ES2824757T3 - Dispositivo y procedimiento para enfriar un producto plano - Google Patents

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Abstract

Dispositivo para enfriar un producto plano, con medios de transporte (5, 5') para el transporte continuo del producto plano (1) en la dirección de paso (D), al menos un cuerpo de boquilla superior (2), que tiene al menos una primera abertura de salida de boquilla (3) para aplicar un líquido refrigerante (8) en la parte superior (4) del producto plano (1) a lo largo de su anchura, al menos un cuerpo de boquilla inferior (2'), que tiene al menos una segunda abertura de salida de boquilla (3') para aplicar el líquido refrigerante (8) en la parte inferior (9) del producto plano (1) a lo largo de su anchura, un espacio de paso superior (7) que se extiende a lo largo de la anchura del producto plano (1) y a través del cual el líquido refrigerante (8) puede fluir en la parte superior (4) del producto plano (1) durante el proceso de enfriamiento en la dirección de paso (D), estando delimitado el espacio de paso superior (7) por un elemento superior (6), un espacio de paso inferior (7') que se extiende a lo largo de la anchura del producto plano (1) a través del cual el refrigerante líquido (8) puede fluir en la parte inferior (9) del producto plano (1) durante el proceso de enfriamiento en la dirección de paso (D), estando el espacio de paso inferior (7') delimitado por un elemento inferior (6'), estando dispuestos el espacio de paso superior (7) de la primera abertura de salida de boquilla (3) en el parte superior (4) y el espacio de paso inferior (7') de la segunda abertura de salida de boquilla (3') en la parte inferior (9) del producto plano (1) en la dirección de paso (D) y en el que los elementos superior e inferior (6, 6') tienen ranuras (10) que están espaciadas entre sí por medio de nervaduras (11).

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo y procedimiento para enfriar un producto plano
La invención se refiere a un dispositivo para enfriar un producto plano, con medios de transporte para el transporte continuo del producto plano en la dirección de paso, con al menos un cuerpo de boquilla superior que tiene al menos una primera abertura de salida de boquilla para aplicar un refrigerante líquido a la parte superior del producto plano a lo largo de su anchura y con al menos un cuerpo de boquilla inferior que tiene al menos una segunda abertura de salida de boquilla para aplicar en la parte inferior del producto plano a lo largo de su anchura el refrigerante líquido. La invención también se refiere a un procedimiento para enfriar un producto plano, en el que el producto plano es transportado de manera continua en la dirección de paso con medios de transporte, con las siguientes etapas: - aplicar un líquido refrigerante a la parte superior del producto plano a lo largo de la anchura mediante al menos un cuerpo de boquilla superior que tiene al menos una primera abertura de salida de boquilla,
- aplicar un líquido refrigerante a la parte inferior del producto plano a lo largo de la anchura mediante al menos un cuerpo de boquilla inferior que tiene al menos una segunda abertura de salida de boquilla.
Un dispositivo y un procedimiento del tipo mencionado se conocen por el documento EP 1210883 A1. El documento EP 1210883 A1 describe diferentes opciones de enfriamiento para un producto plano en forma de una banda de acero mediante agua de enfriamiento que se rocía desde los elementos de enfriamiento sobre la parte superior e inferior de la banda. En la parte superior de la banda, en la dirección de paso de la banda, detrás de un elemento de enfriamiento a una distancia de la banda, se coloca un elemento rompeaguas o un rodillo rompeaguas, que está destinado a desplazar el agua de enfriamiento de la superficie de la banda para que fluya hacia un lado. En el espacio entre el rodillo rompeaguas y el parte superior de la banda, el agua sale a chorros lateralmente o en contra de la dirección de paso de la banda para desplazar el refrigerante. Puede haber un rodillo rompeaguas al principio y al final del dispositivo y un rodillo rompeaguas perpendicular a la banda sobre un rodillo de transporte. Durante el proceso de enfriamiento, la banda se sujeta entre el rodillo rompeaguas y el rodillo de transporte dispuesto perpendicularmente a él para fines de transporte.
Además, del documento JP H0254788 A se conoce un dispositivo en el que arriba y abajo de un producto plano están dispuestas respectivamente bandas a una distancia de estos rodillos con aberturas de salida para el aire. Por las aberturas de salida se expulsa aire a alta presión contra la dirección del movimiento o la dirección de paso de la banda se rocía en su parte superior e inferior. El agua de enfriamiento, que se encuentra en la parte superior o inferior de la banda, puede desplazarse por medio del aire de la parte superior e inferior de la banda en contra de la dirección de paso de la banda.
Los productos planos pueden constar de varios materiales. Un campo de aplicación importante es el tratamiento térmico de productos planos, en particular chapas de acero pesadas, que se utilizan, por ejemplo, para la fabricación de grúas. Las chapas pesadas se calientan en un horno industrial para el tratamiento térmico, en particular para el endurecimiento en los sistemas de tratamiento térmico, y luego se enfrían o se templan en un proceso continuo. Al enfriar o templar acero calentado, sus propiedades mecánicas, como la dureza o la resistencia a la tracción en particular, pueden modificarse específicamente.
Durante el proceso de enfriamiento, la chapa calentada se transporta continuamente en la dirección de paso a través del dispositivo de enfriamiento mediante medios de transporte, que generalmente están configurados como rodillos de transporte superior e inferior. La chapa discurre entre los rodillos de transporte superior e inferior, que están dispuestos por parejas a una distancia entre sí en la dirección de paso.
Las chapas pesadas suelen tener un grosor de 2 mm a 250 mm. Las chapas, que inicialmente se calentaron o calentaron a la temperatura de austenización, típicamente de 800 °C a 950 °C, se enfrían muy rápidamente en un proceso continuo con un medio de enfriamiento, generalmente agua, por medio de boquillas de chorro completo para crear una estructura martensítica o bainítica.
Durante el proceso de enfriamiento, tanto la parte superior como la inferior de las chapas de metal deben enfriarse o templarse uniformemente de la misma manera. El desarrollo del enfriamiento en la parte superior de la chapa debe ser congruente con el desarrollo del enfriamiento en la parte inferior, porque de lo contrario se producen tensiones internas, que normalmente conducen a la deformación de las chapas.
Para un enfriamiento rápido con grandes cantidades de refrigerante, generalmente agua, se utilizan boquillas de chorro completo, generalmente cuerpos de boquilla con una abertura de boquilla en forma de ranura. Estas boquillas también se denominan boquillas de ranura. El refrigerante líquido emerge como un chorro completo plano, es decir la superficie de impacto del chorro de refrigerante sobre la superficie del producto plano es esencialmente rectangular y discurre transversalmente a la dirección de paso. La abertura de salida de boquilla puede extenderse a lo largo de toda la anchura de la chapa. Se conoce en la práctica el uso de tres aberturas de salida de boquilla dispuestas una junto a otra en una fila a lo largo de la anchura de la chapa para poder enfriar los bordes de la chapa de una manera más específica.
Se conoce, por ejemplo, del documento EP 1420912 B1, un dispositivo para enfriar chapas de acero en forma de placa o en forma de banda de acero mediante un chorro completo plano que se dirige al producto plano a enfriar. Un cuerpo de boquilla tiene una conexión para introducir un refrigerante líquido en una abertura de salida de boquilla por la que sale el refrigerante. La abertura de salida de boquilla se forma entre superficies planas paralelas. El interior del cuerpo de boquilla está diseñado de tal manera que el medio de enfriamiento no golpee la chapa de metal verticalmente, sino en un ángulo de incidencia. El contenido de la divulgación del documento EP 1420912 B1, en particular la construcción del dispositivo, se incluye expresamente en el contenido de la divulgación de la invención.
Para garantizar que no se pueda formar una película de vapor de agua entre la chapa muy caliente y el agua que entra, el refrigerante, normalmente agua, tiene que actuar sobre la chapa a templar con un impulso de salida elevado. Por tanto, el agua está sometida a una mayor presión. Una película de vapor de agua evitaría el contacto directo de la superficie de la chapa con el agua y reduciría significativamente la velocidad de enfriamiento.
Se requieren altos caudales de agua de enfriamiento para enfriar chapas pesadas de acero en un proceso continuo. El agua de enfriamiento debe descargarse desde la parte superior e inferior de la chapa después de que haya alcanzado la parte superior e inferior de la chapa.
Es conocido de la práctica proporcionar un rodillo en dispositivos para enfriar chapas pesadas aguas abajo del punto de impacto del agua de enfriamiento en la dirección de paso, rodillo que puede estar diseñado como un rodillo de disco o un rodillo en espiral para descargar el agua de enfriamiento. Del documento DE 22 45 390 A1 se conoce un dispositivo para templar chapas de metal caliente, en el que se utiliza un rodillo con espirales para descargar el agua de enfriamiento.
Además de descargar el agua de enfriamiento, los rodillos conocidos también sirven para transportar y/o sujetar el producto plano en un plano y por lo tanto descansas sobre el producto plano y se enganchan en su parte superior e inferior. Con los rodillos conocidos, normalmente se ejerce presión sobre la chapa; es decir, las fuerzas se transfieren a la chapa, en particular para evitar deformaciones de la chapa. Los rodillos conocidos tienen secciones transversales de paso para el agua de enfriamiento entre los discos o las espirales para descargar el agua de enfriamiento, que se acumula aguas arriba del rodillo, en la dirección de paso por medio de discos o por medio de espirales oblicuamente hacia afuera sobre los bordes longitudinales de la chapa. Las secciones transversales de paso para el agua de enfriamiento formadas entre los discos o las espirales tienen un área grande, de modo que se pueden transportar grandes cantidades de agua de enfriamiento en muy poco tiempo.
La calidad lograda en enfriamiento, es decir la uniformidad con la que se logran las propiedades deseadas está determinada decisivamente por la precisión en el tiempo y la uniformidad espacial con la que se disipa el calor del producto plano. Pequeñas desviaciones del proceso de templado ideal pueden provocar fluctuaciones considerables en las propiedades mecánicas del material templado, especialmente el acero.
Las pruebas han demostrado que el agua de enfriamiento fluye con poca resistencia al flujo en las secciones transversales de paso libres entre los discos o espirales. Como resultado, se transporta un gran volumen con una velocidad de flujo relativamente baja en la vecindad inmediata de la superficie de la chapa, de modo que el efecto de enfriamiento no es óptimo.
Otra desventaja es que el uso de los rodillos de disco conocidos da como resultado franjas azuladas o decoloración en la parte superior e inferior de la chapa, porque las superficies sobre las que el rodillo con los discos o los rodillos atacan la chapa se enfrían de manera diferente a las demás superficies, por lo que hay condiciones de enfriamiento desiguales. Los rodillos con forma de espiral de acuerdo con la técnica anterior conducen a franjas o decoloración en forma de V, que también se conocen como patrones de espina de pescado (fishbone pattern). Dependiendo del diseño de un rodillo en espiral, puede aparecer una franja azul continua en el medio de la chapa.
La decoloración azulada en la superficie de la chapa se produce como resultado de la oxidación y no solo es visualmente desventajosa, lo que afecta a las propiedades de venta, sino que también tiene la desventaja tecnológica de que la dureza de la chapa es significativamente menor de lo previsto debido a las lentas velocidades de enfriamiento. Las exigencias sobre la calidad de la chapa aumentan constantemente, por lo que las diferencias de dureza son un problema grave.
Por consiguiente, el objetivo de la invención es mejorar un dispositivo y un procedimiento del tipo mencionado al principio de modo que se eviten problemas de calidad, en particular franjas en la parte superior e inferior del producto plano y/o diferentes propiedades del material, en particular diferencias de dureza, con una alta intensidad de enfriamiento.
Según la invención, el objetivo se consigue mediante un dispositivo según la reivindicación de patente 1.
Un espacio de paso superior se extiende a lo largo de la anchura del producto plano, preferentemente a lo largo de toda la anchura del producto plano, y el refrigerante líquido en la parte superior del producto plano puede fluir a través de él en la dirección de paso durante el proceso de enfriamiento. Un espacio de paso inferior se extiende a lo largo de la anchura del producto plano, preferentemente a lo largo de toda la anchura del producto plano, y el refrigerante líquido en la parte inferior del producto plano puede fluir a través de él en la dirección de paso durante el proceso de enfriamiento. El espacio de paso superior está dispuesto aguas abajo de la primera abertura de salida de boquilla en el parte superior y el espacio de paso inferior está dispuesto aguas abajo de la segunda abertura de salida de boquilla en la parte inferior en la dirección de paso, estando el espacio de paso separado de la abertura de salida de boquilla. Los elementos superior e inferior tienen ranuras que están separadas entre sí por medio de nervaduras.
El espacio de paso superior está delimitado por un elemento superior y el espacio de paso inferior está delimitado por un elemento inferior, que se extienden transversalmente a la dirección de paso del producto plano. El elemento superior e inferior están a una distancia del producto plano y, junto con el producto plano, delimitan el espacio de paso superior e inferior para el refrigerante. En otras palabras, durante el proceso de enfriamiento, se crea un espacio de paso superior que se extiende a lo largo de la anchura del producto plano, preferentemente se extiende a lo largo de toda la anchura del producto plano, formado en la dirección vertical entre el producto plano y el elemento superior y es atravesado por el refrigerante en la parte superior del producto plano durante el proceso de enfriamiento en la dirección de paso. El espacio de paso superior queda así delimitado en dirección vertical hacia arriba por el elemento superior y hacia abajo por el producto plano.
De la misma manera, durante el proceso de enfriamiento en la dirección vertical entre el producto plano y el elemento inferior, se forma un espacio de paso inferior, que se extiende a lo largo de la anchura del producto plano, preferentemente a lo largo de toda la anchura del producto plano y desde donde el refrigerante en la parte inferior del producto plano fluye en la dirección de paso (D) durante el proceso de enfriamiento. El espacio de paso inferior queda así delimitado en dirección vertical hacia arriba por el producto plano y hacia abajo por un elemento inferior.
El espacio de paso superior está dispuesto aguas abajo de la primera abertura de salida de boquilla en la parte superior del producto plano en la dirección de paso (D). En otras palabras, la primera abertura de salida de boquilla está ubicada aguas arriba del primer espacio de paso.
El espacio de paso inferior está dispuesto aguas abajo de la segunda abertura de salida de boquilla en la parte inferior del producto plano en la dirección de paso (D). En otras palabras, la segunda abertura de salida de boquilla está ubicada aguas arriba del segundo espacio de paso.
En el área de impacto del refrigerante que sale de la primera y la segunda abertura de salida de boquilla, se forma una zona de enfriamiento con una alta transferencia de calor en la parte superior y la parte inferior. A una distancia del área de impacto, se forman espacios de paso en forma de huecos o secciones transversales de paso libre para el refrigerante en la parte superior e inferior con el fin de aumentar e igualar la velocidad de flujo del refrigerante aguas abajo del punto de impacto del refrigerante en la parte superior e inferior del producto plano. El elemento superior e inferior no se enganchan al producto plano, por lo que no se transmiten fuerzas al producto plano. Durante el proceso de enfriamiento, el elemento superior e inferior sirven para guiar o canalizar el refrigerante en el espacio de paso respectivo.
La invención se basa en el conocimiento de que el refrigerante líquido que se acelera a través del espacio de paso paralelo a la superficie caliente del producto plano y, por tanto, fluye a través del espacio de paso a una velocidad de flujo elevada conduce a condiciones óptimas de enfriamiento. La invención también resuelve el problema de las condiciones desiguales de enfriamiento. La decoloración azulada no se produce durante el proceso de enfriamiento. Las pruebas han demostrado que el producto plano también es muy plano después del enfriamiento.
El producto plano se transporta preferentemente a través del dispositivo de enfriamiento mediante un transportador de rodillos en el que los medios de transporte están configurados como una pluralidad de rodillos de transporte superiores e inferiores que se encuentran separados entre sí en la dirección de paso. Los rodillos de transporte se enganchan al producto plano y lo transportan continuamente a través del dispositivo para enfriarlo.
Preferentemente, la primera abertura de salida de boquilla es seguida por el espacio de paso superior y la segunda abertura de salida de boquilla es seguida por el espacio de paso inferior en la dirección de paso a una distancia predefinida.
La distancia predefinida entre la primera abertura de salida de boquilla y el espacio de paso superior o entre la segunda abertura de salida de boquilla y el espacio de paso inferior corresponde, preferentemente, a sustancialmente la mitad de la distancia entre dos rodillos de transporte o pares de rodillos adyacentes en la dirección de paso entre los que se encuentra el producto plano.
El espacio de paso superior e inferior tienen, cada uno, preferentemente una sección transversal de paso libre del mismo tamaño para el refrigerante en toda la anchura del producto plano, de modo que la velocidad de flujo sea constante en toda la anchura del producto plano. Como resultado, la sección transversal del espacio de paso superior e inferior es la misma o constante en la anchura del producto plano.
Alternativamente, la sección transversal de paso del espacio de paso superior e inferior puede aumentar continuamente desde el centro del producto plano hacia sus bordes laterales. De esta forma, se optimiza la velocidad del refrigerante en la zona de los bordes o los cantos laterales.
La altura del espacio de paso inferior y superior se selecciona de manera que la velocidad de flujo del refrigerante aumente a una velocidad de flujo predefinida durante el paso del refrigerante a través del espacio de paso.
El espacio de paso superior e inferior tienen, preferentemente, una altura predefinida, siendo la altura de 3 mm a 10 mm, preferentemente 5 mm. En el caso de un espacio de paso, cuya sección transversal no es constante a lo largo de su anchura, la altura predefinida se refiere a la altura más baja en el medio del producto plano.
En otras palabras, la altura del espacio de paso superior es la distancia vertical entre la parte superior del producto plano y el elemento superior. La altura del espacio de paso inferior corresponde a la distancia vertical entre la parte inferior del producto plano y el elemento inferior.
El elemento superior y el elemento inferior pueden tener forma de placa. El elemento en forma de placa puede tener un área de entrada que dirige el refrigerante en la dirección del espacio de paso. Los elementos superior e inferior están configurados, preferentemente, en forma de rodillos o como rodillos, que preferentemente son giratorios. El elemento superior en forma de rodillo y el elemento inferior en forma de rodillo se pueden accionar a la misma velocidad que los rodillos de transporte, de modo que se favorece el flujo del refrigerante en la dirección del espacio de paso. El elemento superior e inferior, que puede tener forma de placa o de rodillo, puede discurrir paralelo al producto plano adyacente al espacio de paso superior e inferior. La altura del espacio de paso respectivo es constante o del mismo tamaño a lo largo de la anchura del producto plano. Alternativamente, el elemento superior e inferior pueden tener un perfil que cambia continuamente a lo largo de la anchura comenzando desde el centro del producto plano hacia los bordes laterales del producto plano, de modo que la sección transversal del paso superior e inferior aumente de manera constante en la dirección de los bordes laterales del producto plano.
En una forma de realización preferida, el elemento superior y el elemento inferior se montan de manera ajustable en altura paralelos al producto plano. De esta manera, la altura del espacio de paso superior e inferior se puede cambiar y así se puede cambiar la sección transversal de paso libre del espacio de paso.
Preferentemente, se disponen una pluralidad de ranuras en paralelo y distanciadas entre sí a lo largo de toda la anchura del elemento superior e inferior. Las ranuras son depresiones en forma de muesca.
Por medio de las ranuras, el refrigerante, que podría acumularse delante de los elementos superior e inferior en el caso de caudales de refrigerante muy altos, se descarga mejor para que el refrigerante no entre en las áreas del sistema donde molestaría, en particular se evita que el refrigerante fluya hacia el horno industrial.
Las ranuras se extienden preferentemente en la dirección de paso. También es posible que las ranuras tengan forma de espiral para descargar el refrigerante de forma oblicua hacia el exterior. En el marco de la invención, algunas de las ranuras pueden extenderse en la dirección de paso y algunas de las ranuras pueden tener forma de espiral. Se han obtenido buenos resultados en pruebas cuando la sección transversal de paso libre formada por el espacio de paso superior e inferior se incrementa en un 12,5 % a 250,00 %, preferentemente en aproximadamente un 40 %, mediante las secciones transversales de paso libre de las ranuras.
Como resultado del aumento de la sección transversal de paso libre, el refrigerante se descarga de manera óptima sin que se produzcan diferentes velocidades de enfriamiento.
Este desarrollo se basa en el conocimiento de que la sección transversal de paso libre de las ranuras debe ser lo más pequeña posible para que las diferencias en la velocidad de flujo sigan siendo pequeñas y, por lo tanto, no haya diferentes velocidades de enfriamiento, es decir. que la velocidad de enfriamiento sea tan uniforme que no haya diferencias medibles en la dureza. Al mismo tiempo, la sección transversal de paso libre de las ranuras debe garantizar que la cantidad de refrigerante que podría acumularse frente al elemento superior e inferior siga siendo lo más pequeña posible.
Las nervaduras son más anchas que las ranuras, es decir la anchura de la ranura es menor que la anchura de la nervadura. La relación entre la anchura de la ranura y la anchura de la nervadura está comprendida preferentemente entre 1 y 1,5 (1:1,5) y entre 1 y 6 (1:6), de forma especialmente preferente entre 1 y 3 (1:3).
La sección transversal de las ranuras puede tener la forma deseada y es preferentemente rectangular, cuadrada o en forma de diente de sierra. En una configuración preferida, la sección transversal de las ranuras es rectangular. La relación anchura-altura de las ranuras está preferentemente entre 1 y 0,5 (1:0,5) y 1 y 1,5 (1:1,5), preferentemente 1 y 0,8 (1:0,8).
Las ranuras tienen una base de ranura y dos paredes laterales opuestas, en las que las regiones de transición entre la base de la ranura y las paredes laterales son redondeadas y/o la base de la ranura es redondeada.
La base de ranura de las ranuras puede tener la forma de una curva, por ejemplo. Las esquinas y las zonas de transición de las paredes laterales y la base de ranura están preferentemente redondeadas para optimizar las propiedades de flujo.
Una configuración preferida se caracteriza porque la primera abertura de salida de boquilla y la segunda abertura de salida de boquilla son ajustables en altura con respecto al producto plano y/o están diseñadas de modo que el refrigerante impacte en un ángulo (a) entre 10° y 45°, preferentemente entre 20° y 30° en la parte superior e inferior del producto plano en la dirección de paso. Como resultado, cuando el refrigerante sale en la dirección de paso detrás de la abertura de salida de boquilla respectiva, impacta con la parte superior o inferior.
Preferentemente, se puede proporcionar un dispositivo de guía superior en la parte superior del producto plano y se puede proporcionar un dispositivo de guía inferior en la parte inferior para guiar el refrigerante ubicado en la parte superior y la parte inferior de manera dirigida a los espacios de paso.
Cada uno de los dos dispositivos de guía tiene una distancia predefinida desde la parte superior e inferior del producto plano y cada uno forma un espacio en forma de canal para el refrigerante que está abierto en los bordes del producto plano. Por medio del dispositivo de guía superior e inferior, el flujo del refrigerante a transportar se imprime con una dirección preferida en la dirección del espacio de paso. Es particularmente ventajoso que se pueda ajustar la distancia entre el dispositivo de guía superior e inferior y la parte superior e inferior del producto plano. La distancia del dispositivo de guía superior desde la parte superior puede diferir de la distancia del dispositivo de guía inferior desde la parte inferior.
El objetivo también se logra mediante un procedimiento para enfriar un producto plano, en el que el producto plano se transporta continuamente en la dirección de paso mediante medios de transporte, con las siguientes etapas:
- Aplicar un líquido refrigerante a la parte superior del producto plano a lo largo de la anchura mediante al menos un cuerpo de boquilla superior que tiene al menos una primera abertura de salida de boquilla,
- Aplicar un líquido refrigerante a la parte inferior del producto plano a lo largo de la anchura mediante al menos un cuerpo de boquilla inferior que tiene al menos una segunda abertura de salida de boquilla,
- Guiar el refrigerante en la parte superior del producto plano en la dirección de paso a través de un espacio de paso superior y guiar el refrigerante en la parte inferior en la dirección de paso a través de un espacio de paso inferior para aumentar la velocidad de flujo del refrigerante en la parte superior e inferior en la dirección de paso, en el que el espacio de paso superior e inferior se extienden, cada uno, a lo largo de la anchura del producto plano y aguas abajo en la dirección de paso de las primera y segunda aberturas de salida de boquilla.
El espacio de paso superior e inferior están dispuestos a una distancia predefinida en la dirección de paso detrás de la primera y la segunda abertura de salida de boquilla y cada uno está formado por un elemento superior e inferior, que se extienden en la parte inferior y superior del producto plano a lo largo de la anchura.
En la parte superior e inferior, el refrigerante que emerge de la abertura de salida de boquilla respectiva pasa a través de huecos de paso en forma de brecha a una distancia predefinida desde el punto de impacto, para aumentar e igualar la velocidad de flujo de refrigerante aguas abajo del punto de impacto del refrigerante en la parte superior e inferior del producto plano. Esto conduce a elevados coeficientes de transmisión de calor en la zona de los espacios de paso y, por tanto, a un efecto de templado óptimo. Debido a que la velocidad de flujo del refrigerante es la misma en toda la anchura del producto plano, se evita la formación de franjas y la aparición de diferentes propiedades del material, en particular diferencias de dureza.
En otras palabras, el elemento superior y el elemento inferior forman obstáculos de flujo en la parte inferior y la parte superior del producto plano de tal manera que el refrigerante, que se dirige contra la parte superior y la parte inferior del producto plano, es forzado a fluir a través de una sección transversal de paso en forma de hueco o de la constricción en forma de hueco, que se forma porque el elemento superior y el inferior están dispuestos separados en dirección vertical del producto plano.
La velocidad de flujo del refrigerante al salir de la primera y segunda aberturas de salida boquilla está preferentemente entre 5 m/s y 60 m/s, preferentemente entre 20 m/s y 35 m/s. La velocidad del chorro de refrigerante a la salida de la abertura de salida de boquilla corresponde esencialmente a la velocidad de impacto del refrigerante sobre el producto plano. La altura del espacio de paso en forma de hueco o la sección transversal del paso se selecciona de modo que la velocidad de flujo del refrigerante aumente durante el paso.
El refrigerante que sale de la primera o segunda abertura de salida de boquilla golpea el producto plano en un ángulo, preferentemente en un ángulo de incidencia. El refrigerante puede golpear la parte superior e inferior del producto plano en un ángulo (a) entre 10° y 45°, preferentemente entre 20° y 30°.
En una configuración ventajosa de la invención, la primera y la segunda abertura de salida de boquilla están diseñadas para poder ajustar el ángulo (a).
La invención se explica con más detalle a continuación con referencia a ejemplos de realización preferidos en relación con los dibujos.
Muestran:
la figura 1, en representación esquemática, una vista de una primera forma de realización de un dispositivo según la invención;
la figura 2, en representación esquemática, una vista frontal de un elemento en forma de rodillo para formar el espacio de paso superior e inferior según la figura 1;
la figura 3, en representación esquemática, una sección parcial del elemento en forma de rodillo de la figura 2; la figura 4 una vista en perspectiva del elemento en forma de rodillo de la figura 1;
la figura 5, en representación esquemática, una vista de una segunda forma de realización de un dispositivo según la invención.
La figura 1 muestra esquemáticamente un dispositivo según la invención para enfriar un producto plano en forma de una chapa pesada hecha de acero con agua como refrigerante. Por encima de la chapa 1, que se mueve continuamente en la dirección de paso D, hay un cuerpo de boquilla superior 2 que tiene una conexión, no mostrada, para el agua de enfriamiento. La conexión sirve para introducir el agua en al menos una primera abertura de salida de boquilla 3, que está dirigida hacia la parte superior 4 de una chapa 1. La primera abertura superior 3 de salida de boquilla está configurada como una ranura y se extiende transversalmente a la dirección de paso D a lo largo de toda la anchura de la chapa 1. La primera abertura de salida de boquilla 3 está diseñada de tal manera que el agua de enfriamiento que sale se dirige en un ángulo a como un chorro completo plano sobre la parte superior 4 de la chapa 1. En el ejemplo de realización, el ángulo a está comprendido, preferentemente, entre 20° y 30°.
Se utilizan medios de transporte en forma de rodillos de transporte superiores 5 y rodillos de transporte inferiores 5' para transportar continuamente la chapa 1 en la dirección de paso D.
A una distancia A de la primera abertura de salida de boquilla 3, un elemento superior 6 en forma de rodillo está dispuesto en el parte superior 4 de la chapa 1 en la dirección de paso D. La distancia A se refiere al punto central del elemento superior 6 en forma de rodillo. El elemento superior 6 en forma de rodillo discurre paralelo a la chapa 1 transversalmente a la dirección de paso D a lo largo de toda la anchura de la chapa 1 y está montado de manera que se pueda ajustar en altura de una manera no mostrada.
El elemento superior 6 en forma de rodillo no se engancha al producto plano. No se transmiten fuerzas al producto plano 1 desde el elemento superior 6. Un espacio de paso 7 para el refrigerante 8, que se muestra rayado, está formado entre el elemento superior 6 en forma de rodillo y la parte superior 4 de la chapa 1. La altura H del espacio de paso 7 es ajustable o regulable. El elemento superior 6 en forma de rodillo es giratorio y preferentemente se acciona a la misma velocidad que los rodillos de transporte 5, 5'. La altura H del espacio de paso superior 7 es relativamente pequeña y se encuentra preferentemente entre 3 mm y 10 mm, de manera particularmente preferente 5 mm.
Debajo de la chapa 1, los mismos componentes que encima de la chapa 1 están dispuestos en imagen especular. Un cuerpo de boquilla inferior 2' tiene una segunda abertura de salida de boquilla 3', que está configurada como una ranura y se extiende transversalmente a la dirección de paso D en toda la anchura de la chapa 1. A una distancia A de la segunda abertura de salida de boquilla 3', un elemento inferior 6' en forma de rodillo está dispuesto en la parte inferior 9 de la chapa 1 en la dirección de paso D. El elemento inferior en forma de rodillo 6' discurre paralelo a la chapa 1 transversalmente a la dirección de paso D a lo largo de toda la anchura de la chapa 1 y está montado de manera que se pueda ajustar en altura de una manera no mostrada.
El agua de enfriamiento 8, que emerge a alta velocidad de las primera y segunda aberturas de salida de boquilla en forma de hendidura 3, 3' en la parte superior 4 y la parte inferior 9 de la chapa 1, utilizando el impulso de salida a una distancia del punto de impacto fluye en gran medida a través de los respectivos espacios de paso superior e inferior 7, 7'.
La distancia A entre la primera abertura de salida de boquilla 3 y el espacio de paso superior 7 o la segunda abertura de salida de boquilla 3' y el espacio de paso inferior 7' corresponde esencialmente a la mitad de la separación R entre dos rodillos de transporte o pares de rodillos de transporte adyuvantes 5, 5' en la dirección de paso D.
La velocidad de flujo del refrigerante 8 en la parte superior 4 e inferior 9 de la chapa 1 aumentará así por separado de la respectiva abertura de salida de boquilla 3, 3' y, por lo tanto, por separado del punto de impacto del agua de enfriamiento que emerge de la respectiva abertura de salida de boquilla 3, 3' en la parte superior 4 y la parte inferior 9 de la chapa 1. Esto conduce a altos coeficientes de transferencia de calor y una alta intensidad de temple. Dado que la velocidad de flujo del refrigerante 8 es la misma a lo largo de la anchura de la chapa 1, se evita la formación de franjas y la aparición de diferentes propiedades del material, en particular diferencias de dureza. Los elementos 6, 6' en forma de rodillo superior e inferior tienen ranuras 10 que discurren en la dirección de paso D y se muestran en la figura 2.
En la figura 2 se muestra esquemáticamente el elemento 6 en forma de rodillo para formar el espacio de paso 7 de la figura 1. El elemento 6' en forma de rodillo inferior no se muestra en la figura 2 porque está diseñado de forma idéntica al elemento 6 en forma de rodillo superior.
El elemento 6 en forma de rodillo superior tiene ranuras 10 que están separadas entre sí por medio de nervaduras 11. Las ranuras 10 son más estrechas que las nervaduras 11. La relación B/C de la anchura B de las ranuras 10 respecto a la anchura C de las nervaduras 11 está entre 1 y 1,5 (1:1,5) y 1 y 6 (1:6). En el ejemplo de realización, la anchura C de la nervadura 11 es aproximadamente 3 veces la anchura B de las ranuras 10, que en el ejemplo de realización es de 10 mm de anchura.
Por medio de las ranuras 10, la sección transversal de paso libre, que está formada por el espacio de paso superior e inferior 6, 6', se agranda en un 32 %. Las pruebas han demostrado que el agua de enfriamiento se puede drenar de forma óptima de esta forma.
En la figura 3 se muestra una sección parcial del elemento 6 en forma de rodillo de la figura 2. El elemento 6 superior en forma de rodillo forma con la chapa 1 en su parte superior 4 el espacio de paso superior 7 con una altura H. La altura H del espacio de paso superior 7 es de 5 mm en el ejemplo de realización.
La sección transversal de las ranuras 10 es esencialmente rectangular. Las ranuras 10 tienen una base de ranura 10a y dos paredes laterales opuestas 10b y 10b'. Las áreas de transición entre la base de ranura 10a y las paredes laterales 10b, 10b' de las ranuras 10 están redondeadas para optimizar las condiciones de flujo. La relación anchura-altura de las ranuras 10 está entre 1 y 0,5 (1:0,5) y 1 y 1,5 (1:1,5), preferentemente 1 y 0,8 (1:0,8).
La figura 4 muestra una vista en perspectiva del elemento 6, 6' en forma de rodillo de la figura 1. El elemento 6, 6' en forma de rodillo superior e inferior no descansa sobre la chapa 1, sino que sirve para formar el espacio de paso superior e inferior 7, 7'.
La figura 5 muestra una representación esquemática de una vista de una segunda forma de realización de un dispositivo según la invención en la dirección de paso D de la chapa 1. Un dispositivo de guía 12, que canaliza el refrigerante 8, está situado entre la primera abertura de salida de boquilla 3 y el espacio de paso superior 7. El dispositivo de guía 12 está separado de la parte superior 4 de la chapa 1. La distancia predefinida E del dispositivo de guía 12 desde la parte superior 4 de la chapa 1 es ajustable. El dispositivo de guía 12 se extiende a lo largo de la anchura de la chapa 1 al menos hasta los bordes de chapa y forma un espacio en forma de canal para el refrigerante 8 que está abierto en los bordes de chapa. En la parte inferior 9 de la chapa 1 está dispuesto un dispositivo de guía 12' de idéntica construcción. La forma de realización mostrada en la figura 5 se diferencia de la forma de realización según la figura 1 únicamente en los dispositivos de guía 12 y 12'.
En el marco de la invención son fácilmente posibles modificaciones. Por tanto, el elemento superior 6 y el elemento inferior 6' pueden tener forma de placa. El elemento 6, 6' en forma de placa se puede diseñar de tal manera que se forme una zona de entrada que se estrecha para el espacio de paso 7, 7' en la dirección de paso.
Las ranuras 10 en los elementos superior e inferior 6, 6' pueden tener forma de espiral. La sección transversal de las ranuras 10 puede ser cuadrada o con forma de diente de sierra. La base de ranura 10a también se puede diseñar para que sea redonda o curva. Además del agua, se puede utilizar cualquier otro medio de refrigeración adecuado como refrigerante líquido. Los dispositivos de guía superior e inferior 12, 12' pueden ser curvos.
Lista de referencias
1 Producto plano/chapa
2, 2' Cuerpo de boquilla superior e inferior
3, 3' Primera y segunda abertura de salida de boquilla
4 Chapa de parte superior
5,5' Medio de transporte
6, 6' Elemento superior e inferior
7,7' Espacio de paso superior e inferior
8 Refrigerante
9 Chapa de parte inferior
10 Ranuras
10a Base de las ranuras 10
10b, 10b' Paredes laterales de las ranuras 10
11 Nervadura
12, 12' Dispositivo de guía superior e inferior
A Distancia entre la abertura de salida de boquilla 3, 3' y el espacio de paso 7, 7'
B Anchura de la ranura 10
C Anchura de la nervadura 11
D Dirección de paso del producto plano 1
E Altura de la ranura 10
F Distancia entre el dispositivo de guía 12 y el producto plano 1
H Altura del espacio de paso 7, 7'
a Ángulo entre chorro de refrigerante/producto plano 1
R Distancia entre los rodillos de transporte en la dirección de paso del producto plano 1

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo para enfriar un producto plano, con medios de transporte (5, 5') para el transporte continuo del producto plano (1) en la dirección de paso (D),
al menos un cuerpo de boquilla superior (2), que tiene al menos una primera abertura de salida de boquilla (3) para aplicar un líquido refrigerante (8) en la parte superior (4) del producto plano (1) a lo largo de su anchura, al menos un cuerpo de boquilla inferior (2'), que tiene al menos una segunda abertura de salida de boquilla (3') para aplicar el líquido refrigerante (8) en la parte inferior (9) del producto plano (1) a lo largo de su anchura,
un espacio de paso superior (7) que se extiende a lo largo de la anchura del producto plano (1) y a través del cual el líquido refrigerante (8) puede fluir en la parte superior (4) del producto plano (1) durante el proceso de enfriamiento en la dirección de paso (D), estando delimitado el espacio de paso superior (7) por un elemento superior (6), un espacio de paso inferior (7') que se extiende a lo largo de la anchura del producto plano (1) a través del cual el refrigerante líquido (8) puede fluir en la parte inferior (9) del producto plano (1) durante el proceso de enfriamiento en la dirección de paso (D), estando el espacio de paso inferior (7') delimitado por un elemento inferior (6'), estando dispuestos el espacio de paso superior (7) de la primera abertura de salida de boquilla (3) en el parte superior (4) y el espacio de paso inferior (7') de la segunda abertura de salida de boquilla (3') en la parte inferior (9) del producto plano (1) en la dirección de paso (D) y en el que los elementos superior e inferior (6, 6') tienen ranuras (10) que están espaciadas entre sí por medio de nervaduras (11).
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque los medios de transporte (5, 5') están configurados como rodillos de transporte superior e inferior, porque al menos dos rodillos de transporte superiores (5) y al menos dos rodillos de transporte inferiores (5') están dispuestos en la dirección de paso a una distancia predefinida entre sí y/o porque la primera abertura de salida de boquilla (3) es seguida por el espacio de paso superior (7) y la segunda abertura de salida de boquilla (3') es seguida por el espacio de paso inferior (7') en la dirección de paso (D) a una distancia predefinida (A) y/o porque preferentemente la distancia (A) corresponde esencialmente a la mitad de la distancia (R) entre dos rodillos de transporte (5, 5') adyacentes en la dirección de paso (D).
3. Dispositivo según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado porque la sección transversal de paso del espacio de paso superior e inferior (7, 7') a lo largo de la anchura del producto plano (1) es la misma o porque la sección transversal de paso del espacio de paso superior e inferior (7, 7'), desde el centro del producto plano (1), aumenta progresivamente hacia sus bordes laterales.
4. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el espacio de paso superior e inferior (7, 7') tienen una altura (H) y porque la altura (H) del espacio de paso superior e inferior (7, 7') es de 3 mm a 10 mm, preferentemente 5 mm.
5. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el elemento superior e inferior (6, 6') tienen forma de rodillo y son preferentemente giratorios.
6. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el elemento superior e inferior (6, 6') en el perfil adyacente al espacio de paso superior e inferior (7, 7') discurren paralelos al producto plano (1) o tienen un perfil que cambia continuamente desde el centro del producto plano (1) a lo largo de la anchura hasta los bordes laterales del producto plano (1), de modo que la sección transversal de paso del espacio de paso superior e inferior (7, 7') aumenta constantemente en la dirección de los bordes laterales del producto plano (1).
7. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el elemento superior e inferior (6, 6') están montados regulables en altura.
8. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque las ranuras (10) se extienden preferentemente en la dirección de paso (D) y/o tienen preferentemente forma de espiral.
9. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque la sección transversal de paso que está formada por el espacio de paso superior e inferior (7, 7') aumenta de un 10 % a un 250 %, preferentemente un 40 %, mediante las secciones transversales de paso de las ranuras (10).
10. Dispositivo según la reivindicación 8 o 9,
caracterizado porque la anchura (B) de las ranuras (10) es menor que la anchura (C) de las nervaduras (11) y porque la relación (B/C) de la anchura de la ranura (B) respecto a la anchura de la nervadura (C) está preferentemente entre 1 y 1,5 (1:1,5) y 1 y 6 (1:6), de manera particularmente preferente 1 y 3 (1:3).
11. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores 8 a 10,
caracterizado porque las ranuras (10) tienen una base de ranura (10a) y dos paredes laterales opuestas (10b, 10b') y porque las zonas de transición entre la base de ranura (10a) y las paredes laterales (10b, 10b') son redondeadas y/o la base de la ranura (10a) es redondeada.
12. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la primera abertura de salida de boquilla (3) y la segunda abertura de salida de boquilla (3') son regulables en altura con respecto al producto plano (1) y/o están diseñadas de manera que el refrigerante golpee en un ángulo (a) entre 10° y 45°, preferentemente entre 20° y 30° contra la parte superior (4) y la parte inferior (9) del producto plano (1) en la dirección de paso (D).
13. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque entre la primera abertura de salida de boquilla (3) y el elemento superior (6) se extiende un dispositivo de guía superior (12), porque entre la segunda abertura de salida de boquilla (3') y el elemento inferior (6') se extiende un dispositivo de guía inferior (12') para guiar el refrigerante (8) ubicado en la parte superior (4) y la parte inferior (9) al respectivo espacio de paso superior (7) o espacio de paso inferior (7').
14. Procedimiento para enfriar un producto plano, en el que el producto plano (1) es transportado de forma continua en la dirección de paso (D) por medio de medios de transporte (5, 5'), con las siguientes etapas:
- aplicar un líquido refrigerante (8) a la parte superior (4) del producto plano (1) a lo largo de su anchura mediante al menos un cuerpo de boquilla superior (2) que tiene al menos una primera abertura de salida de boquilla (3), - aplicar un líquido refrigerante (8) a la parte inferior (9) del producto plano (1) a lo largo de su anchura mediante al menos un cuerpo de boquilla inferior (2') que tiene al menos una segunda abertura de salida de boquilla (3'), - guiar el refrigerante en la parte superior (4) en la dirección de paso (D) a través de un espacio de paso superior (7) y guiar el refrigerante en la parte inferior (9) en la dirección de paso (D) a través de un espacio de paso inferior (7') para aumentar la velocidad de flujo del refrigerante (8) en la dirección de paso (D), en el que el espacio de paso superior e inferior (7, 7') se extienden, cada uno, a lo largo de la anchura del producto plano (1) y aguas abajo en la dirección de paso (D) de las primera y segunda aberturas de salida de boquilla (3, 3').
15. Procedimiento según la reivindicación 14,
caracterizado porque la velocidad de flujo del refrigerante (8) al salir de la primera y segunda abertura de salida de boquilla (3, 3') está entre 5 m/s y 60 m/s, preferentemente entre 20 m/s y 35 m/s.
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