ES2954319T3 - Proceso de patentado sin plomo - Google Patents

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ES2954319T3 ES18701671T ES18701671T ES2954319T3 ES 2954319 T3 ES2954319 T3 ES 2954319T3 ES 18701671 T ES18701671 T ES 18701671T ES 18701671 T ES18701671 T ES 18701671T ES 2954319 T3 ES2954319 T3 ES 2954319T3
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Christophe Mesplont
Tim Bruggeman
Franky Beyens
Jan Holvoet
Gregory Lapeire
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Abstract

Un método de enfriamiento controlado de uno o múltiples alambres de acero sustancialmente rectos y previamente calentados de diámetro superior a 2,8 mm hasta un rango de temperatura predeterminado, comprende las etapas: - guiar el alambre o alambres de acero sustancialmente rectos y previamente calentados a lo largo de una trayectoria individual. recorridos a través de uno o múltiples primeros baño/baños de refrigerante que comprenden un líquido de baño que comprende agua y un aditivo estabilizante. El líquido del baño y los múltiples alambres de acero sustancialmente rectos y previamente calentados crean una película de vapor alrededor de cada alambre de acero a lo largo de cada recorrido individual; - dirigir un líquido incidente sumergido dentro del primer baño o baños de refrigerante hacia el alambre o alambres de acero sustancialmente rectos y previamente calentados a lo largo de una cierta longitud L a lo largo de caminos individuales, para enfriar el alambre o alambres de acero sustancialmente rectos y previamente calentados, el el líquido que incide disminuye el espesor de la película de vapor o desestabiliza la película de vapor, aumentando de este modo la velocidad de enfriamiento a lo largo de la longitud L a lo largo del camino o caminos individuales; - guiar el/los alambre(s) de acero previamente calentados y sustancialmente rectos a lo largo de camino(s) individual(es) fuera del(los) primer(s) baño(s) de refrigerante para ser enfriados adicionalmente en aire; - después del enfriamiento adicional en aire, guiar el alambre o alambres de acero sustancialmente rectos previamente calentados a lo largo de caminos individuales a través de uno o varios segundos baños de refrigerante. En el método, el alambre o alambres de acero sustancialmente rectos se someten a una transformación por enfriamiento de austenita a perlita. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Proceso de patentado sin plomo
Campo técnico
La presente invención se refiere a un método y equipo para patentar alambres de acero sin plomo.
Antecedentes de la técnica
El tratamiento térmico de los alambres de acero generalmente desempeña un papel importante en el proceso de producción. El primer paso en la fabricación de alambre comienza con el trefilado de un alambrón a un diámetro intermedio deseado. En esta etapa de endurecimiento por acritud, los alambres trefilados se tratan térmicamente hasta obtener perlita mediante un proceso de patentado para permitir una mayor deformación plástica. Posteriormente, los alambres de acero patentados se trefilan a un tamaño más pequeño, ya sea un segundo tamaño intermedio o un diámetro final. El patentado implica calentar alambres de acero al carbono en la fase austenítica, generalmente por encima de los 800 °C y, a continuación, enfriar los alambres a una temperatura elegida mantenida durante un período suficiente para que se complete la descomposición generalmente isotérmica de la austenita. La temperatura está generalmente en la región entre 500 °C y 680 °C, con la intención de proporcionar generalmente una estructura de perlita fina.
El alambrón de acero fabricado mediante laminación en caliente a partir de lingotes o tochos se aplica en la práctica en estado laminado después de haber sido sometido a un enfriamiento controlado. Para enfriar el alambrón con alto contenido de carbono inmediatamente después de haber sido laminado en caliente para que tenga una excelente trabajabilidad en frío, el documento GB1276738 describió sumergir el alambrón con alto contenido de carbono en un baño de agua caliente. El método de tratamiento térmico de un alambrón de acero con un diámetro de alambrón de acero que oscila entre 5,5 mm y 6,5 mm divulgado en el presente documento comprende sumergir el alambrón mantenido a una temperatura de 600 °C a 1.100 °C en un baño de agua caliente que contiene un agente tensioactivo. El agua se mantiene a una temperatura superior a 45 °C generando así una película de vapor uniformemente sobre la superficie del alambrón y controlando de este modo la velocidad de enfriamiento del alambrón. El punto esencial de este método de tratamiento térmico es generar la película de vapor uniformemente sobre la superficie del alambrón y mantener este estado durante un período de tiempo hasta que finalice la transformación de la perlita. Dicho método tiene varios méritos cuando se usa en el enfriamiento directo de alambrones laminados en caliente transportados en bobinas en espiral sobre un transportador horizontal. Se ha considerado que este método es menos adecuado o poco fiable para el tratamiento de alambres con otros diámetros.
El documento WO2007/023696 se refiere a un método de tratamiento térmico directo de un alambrón laminado en forma de bobina suelta que tiene un diámetro de más de 11,0 mm. El alambrón laminado en forma de bobina se enfría sumergiéndolo en refrigerante o exponiéndolo al flujo de refrigerante.
Para el tratamiento térmico de alambres trefilados que tienen un diámetro intermedio deseado que puede variar de 1,5 a 5,0 mm, el documento EP0216434 divulga otro método de enfriamiento controlado de alambre de acero previamente calentado a la temperatura de austenita: el alambre se transporta continuamente a través de un baño de refrigerante que contiene agua sustancialmente pura de al menos 80 °C y se sumerge en el baño para efectuar un enfriamiento a perlita sin producir martensita o bainita. El alambre se somete a un enfriamiento por ebullición en película uniforme y estable a lo largo de toda su longitud de inmersión poniendo en contacto el alambre con un flujo continuo no turbulento de agua sustancialmente pura. Los alambres de acero patentados por agua presentan una microestructura perlítica suficientemente uniforme con excelentes registros de capacidad de trefilado.
El documento EP0524689A1 divulga un proceso de patentado de al menos un alambre de acero con un diámetro inferior a 2,8 mm. El enfriamiento se realiza alternativamente hirviendo la película en agua durante uno o más períodos de enfriamiento por agua y en aire durante uno o más períodos de enfriamiento por aire. Un período de enfriamiento por agua sigue inmediatamente a un período de enfriamiento por aire y viceversa. La velocidad de enfriamiento en agua es alta, mientras que la velocidad de enfriamiento en aire es mucho menor. La alta velocidad de enfriamiento en agua supone un grave riesgo para los alambres con un diámetro inferior a 2,8 mm. El enfriamiento en aire entre el enfriamiento en secciones de agua se realiza para ralentizar el enfriamiento de los alambres de acero. El número de períodos de enfriamiento por agua, el número de períodos de enfriamiento por aire y la longitud de cada período de enfriamiento por agua se eligen de modo que se evite la formación de martensita o bainita.
El documento WO2014/118089A1 titulado "Forced water cooling of thick steel wires" divulga un proceso de enfriamiento forzado en alambres de acero rectos que tienen un diámetro superior a 5 mm. Un líquido que impacta sumergido dentro de un baño de refrigerante se dirige al alambre de acero para acelerar la velocidad de enfriamiento del alambre de acero calentado. Esta zona de enfriamiento "forzado" en el baño de refrigerante es seguida por una zona de enfriamiento en la que una película en ebullición sin perturbaciones (esto significa que sin líquido que impacta sobre la película en ebullición alrededor del alambre) enfría más los alambres.
El proceso de patentado, es decir, el paso de enfriamiento o transformación, es muy crítico y se han realizado muchos intentos anteriores como los anteriores con el fin de afectar una transformación por enfriamiento de los alambres de acero austenizados en perlita. Sin embargo, los alambres de acero resultantes aún pueden mostrar una variación en las propiedades, tales como una capacidad de trefilado inconsistente y un comportamiento quebradizo frecuentemente inesperado debido a numerosas estructuras metálicas indeseables. La estructura metálica exacta del alambre patentado no solo determina la ausencia o presencia de fracturas del alambre durante el trefilado posterior del alambre, sino también determina en gran medida las propiedades mecánicas del alambre en su diámetro final. Las condiciones de transformación deben ser tales que se evite la martensita o la bainita incluso en puntos muy localizados de la superficie del alambre de acero. Por otro lado, la estructura metálica del alambre de acero patentado no debe ser demasiado blanda, es decir, no debe presentar una estructura de perlita demasiado gruesa ni una cantidad demasiado grande de ferrita, ya que dicha estructura metálica nunca daría la mejor resistencia a la tracción deseada del alambre de acero. Todavía se exige un proceso de patentado fiable y rentable, en donde la estructura metálica y la resistencia a la tracción de los alambres de acero puedan controlarse bien, para alambres de acero, especialmente para alambres de acero de mayor diámetro.
Descripción de la invención
El objeto de la invención es proporcionar un proceso para patentar alambres de acero con un diámetro superior a 3,5 mm e inferior a 20 mm que sea más estable en el tiempo. Es otro objeto de la invención obtener alambres de acero patentados con un diámetro entre 3,5 mm y 20 mm con una microestructura metalográfica adecuada, es decir, una estructura de perlita fina sin manchas martensíticas ni bainíticas. Otro objeto más de la presente invención es proporcionar un proceso que sea adecuado para afinar la microestructura y las propiedades de tracción de los múltiples alambres de acero que tienen diferentes diámetros y composiciones de acero.
El primer aspecto de la invención es un método de enfriamiento controlado de uno o varios alambres de acero sustancialmente rectos y previamente calentados a un intervalo de temperatura predeterminado. Los alambres de acero sustancialmente rectos y previamente calentados tienen un diámetro de más de 3,5 mm y menos de 20 mm. El método comprende los pasos de
a) Guiar el alambre o alambres de acero sustancialmente rectos y previamente calentados a lo largo de un camino o caminos individuales a través de uno o varios primeros baños de refrigerante. El(los) primer(os) baño(s) de refrigerante comprende(n) un líquido de baño. El líquido de baño comprende agua y un aditivo estabilizador. Preferentemente, el líquido de baño tiene una temperatura de más de 80 °C. El líquido de baño y los múltiples alambres de acero sustancialmente rectos y previamente calentados crean una película de vapor alrededor de cada propio alambre de acero a lo largo de cada camino individual.
b) Dirigir un líquido que impacta sumergido dentro del primer baño o baños de refrigerante hacia el alambre o alambres de acero sustancialmente rectos y previamente calentados en una cierta longitud L a lo largo de un camino o caminos individuales, para enfriar el alambre o alambres de acero sustancialmente rectos y previamente calentados. El líquido que impacta disminuye el grosor de la película de vapor o desestabiliza la película de vapor, aumentando de este modo la velocidad de enfriamiento en la longitud L a lo largo del camino o caminos individuales.
c) Guiar el alambre o alambres de acero sustancialmente rectos y previamente calentados a lo largo de un camino o caminos individuales fuera del primer baño o baños de refrigerante para ser enfriados adicionalmente en aire, para evitar turbulencias en el segundo baño de refrigerante líquido.
d) Después del enfriamiento adicional en aire, guiar el alambre o alambres de acero sustancialmente rectos, previamente calentados, a lo largo de un camino o caminos individuales a través de uno o varios segundos baños de refrigerante. En el método, el alambre o alambres de acero sustancialmente rectos se someten a una transformación por enfriamiento de austenita a perlita.
Los alambres de acero de diámetro superior a 3,5 mm deben enfriarse inicialmente rápidamente en el patentado. Dicho enfriamiento rápido se realiza en el método inventivo mediante el enfriamiento forzado en el primer baño de refrigerante. Como en el documento WO2014/118089A1, el enfriamiento forzado se logra dirigiendo un líquido que impacta sumergido dentro de un baño de refrigerante hacia los alambres de acero sustancialmente rectos y previamente calentados. El líquido que impacta disminuye el grosor de la película de vapor o desestabiliza la película de vapor, aumentando de este modo la velocidad de enfriamiento. Como en el documento WO2014/118089A1, el método inventivo incluye (y requiere) un enfriamiento adicional, más lento, del alambre de acero mediante una película de vapor no perturbada alrededor de los alambres de acero; esto se puede denominar enfriamiento no forzado en donde los alambres pasan a través del líquido. En el método inventivo, los alambres de acero pasan a través de aire entre el primer baño de refrigerante (en el que se aplica enfriamiento forzado a los alambres de acero) y el segundo baño de refrigerante (en el que el enfriamiento de los alambres se realiza mediante una película de vapor no perturbada alrededor del acero de alambre, por tanto, por un enfriamiento no forzado). Gracias al espacio de aire en el método inventivo, la turbulencia creada en el enfriamiento forzado no afecta, a diferencia del documento WO2014/118089A1, al enfriamiento no forzado (este es el enfriamiento en líquido donde la película de vapor alrededor de los alambres no se perturba). En el documento WO2014/118089A1, la turbulencia en el baño de refrigerante afectará, sin querer, a la película de vapor de manera descontrolada en la zona de enfriamiento no forzado. Durante el proceso de transformación a perlita, se prefiere una transformación isotérmica, razón por la que la velocidad de enfriamiento debe ser precisa. Cuando la película de vapor alrededor de los alambres de acero en la zona de enfriamiento no forzado se ve afectada de manera descontrolada, significa que la velocidad de enfriamiento cambia. Por lo tanto, las condiciones de enfriamiento no serán estables en la segunda zona de enfriamiento y la calidad del alambre patentado no será constante a lo largo del tiempo, e incluso puede ser inaceptable. Por lo tanto, el método inventivo tiene la ventaja de que se obtiene una transformación más fiable y constante de los alambres de acero de austenita a perlita para diámetros superiores a 3,5 mm e inferiores a 20 mm.
La invención se centra en un enfriamiento inicial rápido, gracias al enfriamiento forzado en el primer baño de refrigerante, y un proceso de transformación estable gracias a la disposición del espacio de aire que evita turbulencias en el segundo baño de refrigerante líquido. Aunque el documento EP0524689A1 también proporciona enfriamiento por aire entre dos secciones con ebullición en película, el motivo del enfriamiento por aire es totalmente diferente, ya que el enfriamiento por aire en el documento EP0524689A1 se proporciona para reducir la velocidad de enfriamiento, ya que de lo contrario los alambres de acero se transformarían continuamente en martensita en lugar de en perlita.
En la presente invención, el método de enfriamiento controlado se refiere a una o múltiples líneas sustancialmente rectas de alambres de acero. Estos alambres de acero atraviesan el primer baño de refrigerante a lo largo de caminos individuales. En otras palabras, los caminos en el primer baño de refrigerante son sustancialmente rectos. Por lo tanto, los caminos de cada alambre de acero están bien definidos. Normalmente, el primer baño de refrigerante puede tener una forma rectangular y los caminos de los alambres de acero son sustancialmente paralelos a un lado del primer baño de refrigerante de forma rectangular. Esto hace posible dirigir un líquido que impacta sumergido dentro del primer baño de refrigerante hacia la película de vapor sobre los alambres de acero. Por ejemplo, el líquido que impacta puede provenir de debajo de los alambres de acero, hacia los alambres de acero (o la película de vapor) y a lo largo de los caminos individuales. Por tanto, se puede desestabilizar la película de vapor o disminuir el espesor de la película de vapor.
De acuerdo con la presente invención, el alambre o alambres de acero previamente calentados se someten a un tratamiento de transformación por enfriamiento controlado de austenita a perlita. El alambre o alambres de acero se calientan previamente por encima de la temperatura de austenización y preferentemente se enfrían a un intervalo de temperatura predeterminado de 400 °C a 650 °C para permitir la transformación de austenita a perlita, más preferentemente a la temperatura de aproximadamente 580 °C.
El(los) primer(os) baño(s) de refrigerante comprende(n) un líquido de baño. El líquido de baño comprende agua y un aditivo estabilizador. Los aditivos estabilizadores se proporcionan para aumentar la estabilidad de la película de vapor alrededor de los alambres de acero. Los aditivos estabilizadores pueden comprender agentes tensioactivos tales como jabón, polímeros estabilizadores tales como polivinilpirrolidona, alcohol polivinílico y/o inhibidores de polímeros tales como poliacrilatos alcalinos o poliacrilato de sodio. Los aditivos se utilizan para aumentar el espesor y la estabilidad de la película de vapor alrededor del alambre de acero.
Preferentemente, la temperatura del líquido de baño en el primer baño refrigerante se establece entre 80 °C y 100 °C. La temperatura del líquido de baño del primer baño de refrigerante es preferentemente superior a 80 °C, por ejemplo, 85 °C, lo más preferentemente por encima de 90 °C, por ejemplo, alrededor de 95 °C. Cuanto mayor sea la temperatura del agua, mayor será la estabilidad de la película de vapor alrededor del alambre de acero.
Preferentemente, el líquido que impacta tiene la misma composición química que el líquido de baño del primer baño de refrigerante.
Preferentemente, la composición del líquido de baño del(de los) segundo(s) baño(s) refrigerante(s) es la misma que la composición del líquido de baño del(de los) primer(os) baño(s) refrigerante(s). Más preferentemente, el líquido de baño del(de los) primer(os) baño(s) refrigerante(s) y del(de los) segundo(s) baño(s) refrigerante(s) circula(n) continuamente, por medio de una bomba de circulación, en donde se usa un recipiente de almacenamiento intermedio común para el líquido de baño tomado y recirculado al(los) primer(os) baño(s) de refrigerante y el(los) segundo(s) baño(s) de refrigerante. De esta forma, se mejora la homogeneidad de la composición de los líquidos de baño en el(los) primero(s) baño(s) refrigerante(s) y en el(los) segundo(s) baño(s) refrigerante(s), lo que da como resultado un sistema de refrigeración más estable.
Preferentemente, la intensidad de los líquidos que impactan se puede ajustar o está ajustada y/o controlada individualmente para cada alambre de acero individual o para subconjuntos de la pluralidad de alambres de acero. Al ajustar y/o controlar la intensidad de los líquidos que impactan, se modifica la intensidad de perturbación de la película de vapor alrededor de los alambres de acero, modificando de este modo la velocidad de enfriamiento de los alambres de acero. De esta manera, se pueden establecer parámetros para enfriar y transformar cada alambre de manera óptima, mejorando también la confiabilidad del proceso de transformación. La intensidad de los líquidos que impactan puede, por ejemplo, ser controlado por el control del caudal hacia los chorros que producen los líquidos que impactan; para este fin se puede utilizar un sistema de control de flujo apropiado. En la presente invención, preferentemente la velocidad de enfriamiento se ajusta afinando el flujo de refrigerante por medio de la presión frente a los chorros. Más preferentemente, la velocidad de enfriamiento de cada alambre de acero se controla individualmente mediante un accionador de control separado, de modo que se puede lograr un esquema de enfriamiento diferente y una resistencia a la tracción deseable para diferentes alambres.
De acuerdo con la presente invención, el enfriamiento del alambre de acero individual puede controlarse bien de modo que se pueda variar el lugar donde ocurre la transformación de austenita a perlita. Al ajustar el esquema de enfriamiento, por ejemplo, seleccionando el caudal a los chorros que impactan proporcionando los líquidos que impactan en el primer baño de refrigerante, la transformación del alambre de acero individual puede ocurrir en el primer baño de refrigerante, en la región del espacio de aire entre el primer baño de refrigerante y el segundo baño de refrigerante, o en el segundo baño de refrigerante. La resistencia a la tracción de los alambres de acero que tienen diferentes diámetros y composiciones de acero puede, por tanto, ajustarse con precisión.
En un método preferido, la transformación por enfriamiento de austenita a perlita comienza sustancialmente cuando el alambre de acero sustancialmente recto y previamente calentado se enfría en el aire entre el primer baño de refrigerante y el segundo baño de refrigerante.
Preferentemente, el caudal del líquido que impacta necesita afinarse cuidadosamente para lograr la desestabilización deseada de la película de vapor o la reducción del espesor de la película de vapor. En lugar de utilizar un sistema separado con agua fría y líquido que impacta como en muchas instalaciones de enfriamiento o patentado, preferentemente de acuerdo con la presente invención la composición química del líquido que impacta y el líquido en el primer baño de refrigerante es la misma. Esto trae dos grandes ventajas: una es mucho menor costo de instalación (uso del mismo tanque y líquido refrigerante); el otro es reducir el gradiente de temperatura entre el núcleo y la superficie del alambre (sin contacto directo con agua fría, se obtiene una película de vapor más estable), contribuyendo a una estructura patentada más homogénea.
En una realización preferida, la longitud del primer baño de refrigerante y/o del segundo baño o baños de refrigerante son ajustables. De esta forma, se proporciona una mayor capacidad para afinar al método inventivo para optimizar y estabilizar la microestructura de los alambres de acero patentados.
En realizaciones preferidas, se proporcionan paredes divisorias que separan los alambres de acero en el primer baño de refrigerante a lo largo de toda la longitud de los alambres de acero a lo largo de los cuales la película de vapor alrededor de los alambres de acero se ve afectada por los fluidos que impactan, de modo que los fluidos que impactan contra un primer alambre de acero no afecten a la película de vapor alrededor de un segundo alambre de acero. También implica que la intensidad de los líquidos que impactan se puede establecer para alambres de acero individuales sin verse afectada por la intensidad de los líquidos que impactan con los alambres de acero vecinos. Dichas realizaciones proporcionan mejoras sinérgicas adicionales en la calidad y estabilidad de patentar los alambres de acero, especialmente cuando se patentan simultáneamente alambres de acero de diferentes diámetros y/o de diferentes aleaciones.
En realizaciones preferidas, la velocidad de enfriamiento sobre la longitud L a lo largo de cada camino individual está controlada por un caudal del líquido que impacta.
En realizaciones preferidas, el(los) primero(s) baño(s) de refrigerante tienen una longitud fija.
Preferentemente, el líquido que impacta se sumerge debajo de cada uno de los alambres de acero sustancialmente rectos y previamente calentados a lo largo de cada camino individual; o el líquido que impacta se sumerge parcialmente por debajo de algunos de los múltiples alambres de acero sustancialmente rectos y previamente calentados a lo largo de sus caminos individuales.
Preferentemente, el primer baño de refrigerante es del tipo de rebose. Más preferentemente, el líquido que impacta es proporcionado por una pluralidad de chorros desde orificios sumergidos dentro del baño de refrigerante debajo del propio alambre de acero a lo largo de cada camino individual. Una ventaja de tener los chorros debajo de los alambres de acero es que uno puede alcanzar y colocar fácilmente los alambres de acero sin que los chorros lo obstaculicen.
Preferentemente, una pluralidad de chorros de los orificios sumergidos está adaptada para dirigirse rectilíneamente hacia las películas de vapor, por ejemplo, perpendicular al alambre o alambres para tener un impacto efectivo en las películas de vapor - desestabilizar las películas de vapor, o disminuir el grosor de las películas de vapor, para aumentar aún más la velocidad de enfriamiento de los alambres de acero.
Preferentemente, los líquidos que impactan se recirculan continuamente y se controlan mediante un sistema de control de caudal; por ejemplo, utilizando bombas. Más preferentemente, se proporcionan uno o una pluralidad de sensores para medir la respuesta magnética de uno o más de uno de los alambres de acero; y proporcionar retroalimentación para adaptar en un control de bucle cerrado los líquidos que impactan en los primeros baños de refrigerante. Esto sería mucho más difícil, si no imposible, con el concepto que usa una longitud de enfriamiento forzado variable como se divulga en el documento WO2014/118089A1.
Los alambres de acero sometidos al enfriamiento controlado de acuerdo con la invención pueden tener un diámetro en un intervalo de 3,5 mm a 20 mm. Por ejemplo, el diámetro de los alambres de acero oscila entre 6,5 mm y 13,5 mm.
El equipo para el enfriamiento controlado de uno o varios alambres de acero previamente calentados hasta un intervalo de temperatura predeterminado comprende
a) primer(os) baño(s) de refrigerante. El(los) primero(s) baño(s) de refrigerante está(n) previsto(s) para contener un líquido de baño que comprende agua y un aditivo estabilizador, por ejemplo, un polímero estabilizador. Preferentemente, se proporcionan medios para ajustar la temperatura del líquido de baño; más preferentemente a una temperatura de más de 80 °C;
b) uno o una pluralidad de generador(es) de líquido que impacta sumergido(s) dentro del(de los) primer(os) baño(s) de refrigerante, que están adaptados para proyectar el líquido de impacto hacia cada alambre de acero a lo largo de un camino individual;
c) segundo(s) baño(s) de refrigerante. El(los) segundo(s) baño(s) de refrigerante está(n) previsto(s) para contener un líquido de baño que comprende agua y un aditivo estabilizador, por ejemplo, un polímero estabilizador. Preferentemente, se proporcionan medios para ajustar la temperatura del líquido de baño, más preferentemente a una temperatura de más de 80 °C. El(los) segundo(s) baño(s) refrigerante(s) está(n) separado(s) del(de los) primero(s) baño(s) refrigerante(s) con un espacio de aire entre el(los) primero(s) baño(s) refrigerante(s) y el(los) segundo(s) baño(s) refrigerante(s). Preferentemente, el espacio de aire tiene una longitud entre 0,1 y 2 m;
d) los medios de guía para guiar continuamente uno o varios alambres de acero previamente calentados a lo largo de caminos individuales posteriormente a través del(de los) primero(s) baño(s) refrigerante(s), el espacio de aire y el(los) segundo(s) o el(los) segundo(s) baño(s) refrigerante(s). Preferentemente, el equipo se proporciona para realizar un método como en cualquier realización del primer aspecto de la invención. Dicho equipo tiene la ventaja de bajos costos de inversión y bajos costos de operación. Es bastante fácil adaptar un equipo convencional de patentado por aire y agua a un equipo de enfriamiento por agua forzada. Dicho equipo no sólo se aplica para enfriar una pluralidad de alambres de acero previamente calentados que tienen cada uno el mismo diámetro; sino también una pluralidad de alambres de acero previamente calentados con diferentes diámetros, que pueden realizarse mediante el ajuste individual del caudal en el primer baño de refrigerante y/o mediante el ajuste de la longitud del segundo baño de refrigerante a lo largo de cada recorrido individual.
Preferentemente, los primeros baños de refrigerante, los generadores de líquido que impactan y los espacios de aire tienen una longitud fija a lo largo de cada camino individual.
Preferentemente, la longitud del primer baño de refrigerante y/o de los segundos baños de refrigerante es ajustable. Preferentemente, el equipo comprende medios para controlar la intensidad de uno o varios generadores de líquido que impacta. Con este fin, se puede proporcionar un sistema de control de caudal, preferentemente fuera del primer baño de refrigerante. Se puede utilizar una bomba con control de caudal para este fin. Alternativamente, el caudal se puede controlar por medio de una o una pluralidad de válvulas u orificios.
Preferentemente, el(los) primer(os) baño(s) refrigerante(s) es(son) del tipo de rebose.
Preferentemente, el(los) segundo(s) baño(s) refrigerante(s) es(son) del tipo de rebose.
Breve descripción de las figuras en los dibujos
La Figura 1 muestra un concepto preferido de patentado por agua y aire de acuerdo con la presente invención. La Figura 2 da una representación esquemática de la realización de un proceso de enfriamiento de acuerdo con la presente invención;
La Figura 3 muestra las curvas de enfriamiento de alambres de acero calentados de acuerdo con diferentes rutinas.
La Figura 4 ilustra la influencia del caudal en la velocidad de enfriamiento.
La Figura 5 ilustra las curvas de enfriamiento de alambres de acero sometidos a un enfriamiento forzado a diferentes caudales de acuerdo con un ejemplo de la presente invención.
La Figura 6 ilustra la resistencia a la tracción de alambres de acero sometidos a un enfriamiento forzado a diferentes caudales de acuerdo con un ejemplo de la presente invención.
La Figura 7 ilustra las curvas de enfriamiento de alambres de acero sometidos a un enfriamiento forzado a diferentes caudales de acuerdo con otro ejemplo de la presente invención.
La Figura 8 ilustra la resistencia a la tracción de alambres de acero sometidos a un enfriamiento forzado a diferentes caudales de acuerdo con otro ejemplo de la presente invención.
Modo(s) para llevar a cabo la invención
En la Figura 1 se muestra esquemáticamente un método y equipo de enfriamiento de patentado por agua y aire preferido de acuerdo con la presente invención. La longitud de enfriamiento con líquido que impacta en el primer baño de refrigerante (BR1) es fija y la velocidad de enfriamiento se ajusta afinando el flujo de refrigerante por medio de la presión frente a los chorros. Se proporciona un espacio de aire corto (EA) para separar el primer baño de refrigerante (BR1) y el segundo baño de refrigerante (BR2). El segundo baño de refrigerante (BR2) es ajustable en longitud. La longitud del primer baño de refrigerante, el caudal de los chorros para el enfriamiento forzado y la longitud de la zona del espacio de aire se eligen para evitar la formación de martensita o bainita.
Preferentemente, como se muestra en la Figura 1, el primer baño de refrigerante está provisto de paredes divisorias que separan los alambres de acero en el primer baño de refrigerante a lo largo de los alambres de acero a lo largo de los cuales la película de vapor alrededor de los alambres de acero se ve afectada por el líquido que impacta, de modo que los líquidos que impactan sobre un primer alambre de acero no afectan la película de vapor alrededor de un segundo alambre de acero. Preferentemente, como se muestra en la Figura 1, los primeros baños de refrigerante, los generadores de líquido que impactan y los espacios de aire a lo largo de cada camino individual tienen una longitud fija y la longitud de los segundos baños de refrigerante es ajustable.
La Figura 2 ilustra esquemáticamente un enfriamiento controlado de un alambre de acero sustancialmente recto de acuerdo con la presente invención. Como se muestra en la Figura 2, un alambre de acero 10 sale de un horno 12 que tiene una temperatura T de aproximadamente 1.000 °C. La velocidad de avance del alambre se puede ajustar de acuerdo con el diámetro del alambre, por ejemplo, aproximadamente 20 m/min. Un primer baño de refrigerante 14 de un tipo rebose está situado inmediatamente aguas abajo del horno 12. Una pluralidad de chorros 16 de los orificios 20 de una placa hueca (es decir, placa perforada) 22 sumergidos dentro del primer baño de refrigerante forman un líquido que impacta, cuyo caudal está controlado por una bomba de circulación y un sistema de control 18 fuera del primer baño de refrigerante. El líquido que impacta bajo la presión de los orificios 20 se proyecta hacia el alambre de acero 10. Como se ilustra en la Figura 2, la primera longitud L1 es la distancia desde la salida del horno 12 hasta el líquido que impacta. La segunda longitud L2 indica la longitud utilizada para el proceso de enfriamiento forzado con refrigerante - longitud de enfriamiento forzado con refrigerante - en el primer baño de refrigerante. A continuación, el alambre de acero 10 se saca del primer baño de refrigerante y se somete a una zona de espacio de aire de longitud L4 como se indica en la Figura 2. A continuación, el alambre de acero 10 se guía a un segundo baño de refrigerante 17 para que se enfríe aún más. La longitud de inmersión del alambre de acero 10 en el segundo baño de refrigerante 17 se indica como L5. La longitud L5 puede ser variable dependiendo del diámetro y la resistencia a la tracción deseada del alambre de acero 10.
La Figura 3 ilustra diferentes curvas de enfriamiento en el llamado diagrama TTT (Temperatura-Tiempo-Transformación). El tiempo se presenta en abscisas y la temperatura en ordenadas. S es la curva que designa el inicio de la transformación de austenita (A) en perlita (P), E es la curva que designa el final de esta transformación. Como ejemplo, un alambre de acero que se enfría por ebullición en película en un baño de agua de rebose sigue las líneas de puntos de la curva de enfriamiento 1'. La línea de puntos de la curva de enfriamiento 1' no llega a la "nariz" de la curva S y E. Las curvas 1 -4 ilustran el proceso descrito en el documento WO2014118089, en donde la curva 1 ilustra el progreso del enfriamiento en el período del tratamiento de enfriamiento forzado con agua, la curva 2 muestra la siguiente etapa en un proceso de patentado por aire y agua convencional "suave", la curva 3 es la curva de enfriamiento durante la transformación y la curva 4 muestra un enfriamiento adicional en la etapa posterior a la transformación que ocurre en el aire. En comparación con las dos situaciones anteriores, un ejemplo de una curva de enfriamiento de acuerdo con la presente invención se indica mediante las curvas a-c. La curva a ilustra el enfriamiento ocurrido en el primer baño de refrigerante, donde la velocidad de enfriamiento se ajusta mediante el caudal, y en el espacio de aire seguido por el primer baño de refrigerante. La curva b es la curva de enfriamiento durante la transformación y puede ocurrir en el segundo baño de refrigerante sin perturbar la película de vapor. La curva c es la curva de enfriamiento que muestra la transformación posterior en el aire. Las curvas de enfriamiento a-c se pueden modificar cambiando el esquema de enfriamiento del alambre de acero.
La velocidad de enfriamiento de los alambres de acero que tienen diferentes diámetros puede afinarse bien ajustando la tasa de flujo. Se han realizado ensayos de tiempo de enfriamiento frente a caudal con una sonda de 6 mm de diámetro enfriada desde 750 °C a 500 °C. Los ensayos se llevan a cabo a varios caudales en un intervalo de 1 m3/h a 16 m3/h y los resultados se muestran en la Figura 4. Un aumento del caudal de 1,15 m3/h a 15,3 m3/h puede reducir el tiempo de enfriamiento de 11,4 segundos a 5,1 segundos. Demuestra que un aumento del caudal puede reducir significativamente el tiempo de enfriamiento, es decir, acelerar la velocidad de enfriamiento.
Al ajustar el caudal, se puede controlar el punto de partida de la transformación de austenita a perlita del alambre de acero. La transformación puede comenzar en el primer baño de refrigerante (BR1), en la zona del espacio de aire (EA) o en el segundo baño de refrigerante (BR2).
Como ejemplo mostrado en la Figura 5, un alambre de acero que tiene un diámetro de 6,5 mm y un contenido de carbono de 0,62 % en peso se enfría desde 950 °C. El alambre de acero calentado se guía rápidamente desde el horno hasta dentro del primer baño de refrigerante (BR1), posteriormente se somete a una región de espacio de aire (EA) y seguido de un segundo baño de refrigerante (BR2). La temperatura frente al tiempo de enfriamiento del alambre de acero a un caudal diferente de 3 m3/h, 9 m3/h, 12 m3/h y 15 m3/h se miden respectivamente y las curvas de enfriamiento se muestran respectivamente como curva A, B, C y D en la Figura 5. En este caso, se aplica la misma instalación de equipo de refrigeración excepto que los caudales son diferentes. La longitud para el enfriamiento forzado es de 160 cm, para la zona del espacio de aire es de 65 cm y para el segundo baño de refrigerante es de 200 cm. Cuando el caudal se establece en 3 m3/h, como se muestra en la curva A, la transformación comienza a una temperatura de aproximadamente 580 °C en el segundo baño de refrigerante. Usando un caudal más alto, es decir, a 9 m3/h, 12 m3/h y 15 m3/h, la transformación comienza en el primer baño de refrigerante a una temperatura entre 500 °C y 550 °C y continúa en la región del espacio de aire.
En consecuencia, la velocidad de enfriamiento y el proceso de enfriamiento determinan la microestructura de los alambres de acero enfriados y, por tanto, la mayor resistencia a la tracción del alambre de acero. La resistencia a la tracción de los alambres de acero que tienen un diámetro de 6,5 mm y un contenido de carbono del 0,62 % en peso en función de los caudales se ilustra en la Figura 6. El alambre de acero enfriado a una velocidad de enfriamiento forzado de 3 m3/h, 9 m3/h, 12 m3/h y 15 m3/h respectivamente tiene una resistencia a la tracción (Rm) de 1.012 N/mm2, 997 N/mm2, 1.077 N/mm2 y 1.151 N/mm2. Por tanto, la resistencia a la tracción de los alambres de acero se puede ajustar seleccionando el caudal durante el enfriamiento forzado en el primer baño de refrigerante.
En la Figura 7 se muestra otro ejemplo: un alambre de acero que tiene un diámetro de 3,6 mm y un contenido de carbono de 0,70 % en peso se enfría desde 950 °C. El alambre de acero calentado se guía rápidamente desde el horno hasta dentro del primer baño de refrigerante (BR1), posteriormente se somete a una región de espacio de aire (EA) y seguido de un segundo baño de refrigerante (BR2). La temperatura frente al tiempo de enfriamiento del alambre de acero a un caudal diferente de 3 m3/h, 9 m3/h, 11 m3/h y 14 m3/h se miden respectivamente y las curvas de enfriamiento se muestran respectivamente como curva A, B, C y D en la Figura 7. En este caso, se aplica la misma instalación de equipo de refrigeración excepto que los caudales son diferentes. La longitud para el enfriamiento forzado es de 160 cm, para la región del espacio de aire es de 65 cm y para el segundo baño de refrigerante es de 120 cm. Cuando el caudal se establece en 3 m3/h, como se muestra en la curva A, la transformación comienza a una temperatura ligeramente mayor que 560 °C en el segundo baño de refrigerante. Usando un caudal más alto, es decir, a 9 m3/h, 11 m3/h y 14 m3/h, la transformación comienza en el primer baño de refrigerante a una temperatura alrededor de 500 °C y continúa en la región del espacio de aire.
En consecuencia, la velocidad de enfriamiento y el proceso de enfriamiento determinan la microestructura de los alambres de acero enfriados y, por tanto, la mayor resistencia a la tracción del alambre de acero. La resistencia a la tracción de los alambres de acero que tienen un diámetro de 3,6 mm y un contenido de carbono del 0,70 % en peso en función de los caudales se ilustran en la Figura 8. El alambre de acero enfriado a una velocidad de enfriamiento forzado de 3 m3/h, 9 m3/h, 11 m3/h y 14 m3/h respectivamente tiene una resistencia a la tracción (Rm) de 1084 N/mm2, 1094 N/mm2, 1164 N/mm2 y 1252 N/mm2. Se demuestra que la resistencia a la tracción de los alambres de acero se puede ajustar seleccionando el caudal durante el enfriamiento forzado en el primer baño de refrigerante.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Un método de enfriamiento controlado de uno o varios alambres de acero sustancialmente rectos y previamente calentados a un intervalo de temperatura predeterminado, los alambres de acero sustancialmente rectos y previamente calentados tienen un diámetro de más de 3,5 mm y menos de 20 mm, el método comprende los pasos de:
a) guiar el alambre o alambres de acero sustancialmente rectos y previamente calentados a lo largo de un camino o caminos individuales a través de uno o varios primeros baños de refrigerante, el primer baño o baños de refrigerante comprende un baño líquido, en donde el líquido de baño comprende agua y un aditivo estabilizador, en donde el líquido de baño y los múltiples alambres de acero sustancialmente rectos y previamente calentados crean una película de vapor alrededor de cada propio alambre de acero a lo largo de cada camino individual;
b) dirigir un líquido que impacta sumergido dentro del primer baño o baños de refrigerante hacia el alambre o alambres de acero sustancialmente rectos y previamente calentados en una cierta longitud L a lo largo de un camino o caminos individuales, para enfriar el alambre o alambres de acero sustancialmente rectos y previamente calentados, en donde el líquido que impacta disminuye el grosor de la película de vapor o desestabiliza la película de vapor, aumentando de este modo la velocidad de enfriamiento en la longitud L a lo largo del camino o caminos individuales,
c) guiar el alambre o alambres de acero previamente calentados y sustancialmente rectos a lo largo de un camino o caminos individuales fuera del primer baño o baños de refrigerante para ser enfriados adicionalmente en el aire, con el fin de evitar turbulencias en el siguiente baño de enfriamiento
d) después del enfriamiento adicional en aire, guiar el alambre o alambres de acero sustancialmente rectos, previamente calentados, a lo largo de un camino o caminos individuales a través de uno o varios segundos baños de refrigerante,
en donde, el alambre o alambres de acero sustancialmente rectos se someten a una transformación por enfriamiento de austenita a perlita.
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el líquido que impacta se sumerge debajo de cada uno de los propios alambres de acero sustancialmente rectos y previamente calentados a lo largo de cada camino individual; o en donde el líquido que impacta se sumerge parcialmente por debajo de algunos de los múltiples alambres de acero sustancialmente rectos y previamente calentados a lo largo de sus caminos individuales.
3. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la longitud del primer baño de refrigerante y/o del segundo baño o baños de refrigerante son ajustables.
4. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el primer baño de refrigerante está provisto de paredes divisorias que separan los alambres de acero en el primer baño de refrigerante a lo largo de los alambres de acero a lo largo de los cuales la película de vapor alrededor de los alambres de acero se ve afectada por el líquido que impacta, de modo que los líquidos que impactan contra un primer alambre de acero no afectan a la película de vapor alrededor de un segundo alambre de acero.
5. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la intensidad de los líquidos que impactan se establece y/o controla individualmente para cada alambre de acero individual o para subconjuntos de la pluralidad de alambres de acero.
6. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el(los) primer(os) baño(s) de refrigerante tiene(n) una longitud fija.
7. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el líquido que impacta tiene la misma composición química que el líquido de baño del primer baño de refrigerante.
8. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los líquidos que impactan se recirculan continuamente y se controlan mediante un sistema de control de caudal.
9. Método de acuerdo con la reivindicación 8, en donde se proporcionan uno o una pluralidad de sensores para medir la respuesta magnética de uno o más de uno de los alambres de acero; y proporcionar retroalimentación para adaptar en un control de bucle cerrado los líquidos que impactan en los primeros baños de refrigerante.
10. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la transformación por enfriamiento de austenita a perlita comienza sustancialmente cuando el alambre de acero sustancialmente recto y previamente calentado se enfría en aire entre el primer baño de refrigerante y el segundo baño de refrigerante.
11. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada uno de los alambres de acero se calienta previamente por encima de la temperatura de austenización y se enfría hasta una temperatura predeterminada entre 400 °C y 650 °C.
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