MX2009002391A - Metodo para el tratamiento termomecanico de anillos producidos sin costura en laminadoras radial-axiales de anillos. - Google Patents
Metodo para el tratamiento termomecanico de anillos producidos sin costura en laminadoras radial-axiales de anillos.Info
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Abstract
La invención se relaciona con un método y un dispositivo para el tratamiento termomecánico de anillos producidos sin costura en laminadoras radial-axiales, en particular anillos de acero de grano fino, acero revenido, acero cementado o acero austenítico, preferentemente de bridas de torres de acero para plantas de energía eólica, en que el anillo bruto es insertado en la laminadora de anillos a una temperatura en el área de 900ºC a 1150ºC y es laminado a un diámetro exterior preferentemente en el área de 0.2m a 10m mediante un proceso de conformación en caliente. Según la invención el anillo (1) caliente es enfriado rápidamente mediante un proceso controlado directamente a continuación de la laminación sin calentamiento intermedio, de una temperatura superior a la temperatura de transformación en el área de austerita a una temperatura por debajo de 400ºC. El dispositivo, según la invención, comprende un tanque de inmersión llenado de líquido (8) de enfriamiento o un recipiente de enfriamiento sin llenar, y un portador (5) que puede ser bajado mediante un dispositivo (4) de elevación con el anillo (1) laminado reposando en el portador referido. Unas toberas (13) de presión se encuentran dispuestas en el tanque de inmersión o el recipiente (2) de enfriamiento en una o varias tuberías (11) anulares con una distribución uniforme para la aplicación enfocada del líquido (8) de enfriamiento a al menos una superficie anular del anillo (1). Se realiza la medición de la temperatura del anillo antes y/o después de realizar el enfriamiento, preferentemente, mediante un pirómetro de radiación.
Description
MÉTODO PARA EL TRATAMIENTO TERMOMECANICO DE ANILLOS PRODUCIDOS SIN COSTURA EN LAMINADORAS RADIAL-AXIALES DE ANILLOS DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención se relaciona con un método para el tratamiento termomecánico de anillos, producidos sin costura en laminadoras radial-axiales de anillos según el concepto general de la reivindicación 1, y un dispositivo para el enfriamiento de anillos calientes conformados en caliente para llevar el método a la práctica. En la producción de anillos sin costura en laminadoras radial-axiales de anillos los anillos brutos son colocados usualmente a una temperatura de 900 - 1200°C en la laminadora de anillos y laminados a un diámetro exterior de, preferentemente, 0.2 - 10m. Después de la laminación, los anillos son colocados usualmente en un almacén intermedio, y enfriados para ello generalmente a temperatura ambiente. En el curso del tratamiento térmico posterior es necesario entonces calentar el anillo nuevamente hasta la temperatura de austenitización y enfriarlo desde allí para la generación de una estructura de granos finos y uniforme. El tratamiento térmico adicional implica una inversión muy grande y un consumo de energía considerable.
Del documento EP 413 163 Bl se conoce un método y una instalación para la producción de material laminado de acero sometido a tratamiento termomecánico en que la conformación del material laminado es realizada entre temperatura ambiente y una temperatura de 930°C y, para mejorar las propiedades del material se realiza en un dispositivo de enfriamiento posterior un enfriamiento acelerado del material laminado con la ayuda de medios de enfriamiento como agua, aire o una mezcla de agua y aire. Este método está previsto sólo para la producción de productos planos y alargados, y alambrado laminado. No se describe a detalle el tipo de enfriamiento. De la publicación coreana KR 1005661118 Bl se desprende además un método de laminación para anillos seguido por calentamiento del anillo laminado en un horno y enfriamiento del anillo en baño de inmersión, en que el diámetro del anillo debe ubicarse entre 4,500 y 9,300mm y la altura entre 300 y 280mm. También en este caso se describe el calentamiento de nuevo, costoso en energía, del anillo antes del enfriamiento final por inmersión. Del documento DE 33 14 847 Al se describe un método para la producción de anillos sin costura con propiedades elásticas mejoradas gracias a conformación en caliente seguida por templado. Aceros elásticos de este tipo deben tener propiedades muy especiales y son sometidos
también a determinados tratamientos de varias etapas. Se trata en esto de procesos relativamente complicados. En el documento DE 1 964 795 B se describe además un método para el tratamiento térmico de aceros inmediatamente del calor de conformación incluyendo enfriamiento acelerado, realizándose también un enfriamiento en dos etapas, enfriando primeramente el material conformado en caliente, teniendo una temperatura final de conformación de 880°-950°C, a una velocidad de enfriamiento de 50°-25°C por segundo a una temperatura que se ubica 40°-10°C por encima del punto Al, es decir, se ubica aproximadamente en 710°-740°C. Esta temperatura debe mantenerse entonces por 1-20 minutos. A continuación se enfría aceleradamente por debajo del punto de martensita, es decir, por debajo de una temperatura de aproximadamente 320°C. La invención se basa en el objetivo de reducir en particular el costo y el consumo de energía en la producción de anillos laminados sin costura teniendo una estructura de granos finos y uniforme. El método inventivo prevé que el anillo caliente es enfriado de manera controlada directamente después de la laminación sin calentamiento intermedio, preferentemente en un tanque de inmersión o en un recipiente de enfriamiento no llenado, en poco tiempo de una temperatura apenas arriba
de la temperatura de transformación en el área de la austenita a una temperatura predeterminada. Se logra de esta manera, prescindiendo de un tratamiento térmico adicional y aprovechando el calor de laminación para la transformación de la estructura, una reducción de las etapas del proceso y un ahorro considerable de la energía necesaria para el tratamiento térmico usual . Se ha verificado que aún sin este tratamiento térmico adicional, si se respeta determinados parámetros de enfriamiento y se respeta un tiempo de inmersión, respectivamente, de enfriamiento predeterminado, es posible obtener una estructura suficientemente uniforme y de grano fino después del enfriamiento, respectivamente, el enfriamiento brusco. Para poder respetar con precisión estos parámetros, se mide inventivamente con un pirómetro de radiación la temperatura del anillo antes y/o después del enfriamiento, preferentemente directamente antes del baño de inmersión respectivamente recipiente de enfriamiento, y el tiempo de inmersión, respectivamente, el tiempo de enfriamiento es ajustado preferentemente en función de la temperatura del anillo y del líquido de enfriamiento medida antes de la inmersión, respectivamente, enfriamiento. Mediante la vigilancia de la temperatura del anillo antes del proceso de inmersión, respectivamente, de enfriamiento, puede impedirse, en particular, también que el anillo es inmerso,
respectivamente, enfriado teniendo una temperatura demasiado baja, que se ubica por debajo de la temperatura de transformación. Para este caso el anillo es primeramente calentado de nuevo a la temperatura necesaria. Para lograr un enfriamiento suficientemente rápido, respectivamente, enfriamiento brusco del anillo en el tanque de inmersión o recipiente de enfriamiento, se propone inventivamente además exponer el anillo a líquido de enfriamiento, preferentemente, agua a una presión aumentada a través de unas toberas distribuidas en forma regular a lo largo de la circunferencia del anillo. El líquido de enfriamiento aplicado a presión puede ajustarse en esto en cuanto al lugar y/o la cantidad con gran precisión; esto depende entonces de las medidas individuales (diámetro, espesor y forma de sección transversal) del anillo laminado. Si se requiere es posible realizar también varios eventos de inmersión o enfriamiento uno tras otro, pudiéndose desplazar también el anillo por enfriar durante el proceso de inmersión o enfriamiento mediante girar, levantar y bajar. El dispositivo para enfriar los anillos calientes transformados en caliente consiste de un tanque de inmersión llenado con líquido de enfriamiento o un recipiente de enfriamiento no llenado, un portador que puede ser bajado mediante un dispositivo de levantamiento
e, inventivamente, de unas toberas de presión distribuidas en una o varias tuberías anulares para aplicar enfocadamente el líquido de enfriamiento en al menos una de las superficies anulares del anillo. Mediante las toberas, configuradas, por ejemplo, como toberas de vórtice, puede lograrse un enfriamiento deliberado en la superficie del anillo, de manera, que la estructura austenítica de grano fino es transformada en la estructura de transformación deseable en la posterior zona de funcionamiento de componente. Gracias a la gran velocidad de impacto del líquido de enfriamiento se destruye en gran parte, en particular en el caso de agua como líquido de enfriamiento, la película de vapor aislante que puede formarse a causa del efecto de Leidenfrost al iniciar el enfriamiento y puede reducir drásticamente la transferencia de calor. Esto permite maximizar la velocidad de enfriamiento ya al principio del proceso de enfriamiento, es decir, con temperaturas aún altas del anillo. Ha resultado ser conveniente disponer en el piso del tanque de inmersión o del recipiente de enfriamiento varias tuberías anulares dispuestas concéntricas entre sí con toberas de presión distribuidas de manera uniforme, correspondiendo en esto el diámetro de las tuberías anulares esencialmente al diámetro de los anillos que deben ser enfriados en cada caso. Cada tubería anular puede ser controlada en esto por separado,
de manera que se enfrían enfocadamente anillos con los diámetros, espesores y alturas más diversas. También es posible regular los volúmenes de corriente para ajustar también las velocidades de impacto de manera apropiada. Tan pronto la temperatura del anillo haya bajado lo suficiente para abandonar la fase de la evaporación pelicular y empieza la de la ebullición con burbujas intensiva para el enfriamiento brusco, puede reducirse la velocidad de impacto. En el área de temperatura de la fase de convección es posible apoyar la transferencia de calor por convección por un lado con la ayuda del rociado, y por el otro se homogeneiza además de la temperatura del baño de agua también la temperatura de la superficie del anillo. El anillo laminado puede depositarse para el proceso de inmersión o de enfriamiento en un portador de varillas radiales o en una rejilla. Para medir la temperatura del anillo caliento reposando en el portador se dispone preferentemente un pirómetro de radiación inmediatamente por encima del líquido de enfriamiento en la altura del portador. El tanque de inmersión o enfriamiento puede estar configurado en particular según la geometría de los anillos laminados redondo y/o anular. La invención se explica mediante las Fig. 1 y 2 anexas a guisa de ejemplo con más detalle. Se muestra Fig. 1 una vista de plano del tanque 2 de
inmersión inventivo Fig. 2 una sección vertical por el tanque 2 de inmersión según la Fig. 1 teniendo una disposición esquemática de la instalación inventiva. El anillo 1 caliente, producido en la laminadora radial-axial de anillos no mostrada, es colocado con la ayuda de una grúa 3 en el portador 5 del dispositivo 4 de elevación. En esta posición de recepción el portador 5 se encuentra directamente por encima de la superficie del líquido 8 de enfriamiento del tanque 2 de inmersión. Después de medir la temperatura del anillo 1 caliente con la ayuda del pirómetro 6 de radiación y después de determinar la temperatura del líquido 8 de enfriamiento con la ayuda del aparato 7 de medición de temperatura se detecta en la unidad 10 de control junto con la geometría del anillo y la temperatura de transformación por alcanzar el tiempo teórico de inmersión mediante un algoritmo. El anillo 1 caliente reposando en el portador 5 es inmerso directamente a continuación en el tanque 2 de inmersión con la ayuda del dispositivo 4 de elevación y se mantiene en la tina 2 de inmersión hasta llegar al tiempo teórico de inmersión calculado. A continuación se vuelve a elevar el anillo 1 nuevamente del tanque 2 de inmersión y se mide nuevamente la temperatura del anillo con el pirómetro 6 de radiación. En caso de requerirse, el evento de inmersión
puede ser repetido. Esto puede ser necesario en particular en el caso de anillos 1 de tipos de acero que poseen un contenido de aleación mayor y con ello una conductividad térmica peor, pero que con ello también son portadores de transformación. Ha resultado ser conveniente en esto mantener después de cada inmersión el anillo 1 afuera del tanque 2 de inmersión para reducir el gradiente de temperatura entre la orilla y el alma del anillo 1 mediante el calor que fluye del alma del anillo. Se puede medir en esto en particular continuamente la temperatura de la superficie y se puede repetir el evento de inmersión en caso de alcanzar una temperatura máxima definida. Mediante este proceder cíclico se reduce la diferencia en tiempo en la transformación de estructura entre la zona marginal y el alma del anillo 1, y con ello la diferencia de estructura entre la margen y el alma. Además se reduce así el riesgo de la rotura a causa de tensiones internas. Para mejorar el proceso de enfriamiento brusco, en el piso del tanque 2 de inmersión se encuentran dispuestas concéntricas entre sí una serie de tuberías 11 anulares con toberas 13 de presión distribuidas uniformemente en la circunferencia. Con la ayuda de estas toberas 13 de presión se aplica al iniciar el proceso de inmersión enfocadamente líquido 8 de enfriamiento sobre las superficies anulares del anillo 1 con una presión tan alta
como posible. En particular con agua como líquido de enfriamiento puede acelerarse así el proceso de enfriamiento, ya que no se presenta el, así llamado, "efecto Leidenfrost" que puede producir cierto efecto de aislamiento en la superficie del anillo y que tiene como consecuencia una reducción fuerte de la cantidad de calor disipada. Las individuales tuberías 11 anulares son unidas entre sí en cada caso mediante unas tuberías 12 de alimentación y válvulas de cierre propias con el sistema externo de bombeo no mostrado. Gracias a ello es posible activar en cada caso sólo una tubería 11 anular con las toberas 13 de presión asociadas que tiene aproximadamente el mismo diámetro que el anillo 1 colocado. En cada tubería 11 anular, las toberas de presión están dispuestas en cada caso de manera tal que impactan, por un lado, la superficie inferior del anillo y por el otro al menos las dos superficies verticales interior y exterior del anillo con el líquido de enfriamiento. En la Fig. 2 se muestra adicionalmente una unidad 9 de indicación esquemática que señala por un lado la temperatura del anillo 1 medida por el pirómetro 6 de radiación, y por el otro el tiempo de inmersión en segundos definida en la unidad 10 de control. La unidad 9 de indicación posee además un sistema, en sí conocido, de semáforo que le señala al operador de la instalación con
luz verde la condición correcta para iniciar el proceso de inmersión o prohibe el proceso de inmersión con luz roja, porque, v. gr., la temperatura del anillo ya es demasiado baja, o porque la instalación no funciona apropiadamente. Una señal amarilla indica al operador que la instalación está lista para funcionar. Lista de símbolos de referencia: 1 Anillo 2 Tanque de inmersión 3 Grúa para 1 4 Dispositivo de elevación para 5 y 1 5 Portador par 1 en 4 6 Pirómetro de radiación 7 Aparato de medición de temperatura para 8 8 Líquido de enfriamiento 9 Unidad de indicación 10 Unidad de control 11 Tubería anular para el suministro de 8 12 Tubería de alimentación a 11 13 Toberas de presión en 11
Claims (14)
1. Método para el tratamiento termomecánico de anillos de acero, particularmente acero de construcción de grano fino, acero revenido, acero cementado o acero austenítico, producidos sin costura en laminadoras radial-axiales de anillos, preferentemente de bridas de torre de acero para plantas de energía eólica, en que el anillo bruto es colocado en la laminadora de anillos a una temperatura de 900-1150°C y es laminado mediante el método de laminación en caliente a un diámetro exterior de preferentemente 0.2-10m, caracterizado porque el anillo caliente es enfriado directamente después de la laminación, sin calentamiento intermedio, en poco tiempo de una temperatura por encima de la temperatura de transformación en el área de austenita en un recipiente de enfriamiento en forma controlada a una temperatura de menos de 400°C y el anillo recibe en el recipiente de enfriamiento una carga de líquido de enfriamiento con presión aumentada a través de unas toberas que son distribuidas de manera uniforme a lo largo de la circunferencia del anillo.
2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el anillo es enfriado a continuación en el aire a temperatura ambiente.
3. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la temperatura del anillo es medida antes y/o después del enfriamiento mediante un pirómetro de radiación .
4. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el tiempo de enfriamiento es ajustado en función de la temperatura del anillo y del líquido de enfriamiento, medida antes del proceso de inmersión o de enfriamiento .
5. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el líquido de enfriamiento aplicado bajo presión es ajustado local y/o cuantitativamente.
6. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque se realiza varios procesos de inmersión, respectivamente, de enfriamiento uno tras otro.
7. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque se usa agua para el enfriamiento.
8. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el anillo por enfriar es rotado durante el proceso de inmersión, respectivamente, de enfriamiento por un eje vertical central y/o subido y bajado en forma oscilante.
9. Dispositivo para el enfriamiento de anillos calientes transformados en caliente para la realización del método referido en lo precedente, consistiendo de un recipiente de enfriamiento y un portador que puede ser bajado mediante un dispositivo de levantamiento en que reposa el anillo laminado, caracterizado porque en el recipiente de enfriamiento se encuentran dispuestos, distribuidos de manera uniforme, unas toberas de presión para la aplicación enfocada del líquido de enfriamiento en al menos una de las superficies anulares del anillo.
10. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque el tanque de inmersión, respectivamente, el recipiente de enfriamiento tiene una configuración redondea y/o anular.
11. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque para la medición de la temperatura del anillo reposando en el portador directamente antes del proceso de enfriamiento se tiene la presencia de un pirómetro de radiación.
12. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque el portador consiste de varillas radiales o una rejilla.
13. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque en el piso del tanque de enfriamiento o del recipiente de enfriamiento se encuentran dispuestas varias tuberías dispuestas en forma concéntrica entre sí, cuyo diámetro corresponde al diámetro de los anillos por enfriar en cada caso.
14. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque las toberas de presión están dispuestas en la tubería anular de manera tal que se puede aplicar presión simultáneamente en al menos dos superficies anulares del anillo por enfriar. RESUMEN La invención se relaciona con un método y un dispositivo para el tratamiento termomecánico de anillos producidos sin costura en laminadoras radial-axiales , en particular anillos de acero de grano fino, acero revenido, acero cementado o acero austenítico, preferentemente de bridas de torres de acero para plantas de energía eólica, en que el anillo bruto es insertado en la laminadora de anillos a una temperatura en el área de 900°C a 1150°C y es laminado a un diámetro exterior preferentemente en el área de 0.2m a 10m mediante un proceso de conformación en caliente. Según la invención el anillo (1) caliente es enfriado rápidamente mediante un proceso controlado directamente a continuación de la laminación sin calentamiento intermedio, de una temperatura superior a la temperatura de transformación en el área de austenita a una temperatura por debajo de 400°C. El dispositivo, según la invención, comprende un tanque de inmersión llenado de líquido (8) de enfriamiento o un recipiente de enfriamiento sin llenar, y un portador (5) que puede ser bajado mediante un dispositivo (4) de elevación con el anillo (1) laminado reposando en el portador referido. Unas toberas (13) de presión se encuentran dispuestas en el tanque de inmersión o el recipiente (2) de enfriamiento en una o varias tuberías (11) anulares con una distribución uniforme para la aplicación enfocada del líquido (8) de enfriamiento a al menos una superficie anular del anillo (1) . Se realiza la medición de la temperatura del anillo antes y/o después de realizar el enfriamiento, preferentemente, mediante un pirómetro de radiación.
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