ES2939302T3 - Método para enfriar un alambre y la correspondiente instalación de procesamiento de alambre - Google Patents

Abstract

Dispositivo de enfriamiento (1) para enfriar un alambre (100) que comprende una primera cámara (2) y una segunda cámara (4) de enfriamiento a través de la cual pasa el alambre (100). El dispositivo también comprende unos medios de impulsión (16) de líquido de enfriamiento para impulsar el líquido de enfriamiento desde la primera cámara (2) hasta la segunda cámara (4), a través de por lo menos una entrada de líquido de enfriamiento (12). A través de los medios de impulsión (16) y la entrada de líquido de enfriamiento (12) se proyecta un chorro de líquido de enfriamiento sobre la trayectoria del alambre a una velocidad media de por lo menos 0,6 m/s, y a una distancia de entre 6 y 13 veces el diámetro del alambre (100). El enfriamiento se realiza en una atmósfera de gas inerte en el interior de la segunda cámara (4). La invención también se refiere a una instalación y a un procedimiento de enfriamiento de alambre correspondientes.

Description

DESCRIPCIÓN

Método para enfriar un alambre y la correspondiente instalación de procesamiento de alambre

Campo de la invención

La invención se refiere a un método de enfriamiento para enfriar un alambre.

Estado de la técnica

Una de las etapas para fabricar un alambre, y particularmente un alambre de acero, es la etapa de recocido o la etapa de patentado.

En la etapa de recocido, el alambre se calienta entre 650 y 750 °C. El propósito del recocido es ablandar el alambre para eliminar las tensiones internas y para facilitar su posterior manipulación.

En la etapa de patentado, el alambre se calienta entre 825 y 950 °C. El propósito de este tratamiento es transformar la estructura cristalina de la austenita en perlita, lo que proporciona ductilidad al acero.

En un proceso de recocido, y particularmente en un proceso de patentado, el alambre debe enfriarse a una velocidad controlada. En particular, en líneas de producción de alambre de acero galvanizado de alta velocidad, los alambres deben enfriarse del orden de 250-300 °C para alcanzar de 460 a 500 °C del baño de zinc.

Es conocido el enfriamiento del alambre en la etapa de recocido utilizando tubos con una camisa de agua, lo que garantiza que la pared esté fría en todo momento. Debido a su alta temperatura, los alambres se enfrían por radiación. Desafortunadamente, este sistema conocido es insuficiente y presenta algunos inconvenientes. En primer lugar, la tasa de enfriamiento es baja, lo que limita la velocidad del alambre. Además, la longitud que va a enfriarse alarga significativamente la línea del orden de decenas de metros. Por otro lado, debido a su longitud, el enhebrado del alambre puede ser muy difícil. Finalmente, en esta solución conocida, se acumula fácilmente suciedad en los tubos. Otro problema relevante es el riesgo de oxidación del alambre.

El documento US 2007107815 A1 divulga un método para patentar un alambre de acero, según el cual la temperatura se aumenta por lo menos hasta un nivel en el que el acero experimenta austenización. A continuación, el alambre se templa en un medio líquido haciendo pasar el alambre a través de por lo menos una cortina de líquido de enfriamiento para obtener una temperatura de enfriamiento por debajo de la temperatura de austenización. El líquido fluye de manera turbulenta en una dirección sustancialmente perpendicular al alambre. A continuación, el método presenta una fase isotérmica durante la cual el alambre se mantiene a una temperatura constante que permite la transformación en perlita. Además, en el método para obtener la temperatura que permite la transformación en la perlita, se proporcionan varias cortinas sucesivas de líquido de enfriamiento que golpean el alambre en la parte inferior del mismo.

El documento FR2300810A1 divulga un método para patentar alambre de acero. El alambre se calienta para formar austenita y se templa isotérmicamente para obtener perlita. Además, el temple isotérmico se produce en tres fases sucesivas: (a) la capa externa del alambre se enfría por debajo de la temperatura de la nariz de la curva de tiempotemperatura-transformación (TTT); (b) la capa externa se recalienta por el calor contenido en el núcleo del alambre hasta una temperatura uniforme cercana a la de nariz de la curva de TTT, antes de que se complete la transformación; y c) la temperatura uniforme se mantiene por lo menos hasta la transferencia completa de austenita a ferrita y cementita.

El documento CN 101736143 A divulga un proceso de recocido de alambre y un dispositivo para el mismo. El proceso de recocido de alambre comprende principalmente tres procedimientos de trabajo de tratamiento de calentamiento en una región de recocido a alta temperatura, tratamiento de enfriamiento en una región de enfriamiento por vapor y recubrimiento con agua líquida y tratamiento de enfriamiento en una región de enfriamiento y recubrimiento con agua líquida. El vapor en la región de enfriamiento por vapor es vapor a baja temperatura generado por un generador de vapor incorporado, obteniéndose de ese modo una alta eficiencia de enfriamiento, sin presentar problemas de condensación y aplicándose en el recocido de una variedad de alambres; además, debido al procedimiento de trabajo del recubrimiento con agua líquida y el tratamiento de enfriamiento, el proceso de recocido del alambre no puede completar fácilmente el enfriamiento del alambre, pero también puede completar mejor las tareas de recubrimiento de un antioxidante, recubrimiento de un fundente de refuerzo, limpieza del fundente de refuerzo y similares. Por tanto, el proceso de recocido del alambre y el dispositivo del mismo pueden evitar la oxidación de los alambres recocidos, mejorar el rendimiento y la estabilidad de la calidad de los alambres después del recocido, realizar adicionalmente el recubrimiento perfecto del antioxidante y el pretratamiento de estañado, presentar un buen efecto de ahorro de energía y aplicarse en el recocido de una variedad de alambres.

Finalmente, el documento EP 0359279 A2 divulga un método para el enfriamiento directo rápido de un alambrón laminado en caliente.

Sumario de la invención

El propósito de la invención es proporcionar un método de enfriamiento para enfriar un alambre del tipo indicado anteriormente que, al enfriarse a una alta velocidad de desplazamiento, impide que el alambre se oxide y, por tanto, proporciona un alambre de alta calidad.

En la técnica, los valores utilizados para caracterizar una línea de procesamiento de alambre de alta velocidad son los valores DV y D2V. DV es el producto del diámetro D del alambre medido en mm por la velocidad de movimiento hacia delante del alambre V medida en m/min. A su vez, D2V es el producto del cuadrado del diámetro del alambre medido en mm por la velocidad de movimiento hacia delante del alambre V medida en m/min.

Por tanto, en la invención, se considera una línea de alta velocidad una línea que presenta un DV>150 mm ■ m/min y D2V > 500 mm2 ■ m/min.

Por otro lado, en la invención, la velocidad media en la entrada de líquido de enfriamiento, es decir, la velocidad en el punto de eyección del chorro de líquido de enfriamiento se entiende como el caudal volumétrico expresado en m3/s, en condiciones de presión y temperatura condiciones de 0 °C y 1 atm, dividido entre el área de la sección transversal de la entrada de líquido de enfriamiento expresada en m2.

Por tanto, el propósito de la invención se logra por medio de un método de enfriamiento para enfriar un alambre que discurre a lo largo de una trayectoria de alambre (10) en un dispositivo de enfriamiento (1) para enfriar un alambre (100), que comprende: [a] una primera cámara contenedora (2) para contener un líquido de enfriamiento, que comprende además: [b] una segunda cámara contenedora (4) que comprende una entrada de alambre y una salida de alambre (6, 8) dispuestas una con respecto a la otra de tal manera que definan una trayectoria de alambre (10) y por lo menos una entrada de líquido de enfriamiento y una salida de líquido de enfriamiento (12, 14), [c] unos medios de impulsión del líquido de enfriamiento (16) que conectan fluídicamente dicha primera y segunda cámaras (2, 4) para impulsar dicho líquido de enfriamiento desde dicha primera cámara (2) hasta dicha segunda cámara (4) a través de dicha por lo menos una entrada de líquido de enfriamiento (12), [d] extendiéndose además dicha salida de líquido de enfriamiento (14) dentro de dicha primera cámara (2), de tal manera que, cuando dicho dispositivo de enfriamiento (1) esté en funcionamiento, el extremo distal (20) de dicha salida de líquido de enfriamiento (14) esté sumergido en el líquido de enfriamiento contenido en dicha primera cámara (2), [e] estando dichos medios de impulsión (16) y la sección transversal de dicha por lo menos una entrada de líquido de enfriamiento (12) dimensionados para proyectar un chorro de líquido de enfriamiento sobre dicha trayectoria de alambre (10), caracterizado por que [f] el dispositivo (1) comprende asimismo unos medios para introducir gas inerte, asociados funcionalmente con dicha segunda cámara (4) para crear una atmósfera de gas inerte dentro de dicha segunda cámara (4) durante el enfriamiento de dicho alambre (100), y el método comprende asimismo: [h] una etapa de proyección de líquido de enfriamiento, en la que por lo menos un chorro de líquido de enfriamiento es proyectado sobre dicha trayectoria de alambre (10) a una velocidad media de por lo menos 0.6 m/s desde una distancia (d) entre la entrada de líquido de enfriamiento (12) y dicha trayectoria (10) comprendida entre 6 y 13 veces el diámetro del alambre (100) que debe enfriarse, y [i] llevándose a cabo dicha etapa de proyección en una atmósfera de gas inerte.

El dispositivo de enfriamiento de alambre utilizado en el método se basa en enfriamiento por convección que es mucho más eficiente que el enfriamiento por radiación conocido en algunas instalaciones del estado de la técnica. Esto permite enfriar el alambre impidiendo la oxidación, además de ser mucho más rápido. Por consiguiente, en comparación con los dispositivos de enfriamiento por radiación del estado de la técnica, la longitud de la estación para un mismo gradiente de enfriamiento puede reducirse, ganando velocidad de procesamiento.

Los medios de impulsión y la sección transversal de la entrada de líquido de enfriamiento están dimensionados de manera que permitan la proyección de un chorro de líquido de enfriamiento sobre el alambre a una alta velocidad y de una manera muy precisa. Esto no tendría lugar con las cortinas de agua divulgadas en el estado de la técnica. Además, se evita de ese modo la formación de una capa de vapor en la superficie de contacto entre el líquido de enfriamiento y el alambre. Durante el desarrollo de la invención, se ha encontrado que la capa de vapor favorece la oxidación del alambre. Por otro lado, también dificulta el enfriamiento del alambre. Asimismo, al introducir un gas inerte en la segunda cámara, también se evita que tengan lugar reacciones químicas no deseadas que pueden degradar el alambre. En particular, en los sistemas conocidos del estado de la técnica, el oxígeno existente en la cámara de enfriamiento es uno de los elementos decisivos en la oxidación de la superficie del alambre, porque la oxidación de la superficie se produce cuando el oxígeno entra en contacto con el alambre. Esto afecta directamente a la calidad del alambre que se produce, ya que el procesamiento posterior del mismo, tal como el recubrimiento por medio de galvanización, por ejemplo, también se dificulta.

Un ejemplo de los inconvenientes de los dispositivos del estado de la técnica puede observarse en el dispositivo divulgado en documento US 2007107815 ^a 1. En dicho documento, las cortinas de agua contienen burbujas que dificultan un enfriamiento uniforme y, de nuevo, favorecen la formación de capas de vapor sobre el alambre. Por un lado, esto afecta negativamente a la calidad del alambre, provocando la oxidación del mismo. Además, esto también hace necesario trabajar a una baja velocidad para garantizar que toda la superficie del alambre está en contacto con el agua en algún punto para lograr un enfriamiento uniforme. Esta instalación es también muy ineficiente, dado que una gran parte del chorro en forma de una cortina de agua no se utiliza para el enfriamiento. De hecho, una gran parte de la cortina de agua turbulenta se impulsa sin propósitos específicos, lo que conlleva un consumo de agua innecesario.

La invención cubre una serie de características preferidas que son el objeto de las reivindicaciones dependientes, cuya utilidad se expone a continuación en la descripción detallada de una forma de realización de la invención.

Preferentemente, dicho gas inerte comprende por lo menos nitrógeno e hidrógeno, presentando dicho hidrógeno una concentración en peso comprendida entre el 0 y el 10 % p/p, preferentemente entre el 0 y el 7.5 % p/p y de manera particularmente preferida entre el 0 y el 5 % p/p. Por consiguiente, el nitrógeno comprende una concentración de entre el 100 y el 90 % p/p, preferentemente de entre el 100 y el 92.5 % p/p y de manera particularmente preferible entre el 100 y el 95 % p/p. El hidrógeno en una proporción adecuada es particularmente deseable dado que el oxígeno procedente del agua se captura para formar agua de nuevo. Por tanto, se reduce adicionalmente el riesgo de oxidación de la superficie del alambre durante la etapa de enfriamiento.

Preferentemente, dichas entradas de líquido de enfriamiento están configuradas para proyectar un chorro localizado sobre dicha trayectoria, estando dichas entradas de líquido de enfriamiento dispuestas alrededor del perímetro de dicha trayectoria, a lo largo de un ángulo simétrico de 270° con respecto a un plano vertical. Puesto que el líquido de enfriamiento no se proyecta desde la parte inferior, se evita que el líquido caliente que ya ha entrado en contacto con el alambre caiga de nuevo sobre dicho alambre y, por tanto, se enfríe de una manera mucho menos eficiente.

En otra forma de realización, las entradas de líquido de enfriamiento están dispuestas alrededor del perímetro de dicha trayectoria de una manera uniforme, alrededor de un ángulo comprendido entre 0 y 180°, lo que también reduce el consumo de agua del dispositivo, dado que no se proyectan chorros de agua contra la dirección de la gravedad.

Incluso más preferentemente, dicha segunda cámara comprende una pluralidad de entradas de líquido de enfriamiento distribuidas uniformemente en la dirección longitudinal de dicha trayectoria y en la parte superior de dicha segunda cámara. Esto permite enfriar el alambre incluso más rápidamente, dado que hay una mayor cantidad de líquido de enfriamiento proyectado sobre el alambre. De una manera particularmente preferida, están previstas entre 15 y 50 entradas de líquido distribuidas uniformemente en la dirección longitudinal. Por tanto, por ejemplo, cuando están previstas 5 entradas de líquido en un plano transversal distribuidas alrededor del perímetro, podrían proporcionarse entre 45 y 250 entradas de líquido de enfriamiento en todo el dispositivo.

De una manera particularmente preferida, dichas entradas de líquido de enfriamiento presentan una sección transversal circular. Esto simplifica su fabricación. De una manera particularmente preferida, los orificios que configuran las entradas de líquido de enfriamiento presentan una sección transversal circular con un diámetro comprendido entre 1 y 4 mm, dependiendo del diámetro del alambre que va a enfriarse.

Además, con el fin de proporcionar una mayor flexibilidad en cuanto a la forma del chorro, dichas entradas de líquido de enfriamiento presentan una sección transversal que puede modificarse o ajustarse, es decir, las dimensiones de la sección transversal pueden variarse dependiendo de las necesidades geométricas del alambre que va a enfriarse.

Preferentemente, dichos medios de impulsión y la sección transversal de dicha por lo menos una entrada de líquido de enfriamiento están dimensionados para proyectar dicho chorro de líquido de enfriamiento sobre dicha trayectoria de alambre a una velocidad media de por lo menos 3 m/s, y preferentemente por lo menos 5 m/s. Una mayor velocidad de proyección minimiza el riesgo de formación de la capa de vapor, particularmente cuando el corro presenta una anchura menor que la sección transversal del alambre.

De una manera particularmente preferida, el caudal utilizado para descargar los chorros de líquido está comprendido entre 6 I/min y 60 l/min.

En otra forma de realización que tiene el objetivo de optimizar el consumo de líquido de enfriamiento, preferentemente, la anchura de la sección transversal de dicha por lo menos una entrada de líquido de enfriamiento sobre el plano perpendicular a dicha trayectoria de alambre es de entre el 30 % y el 120 % del diámetro máximo de dicho alambre.

Preferentemente, dicho líquido de enfriamiento es uno de entre el grupo que consiste en agua corriente, agua desmineralizada o una disolución de sales y/o polímeros en agua. Como resultado, el diseño del dispositivo se simplifica y aumenta la seguridad. El agua es un líquido de enfriamiento que está fácilmente disponible en las industrias y se maneja con seguridad. Por otro lado, esto evita la necesidad de almacenar otros líquidos específicos. Alternativamente, pueden utilizarse glicol o aceite para corte, conocido en la técnica como lubricante.

Otro aspecto no reivindicado es proporcionar una instalación de procesamiento de alambre continuo que comprende un dispositivo de enfriamiento para enfriar el alambre tal como se describió anteriormente.

Con el fin de reducir el riesgo de formación de una capa de óxido sobre la superficie del alambre al mínimo, la instalación comprende aguas arriba de la etapa de enfriamiento una estación de tratamiento térmico, comprendiendo dicha instalación una cámara de tratamiento térmico que presenta medios de calentamiento para calentar dicho alambre a una primera temperatura y medios para introducir gas inerte para crear una atmósfera de gas inerte en dicha cámara. Como resultado del gas inerte, a pesar de que la temperatura del alambre está aumentando para realizar el tratamiento térmico, se impide la formación de óxido.

En otra forma de realización no reivindicada, la instalación comprende una estación de galvanizado dispuesta aguas abajo de dicha estación de enfriamiento, comprendiendo dicha estación de galvanizado una cámara de galvanizado y unos medios para introducir gas inerte para crear una atmósfera de gas inerte en dicha cámara de galvanizado, estando dicha estación de galvanizado conectada fluídicamente con dicha estación de enfriamiento.

Finalmente, de una manera particularmente preferida, dicha estación de tratamiento térmico, dicha estación de galvanizado y dicha estación de enfriamiento están conectadas fluídicamente entre sí, de manera que compartan dicha atmósfera de gas inerte. Esto evita cualquier riesgo de formación de una capa de óxido en todas estas etapas.

Preferentemente, dicha velocidad media para proyectar líquido de enfriamiento sobre dicho alambre es de por lo menos 3 m/s, y preferentemente por lo menos 5 m/s. Una mayor velocidad de proyección minimiza el riesgo de formación de la capa de vapor. Por otro lado, velocidades más altas son adecuadas también para secciones de alambre más grandes.

Preferentemente, dicho por lo menos un chorro de líquido de enfriamiento es un chorro localizado, siendo dicho chorro proyectado alrededor del perímetro de dicha trayectoria, a lo largo de un ángulo simétrico de 270° con respecto a un plano vertical. Esto evita que el líquido de enfriamiento caliente proyectado caiga de nuevo sobre el alambre. El agua que ya ha entrado en contacto con el alambre previamente y, por tanto, ya ha comenzado a calentarse, al caer sobre dicho alambre provocaría que el alambre se enfriara de una manera bastante ineficiente.

En otra forma de realización, dicho por lo menos un chorro de líquido de enfriamiento es proyectado alrededor del perímetro de dicha trayectoria de una manera uniforme, alrededor de un ángulo comprendido entre 0 y 180° con respecto a la dirección horizontal para optimizar el consumo de agua de la instalación.

Asimismo, la invención también incluye otras características de detalle ilustradas en la descripción detallada de una forma de realización de la invención y en las figuras adjuntas.

Breve descripción de los dibujos

Otras ventajas y características adicionales de la invención se pondrán de manifiesto a partir de la siguiente descripción, en la que, sin ningún carácter limitante, se divulgan formas de realización preferidas de la invención, con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

La figura 1 muestra una vista frontal esquemática de una primera forma de realización de una instalación según la invención.

La figura 2 muestra una vista en perspectiva de un dispositivo de enfriamiento para enfriar un alambre según la invención.

La figura 3 muestra una vista en planta desde arriba del dispositivo de la figura 2.

La figura 4 muestra un esquema general del dispositivo de enfriamiento de alambre según la invención.

La figura 5 muestra una vista en sección longitudinal de la segunda cámara contenedora en la que se enfría el alambre.

La figura 6 muestra una sección transversal esquemática a lo largo del plano VI-VI de la segunda cámara de la figura 5.

Las figuras 7a y 7b muestran unos diagramas del análisis de la velocidad de los chorros proyectados sobre el alambre en una segunda cámara contenedora del dispositivo según la invención.

La figura 8 muestra una vista frontal esquemática de una segunda forma de realización de una instalación según la invención.

Descripción detallada de una forma de realización de la invención

Con el fin de entender mejor el funcionamiento del dispositivo 1 para enfriar el alambre 100, en primer lugar, se describe un método de procesamiento de alambre según la invención a modo de ejemplo no limitativo. Más particularmente, se describe un método para recubrir un alambre de acero mediante galvanización en este caso. No obstante, el método según la invención es aplicable a otros métodos de procesamiento de alambre continuo para procesar alambres hechos de otros materiales. En particular, el método es aplicable a métodos de procesamiento de alambre en los que se requiere una etapa de enfriamiento después de elevar la temperatura del alambre, lo que provoca un cambio cristalográfico y, por consiguiente, conduce a un riesgo de oxidación de la superficie del mismo. A modo de ejemplo, y dependiendo del contenido de carbono, en el caso de un alambre de acero, la temperatura se eleva por encima de los 400 °C.

La figura 1 muestra una instalación 102 para recubrir un alambre 100 mediante galvanización. En primer lugar, la instalación 102 presenta una estación de desenrollado de alambre con dos dispositivos de desenrollado 104 de alambre 100 a modo de una bobina montada de manera giratoria sobre su correspondiente soporte no mostrado en detalle. Si es necesario, el alambre 100 que sale de las bobinas puede ralentizarse para garantizar la tensión correcta del alambre 100 en procesos posteriores.

La figura 1 representa dos dispositivos de desenrollado 104, es decir, se representa una máquina apta para tratar dos alambres simultáneamente. No obstante, dentro del alcance de la invención, el número de alambres tratados 100 es irrelevante. A pesar de lo anterior, por motivos de simplicidad, las diferentes formas de realización se describirán, a continuación, en referencia a un solo alambre 100, lo que no debe interpretarse de manera limitativa. Por consiguiente, a menos que se indique lo contrario, la descripción será aplicable a uno, dos o más alambres 100.

La instalación 102 presenta una estación de limpieza 106 con un primer horno de inducción 108 para limpiar la superficie del alambre 100 antes de la aplicación del tratamiento térmico antes del recubrimiento. No obstante, alternativamente, el horno puede ser un horno convencional. Este primer horno 108 puede ser tanto una fuente de voltaje como una fuente de corriente. El primer horno 108 proporciona la energía requerida para elevar la temperatura del alambre 100 hasta una temperatura comprendida entre 400 y 600 °C. Para ese fin, el primer horno 108 presenta un inductor con el correspondiente alambre 100 que pasa a través del interior del mismo. Tanto en el caso de máquinas de un solo hilo como de múltiples hilos, cada uno de los inductores está configurado a modo de una bobina abierta sin ningún tubo cerámico en el centro de los inductores. Por consiguiente, los residuos eliminados por gravedad de la superficie del alambre 100 pueden descargarse a través de la parte inferior del mismo. Alternativamente, el inductor 110 puede estar también semiabierto, de manera que la parte superior del inductor 110 está protegida con un casquillo cerámico, mientras que la parte inferior está abierta.

También está previsto un extractor de humos 112 que dirige los humos a un filtro de humos 114 en el primer horno 108. En la parte inferior del inductor, la estación de limpieza 106 presenta un dispositivo de recogida de cenizas 128, a modo de una bandeja extraíble, proporcionada por debajo del inductor, que ocupa toda la longitud y anchura de la misma, de manera que las cenizas procedentes del alambre 100 caen siempre sobre la bandeja para descargarse apropiadamente.

Después del dispositivo de desenrollado 104 y aguas arriba del primer horno de inducción 108, la estación de limpieza 106 comprende un dispositivo de impregnación 118 que contiene un líquido altamente volátil, tal como agua, alcohol, ácido, disolvente, o similar. El alambre 100 se impregna mediante pulverización, inmersión, frotamiento, o similar en el dispositivo de impregnación 118 antes de entrar en el primer horno de inducción 108.

Finalmente, también está previsto un dispositivo de limpieza 116 para limpiar restos quemados de la superficie del alambre 100 en la estación de limpieza 106 aguas abajo del primer horno 108. Este dispositivo de limpieza 116 es opcional según el nivel de limpieza que ha de obtenerse. La mayor parte de los residuos presentes en la superficie del alambre 100 se eliminan en el primer horno 108. No obstante, este sistema se encarga de eliminar posibles residuos que, después de quemarse en el primer horno 108, se adhieren a la superficie del alambre 100 y no cayeron por gravedad. El dispositivo de limpieza 116 para limpiar restos quemados puede ser, entre otros: agua presurizada, nitrógeno, aire presurizado, agua de recirculación u otros fluidos, y sistemas similares. Alternativamente, no se descarta tampoco una limpieza mecánica, es decir, un dispositivo de limpieza 116 que comprende medios mecánicos tales como cepillos giratorios, cilindros giratorios cubiertos con tela, almohadilla, o similares destinados a frotar la superficie de cada uno de los alambres 100 para eliminar los residuos sólidos restantes.

La instalación 102 comprende una estación de tratamiento térmico después del dispositivo de limpieza 116, aguas abajo del primer horno de inducción 108. La estación de tratamiento térmico presenta un segundo horno 120 con una cámara de tratamiento térmico que presenta unos medios de calentamiento para calentar el alambre 100 a una primera temperatura. De una manera particularmente preferida, la estación también presenta unos medios para introducir gas inerte, no mostrados en detalle, para crear una atmósfera de gas inerte en la cámara de tratamiento térmico. Tal como se mencionó, el tratamiento térmico del alambre 100 consiste en elevar la temperatura del mismo hasta que se provoca una modificación cristalográfica del acero. Para ese fin, este segundo horno 120 debe ser adecuado para calentar el alambre 100 a una temperatura de tratamiento térmico. Dentro del alcance de la invención, el tratamiento térmico puede ser cualquiera de los tratamientos convencionales aplicados a un alambre de acero antes del procesamiento posterior del mismo, o bien con o bien sin recubrimiento posterior. Por ejemplo, el tratamiento térmico aplicado en el segundo horno 120 puede ser un tratamiento de recocido, patentado o templado antes de la galvanización o un tratamiento de austenización que se aplica en el caso de un alambre de acero inoxidable que no requiere recubrimiento posterior.

Tal como ya se observó, el tratamiento térmico se lleva a cabo preferentemente en una atmósfera de gas inerte, tal como una combinación de hidrógeno y nitrógeno, por ejemplo, para evitar la oxidación. No obstante, dentro del contexto de la invención, no es esencial que el tratamiento térmico se realice en una atmósfera inerte.

La instalación 102 presenta una estación de enfriamiento con por lo menos un dispositivo de enfriamiento para enfriar un alambre 100 a la salida del segundo horno de tratamiento térmico 120. El dispositivo 1 se describirá a continuación con más detalle.

A continuación, la instalación presenta una estación de galvanizado aguas abajo de la estación de enfriamiento. Esta estación presenta una cámara de galvanizado 124 con un baño de zinc y unos medios para introducir gas inerte (no mostrados en detalle) para crear una atmósfera de gas inerte en la cámara de galvanizado 124. Alternativamente, en el baño pueden aplicarse diferentes recubrimientos tales como recubrimientos de fosfato, recubrimientos de Rilsan, recubrimientos de cobre, recubrimientos de laca, recubrimientos de plástico, o similares, distintos del recubrimiento de galvanizado. De nuevo, la atmósfera inerte de la estación de galvanizado es opcional, pero mejora en gran medida la calidad del acabado del recubrimiento.

Asimismo, en la forma de realización preferida de la figura 1, la estación de tratamiento térmico, la estación de galvanizado, y la estación de enfriamiento están conectadas fluídicamente entre sí de manera que comparten la atmósfera de gas inerte.

Después de la estación de galvanizado, está previsto un dispositivo de solidificación 122 para solidificar la capa de galvanizado que es responsable de garantizar una buena uniformidad del recubrimiento. En este caso, el dispositivo de solidificación del recubrimiento 122 también enfría el alambre 100. No obstante, en este caso, no hay riesgo de oxidación en la estación de tratamiento térmico, dado que el alambre 100 está recubierto con zinc.

Finalmente, está previsto un dispositivo de recogida 126 para recoger el alambre 100 que consiste en una bobina de enrollado accionada por motor para cada uno de los alambres 100 a la salida del dispositivo de solidificación 122.

A continuación, se describe el dispositivo de enfriamiento 1 objeto de la invención. Este dispositivo 1 puede proporcionarse en la estación de enfriamiento de una instalación de galvanizado de alambre continuo 102.

Tal como puede observarse en los dibujos, y particularmente en la figura 4, el dispositivo de enfriamiento 1 para enfriar un alambre 100 según la invención presenta una primera cámara contenedora 2 para contener el líquido de enfriamiento. Un líquido particularmente preferido para enfriar el alambre 100 es agua corriente, dado que está fácilmente disponible en instalaciones industriales. No obstante, pueden utilizarse otros líquidos tales como agua desmineralizada, glicol, una disolución de sales y/o polímeros en agua, lubricantes, u otros.

Además, la segunda cámara 4 comprende una entrada de alambre 6 para la entrada del alambre 100 que va a enfriarse y una salida de alambre 8 para la salida del alambre 100 una vez que se ha enfriado. Estas entrada y salida de alambre 6, 8 definen una trayectoria de alambre 10. La trayectoria 10 es preferentemente, pero no esencialmente, rectilínea con el fin de minimizar el espacio. La trayectoria 10 para el alambre coincide sustancialmente con el eje longitudinal del alambre 100 que pasa a través del interior de la segunda cámara 4 con el fin de enfriarse. Por otro lado, esta misma segunda cámara 4 presenta una pluralidad de entradas de líquido de enfriamiento 12 y por lo menos una salida de líquido de enfriamiento 14, dispuestas en la parte inferior de la misma a modo de una caja longitudinal.

El dispositivo 1 presenta también unos medios de impulsión del líquido de enfriamiento 16, tales como una bomba hidráulica, que conecta fluídicamente la primera y segunda cámaras 2, 4. Los medios de impulsión 16 están previstos para impulsar el líquido de enfriamiento desde el baño de líquido de enfriamiento en la primera cámara 2 hasta la segunda cámara 4 a través de la pluralidad de entradas de líquido de enfriamiento 12 previstas en una cámara de acumulación 24 que rodea la segunda cámara 4.

Tal como se observa en la figura 6, los medios de impulsión 16 y la sección transversal de las entradas de líquido de enfriamiento 12 están dimensionados para proyectar un chorro de líquido de enfriamiento sobre la trayectoria de alambre 10 a una velocidad media de por lo menos 0.6 m/s. El chorro de líquido se proyecta desde una distancia d entre dicha entrada de líquido de enfriamiento 12 y dicha trayectoria comprendida entre 6 y 13 veces el diámetro del alambre 100 que va a enfriarse. Con esta velocidad, se impide que el alambre se oxide porque se evita en gran medida la formación de una capa de vapor alrededor del alambre. La capa de vapor favorece la oxidación del alambre, pero también complica además el enfriamiento del mismo. No obstante, incluso más preferentemente, se logra un efecto de enfriamiento potenciado adicionalmente a partir de una velocidad de por lo menos 3 m/s, y más preferentemente por lo menos 5 m/s.

De una manera particularmente preferida, las entradas de líquido de enfriamiento 12 son orificios de una sección transversal circular con un diámetro comprendido entre 1 y 4 mm. Además, el caudal está comprendido entre 6 I/min y 60 l/min.

Asimismo, para optimizar la capacidad de enfriamiento y el consumo de energía de la instalación, se proporciona que, en el dispositivo 1, la anchura 18 de la sección transversal de cada una de las entradas de líquido de enfriamiento 12 en el plano perpendicular a la trayectoria de alambre 10 sea de entre el 30 % y el 120 % del diámetro máximo del alambre que debe enfriarse. En la invención, la anchura 18 de la sección transversal de las entradas de líquido de enfriamiento 12 se entiende como la dimensión de la entrada de líquido medida en el plano perpendicular a la trayectoria de alambre 10, tal como se observa en la figura 6.

Asimismo, las figuras 6 y 7 muestran que las entradas de líquido de enfriamiento 12 están configuradas para proyectar un chorro localizado sobre la trayectoria 10, indicada en la figura 6 con la flecha A. Puede observarse en este mismo dibujo que las entradas de líquido de enfriamiento 12 están dispuestas alrededor del perímetro de dicha trayectoria 10, a lo largo de un ángulo simétrico de 180° con respecto a un plano vertical P La distribución perimetral puede extenderse simétricamente a 270° con respecto al plano P para impedir que el líquido de enfriamiento calentado que ya ha entrado en contacto con el alambre 100 caiga de nuevo sobre el alambre, empeorando el enfriamiento del alambre. De hecho, la distribución perimetral, considerada la más eficiente en cuanto al enfriamiento y el consumo de energía de la instalación, se logra cuando las entradas de líquido de enfriamiento 12a, 12b están dispuestas alrededor del perímetro de la trayectoria de una manera uniforme alrededor de un ángulo comprendido entre 0 y 180°, como en el caso del dibujo.

Por otro lado, y para garantizar un buen enfriamiento a alta velocidad, puede observarse en la figura 5 que la segunda cámara 4 comprende una pluralidad de entradas de líquido de enfriamiento 12 en la segunda cámara 4 que están distribuidas uniformemente en la dirección longitudinal de la trayectoria 10 y en la parte superior 22 de dicha segunda cámara 4.

Puede observarse también en la figura 4 que la salida de líquido de enfriamiento 14 se extiende en forma de un conducto tubular vertical 28 de una sección transversal rectangular dentro de dicha primera cámara 2. Por tanto, cuando el dispositivo 1 está en funcionamiento, el extremo distal 20 de la salida de líquido de enfriamiento 14 está sumergido en el baño de líquido de enfriamiento contenido en la primera cámara 2.

El dispositivo 1 comprende además unos medios para introducir gas inerte. Estos medios para introducir gas inerte están asociados funcionalmente con la segunda cámara 4 para crear una atmósfera de gas inerte dentro de la segunda cámara 4 durante el enfriamiento del alambre 100. En particular, el hecho de que el extremo distal 20 esté sumergido en el baño líquido de la primera cámara 2 garantiza que toda la segunda cámara 4 esté dispuesta en una atmósfera de gas inerte. Esta atmósfera inerte se muestra esquemáticamente en la figura 4 por medio de un fondo de color gris.

Tal como se mencionó, la segunda cámara 4 contiene el gas inerte 130 que evita que se produzca cualquier reacción química no deseada, y particularmente la oxidación de la superficie del alambre 100. El gas inerte preferido 130 comprende por lo menos nitrógeno e hidrógeno en una concentración en peso comprendida entre el 0 y el 10 % p/p. No obstante, para una mayor seguridad de funcionamiento, la concentración de hidrógeno es preferentemente de entre el 0 y el 7.5 % p/p, y de manera particularmente preferida de entre el 0 y el 5 % p/p.

Las figuras 7a y 7b muestran un ejemplo de la forma de chorro lograda a través de las entradas de líquido de enfriamiento del dispositivo de la invención. La figura 7a muestra solo una simulación de la mitad de la segunda cámara 4. Están dispuestas cinco entradas en cada plano transversal en el que se proporcionan entradas de líquido de enfriamiento 12. Tres entradas superiores 12a se distribuyen en los cuadrantes primero y segundo, mientras que las dos entradas inferiores 12b no se observan en este dibujo. Este diagrama muestra el chorro como un chorro localizado. Obviamente, el chorro pierde velocidad a medida que sale de la entrada correspondiente. En cualquier caso, la velocidad media del chorro, en este caso, es de por lo menos 3 m/s.

El método según la invención se describe a continuación basándose en el dispositivo de las figuras 2 a 6. El método de enfriamiento para enfriar un alambre comprende una etapa de proyección de líquido de enfriamiento en la que se proyectan cinco chorros de agua sobre el alambre a una velocidad media de por lo menos 0.6 m/s, pero preferentemente por lo menos 3 m/s y más preferentemente 5 m/s. La etapa de proyección se lleva a cabo en una atmósfera de gas inerte 130.

En particular, la atmósfera de gas inerte 130 se logra como resultado de la introducción de nitrógeno e hidrógeno en la segunda cámara 4. La mezcla contiene hidrógeno en una concentración en peso de entre el 0 y el 10 % p/p, preferentemente entre el 0 y el 7.5 % p/p, y de manera particularmente preferible entre el 0 y el 5 % p/p.

La figura 7a muestra cómo el líquido de enfriamiento se proyecta en forma de un chorro localizado a través de las entradas de líquido de enfriamiento superiores 12a.

La figura 7b muestra una simulación similar a la de la figura 7a, pero en la que se muestran la entrada de líquido de enfriamiento 12a a 45° y una entrada de líquido de enfriamiento horizontal 12b.

La combinación de las figuras 7a y 7b permite observar cómo el líquido de enfriamiento se distribuye alrededor del perímetro de la trayectoria de alambre, excepto la posición vertical inferior.

Estos dibujos muestran cómo el chorro de líquido de enfriamiento está altamente localizado y se aplica con mucha precisión. Como resultado de las altas velocidades con las que se proyecta cada uno de los chorros, se evita la formación de una capa de vapor en la superficie del alambre. Este efecto técnico, en combinación con la atmósfera inerte existente dentro de la segunda cámara 4, evita el riesgo de oxidación.

Una forma alternativa de la instalación 102 de la invención que comparte muchas características en común con la instalación de la figura 1 se describe basándose en la figura 8. Por consiguiente, se hace referencia a la descripción de los párrafos anteriores con respecto a las características comunes, mientras que solo se describirán las características diferentes a continuación.

La instalación de la figura 8 difiere significativamente de la estación de limpieza 106. En este caso, se prescinde de la limpieza a través del primer horno de inducción 108 y es sustituida por el dispositivo de impregnación 118 que contiene un líquido altamente volátil, tal como agua, alcohol, ácido, disolvente, ácido fosfórico, o similar. El alambre 100 se impregna en el dispositivo de impregnación 118. Simultáneamente, están previstos unos medios de generación de ultrasonidos 128 que, en combinación con el líquido, son capaces de provocar el desprendimiento del sólido que permanece adherido a la superficie del alambre 100, así como los estearatos resultantes del proceso de trefilado anterior, en el dispositivo de impregnación 118.

El método permite enfriar el alambre a una velocidad de procesamiento muy alta sin comprometer para ello la calidad del producto obtenido, es decir, evitando la formación de una capa de óxido que afecte al alambre en bruto, o a las etapas de recubrimiento posteriores.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Método de enfriamiento para enfriar un alambre que discurre a lo largo de una trayectoria de alambre (10) en un dispositivo de enfriamiento (1) para enfriar un alambre (100), que comprende:

[a] una primera cámara contenedora (2) para contener un líquido de enfriamiento, que comprende asimismo:

[b] una segunda cámara contenedora (4) que comprende una entrada de alambre y una salida de alambre (6, 8) dispuestas una con respecto a la otra de tal manera que definan una trayectoria de alambre (10) y por lo menos una entrada de líquido de enfriamiento y una salida de líquido de enfriamiento (12, 14),

[c] unos medios de impulsión del líquido de enfriamiento (16) que conectan fluídicamente dicha primera y segunda cámaras (2, 4) para impulsar dicho líquido de enfriamiento desde dicha primera cámara (2) hasta dicha segunda cámara (4) a través de dicha por lo menos una entrada de líquido de enfriamiento (12), [d] extendiéndose asimismo dicha salida de líquido de enfriamiento (14) dentro de dicha primera cámara (2), de tal manera que, cuando dicho dispositivo de enfriamiento (1) esté en funcionamiento, el extremo distal (20) de dicha salida de líquido de enfriamiento (14) esté sumergido en el líquido de enfriamiento contenido en dicha primera cámara (2),

[e] estando dichos medios de impulsión (16) y la sección transversal de dicha por lo menos una entrada de líquido de enfriamiento (12) dimensionados para proyectar un chorro de líquido de enfriamiento sobre dicha trayectoria de alambre (10), caracterizado por que

[f] el dispositivo (1) comprende asimismo unos medios para introducir gas inerte, asociados funcionalmente con dicha segunda cámara (4) para crear una atmósfera de gas inerte dentro de dicha segunda cámara (4) durante el enfriamiento de dicho alambre (100), y

el método comprende asimismo:

[h] una etapa de proyección de líquido de enfriamiento, en la que por lo menos un chorro de líquido de enfriamiento es proyectado sobre dicha trayectoria de alambre (10) a una velocidad media de por lo menos 0.6 m/s desde una distancia (d) entre la entrada de líquido de enfriamiento (12) y dicha trayectoria (10) comprendida entre 6 y 13 veces el diámetro del alambre (100) que debe enfriarse, y

[i] llevándose a cabo dicha etapa de proyección en una atmósfera de gas inerte.

2. Método de enfriamiento para enfriar un alambre según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho gas inerte comprende por lo menos nitrógeno e hidrógeno en una concentración en peso comprendida entre el 0 y el 10 % p/p, preferentemente entre el 0 y el 7.5 % p/p, y de manera particularmente preferida entre el 0 y el 5 % p/p.

3. Método de enfriamiento para enfriar un alambre según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que dicha velocidad media para proyectar líquido de enfriamiento sobre dicho alambre es de por lo menos 3 m/s, y preferentemente de por lo menos 5 m/s.

4. Método de enfriamiento para enfriar un alambre según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que dicho por lo menos un chorro de líquido de enfriamiento es un chorro localizado, siendo dicho chorro proyectado alrededor del perímetro de dicha trayectoria, a lo largo de un ángulo simétrico de 270° con respecto a un plano vertical (P).

5. Método de enfriamiento para enfriar un alambre según la reivindicación 4, caracterizado por que dicho por lo menos un chorro de líquido de enfriamiento es proyectado alrededor del perímetro de dicha trayectoria de una manera uniforme, alrededor de un ángulo comprendido entre 0 y 180° con respecto a la dirección horizontal.

6. Método de enfriamiento para enfriar un alambre según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que dicho líquido de enfriamiento es uno de entre el grupo que consiste en agua corriente, agua desmineralizada, una disolución de sales y/o polímeros en agua, glicol o lubricante para herramientas de corte.

7. Método de enfriamiento para enfriar un alambre según la reivindicación 4 o 5, caracterizado por que dicha segunda cámara (4) comprende una pluralidad de entradas de líquido de enfriamiento (12) distribuidas uniformemente en la dirección longitudinal de dicha trayectoria (10) y en la parte superior (22) de dicha segunda cámara (4).

8. Método de enfriamiento para enfriar un alambre según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la anchura (18) de la sección transversal de dicha por lo menos una entrada de líquido de enfriamiento (12) sobre el plano perpendicular a dicha trayectoria de alambre (10) está comprendida entre el 30 % y el 120 % del diámetro máximo del alambre que debe enfriarse.