MX2008013858A - Mejora hecha a las secciones de calentamiento rapido de las lineas continuas de tratamiento termico. - Google Patents

Abstract

Método para reducir la formación de dobleces en tiras de metal (1) expuestas a calentamiento rápido en líneas continuas de tratamiento térmico, líneas en las cuales las tiras se hacen pasar a través de secciones de calentamiento (2) que comprenden medios de calentamiento sucesivos y separados (5; 5a; 5b; 5c; 5d), donde la pendiente promedio del aumento de la temperatura en la tira, entre la entrada y la salida de un medio de calentamiento, disminuye de un medio de calentamiento al siguiente medio de calentamiento.

Description

MEJORA HECHA A LAS SECCIONES DE CALENTAMIENTO RÁPIDO DE LAS LÍNEAS CONTINUAS DE TRATAMIENTO TÉRMICO La presente invención se refiere a mejoras hechas a las secciones de calentamiento de lineas continuas de tratamiento térmico para el tratamiento térmico de tiras de metal .

Se propone en particular reducir el riesgo de arrugas inducidas térmicamente que se forman en la tira de metal sometida a calentamiento rápido en líneas continuas de tratamiento con calo, en las cuales la tira pasa a través de zonas de calentamiento rápido equipadas con medios de calentamiento discontinuos.

"Calentamiento rápido" denota el calentamiento que asegura la elevación de una temperatura de la tira con un gradiente de al menos 100 °C/segundo al inicio del calentamiento.

Para situar correctamente el campo técnico al cual aplica la presente invención, primero se hará referencia a la Figura 1 de los dibujos adjuntos, que representa esquemáticamente un ejemplo de una sección para el calentamiento de una tira de metal en una línea de tratamiento térmico.

En esta Figura 1 se ve que la tira (1) pasa a través de la sección (2) de calentamiento rápido al pasar por arriba de un rodillo (3) de alimentación y de un rodillo (4) de entrega. Mientras pasa por la sección (2) , la tira (1) es expuesta sucesivamente a cuatro medios de calentamiento (5) distintos, respectivamente (5a, 5b, 5c, 5d) , posicionados a ambos lados de la tira y separados a lo largo de la dirección en la cual la tira corre una distancia ?, por ejemplo Aab, entre los medios de calentamiento 5a y 5b.

El medio de calentamiento (5) aumenta rápidamente la temperatura de la tira, con un gradiente de al menos 100°C/segundo, exponiéndola a un gran flujo de calor. El método empleado por estos medios de calentamiento rápido es, por ejemplo, el calentamiento por inducción de flujo longitudinal o flujo transversal. El calentamiento puede realizarse al aire o en una atmósfera que no sea oxidante para la tira.

Como se representa en la Figura 2, la tira ya no está expuesta a un flujo de suministro de calor entre dos medios de calentamiento (5) distintos. Por lo tanto, la tira es sometida a una discontinuidad en el calentamiento. Dependiendo de la calidad del aislamiento entre estos dos medios de calentamiento, la temperatura que la tira alcanza al salir de un medio de calentamiento en el mejor de los casos se mantiene a través de su entrada al siguiente medio de calentamiento. La temperatura de la tira también puede disminuir debido a las pérdidas de calor.

La discontinuidad en el calentamiento conduce a esfuerzos de tensión transversales y esfuerzos de compresión transversales en la tira, perpendiculares al eje de la tira. El fenómeno que causan estos esfuerzos se describe abajo.

El calentamiento rápido causa una expansión en el material de la tira en las direcciones paralela y perpendicular a la dirección en la cual corre la tira. La expansión en la dirección en la que corre la tira es compensada por el dispositivo para controlar la tensión en la tira con el cual está equipada la sección de calentamiento, o la línea en la cual está integrada la sección de calentamiento.

La expansión que tiene lugar en la dirección perpendicular a la carrera de la tira genera fuerzas dentro del material. Estas son fuerzas de tensión que se dirigen desde el eje hacia los bordes de la tira y fuerzas de compresión que se dirigen hacia el eje de la tira.

Sobre toda la longitud de los medios de calentamiento (5) , si la intensidad del flujo para calentar la tira es constante, no hay diferencia significativa entre las fuerzas de compresión que existen en una sección de la tira y que la preceden en la dirección en la cual la tira corre .

Cuando la tira entra al primero, o al siguiente, medio de calentamiento (5) , esta sufre una variación positiva muy rápida en la intensidad del flujo de calor que recibe, correspondiente a la reasunción del calor. Este cambio en la velocidad de variación de la función (dTemperatura/dtiempo) conduce a las fuerzas de tensión en la tira.

De modo similar, cuando la tira sale de un medio de calentamiento (5) , sufre una variación negativa muy rápida en la intensidad del flujo de calor recibido, correspondiente al cese del calor. Este nuevo cambio en el índice de la variación de la función dTemperatura/dtiempo) , o (dTemperatura/dLongitud) , conduce a las fuerzas de compresión en la tira.

La Figura 3 de los dibujos adjuntos representa la variación en estos esfuerzos durante el calentamiento de la tira. La curva (TI) representa el aumento de temperatura de la tira entre (Ta) y (Tb) cuando pasa dentro del medio de calentamiento (5) . La curva (Cl) corresponde al nivel de esfuerzo transversal en la tira. La línea horizontal (H) que pasa a través del punto (0) de los esfuerzos graficados en el eje y, corresponde a un esfuerzo transversal de cero. Un punto en la curva (Cl) que cae por arriba de la línea (H) corresponde a un esfuerzo de tensión, marcado positivo, mientras que un punto en la curva (Cl) que cae por debajo de la línea (H) corresponde a un esfuerzo de compresión, marcado negativo.

Puede verse con claridad que, para cada cambio en la velocidad de variación de la función (dTemperatura/dtiempo) , o (dTemperatura/dLongitud) , correspondiente a una modificación en el gradiente de calentamiento en (TI) , aparece un pico correspondiente al valor absoluto del esfuerzo en la curva (Cl) El primer pico de esfuerzo (Ca) corresponde al punto (Ta) en la curva (TI) donde inicia el aumento de la temperatura. Este es un esfuerzo de tensión. El segundo pico de esfuerzo (Cb) corresponde al punto (Tb) en la curva (TI) donde cesa el aumento de temperatura. Este es un esfuerzo de compresión.

La magnitud de estos picos de esfuerzo depende del formato de la tira y de la variación en el gradiente de la curva de temperatura entre (Ta) y (Tb) , es decir, de la variación en el índice de calentamiento en el punto de la curva que corresponde al momento en el cual la tira entra o sale de la zona de calentamiento correspondiente a un medio de calentamiento (5) .

Si los esfuerzos perpendiculares al eje de la tira que producen las fuerzas de compresión alcanzan un nivel demasiado alto, pueden generar defectos en la calidad de la superficie en la tira, tales como ondulaciones, burbujas, arrugas o fracturas. Estos defectos en la superficie pueden tomar varias formas, pueden ser continuos a lo largo de toda la tira o ser discontinuos, pueden ser paralelos al eje de la tira o culebrear a través de su anchura. Pueden ser individuales o desarrollarse en la forma de varias arrugas que sean paralelas, continuas, discontinuas, lineales o acordes con una curva regular o irregular. Para simplificar la explicación, el término "arrugas" se usa en lo que sigue para denotar todos los defectos en la tira causados por los esfuerzos de compresión transversal excesiva.

Estos defectos aparecen cuando el nivel de esfuerzo de compresión transversal en la tira es mayor que un umbral de esfuerzo que constituye un límite llamado el "esfuerzo crítico", que depende principalmente de: - la composición y las propiedades mecánicas de la tira, o su estado metalúrgico; - la temperatura de la tira; y - el formato de la tira, su anchura y su grosor.

El nivel crítico de esfuerzo de compresión, más allá del cual se genera un defecto en la superficie, es proporcional a la resistencia mecánica del material de la tira. Como el esfuerzo mecánico de la tira disminuye cuando se eleva la temperatura, y lo hace de manera tan rápidamente creciente como se eleva la temperatura, el nivel crítico del esfuerzo de compresión cae con la temperatura, incrementando de manera acorde el riesgo de formar arrugas cuando la temperatura de la tira aumenta.

De acuerdo con la técnica anterior, las secciones de calentamiento rápido de las líneas continuas de tratamiento térmico para tiras de metal están diseñadas sin considerar el riesgo de formación de arrugas. Debido a esto, para una sección de calentamiento dada los operadores responsables de la operación en la línea, en ausencia de un método conocido, deben adaptar el ajuste del horno por ensayos y errores sucesivos hasta encontrar un punto de operación que limite estos defectos. Estos ajustes conducen a una operación del horno que no explota por completo la energía disponible, lo que lleva a una pérdida en la producción, por ejemplo cuando los operadores deben reducir la velocidad de la corrida de la tira.

La invención tiene el objetivo, sobre todo, de proporcionar un método que limite la formación de arrugas en la tira en el curso de ser rápidamente calentada mientras se conserva la velocidad nominal de la tira al pasar a través de la sección de calentamiento rápido, es decir, sin pérdida de producción.

De acuerdo con la invención, el método para reducir la formación de arrugas en una tira de metal sometida a calentamiento rápido en las líneas continuas de tratamiento térmico, en las cuales la tira pasa a través de secciones de calentamiento que comprenden medios de calentamiento sucesivos y separados, se caracteriza en que el gradiente promedio para el aumento en la temperatura de la tira entre la entrada y la salida de un medio de calentamiento cae de un medio de calentamiento al siguiente medio de calentamiento.

La invención permite la reducción en la formación de arrugas en la tira en una tira colocada entre dos rodillos conductores (3, 4) de acuerdo con las Figuras 1 y 2. Las arrugas que la invención permite reducir se generan por la vía térmica de la tira, independientemente de cualquier contacto de la tira con un rodillo deflector.

Ventajosamente, la relación de la diferencia de temperatura para la tira entre su salida y su entrada a los medios de calentamiento, a la distancia entre la salida y la entrada a estos medios de calentamiento, cae de un medio de calentamiento al siguiente medio de calentamiento.

El gradiente instantáneo para el aumento de temperatura de la tira entre su entrada y su salida a un medio de calentamiento, como una función de la distancia cubierta, es preferiblemente mayor a la entrada al medio de calentamiento que hacia la salida de este medio de calentamiento .

La diferencia en la intensidad del calentamiento entre dos medios de calentamiento sucesivos puede ser reducida de manera progresiva de manera que sea pequeña a temperatura alta, de modo que la variación en el índice de calentamiento en todos los puntos de la tira disminuya a medida que aumenta la temperatura de la tira.

La intensidad del calentamiento entre cada medio de calentamiento se modifica progresivamente y la intensidad del calentamiento entre dos medios de calentamiento sucesivos se reduce a medida que aumenta la temperatura de la tira.

Ventajosamente, se inyecta un mayor flujo de calor en la tira cuando esta está a baja temperatura, luego el flujo de calor es reducido progresivamente cuando aumenta la temperatura de la tira.

El calentamiento se puede proporcionar para que la temperatura de la tira se eleve de menos en menos en cada medio de calentamiento, desde el primer medio de calentamiento donde la elevación de la temperatura es la más alta.

Preferiblemente, el cambio en el flujo intercambiado entre la tira y los medios de calentamiento -lies progresivo, es decir, la variación en el gradiente de calentamiento es progresivo.

El gradiente de elevación de la temperatura de la tira en la primera sección de calentamiento es ventajosamente mayor a 100 ° C/segundo .

La magnitud de la reducción en el gradiente de elevación de la temperatura cuando pasa de una sección de calentamiento a la siguiente se determina dependiendo del formato de la tira y de la calidad del acero. Ventajosamente, el gradiente de elevación de temperatura para la tira cae por al menos 15° C/segundo cuando pasa de una sección de calentamiento a la siguiente.

El método de la invención limita los picos de esfuerzo correspondientes en el material y la reducción de las fuerzas de compresión perpendiculares hacia la dirección en la que corre la tira, que aparecen en esta locación entre dos secciones consecutivas de la tira, causando arrugas en esta última.

La invención consiste, además de las aportaciones arriba escritas, de un cierto número de otras provisiones que serán mencionadas más explícitamente abajo con referencia a las representaciones que se describen con respecto de los dibujos adjuntos, pero que de ninguna manera son limitantes. En estos dibujos: - la Figura 1 es una sección vertical esquemática a través de una sección de calentamiento rápido de una línea de tratamiento térmico para una tira de metal; - la Figura 2 repite el diagrama de la Figura 1 con el correspondiente flujo de calor inyectado por cada medio de calentamiento de acuerdo con la técnica anterior; la Figura 3 es una gráfica que ilustra la apariencia de los esfuerzos causados en una tira de metal por una variación en la temperatura; - la Figura 4 es una gráfica que ilustra varios modos de calentamiento incluyendo uno de acuerdo con la invención; - la Figura 5 repite el diagrama de la Figura 2 con el correspondiente flujo de calor inyectado por cada medio de calentamiento de acuerdo con la invención; la Figura 6 es una gráfica que ilustra los esfuerzos en una tira de metal calentada de acuerdo con el método de la invención; la Figura 7 es una gráfica que ilustra los esfuerzos en una tira de metal calentada de acuerdo con un método convencional de la técnica anterior; la Figura 8 es una gráfica que ilustra los esfuerzos en una tira de metal calentada de acuerdo con el método de la invención; - la Figura 9 repite el diagrama de la Figura 5 con el flujo de calor inyectado por cada medio de calentamiento de acuerdo con la invención; - la Figura 10 muestra agrandado el detalle (X) , de la Figura 9 ; - la Figura 11 muestra agrandado el detalle (XI) de la Figura 9; y la Figura 12 es una gráfica que ilustra las variaciones de esfuerzo y las variaciones de temperatura en una tira de metal calentada de acuerdo con el método de la invención.

Ahora se hace referencia a la Figura 4, que es una gráfica con la longitud de la sección de calentamiento equipada con cuatro inductores que viajan por un punto sobre la tira de metal graficada sobre el eje x, y la temperatura de la tira en este punto graficada sobre el eje y. Puede verse que, para alcanzar el mismo objetivo térmico, que corresponde a una temperatura (T) en el extremo de la sección de calentamiento, que corresponde a una longitud (L) , es posible seguir varias rutas térmicas: la ruta A corresponde al mismo gradiente de elevación de la temperatura de la tira en cada medio de calentamiento ; la ruta B corresponde a un gradiente de elevación de la temperatura de la tira que progresivamente disminuye en cada medio de calentamiento desde el primer medio de calentamiento donde es el más alto; la ruta C corresponde a un gradiente de elevación de la temperatura de la tira que aumenta progresivamente en cada medio de calentamiento desde el primer medio de calentamiento donde es el más bajo; y - la ruta D corresponde a una combinación de las rutas B y C con un gradiente de elevación de la temperatura de la tira que es más alto en el primero y en el último de los medios de calentamiento y es menor para los dos medios de calentamiento centrales .

Estas cuatro rutas térmicas se proporcionan a manera de ejemplo, en el conocimiento de que son posibles otras numerosas variaciones.

De acuerdo con la invención, la tira es calentada en la sección de calentamiento siguiendo la ruta térmica B de elevación de la temperatura. Como se representa en la Figura 5, esta ruta térmica se obtiene inyectando un gran flujo de calor Oa en la tira al inicio del calentamiento, cuando esta tira está a menor temperatura, para después limitar progresivamente el flujo inyectado <t>b, <t>c, F?, a medida que aumenta la temperatura de la tira.

Los flujos de calor se seleccionan ventajosamente de modo que : - el gradiente de elevación de la temperatura de la tira en la primera sección de calentamiento, es decir, en el primer medio de calentamiento 5a, es mayor a 100 °C/segundo; y - el gradiente de elevación de la temperatura de la tira se reduce por al menos 5°C/segundo cuando pasa de una sección de calentamiento a la siguiente, es decir, de un medio de calentamiento al siguiente.

Como se muestra en la Figura 6, la ruta térmica de acuerdo con la invención limita la variación en el gradiente de la curva de la temperatura al dejar cada elemento de calentamiento a medida que la tira aumenta de temperatura. Los esfuerzos de compresión perpendiculares al eje de la tira, que son proclives a generar arrugas, son entonces progresivamente menores al salir de cada zona de calentamiento rápido sucesiva: C2a > C2b > C2c > C2d.

El calentamiento asegurado por los sucesivos medios de calentamiento (5a, 5b, 5c, 5d) , es tal que la curva media que representa la elevación de la temperatura de la tira como una función de la longitud de la sección de calentamiento, tiene un vacio vuelto hacia el eje x sobre el cual se gráfica la longitud. "Curva media" designa a una curva que pasa a través de las mitades de los segmentos rectos horizontales de la curva real de elevación de temperatura en la Figura 6. El gradiente medio del aumento en la temperatura de la tira entre la entrada y la salida de un medio de calentamiento cae de un medio de calentamiento al siguiente medio de calentamiento.

Como se muestra en la Figura 7, el nivel (en valor absoluto) del esfuerzo crítico para la formación de arrugas disminuye cuando aumenta la temperatura de acuerdo con una curva (K) , estando graficado el esfuerzo sobre el eje y, y la temperatura graficada sobre el eje x. Una sección de calentamiento producida de acuerdo con la técnica anterior, es decir, sin aplicar el método de calentamiento de acuerdo con la invención, conduciría, por ejemplo, a la curva de esfuerzo (C3) , que corresponde a la ruta térmica (A) de la Figura 4. Puede observarse que los esfuerzos de compresión transversales n esta curva son mayores en los puntos (C3b, C3c y C3d) que los valores críticos de umbral . Por lo tanto la tira estará cubierta con defectos en la superficie y no podrá venderse.

Se entenderá que las rutas térmicas (C y D) no son adecuadas porque conducen a grandes esfuerzos, mayores al esfuerzo crítico en las zonas en las que la tira está más caliente.

Como se vio previamente en la Figura 5, el método de calentamiento de acuerdo con la invención consiste en inyectar un mayor flujo de calor en la tira cuando esta está a baja temperatura, luego reducir progresivamente este flujo cuando la tira eleva su temperatura.

La Figura 8 corresponde a la Figura 7 , pero con o el calentamiento realizado de acuerdo con el método de la invención. Puede observarse que los esfuerzos de compresión transversales en la curca (C2) de esta Figura 8 siempre son menores (en valor absoluto) que los valores críticos del umbral de acuerdo con la curva (K) . La tira estará libre de arrugas, y por lo tanto podrá venderse.

Para limitar más el riesgo de formación de arrugas, la invención también se caracteriza por un método que consiste en modificar progresivamente la intensidad del calentamiento en cada medio de calentamiento (5) de manera que el cambio en el flujo intercambiado con la tira es progresivo, es decir, el cambio en la velocidad de variación de la función dTemperatura/dtiempo) , correspondiente a una modificación en el gradiente de calentamiento, es progresivo.

Este método permite la limitación del pico de esfuerzo correspondiente en el material y la reducción o la eliminación de las fuerzas de compresión perpendiculares a la dirección en la que corre la tira, que aparecen en esta locación entre dos secciones consecutivas de la tira, causando arrugas en esta última.

El método de acuerdo con la invención se ilustra con mayor detalle en la Figura 9. Como se representa en esta Figura 9, la variación del flujo entre la tira y los medios de calentamiento (5) , de acuerdo con la invención, es progresiva entre la entrada hasta la salida de cada medio de calentamiento (5) , mientras que el calentamiento rápido de acuerdo con la técnica anterior conduciría a la curva de flujo (P) , representada con líneas delgadas en las Figuras 10 y 11, con cambios abruptos en la variación del flujo. Esta variación progresiva del flujo de acuerdo con la invención se muestra en la Figura 9 mediante una curva de flujo redondeada durante los cambios en el gradiente entre la elevación de la temperatura, la plataforma superior, luego el descenso y el nivel inferior, mientras que estos cambios son rupturas agudas en la curva (P) de acuerdo con la técnica anterior.

Este cambio progresivo en el flujo conduce a un cambio progresivo en la temperatura de la tira para cada elemento de calentamiento, es decir, a un cambio progresivo en 1 índice de variación de la función (dTemperatura/dtiempo) con relación a la técnica anterior, como se muestra en la Figura 12. Por lo tanto, los puntos de cambio abrupto del gradiente (Tal y Tbl) de la curva de temperatura (TI) de acuerdo con la técnica anterior, correspondientes al calentamiento con un cambio rápido en la intensidad del calentamiento, han sido eliminados en la curva (T2) correspondiente al calentamiento de acuerdo con la invención con un cambio progresivo en la intensidad del calentamiento .

En la Figura 12 puede verse con claridad que el cambio en la temperatura de la tira, representado por la curva (T2) correspondiente al calentamiento con un cambio progresivo en el flujo transmitido a la tira, conduce a la curva de esfuerzo (C2) para la cual el tamaño del pico (Ca2) de esfuerzo de tensión y el pico (Cb2) de esfuerzo de compresión han sido grandemente reducidos con relación a los de los picos correspondientes (Cal, Cbl) de la curva (Cl) de esfuerzo de acuerdo con la técnica anterior: Ca2 << Cal y Cb2 << Cbl.

Como el nivel reducido de esfuerzo de compresión transversal (Cb2) obtenido es por lo tanto menor que el umbral crítico, la tira estará libre de arrugas y por lo tanto podrá venderse .

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Método para reducir la formación de arrugas inducida térmicamente en una tira de metal sometida' a calentamiento rápido en lineas continuas de tratamiento térmico, donde la tira pasa a través de secciones de calentamiento que comprenden medios de calentamiento sucesivos y separados; en el método, el gradiente promedio para el aumento de la temperatura de la tira entre la entrada y la salida de los medios de calentamiento cae de un medio de calentamiento al siguiente medio de calentamiento .

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que la relación de la diferencia de temperatura para la tira entre su salida y su entrada a un medio de calentamiento, a la distancia entre la salida y la entrada a este medio de calentamiento, cae de un medio de calentamiento al siguiente medio de calentamiento.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado en que el gradiente instantáneo para el aumento de temperatura de la tira entre su entrada y su salida de un medio de calentamiento, como una función de la distancia cubierta, es mayor a la entrada al medio de calentamiento que hacia la salida de este medio de calentamiento.

4. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado en que la diferencia en la intensidad del calentamiento entre dos medios de calentamiento sucesivos se reduce progresivamente para ser menor a alta temperatura, de modo que la variación ,en el índice de calentamiento en todos los puntos de la tira disminuye a medida que la temperatura de la tira aumenta.

5. Método dé acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado en que la intensidad del calentamiento entre cada medio de calentamiento se' modifica progresivamente, y en que la intensidad del calentamiento entre dos medios de calentamiento sucesivos se reduce a medida que la temperatura de la tira aumenta.

6. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado en que se inyecta un mayor flujo de calor en la tira cuando esta está a baja temperatura, luego el flujo de calor inyectado es reducido progresivamente cuando la temperatura de la tira disminuye.

7. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado en que el calentamiento para elevar la temperatura de la tira se proporciona de menos en menos en cada medio de calentamiento a partir del primer medio de calentamiento, donde la elevación de la temperatura es la mayor.

8. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado en que 1 cambio en el flujo intercambiado entre la tira y el medio de calentamiento es progresivo, es decir, la variación en el gradiente de calentamiento es progresiva.

9. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado en que el gradiente de elevación de la temperatura de la tira en la primera sección de calentamiento es mayor a 100 ° C/segundo .

10. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado en que el gradiente de elevación de la temperatura para la tira cae por al menos 15° C/segundo cuando pasa de una sección de calentamiento a la siguiente.