PT1134298E - Aperfeiçoamentos efectuados no pré-aquecimento de barras metálicas nomeadamente nas linhas de galvanização ou de recozimento - Google Patents

Description

ΕΡ 1 134 298/ΡΤ

DESCRIÇÃO "Aperfeiçoamentos efectuados no pré-aquecimento de barras metálicas nomeadamente nas linhas de galvanização ou de recozimento" 0 presente invento refere-se a aperfeiçoamentos efectuados no pré-aquecimento de barras metálicas, nomeadamente de barras de aço, em secções de pré-aquecimento a fogo directo, instalados em particular na entrada de linhas de galvanização ao temperar ou nas linhas de recozimento.

Sabe-se que o pré-aquecimento a fogo directo antes da galvanização ou do recozimento, tal como o realizado actualmente, tem três funções: • aquecimento da barra; . eliminação dos resíduos de óleos da laminação ou de protecção presentes quando a linha não está equipada com uma secção prévia de desengorduramento, e • limitação ou eliminação da oxidação da barra de aço inerente ao aquecimento pelos queimadores.

Nas linhas contínuas realizadas de acordo com o estado da técnica actual, o pré-aquecimento é realizado em várias zonas pelo que a regulação da temperatura é independente, em geral em quatro zonas para as linhas de grande capacidade e em duas zonas nas linhas de baixa capacidade, estando cada uma destas zonas munidas, por exemplo, de quatro a seis queimadores de cada lado do forno.

As barras galvanizadas ou recozidas nas linhas contínuas têm variações, larguras ou espessuras variáveis e estas movimentam-se igualmente a velocidades variáveis, o que condiciona a necessidade calorífica das zonas do forno que pode variar em proporções importantes. Para fazer face a esta necessidade calorífica variável, por exemplo, quando a forma ou a velocidade da barra são fracas, não se utiliza geralmente senão um número reduzido de zonas de pré-aquecimento parando as primeiras zonas no sentido do avanço da barra, ou mantendo-as com um regime térmico mínimo, equivalente a cerca de 15 a 20% da sua potência nominal. 2 ΕΡ 1 134 298/ΡΤ

Uma prática semelhante é adoptada na patente FR-A-2406667.

Neste último caso, em particular para o pré-aquecimento dos produtos mais finos, utiliza-se pouca potência. 0 controlo "em cascata" da temperatura ambiente de um forno é divulgado na patente JP-A-56072134.

Tendo em vista a boa compreensão do problema técnico resolvido pelo presente invento refere-se a figura 1 dos desenhos anexos na qual se representa, de maneira sistemática, em elevação lateral, uma forma de concretização de uma instalação de pré-aquecimento compreendendo duas zonas de pré-aquecimento. A esta figura 1 associou-se a figura IA que representa a potência calorífica utilizada nas duas zonas de pré-aquecimento e a curva de variação da temperatura da barra nas referidas zonas.

Nesta figura 1 vê-se que a instalação de pré-aquecimento da barra 1 compreende duas zonas de pré-aquecimento 2 e 3. Cada uma destas zonas está equipada com os queimadores 4 alimentados com ar de combustão por um colector 5 e com combustível com um colector 7. A potência injectada em cada zona é controlada por válvulas de regulação do caudal de comburente e de carburante, respectivamente 6 e 8. Neste exemplo, a potência calorífica representada na zona a tracejado do gráfico da figura IA corresponde a 60% da potência nominal da segunda zona 3, a primeira zona 1 funciona no mínimo da sua potência, por exemplo, 15%. A curva 9 apresenta a elevação da temperatura da barra nas zonas de pré-aquecimento. Nestas condições, a temperatura do gás e das paredes da segunda zona de pré-aquecimento 3 estabiliza-se a níveis baixos, da ordem dos 1150°C ou inferiores.

Sabe-se que a oxidação da barra é tanto mais fraca quanto a temperatura ambiente ou da parede da zona do forno de pré-aquecimento com fogo directo é importante. A este respeito, pode-se registar, em particular, o artigo "Direct-fired heating in continuous hot-dip galvanizing lines" publicado no n° 4/1991 de "MPT - Metallurgical Plant and Technology International", em que a figura 2 é retomada nos desenhos em anexo. Esta figura apresenta em ordenadas a espessura da 3 ΕΡ 1 134 298/ΡΤ camada de óxido formada na superfície da barra, expressa em Angstrom, em função da temperatura do gás ou das paredes da zona do forno, apresentada em abcissas, para uma temperatura de saída da barra da zona de pré-aquecimento de 650°C. Vê-se nesta figura que a formação de óxidos é máxima para temperaturas de gás das paredes de 1150°C e que esta é muito mais fraca para temperaturas de gás ou das paredes superiores a 1250 °C. Vê-se igualmente que o funcionamento do forno para casos de movimentação tais como os evocados acima coloca a barra em condições em que a sua oxidação é máxima. A oxidação formada na superfície da barra, nestas condições, dever ser eliminada, o que impõe a colocação, a jusante da zona de pré-aquecimento, de uma zona de manutenção sob uma atmosfera contendo hidrogénio suficientemente longa para suprimir por redução os óxidos formados. Esta redução deve ser realizada a alta temperatura, o que impõe geralmente o reaquecimento da barra a níveis que não são frequentemente atingidos senão unicamente com o objectivo de obter esta redução dado que não são necessários para o tratamento metalúrgico do tipo de aço da barra.

Esta ausência de flexibilidade no controlo do fornecimento calorífico no pré-aquecimento segundo o estado actual da técnica, assim como a impossibilidade de colocar a barra em condições em que a sua oxidação pode ser limitada conduzem, geralmente, a temperaturas da barra que são consequência da inadaptação da linha ao caso de movimentação considerado. A concepção dos fornos resulta também com estas imperfeições e esta conduz à realização de linhas de grande comprimento pelo que os equipamentos de arrefecimento são importantes. É evidente que este comprimento suplementar de forno aumenta o preço da instalação, a sua complicação assim como os custos de manutenção e de exploração. O presente invento tem como objectivo resolver o problema técnico mencionado acima dando origem a um novo processo e a um forno aperfeiçoado permitindo o aquecimento das barras em secções de pré-aquecimento com fogo directo, com uma oxidação limitada, isto para todas as configurações de produção 4 ΕΡ 1 134 298/ΡΤ (velocidade da linha, caracteristicas de tratamento, caracteristicas de produtos, nomeadamente tipo e forma).

Por outro lado, este invento, para além da melhoria da qualidade do produto acabado que acarreta resolve o problema da complicação das instalações que se verifica no estado anterior da técnica mencionada acima, sendo que a sua concretização permite limitar as dimensões e por consequência os custos das linhas de recozimento ou de galvanização nas quais é aplicado.

Em consequência, este invento de acordo com a reivindicação 1, refere-se em primeiro caso a um processo de reaquecimento de barras metálicas, nomeadamente de aço em secções de pré-aquecimento a fogo directo, tendo em vista limitar a oxidação das barras metálicas aquecidas, quaisquer que sejam as configurações de produção, que consiste em utilizar uma zona de pré-aquecimento que pode ser fraccionada, no seu comprimento, numa pluralidade de zonas de comprimento unitário correspondendo a um queimador, podendo cada um dos ditos queimadores ser comandado individualmente com um regime fixo tendo em vista o ajuste com precisão da regulação ar/gás e portanto a atmosfera resultante no forno, caracterizado por se acender um certo número de queimadores partindo a jusante da zona de pré-aquecimento, sendo variáveis o comprimento da zona do forno referente ao acendimento dos referidos queimadores e o comprimento da zona de recuperação, ou seja da zona na qual os queimadores estão apagados, em função das necessidades caloríficas e por cada queimador funcionar em plena potência e com uma regulação ar/gás constante. A concretização do processo objecto do presente invento tal como especificado acima conduz nomeadamente aos resultados referidos em seguida, que são impossíveis de obter com os equipamentos de acordo com o estado actual da técnica, para todas as velocidades de linhas: • a barra é aquecida numa zona de pré-aquecimento em que o comprimento é variável mas as condições de temperatura e de atmosfera são óptimas, tendo em vista a oxidação, isto para todos os regimes de funcionamento da linha, para todas as 5 ΕΡ 1 134 298/ΡΤ características de barras ou de ciclos de tratamento, sendo o comprimento da zona de pré-aquecimento assim definido adaptado à tonelagem de produto por linha de tratamento (nomeadamente a linha de recozimento ou de galvanização), quaisquer que sejam as formas dos produtos tratados ou a velocidade da referida linha; • os queimadores funcionam todos com um regime e uma regulação tais que apresentam uma geometria e características de chama óptimas tendo em vista o tratamento químico que deve ser realizado na superfície da barra.

Entende-se que a originalidade do processo objecto do presente invento reside na utilização simultânea de um certo número de características (comando dos queimadores em modo tudo ou nada ou proporcional, zona de pré-aquecimento com comprimentos variáveis, razão de alimentação ar/gás dos queimadores adaptada) numa configuração tal que a perfeição de funcionamento da linha assim concretizada permite melhorar a qualidade do produto acabado em gamas muito grandes de produção.

De acordo com o presente invento, a temperatura ambiente e da parede da zona de pré-aquecimento está compreendida entre 1250 e 1300°C.

De acordo com um modo de concretização do presente invento aplicado ao tratamento térmico de barras, a temperatura de saída da zona de pré-aquecimento está adaptada a este tratamento, o que permite limitar, ou seja, suprimir o comprimento das zonas de arrefecimento instaladas a jusante da zona de pré-aquecimento.

De acordo com outro modo de concretização do presente invento aplicado ao tratamento térmico de barras de aço, a temperatura mínima de saída da zona de pré-aquecimento está adaptada a este tratamento com o fim de limitar, ou mesmo de suprimir, se for caso disso, o comprimento das zonas de aquecimento previstas a jusante da zona de pré-aquecimento.

Um forno para a concretização do processo, tal como especificado acima, compreende uma zona de pré-aquecimento fraccionado numa pluralidade de zonas de comprimento unitário 6 ΕΡ 1 134 298/ΡΤ correspondendo cada uma a um queimador, estando cada um dos referidos queimadores comandado individualmente com um reqime fixo, caracterizado por cada queimador ser individualmente controlado com o auxilio de válvulas para a alimentação do comburente e de válvulas para a alimentação do carburante de modo a acender um certo número de queimadores, partindo a jusante da zona de pré-aquecimento, que corresponde às necessidades caloríficas, e por os referidos queimadores funcionarem a plena potência e com uma regulação de ar/gás constante.

Outras características e vantagens do presente invento tornar-se-ão evidentes através da descrição feita a seguir com referência às figuras 3 e 3A dos desenhos anexos que representam, respectivamente, uma instalação de acordo com o invento e a curva que mostra a evolução da temperatura da barra para uma temperatura de saída do pré-aquecimento idêntica à da figura IA.

Na figura 3 designaram-se com as mesmas referências os elementos semelhantes aos descritos acima com referência à figura 1.

Nesta figura 3 vê-se que de acordo com o invento substitui-se a divisão da zona de pré-aquecimento em zonas de regulação clássicas reagrupando vários queimadores do estado anterior da técnica, através da divisão desta zona de pré-aquecimento numa pluralidade de zonas de comprimento unitário correspondendo a um queimador. Os queimadores são comandados por um sistema de regulação separado que pode ser do tipo proporcional clássico ou do tipo tudo ou nada.

Neste exemplo de realização, a zona de pré-aquecimento é dividida em duas zonas de pré-aquecimento alimentadas com comburente e carburante através dos colectores 5 e 7, cada um dos queimadores 4 em duas zonas de pré-aquecimento podendo ser comandados individualmente por meio de válvulas 10 no circuito de comburente e de válvulas 11 no circuito de carburante. Estas válvulas podem ser comandadas de modo proporcional com o fim de obter uma regulação da potência injectada através da variação dos caudais de comburente ou de carburante, ou em modo tudo ou nada, estando a regulação da 7 ΕΡ 1 134 298/ΡΤ potência injectada na zona ajustada através da relação entre o tempo de funcionamento do queimador e o seu tempo de paragem ou sendo ainda ajustada através da escolha do número de queimadores em serviço a plena potência. É assim possível, de acordo com o presente invento fazer funcionar um certo número de queimadores que corresponda às necessidades caloríficas do forno em pleno regime para que a zona na qual estão implantados estes queimadores seja elevada ao nível de temperatura requerida, por exemplo, 1300°C. Esta necessidade calorífica é medida e controlada através de um sistema de regulação do forno que comanda o acendimento do número de queimadores correspondente, funcionando estes queimadores em pleno regime. No exemplo considerado, os quatro queimadores implantados à saída da zona de pré-aquecimento funcionam em permanência a 100% da sua capacidade nominal, ajustando o quinto queimador desta zona a quantidade de potência injectada, seja segundo uma regulação em modo proporcional do seu caudal, seja ajustando o seu tempo de funcionamento.

As variações das necessidades caloríficas do forno ligadas às modificações da velocidade ou da forma do produto a tratar traduzem-se num aumento ou numa redução do número de queimadores acesos, e por isso numa variação do comprimento da zona na qual as condições de temperatura estão reunidas para manter a barra numa zona de temperatura onde a sua oxidação é reduzida. A zona na qual os queimadores estão parados comporta-se então como uma zona de recuperação prolongando a que existe a montante do pré-aquecimento.

Na figura 3A traçou-se a curva da evolução da temperatura da barra para uma temperatura de saída do pré-aquecimento idêntica à da figura IA. O patamar de temperatura final da barra para a qual a oxidação é reduzida é utilizado para optimizar o comprimento do forno. Por exemplo, para aços laminados a quente, escolher-se-á uma temperatura de saída da barra da zona de pré-aquecimento de 500°C que é suficiente para o seu tratamento, substituindo a temperatura de 650°C que é tradicionalmente imposta pelos meios de pré-aquecimento do 8 ΕΡ 1 134 298/ΡΤ estado anterior da técnica. É evidente que, estando a barra menos quente, os equipamentos de arrefecimento situados à saída da linha serão reduzidos diminuindo igualmente a complicação do equipamento e assim o seu custo. É igualmente possível, graças ao processo objecto do invento, aquecer uma barra de aço macio, por exemplo de qualidade comercial, a temperaturas da ordem de 730°C pelo menos, sem aumentar a sua oxidação, o que permite reduzir igualmente, ou seja, suprimir o comprimento da zona de aquecimento complementar sob a atmosfera redutora que se utiliza tradicionalmente a jusante das zonas de pré-aquecimento das linhas de tratamento de acordo com o estado actual da técnica. Esta redução do comprimento da zona de aquecimento complementar sob atmosfera terá igualmente uma incidência directa na complicação e no preço do equipamento.

Para todos os tipos de produtos a tratar, a limitação da oxidação obtida pela concretização do processo objecto do invento permite limitar o tempo de permanência da barra sob atmosfera redutora e por isso ainda reduzir o comprimento da linha ou diminuir a taxa de hidrogénio desta zona onde se efectua a redução dos óxidos.

Em todos os casos, a redução da oxidação da barra conseguida pela concretização do processo objecto do invento permite melhorar a qualidade do produto acabado, o seu estado de superfície e a qualidade do revestimento realizado, por exemplo nas linhas de galvanização. 0 processo objecto do invento permite realizar ciclos de tratamento a baixa temperatura graças à possibilidade de limitar a oxidação da barra no pré-aquecimento: . não é mais necessário sobreaquecer a barra para reduzir os óxidos formados, o que oferece a possibilidade de realizar ciclos a baixa temperatura, vantagem que se traduz numa diminuição do consumo de energia e em fornos mais curtos; • quando o ciclo de tratamento se efectua a baixa temperatura, é possível reduzir, ou mesmo suprimir, os equipamentos de arrefecimento das barras à saída das linhas; e . sendo a oxidação limitada, o tempo de redução dos óxidos é 9 ΕΡ 1 134 298/ΡΤ mais curto pelo que o forno a jusante é mais curto. Do mesmo modo, quando a oxidação no pré-aquecimento é reduzida, é possível aquecer à temperatura mais elevada nesta zona, e assim reduzir o comprimento da zona de aquecimento sob atmosfera. A leitura da descrição precedente faz evidenciar que o presente invento permite realizar instalações de tratamento térmico mais polivalentes, com melhor desempenho e menos caras que as instalações segundo o estado actual da técnica.

Lisboa,

Claims (3)

1. ΕΡ 1 134 298/ΡΤ 1/1 REIVINDICAÇÕES 1. Processo de tratamento de barras de aço em secções de pré-aquecimento a fogo directo tendo em vista a limitação da oxidação das barras, quaisquer que sejam as configurações de produção, que consiste em utilizar uma zona de pré-aquecimento que pode ser fraccionada, no seu comprimento, numa pluralidade de zonas de comprimento unitário correspondente a um queimador, podendo cada um dos referidos queimadores ser comandado individualmente com um regime fixo com o fim de ajustar com precisão a regulação ar/gás, e desse modo a atmosfera resultante no forno, caracterizado por se acender um certo número de queimadores partindo da zona a jusante da zona de pré-aquecimento, sendo variáveis o comprimento da zona do forno respeitante ao acendimento dos referidos queimadores e o comprimento da zona de recuperação, ou seja, a zona na qual os queimadores estão apagados, em função das necessidades caloríficas, e por cada queimador funcionar a plena potência e com uma regulação ar/gás constante, para que a temperatura do ambiente e das paredes da zona de pré-aquecimento esteja compreendida entre 1250 e 1300°C.
2. 2. Processo de tratamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a temperatura da barra à saída da secção de pré-aquecimento ser de 500°C.
3. 3. Processo de tratamento de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por ser aplicado a tratamentos térmicos a baixa temperatura. Lisboa,