuada. En muchos sistemas convencionales, una vez que se observa friccion o dificultades excesivas, se inyecta una cantidad adicional de lubricante (por ejemplo, aceite, aceite sintetico o similar) en la lmea comun de refrigerante de suministro de laminacion, a veces sin emulsionantes, para su descarga a traves de todos los cabezales y boquillas de refrigerante, un proceso comunmente conocido como “extraccion de jugo”. Esto soluciona temporalmente el problema aumentando la capa de lubricacion, reduciendo de este modo la friccion en el rodillo de la columna en el que se desea una lubricacion adicional, asf como en cada uno de los otros rodillos de la columna. Dado que el lubricante se incorpora en el fluido de refrigeracion a traves del sistema de refrigeracion, para evitar sobrepasar la concentracion deseada de lubricante en el refrigerante, la adicion de lubricante de esta manera generalmente solo puede hacerse durante un tiempo limitado o a una “velocidad de extraccion de jugo” muy baja. Por ejemplo, como se muestra en los resultados experimentales en la Tabla 1, la adicion de 1,24919 m3 (330 galones) del Lubricante de Extraccion de Jugo (JL = formulacion de laminacion en caliente a menudo sin emulsionantes) en el lado de succion de la bomba de suministro de refrigerante durante 15 minutos, introduce en el fluido de refrigeracion que fluye hacia el laminador solo aproximadamente un 6,25 % mas de aceite en forma de gotitas de aceite sueltas. Tal efecto directo de lubricacion dura entre 10 y 15 minutos, que es el tiempo equivalente de laminacion de 2 bobinas de chapa de metal. Con una mayor velocidad de bombeo del Lubricante Jugo, se pueden producir incrementos mayores en la cantidad de lubricante que fluye al laminador, por ejemplo, anadiendo un 9,1 % mas de lubricante durante 10 minutos.

TABLA 1: Aumento relativo de concentracion de aceite durante la extraccion de jugo de refrigerante de laminacion en caliente

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caudal de refrigerante [m3/min] [GPM]: 0,021622272 (5,712)

concentracion de aceite [%]: 8

caudal de aceite [m3/min] [GPM]: 1,72993 (457)

volumen de caja SJ [m3] ([Gal]): 1,24919 (330)

tiempo accion/efecto [min]: 15 10

caudal SJ [m3/min] [GPM]: 0,0832791 (22) 0,124919 (33)

fraccion de aceite como SJ [%]: 6,25 9,1

Teniendo en cuenta lo anterior, la laminacion con metodos de lubricacion convencionales aumenta los costes y disminuye el rendimiento, ademas de complicar el proceso de laminacion ya que la laminacion de algunos productos debe ser retardada y ajustada cuando se observan problemas asociados a una lubricacion insuficiente. Este enfoque tambien puede requerir una reelaboracion o ajuste importante de la composicion de refrigerante. Por tanto, existe la necesidad de un aparato de laminacion y de metodos que proporcionen una uniformidad y un control mejorados de la lubricacion en la laminacion en caliente de chapa de metal, que eviten los inconvenientes asociados a metodos convencionales y proporcionen una laminacion mejorada sin complicar innecesariamente o aumentar los costes y el tiempo asociados al proceso de laminacion. Ademas, sena adicionalmente deseable que tales metodos o aparato pudieran ser incorporados como una modificacion o readaptacion de un laminador convencional.

En un aspecto, la presente invencion permite una lubricacion espedfica de columnas de rodillos y/o boquillas de pulverizacion de mordedura seleccionadas de un aparato de laminacion en caliente, lo que permite una lubricacion y un control mas constantes de la lubricacion en diferentes columnas de rodillos. La lubricacion mejorada, permitida por las realizaciones de la invencion, proporciona una mejor calidad de la superficie y aumenta el rendimiento y la eficiencia en la produccion. En ciertos aspectos, la lubricacion espedfica incluye el suministro de un lubricante mal emulsionado (posiblemente, aunque no necesariamente, con pocos o ningun agente emulsionante) a boquillas de lubricacion orientadas hacia la lmea de contacto entre rodillos de la columna de rodillos (pulverizaciones de mordedura), las boquillas de lubricacion para una columna particular alimentada por un cabezal. Debido a que el suministro del lubricante adicional, en estos aspectos, es espedfico solo para las pulverizaciones de mordedura y solo para los cabezales espedficos, la cantidad total de lubricante suministrado es menor que la de las practicas actuales de extraccion de jugo “no espedficas”. Esto permite utilizar una “lubricacion espedfica” o “extraccion de jugo” durante un penodo de tiempo mas largo, mejorando asf la calidad de la superficie de un mayor numero de bobinas. Por ejemplo, con un flujo de pulverizacion de mordedura de 1,24919 (330 GPM) a traves de ambas boquillas, el efecto directo de los mismos 1,24919 m3 (330 galones) de Lubricante de extraccion de jugo se puede extender a 188 minutos (suponiendo que la tasa de inyeccion produzca 6,25 % de aceite adicional con relacion al aceite originalmente presente en el refrigerante) o se puede extender a 125 minutos con la tasa de inyeccion produciendo un 9,1 % de aceite adicional. Estos aumentos en la duracion del efecto permitinan una produccion diaria de laminacion mejorada de bobinas (CES) de material para tapas de lata o de otras aleaciones sensibles a la superficie que normalmente requieren tecnicas convencionales de extraccion de jugo.

En las figuras 2A-4, se representan realizaciones de la invencion, de acuerdo con los aspectos descritos anteriormente. La figura 2A ilustra un laminador que proporciona un suministro espedfico y controlado de lubricante a columnas de rodillos. El sistema de canalizacion ha sido modificado de manera que las boquillas de descarga de refrigeracion de rodillos de trabajo que previamente descargaron el mismo fluido de refrigeracion a traves de todas las agrupaciones de boquillas (refrigerante y pulverizaciones de mordedura) estan configuradas para descargar una emulsion suelta de lubricante formada en un mezclador estatico a traves de las boquillas de pulverizacion de mordedura y fluido de refrigeracion a traves de las boquillas de refrigerante.

La configuracion de laminador en la figura 2A, similar a la de la figura 1, se ha modificado para proporcionar un suministro espedfico de lubricante a columnas de rodillos seleccionadas. El laminador incluye una bomba de lubricacion independiente 20 y una bomba de fluido de refrigeracion 10. La bomba de fluido de refrigeracion 10 se acoplada de manera fluida con el conjunto de boquillas de pulverizacion de refrigerante 24 del cabezal 23 para cada columna a traves de un sistema de canalizacion. El sistema de canalizacion incluye un mezclador en lmea 22 en columnas seleccionadas para permitir la formacion de la emulsion suelta para su descarga en la columna seleccionada cuando se desee. En esta realizacion, el laminador esta configurado con un conjunto de boquillas de lubricacion de mordedura 25 en la entrada de la columna A que descargan refrigerante directamente hacia la mordedura de los rodillos de la columna A y el metal laminado 1. La bomba de lubricacion 20 se acopla de manera fluida a las boquillas de lubricacion de mordedura 25 a traves de una seccion de lubricacion del sistema de canalizacion que incluye el mezclador estatico en lmea 22.

En lugar de introducir una emulsion de lubricante en la lmea de suministro del fluido de refrigeracion, el lubricante se introduce en la seccion de lubricacion a traves de una lmea independiente y se mezcla en el mezclador en lmea 22 con el fluido de refrigeracion. La introduccion de lubricante en el flujo de refrigerante se controla de manera selectiva a traves de una valvula 21. El lubricante se mezcla con el agua de refrigeracion para formar una emulsion suelta, que es una emulsion que contiene gotitas de lubricante relativamente grandes que pueden unirse y separarse del agua de refrigeracion. La emulsion suelta es descargada despues a traves de las boquillas de lubricacion en los

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rodillos de la columna de rodillos seleccionados, en esta realizacion, descargada en el espacio entre rodillos a traves de las boquillas de lubricacion de mordedura 25. De este modo, al introducirse de manera selectiva lubricante en la mezcla estatica en lmea, la lubricacion en el espacio entre rodillos puede controlarse facilmente a lo largo del proceso de laminacion sin alterar de otro modo el flujo o la composicion del agua de refrigeracion descargada a traves de las boquillas restantes.

En un modelo de funcionamiento de un laminador ejemplar, el diseno del sistema asegura un flujo de refrigerante de pulverizacion de mordedura de 1,24919 m3/min (330 GPM) y una inyeccion de hasta 0,0113562 m3/min (3 GPM) de aceite poco emulsionable (“lubricante jugo”) a una presion de funcionamiento de 150 psi. Dadas estas caractensticas de funcionamiento, un mezclador estatico de 4” de diametro y 40” de longitud permite una incorporacion suficiente del aceite inyectado y el agua de refrigeracion para formar una emulsion suelta para su descarga a traves de las boquillas de lubricacion. La velocidad lineal calculada de flujo de refrigerante a traves del mezclador sena de 2,52984 m/s (8,3 ft/s) con una cafda de presion de 5,5 psi. Generalmente, se recomienda un caudal mmimo de 0,3048 m/s (1 ft/s) para mantener un flujo turbulento en el mezclador estatico, aunque para la mayona de las aplicaciones de mezcla un caudal de 0,6096-0,9144 m/s (2-3 ft/s) debena ser suficiente. En algunas realizaciones, un caudal de 2,1336-2,4384 m/s (7-8 ft/s) puede ser particularmente adecuado para crear dispersiones lfquido- lfquido. Se aprecia que pueden usarse mezcladores de diversos tamanos y formas de acuerdo con los principios de la presente invencion. Generalmente, una bomba 20 capaz de suministrar un flujo de lubricante de 0,0113562 m3/min (3 galones por minuto) a una presion de 170 psi sena adecuada para inyectar el lubricante puro delante del mezclador estatico, aunque pueden utilizarse otras bombas diferentes dependiendo del sistema particular y las caractensticas de funcionamiento asociadas. Antes del puerto de inyeccion de lubricante, parte de la corriente de suministro de caja de refrigerante de laminador es dividida a partir de la lmea de suministro de refrigerante de caja de 6” u 8” tfpica en una lmea de suministro de pulverizacion de mordedura independiente de diametro menor, tal como un diametro de 4”, que esta provista del tubo mezclador estatico 22. El lubricante jugo se suministra desde el deposito de lubricante puro y se inyecta en la lmea de suministro de pulverizacion de mordedura justo aguas arriba del mezclador estatico. Tfpicamente, esto utiliza una bomba especialmente seleccionada que tiene la presion adecuada y un caudal controlado con precision. El lubricante se mezcla con el refrigerante en el mezclador estatico 22 y luego es llevado por la corriente de refrigerante de pulverizacion de mordedura al cabezal 23 y descargado a traves de las boquillas de pulverizacion de mordedura 25.

En otros aspectos, el sistema de laminacion esta adaptado para permitir un suministro espedfico del lubricante entre dos o mas columnas de rodillos de un laminador. En algunas realizaciones, el sistema puede incluir una pluralidad de bombas de lubricante, cada una acoplada de manera fluida con las boquillas de lubricacion en una o mas columnas o en diferentes columnas de rodillos. Esta caractenstica permite el suministro de diferentes cantidades y/o tipos de lubricantes a una o mas columnas seleccionadas. En otras realizaciones, el sistema puede incluir una o mas valvulas adicionales entre la bomba de lubricante y las boquillas de lubricacion asociadas con cada columna, de manera que el ajuste de la una o mas valvulas adicionales permite el suministro de diferentes cantidades/concentraciones de lubricante a una o mas columnas, a columnas diferentes o variar durante el proceso de laminacion segun sea necesario. El ajuste de una o mas valvulas puede realizarse ya sea mediante control de entrada de usuario o mediante un algoritmo de control automatico basado en diversas caractensticas de funcionamiento.

La figura 2B ilustra otra realizacion en la que el sistema de canalizacion incluye un mezclador estatico 22 en multiples columnas para permitir una lubricacion selectiva, segun sea necesario, en una columna de rodillos particular. El sistema de canalizacion ha sido modificado de manera que las boquillas de descarga de refrigeracion de rodillos de trabajo que previamente descargaron el mismo fluido de refrigeracion a traves de todas las agrupaciones de boquillas (refrigerante y pulverizaciones de mordedura) estan configuradas para descargar una emulsion suelta de lubricante formada en el mezclador estatico 22 a traves de las boquillas de pulverizacion de mordedura en cada columna, mientras que el fluido de refrigeracion continua descargandose a traves de las boquillas de refrigerante. Mediante el uso de las valvulas 21, el lubricante jugo se introduce selectivamente de manera que la emulsion suelta se forma para su descarga solo en las columnas seleccionadas. Esto puede ser util durante un procedimiento de laminacion en el que se desea lubricacion adicional en un espacio entre rodillos de boquillas aguas abajo en ciertos momentos durante el proceso de laminacion. Ademas, la lubricacion en cada columna se puede ajustar facilmente, ya sea manual o automaticamente, en respuesta a una friccion o resbalamiento excesivo observado o determinado en una columna particular.

Dado que el suministro de lubricante es espedfico, el lubricante puede ser suministrado al lugar en el que tenga el mayor efecto sobre la calidad de la superficie del metal laminado y sobre el rendimiento de laminacion del laminador. Por ejemplo, la calidad de la superficie relaminada en la mayona de los laminadores se puede mejorar notablemente orientando las pulverizaciones de refrigerante de mordedura/lubricacion hacia la lmea de contacto entre rodillos. Ademas, durante la laminacion, solo algunas cajas pueden funcionar en condiciones de falta de lubricacion, lo que deriva en un acabado de superficie de mala calidad. En base a los datos empmcos mostrados en los graficos de las figuras 5 y 6, el espesor optimo de lubricante en los rodillos puede variar de acuerdo con la velocidad de laminacion. Las cajas con velocidades de laminacion mas altas pueden tener una cantidad insuficiente de lubricante liberado en los rodillos o en la lmea de contacto entre rodillos. Tambien es posible que, en algunas cajas, la temperatura de la lmea de contacto entre rodillos pueda ser tan alta que el lubricante sea volatilizado y degradado. La presente invencion permite que sea suministrado lubricante adicional a los rodillos que tienen velocidades de laminacion mas

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altas, sin “extraer el jugo” del fluido de refrigeracion para las otras cajas o para toda la lmea de suministro de refrigeracion.

Muchos laminadores de laminacion en caliente convencionales utilizan agrupaciones de boquillas de pulverizacion de refrigeracion y de lubricacion de mordedura. En tales laminadores, ambos tipos de boquillas se alimentan desde una cavidad comun en el cabezal de refrigerante. En un aspecto, la invencion proporciona un cabezal modificado en el que la camara de cabezal y la logica de control pueden ser modificadas para permitir alimentaciones independientes a la cavidad de pulverizacion de refrigeracion y a la cavidad, valvulas y boquillas de pulverizacion de mordedura. Por ejemplo, el cabezal modificado puede incluir una separacion dentro de la cavidad de cabezal para definir una primera parte independiente de una segunda parte de manera que la entrada de agua de refrigeracion en la primera parte de la cavidad de cabezal que alimenta las boquillas de descarga de refrigeracion no se mezcle con fluido de lubricacion en la segunda parte que alimenta las boquillas de lubricacion de mordedura. Tal como se muestra en el ejemplo de la figura 3, un cabezal convencional 23', tal como el mostrado en la vista I, incluye una o mas entradas i a traves de las cuales se suministra agua de refrigeracion para su descarga a traves de las boquillas 24, 25. Como puede verse en la vista en seccion transversal (II), el cabezal convencional 23' incluye una cavidad de cabezal comun de tal manera que el fluido de refrigeracion dentro de la cavidad es comun a todas las boquillas de descarga. Un cabezal de laminacion modificado 23, tal como el ilustrado en la vista III, permite alimentar de manera independiente boquillas de descarga de refrigeracion 24 y boquillas de lubricacion de mordedura 25 mediante el uso de una separacion entre la parte inferior de la cavidad de cabezal (para pulverizacion de mordedura) y la cavidad superior (para pulverizacion de refrigerante). Dado que muchos laminadores convencionales incluyen dos agrupaciones de boquillas de refrigeracion y una agrupacion de boquillas de pulverizacion/lubricacion de mordedura, el cabezal modificado incluye uno o varios puertos que alimentan la cavidad de cabezal conectada a traves de valvulas de entrada ii a cada una de las dos agrupaciones de boquillas de refrigeracion, separada de un puerto o varios puertos que alimentan la cavidad de cabezal conectada a traves de valvulas i2 a la agrupacion de boquillas de pulverizacion/lubricacion de mordedura. La separacion entre los puertos y las cavidades de cabezal permite alimentar las boquillas de refrigeracion y las boquillas de lubricacion de mordedura con dos fluidos diferentes. Este cabezal de laminacion modificado puede reemplazar facilmente a un cabezal de laminacion convencional, permitiendo de ese modo la retroadaptacion de laminadores convencionales para proporcionar lubricacion espedfica de acuerdo con los principios de la presente invencion.

En otro aspecto, el sistema puede incluir modificaciones adicionales para proporcionar lubricacion espedfica de espacio entre rodillos en laminadores convencionales que todavfa no tienen pulverizaciones de mordedura. En laminadores sin pulverizaciones de mordedura y con control de nivel de refrigeracion, el concepto “lubricacion espedfica” puede ser explorado de manera limitada inyectando lubricante adicional en lmeas que alimentan cabezales de entrada de cajas individuales. En este caso, el efecto de lubricacion probablemente disminuina y su duracion se reducina en proporcion al caudal de refrigerante a traves de estos cabezales, como se muestra a continuacion en la Tabla 2. Para recibir flujo de refrigerante adicional sin cafda de presion excesiva, el tamano del mezclador estatico puede ser aumentado. Por ejemplo, se puede usar un dispositivo mezclador estatico con un diametro de 6” y una longitud de 60” para recibir 4,163953 m3/min (1100 GPM) de flujo de refrigerante con una cafda de presion de 11 psi y puede aumentarse un tamano de la bomba inyectora de aceite para manejar 0,02271250,0340687 m3/min (6-9 GPM) de aceite adicional mal emulsionado.

Tabla 2: Efecto directo de lubricante del aceite inyectado durante una lubricacion espedfica a traves de cabezales de refrigerante laterales de entrada seleccionados o pulverizaciones de mordedura espedficas

Emplazamiento de cabezal: Caudales [m3/min] ([GPM]) Tiempo de suministro 1,124919 m3 (330 gal) [min]

Refrigerante: Aceite LJ en 6,25 % de aceite LJ en 9,1 % de aceite LJ en 6,25 % de aceite LJ en 9,1 % de aceite

Entrada F1: 2,76714 (731) 0,219554 (58)) 0,0105992 (2,8 0,00794936 (2,1) 117 156

Suministro F1: 4,198022 (1109)

Entrada F2: 4,198022 (1109) 0,336902 (89) 0,0162773 (4,3) 0,0121133 (3,2) 77 103

Suministro F2: 4,198022 (1109)

Entrada F3: 4,198022 (1109) 0,336902 (89) 0,0162773 (4,3) 0,0121133 (3,2) 77 103

Suministro F3: 2,06305

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Pulverizacion de mordedura adicional: 1,24919 (330) 0,0984207 (26) 0,00492104 (1,3) 0,00378541 (1,0) 260 346

Las ventajas del suministro de lubricante espedfico pueden realizarse tambien dirigiendo o concentrando el suministro de lubricante sobre la lmea de contacto entre rodillos y la chapa de metal. Dado que el aparato de laminacion convencional a menudo incluye boquillas de lubricacion que descargan generalmente hacia los rodillos y no hacia el espacio entre rodillos, tal aparato puede ser modificado de acuerdo con aspectos de la invencion tambien para el suministro espedfico de lubricante a la parte de contacto o mordedura. Para tales laminadores que carecen de pulverizaciones de mordedura y tienen control de nivel de refrigeracion, se pueden disenar e instalar cabezales adecuados que proporcionen una corriente de descarga mezclada con lubricante y dirigida al espacio entre rodillos. La figura 4 representa la retroadaptacion de pulverizaciones de mordedura en el laminador en tandem sin las pulverizaciones de mordedura, mostrando modificaciones de placas de grna y proteccion adicionales que dirigen la descarga mezclada con lubricante al espacio entre rodillos. El lubricante puede suministrarse de diversas maneras, tal como alimentado directamente a traves del cabezal, suministrado como una emulsion suelta desde un deposito de almacenamiento de lubricante a traves de un mezclador en lmea o suministrado utilizando cualquier otro medio adecuado para mezclarse con una corriente de refrigerante de pulverizacion de mordedura en una o mas columnas seleccionadas.

En otro aspecto, el sistema puede incluir dos secciones independientes para los rodillos superiores e inferiores de tal manera que la lubricacion espedfica pueda diferir entre la superficie superior de la tira de metal y la superficie inferior de la tira de metal durante la laminacion. Este aspecto se puede usar para proporcionar un control mejorado de la calidad de la superficie, asf como control de friccion entre el lado superior y el lado inferior de la plancha.

Las figuras 5-7 demuestran las ventajas de usar un lubricante puro o una emulsion suelta con poco o ningun agente emulsionante en un laminador de acuerdo con el aspecto de la invencion. La figura 5 ilustra el efecto de la concentracion de emulsionante no ionico a 50 °C en la formacion de pelmula de aceite (fuente de datos: Cambiella, A., Benito, JM, Pazos, C, Coca, J., Ratoi, M, Spikes, HA, Tribol. Lett., 22, 53-65, 2006). La figura 6 ilustra el efecto de la concentracion de aceite-agua en emulsiones en la formacion de una pelmula de aceite (fuente de datos: Yang, H., Schmid, SR, Reich, RA, Kasun, TJ, Tribol, 47, 123-129, 2004). La figura 7 ilustra cargas de laminacion medidas en el laminador de laboratorio con lubricantes puros y sus emulsiones asociadas de aceite en agua, la distancia desde la diagonal a cada punto de datos aumenta junto con diferencias crecientes en las propiedades antifriccion entre los aceites puros y sus emulsiones correspondientes.

En comparacion con las emulsiones de refrigerante (fluidos de refrigeracion) utilizadas en la lmea de suministro de refrigeracion en laminadores convencionales, el suministro de una pequena cantidad de una emulsion suelta (lubricante mal emulsionado que incluye una combinacion de aceite-agua con pocos o ningun agente emulsionante) ofrece diferentes mejoras en la lubricacion. En particular, cuando se suministra al espacio entre rodillos de una columna de rodillos seleccionados, tal emulsion proporciona mejores propiedades antifriccion y mejor calidad de superficie relaminada. Los estudios han demostrado que la cantidad de aceite suministrado desde emulsiones de aceite en agua al contacto tribologico entre un disco plano y una bola aumenta a medida que disminuye la cantidad de emulsionante y aumenta la concentracion de aceite, tal como se indica en las figuras 5 y 6.

Tal como se muestra en la figura 7, los resultados de laboratorio indicaron que la laminacion en caliente con lubricantes puros proporciona un efecto antifriccion mas fuerte que las emulsiones de refrigerante y las emulsiones inestables o sueltas (es decir, con gotitas de aceite grandes) proporcionan una mejor lubricacion (liberacion de aceite) que las emulsiones estables (con gotitas de aceite pequenas). Ademas, la inyeccion de una pequena cantidad de lubricante sin emulsionantes (“jugo”, “superjugo”, lubricante jugo”) en la lmea de suministro de refrigerante de laminador ha demostrado mejoras rapidas en la calidad de la superficie de la relaminacion en laminadores en caliente. De este modo, la lubricacion espedfica con una emulsion suelta, como proporciona la presente invencion, proporciona una calidad de superficie mejorada de manera mas constante durante el proceso de laminacion. Ademas, el hardware requerido para el suministro de lubricante espedfico al refrigerante (“lubricacion espedfica”) se puede modificar facilmente para alimentar agua caliente o agua caliente con emulsionantes selectivamente en pulverizaciones de mordedura seleccionadas. Esto debena dar lugar a un aumento de la friccion, permitiendo el enhebrado del laminador sin rechazos, asf como el control de friccion diferencial, tal como entre rodillos superiores e inferiores y entre cajas. De este modo, los principios de la presente invencion se pueden usar para modificar laminadores convencionales y proporcionar las ventajas y beneficios descritos en el presente documento.

Se han descrito varias realizaciones de la invencion en cumplimiento de los diversos objetivos de la invencion. Debe reconocerse que estas realizaciones son meramente ilustrativas de los principios de la presente invencion. Numerosas modificaciones y adaptaciones de las mismas seran facilmente evidentes para los expertos en la tecnica sin apartarse del espmtu y ambito de aplicacion de la presente invencion como se define en las siguientes reivindicaciones.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

REIVINDICACIONES

1. Aparato de laminacion de metal, comprendiendo dicho aparato:

al menos una caja de laminacion que tiene un par de rodillos entre los que se lamina una chapa de metal para reducir su espesor, en el que el par de rodillos incluye un rodillo superior y un rodillo inferior;

una bomba de fluido de refrigeracion (10) adaptada para bombear fluido de refrigeracion a una o mas boquillas de refrigeracion a traves de un sistema de canalizacion;

una bomba de lubricante (20) adaptada para bombear un lubricante jugo en el sistema de canalizacion,

un conjunto de boquillas de lubricacion de mordedura adaptadas para descargar un fluido de lubricacion en un lado de entrada de cada rodillo superior e inferior del par de rodillos, comprendiendo el conjunto de boquillas de lubricacion de mordedura una o mas boquillas de lubricacion de mordedura (25) orientadas hacia una zona de mordedura de rodillos del par de rodillos y a la chapa de metal;

un conjunto de boquillas de refrigeracion adaptadas para descargar el fluido de refrigeracion sobre una superficie de rodillo del rodillo superior por encima de la pulverizacion de mordedura y descargar el fluido de refrigeracion sobre una superficie de rodillo del rodillo inferior por debajo de la pulverizacion de mordedura, comprendiendo el conjunto de boquillas de refrigeracion una o mas boquillas de refrigeracion (24);

caracterizado por que

el sistema de canalizacion esta configurado de manera que el lubricante jugo se mezcla con el fluido de refrigeracion para formar el fluido de lubricacion antes de la descarga a traves de una o mas boquillas de lubricacion de mordedura mientras el fluido de refrigeracion fluye a las boquillas de refrigeracion de manera que el fluido de lubricacion descargado es un fluido de lubricacion producido por la mezcla del fluido de refrigeracion con el lubricante jugo.
2. Aparato de laminacion de chapa de metal segun la reivindicacion 1, en el que el sistema de canalizacion incluye una seccion de refrigeracion y una seccion de lubricacion,

acoplando de manera fluida la seccion de refrigeracion, la bomba de fluido de refrigeracion (10) a las boquillas de refrigeracion (24), y acoplando de manera fluida la seccion de lubricacion, la bomba de lubricante (20) y la bomba de refrigerante (10) a las boquillas de lubricacion de mordedura (25).
3. Aparato de laminacion de chapa de metal segun la reivindicacion 2, en el que las boquillas de lubricacion de mordedura (25) estan configuradas de manera que el fluido descargado de las mismas es orientado hacia una mordedura de rodillos donde el par de rodillos se pone en contacto con la chapa de metal.
4. Aparato de laminacion de chapa de metal segun la reivindicacion 2 o 3, en el que la seccion de lubricacion incluye un mezclador estatico en lmea (22) dispuesto entre la valvula (21) y las boquillas de lubricacion (25) de tal manera que el fluido de refrigeracion y el lubricante se mezclan dentro del mezclador para formar una emulsificacion del fluido de refrigeracion y el lubricante para descargar a traves de las boquillas de lubricacion (25).
5. Aparato de laminacion de chapa de metal segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende, ademas:

un cabezal de laminacion (23) que tiene una camara de fluido de lubricacion y una camara de fluido de refrigeracion, estando las camaras separadas, en el que la camara de fluido de lubricacion esta acoplada de manera fluida a las boquillas de lubricacion (25) y la camara de fluido de refrigeracion esta acoplada de manera fluida a las boquillas de refrigeracion (24).
6. Aparato de laminacion de chapa de metal segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el aparato esta adaptado para la laminacion en caliente de chapa de aluminio.
7. Aparato de laminacion de chapa de metal segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el fluido de refrigeracion comprende una emulsion acuosa o diluida y estanca de agua en aceite y el lubricante comprende aceite.
8. Aparato de laminacion de chapa de metal segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que al menos una caja de laminacion comprende dos o mas cajas, teniendo cada una un par de rodillos entre los que se lamina la chapa de metal para reducir su espesor despues de ser laminada a traves de la primera caja de laminacion;

uno o mas conjuntos adicionales de boquillas de lubricacion, teniendo cada conjunto boquillas de lubricacion de mordedura adaptadas para descargar un fluido de lubricacion en un lado de entrada del par de rodillos de una o mas cajas de laminacion seleccionadas, estando las boquillas de lubricacion de cada conjunto acopladas tanto a la bomba de lubricante como a la bomba de fluido de refrigeracion a traves del sistema de canalizacion.

5

10

15

20

25

30

35

40

45
9. Aparato de laminacion de chapa de metal segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que las boquillas de lubricacion (25) suministran pulverizaciones de mordedura.
10. Aparato de laminacion de chapa de metal segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el primer conjunto de boquillas de lubricacion comprende una o mas boquillas de descarga de fluido que dirigen fluido descargado desde las boquillas de descarga hacia una parte de contacto del par de rodillos.
11. Aparato de laminacion de chapa de metal segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el sistema de canalizacion esta configurado de manera que una concentracion del lubricante y del fluido de refrigeracion descargada de las boquillas de refrigeracion es diferente de una concentracion del lubricante y del fluido de refrigeracion descargada del conjunto de boquillas de lubricacion de mordedura.
12. Aparato de laminacion de chapa de metal segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el sistema de canalizacion esta configurado de manera que una composicion del lubricante en el fluido de lubricacion y del lubricante en el fluido de refrigeracion son diferentes.
13. Aparato de laminacion de chapa de metal segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que la canalizacion, las valvulas y el sistema de bombeo de lubricante jugo estan configurados de manera que el fluido de lubricacion puede contener una concentracion de lubricante y una composicion diferentes en cada caja de laminacion.
14. Metodo de laminacion de chapa realizado utilizando el aparato segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo dicho metodo:

laminar una chapa de metal entre un par de rodillos de un aparato de laminacion de metal; y

lubricar una interfaz entre el metal laminado y cada rodillo del par de rodillos con un fluido de lubricacion durante el laminado, comprendiendo el fluido de lubricacion una mezcla de un fluido de refrigeracion y un lubricante jugo, siendo bombeados el fluido de refrigeracion y el lubricante jugo, respectivamente, en un sistema de canalizacion por una bomba de fluido de refrigeracion (10) y una bomba de lubricacion (20),

y mezclados dentro del sistema de canalizacion antes de ser descargados a traves de un conjunto de boquillas de lubricacion de mordedura (25).
15. Metodo segun la reivindicacion 14, comprendiendo, ademas:

mezclar el lubricante y el fluido de refrigeracion en el sistema de canalizacion dentro de un mezclador estatico para formar una emulsion suelta de lubricante y fluido de refrigeracion.
16. Metodo segun la reivindicacion 14 o 15, comprendiendo ademas dicho metodo:

laminar la chapa de metal entre un par de rodillos de una o mas cajas adicionales del aparato de laminacion de metal despues de la laminacion a traves de la primera caja;

lubricar una interfaz entre el metal laminado y cada uno del par de rodillos de cualquier caja de laminacion seleccionada o de todas con un fluido de lubricacion durante la laminacion.
17. Metodo segun la reivindicacion 16, en el que la mezcla de fluido lubricante y fluido de refrigeracion descargada de las boquillas de lubricacion de mordedura es la misma en cada caja de laminacion.
18. Metodo segun la reivindicacion 16, en el que la mezcla de fluido lubricante y fluido de refrigeracion descargada de las boquillas de lubricacion de mordedura es diferente en cada caja de laminacion.
19. Metodo segun la reivindicacion 14, en el que el aparato comprende al menos dos columnas de rodillos, comprendiendo cada una un par de rodillos y de boquillas de lubricacion de mordedura asociadas, en el que la canalizacion incluye un mezclador estatico entre una fuente de lubricante jugo y las boquillas de lubricacion de mordedura para cada columna de rodillos, comprendiendo el metodo, ademas:

lubricar de manera selectiva una columna de rodillos seleccionada mediante la introduccion de lubricante jugo en el mezclador estatico asociado con las boquillas de mordedura de lubricante para la columna de rodillos seleccionada.
20. Metodo segun la reivindicacion 14, en el que el aparato comprende al menos dos columnas de rodillos, comprendiendo cada una un par de rodillos y un conjunto asociado de boquillas de lubricacion, teniendo cada conjunto de boquillas de lubricacion un cabezal, comprendiendo ademas el metodo:

lubricar de manera selectiva una columna de rodillos seleccionada mediante la introduccion de lubricante jugo en el cabezal del conjunto de boquillas de lubricacion asociadas con la columna de rodillos seleccionada.