ES2618498T3 - Procedimiento y equipo de decalaminado secundario de las bandas metálicas por proyección de agua a baja presión hidráulica - Google Patents
Procedimiento y equipo de decalaminado secundario de las bandas metálicas por proyección de agua a baja presión hidráulica Download PDFInfo
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Abstract
Procedimiento de decalaminado secundario de las bandas metálicas en desplazamiento en el transcurso de su laminado en caliente, por proyección de agua en su superficie con la ayuda de rampas de riego con boquillas alimentadas de agua a presión, caracterizado porque consiste en alimentar dichas boquillas a baja presión hidráulica, que no superan los 30 bares y porque se regulan dichas boquillas a fin de que la densidad del flujo de calor extraída de la banda (HF) que resulta de la refrigeración de su superficie por el agua proyectada esté comprendida entre 6,5 y 20 MW/m2 para una temperatura de banda comprendida entre 900 y 1.100 ºC.
Description
DESCRIPCION
Procedimiento y equipo de decalaminado secundario de las bandas metalicas por proyeccion de agua a baja presion hidraulica.
[0001] La presente invencion se refiere a la operacion de decalaminado de una banda metalica, de acero
especialmente, en desplazamiento durante el laminado en caliente antes de su entrada en los desbastadores o cajas acabadoras del tren de laminado.
10 [0002] Cabe recordar que esta operacion se denomina mas generalmente “decalaminado secundario”, por
oposicion al decalaminado “primario” que interviene en las secciones de acero a su salida del horno de recalentamiento antes del laminado.
[0003] Cabe recordar igualmente que el decalaminado secundario de las bandas de acero tiene como 15 objetivo desocupar la superficie de la banda de calamina, denominada secundaria, que esta formada por reoxidacion
rapida del metal caliente durante la estancia de la banda al aire libre despues de su decalaminado primario a su salida del horno. Interviene por tanto doblemente durante el laminado, primero antes de la entrada de la banda en el desbastador, despues antes de su entrada en el acabador del tren de laminado. Por razones de sencillez, se hara referencia en lo sucesivo unicamente al caso del decalaminado secundario en la entrada del acabador, 20 entendiendose que lo que se dice al respecto se aplica para lo esencial igualmente al decalaminado secundario en la entrada del desbastador.
[0004] La calamina secundaria se presenta en general en forma de una capa adherente de oxidos metalicos, tradicionalmente entre 50 y 100 pm de espesor, mas bien irregular de aspecto. El decalaminado secundario se
25 consigue cuando proporciona en la entrada del acabador una banda de acero que consta en superficie de una capa uniforme de calamina residual de 20 a 30 pm de espesor apenas, no va mas alla para evitar unas incrustaciones de oxidos en los cilindros de laminado.
[0005] Para ello, la operacion de decalaminado consiste esquematicamente en impactar la superficie de la 30 banda en desplazamiento por chorros de agua potentes suministrados por unas rampas de riego colocadas a
reducida distancia y dotadas de boquillas de inyeccion alimentadas a alta presion, tradicionalmente por encima de 130-150 bares, incluso a mas de 200 bares en ciertos casos. Se apunta as! a conjugar un efecto termico (la temperatura de superficie de la banda, alrededor de 1.100 °C en la entrada del decalaminado, cae casi instantaneamente a cerca de 600 °C) con un efecto mecanico debido a la fuerte cantidad de movimiento de los 35 chorros de agua al impacto a fin de fracturar la calamina y eliminarla de la superficie por efecto de empuje. Esta operacion tiene lugar tradicionalmente en una cada de decalaminado, de largo aproximadamente de 1 a 2 m, colocada a unos 5 m mas arriba de las cajas acabadoras, atravesada por la banda de acero en desplazamiento rectillneo rapido y que alojan las rampas de riego superiores e inferiores dotadas de boquillas inclinadas a contracorriente de una decena de grados.
40
[0006] Aunque el eslabon es indispensable para cualquier cadena de elaboracion del acero que incorpora una fase caliente (salvo que se desee colocar el tren de laminado en su totalidad en atmosfera no oxidante, lo que no es evidentemente apenas posible), el decalaminado secundario sigue siendo una operacion costosa, menos por cierto por las importantes cantidades de agua que implica (el agua utilizada es reciclada) que debido a unos equipos
45 de alta presion hidraulica que la sirve y con respecto a la cual conviene preguntarse sobre las posibilidades de reducir el coste de ello, particularmente en terminos de mantenimiento de las bombas y de los circuitos, y de consumo electrico.
[0007] El objetivo de la invencion es proporcionar una respuesta inmediatamente operacional a la cuestion de 50 la reduccion de los costes de la operacion de decalaminado secundario, es decir una respuesta compatible con un
simple reajuste de los equipos existentes, sin implicar por tanto necesariamente la reinstalacion de un nuevo material completo de decalaminado secundario.
[0008] A tal efecto, la invencion tiene como objeto un procedimiento de decalaminado secundario de las 55 bandas metalicas, de acero especialmente, en desplazamiento en el transcurso de su laminado en caliente por
proyeccion de agua en su superficie con la ayuda de rampas de riego con boquillas alimentadas de agua a presion, caracterizado porque se alimentan las boquillas a baja presion hidraulica, que no superan los 30 bares (y de preferencia por debajo de 10 bares, pero sin ir a menos de 3 bares aproximadamente) y porque se regulan dichas boquillas a fin de que la densidad del flujo de calor extralda de la banda (HF) que resulta de la refrigeracion de su
superficie por el agua proyectada este comprendida entre 6,5 y 20 MW/m2 para una temperatura de banda comprendida entre 900 y 1.100 °C.
[0009] De manera ventajosa, la densidad de flujo de calor esta comprendida entre 10 y 11 MW/m para una 5 temperatura de banda comprendida entre 900 y 1.100 °C. Ademas, con el objetivo de garantizar un efecto termico
del agua proyectada sobre la superficie que se va a desoxidar cuantitativamente analogo al efecto termico obtenido con el metodo de decalaminado secundario conocido habitual a alta presion (es decir, una refrigeracion de la banda que reduce la temperatura de su superficie oxidada a 600 °C aproximadamente), se dimensionan dichas boquillas a fin de que suministren un caudal de agua de superficie sobre la banda analoga al caudal de agua de superficie 10 suministrado por dicho metodo a alta presion.
[0010] De preferencia, el caudal de agua de superficie es superior a 2500 l/mn/m2 y, de manera ventajosa, de 7.500 l/mn/m2.
15 [0011] El procedimiento segun la invencion puede comprender igualmente diferentes caracterlsticas, tomadas
solas o en combinacion:
- se alimentan las boquillas con una presion hidraulica inferior a 10 bares, sin bajar no obstante por debajo de 3 bares,
20 - el procedimiento de la invencion se lleva a cabo antes de las cajas acabadoras de un tren de laminado en caliente de bandas de acero,
- el procedimiento de la invencion se lleva a cabo antes de los desbastadores de un tren de laminado en caliente de bandas de acero.
25 [0012] Como se habra comprendido ya sin duda, la invencion se basa en el descubrimiento de que es mucho
mayor el efecto termico de los chorros de agua sobre la refrigeracion de la corteza de oxidos que actua en favor del decalaminado secundario que su efecto mecanico sobre la fragmentacion de esta corteza de oxidos en la superficie de la banda o, dicho de otro modo, que el efecto de “limpieza a alta presion” de los chorros potentes en su impacto, como se pensaba hasta aqul.
30
[0013] Para caracterizar esta similitud de efecto termico entre el procedimiento de la invencion y el procedimiento tradicional de alta presion, se hablara en densidad de flujo de calor extralda de la banda que integra a la vez los parametros de temperatura de banda y de caudal de agua de superficie, entendiendose que este caudal debe estar regulado segun la temperatura de la banda en la entrada del decalaminado.
35
[0014] Para caracterizar el procedimiento, se trata de la misma consideration basica a saber la utilization de la baja presion preservando el efecto termico generado por la utilizacion de chorros de alta presion.
[0015] Tanto mas arriba de las cajas acabadoras como mas arriba de los desbastadores, el exito del 40 decalaminado secundario se encuentra de hecho directamente y casi unicamente vinculado a la eficacia termica de
la refrigeracion de la capa de oxidos que se van a eliminar, esto independientemente por tanto de la presion de alimentation de las boquillas de las rampas de riego. Dicho de otro modo, con eficacia termica igual, la calidad del decalaminado secundario obtenido sera la misma, que si se desoxida con chorros de alta presion o no.
45 [0016] Se destaca, para evitar cualquier confusion, que las expresiones utilizadas aqul de “efecto termico de
la refrigeracion” y de “eficacia termica” son equivalentes. Expresan el hecho de que, durante el breve tiempo de estancia de la banda en la caja de decalaminado (del orden de la segunda apenas), se trata de garantizar una calda de la temperatura de la capa de oxidos hasta aproximadamente 600 °C, esto independientemente de su temperatura en la entrada de esta caja. Se sabe que la magnitud flsica subyacente y ordinariamente cuantificable sobre un tren 50 de laminado, es la densidad de flujo calorico extraldo.
[0017] Por consiguiente, el reemplazo de los chorros potentes habituales (100 bares y mas alla) por unos chorros de “baja presion” (menos de 30 bares) es suficiente para asegurar la contraction termica de la corteza de oxidos, contraccion que se va a traducir por unos despegues de esta corteza, completados por la energla de los
55 chorros que, aunque modesta, es suficiente aqul ampliamente para la tarea de facilitar entonces la retirada de la calamina por simple action de barrido y traction del agua de goteo en la superficie.
[0018] Estos efectos en cascada se obtienen con unos chorros a “baja presion”, de conformidad con la invencion, por poco, como se ha mencionado, que proporcionan el mismo nivel de refrigeracion de la capa de oxidos
sobre la banda que con los chorros de “alta presion”, nivel de refrigeracion que se lograra de hecho conservando simplemente el caudal de superficie de agua de refrigeracion sobre la banda.
[0019] Asl, el reemplazo de la alimentacion de agua habitual de “alta presion” por una alimentacion de “baja 5 presion”, se convierte en una solucion inmediatamente aplicable industrialmente para beneficiarse asl de una ventaja
economica considerable sin ceder en la calidad de decalaminado.
[0020] La invencion se comprendera bien y otros aspectos y ventajas se mostraran mas claramente en vista de la descripcion que aparece a continuation dada en referencia a la tabla unica de figuras en la cual:
10
- la figura 1 es un trazado de curvas, denominadas de ebullition, procedentes de la experiencia y que muestran, en funcion de la temperatura de superficie de la banda, la eficacia termica comparada de un decalaminado secundario antes de la entrada en el acabador llevado a cabo con unas presiones hidraulicas de agua proyectada diferentes. Esta eficacia termica se traduce cuantitativamente en ordenadas por la densidad de superficie de flujo termico
15 extraldo (HF), dada en MW/m2 de superficie de banda metalica;
- la figura 2 muestra la eficacia de este decalaminado secundario, en terminos de espesor residual de la capa de calamina en micrometres (ec) en un intervalo de temperaturas de superficie de la banda de acero decalaminada (900-1.050 °C) deliberadamente seleccionado conforme a las temperaturas de entrada en las cajas acabadoras.
20 [0021] En la figura 1, la curva de referencia es la curva A. Esta curva A resulta de un decalaminado
secundario tradicional realizado con la ayuda de chorros de agua potentes procedentes de boquillas alimentadas bajo 130 bares de presion. Las dos otras curvas B y C son representativas de chorros de “baja presion” de 8 bares cada una, una (curva B) que resulta de ensayos realizados con un caudal de superficie de agua de riego igual al de la curva A de chorros de “alta presion”, a saber 7 500 l/min/m2, la otra, la curva C, que resulta de ensayos realizados 25 con un caudal de superficie casi inferior: 1.500 l/min/m2.
[0022] Es importante recordar de nuevo aqul que el criterio de regulation de un decalaminado secundario de “baja presion” se logra, conforme a la invencion, reside en el mantenimiento en la capa de oxido de un efecto termico analogo al realizado tradicionalmente con unos chorros de “alta presion” (curva A). Este debe traducirse al final por
30 una reduction de la temperatura del desbaste de 20 a 100 °C (segun el tipo de acero que se va a laminar) entre su entrada en la caja de riego (tradicionalmente 1.100 °C aproximadamente para un acero al carbono por ejemplo) y su entrada en las cajas acabadoras del laminador (tradicionalmente 1.030 °C aproximadamente).
[0023] Para lograrlo, teniendo en cuenta el reducido tiempo de estancia de la banda bajo las rampas de riego 35 (del orden del segundo), conviene por tanto asegurar bajo estas rampas una refrigeracion que hace caer
drasticamente la superficie de la banda hasta 600 °C aproximadamente, a fin de que, por una parte, la velocidad de refrigeracion de la corteza de oxidos sea suficientemente elevada para que la contraction termica diferencial oxidos- metal que resulta de ello llegue a despegar esta corteza fragmentandola lo maximo posible y, por otra parte, que el inevitable aporte calorlfico posterior del nucleo de la banda hacia la superficie haga alcanzar a esta ultima la 40 temperatura deseada en la entrada de las cajas acabadoras.
[0024] Este efecto termico, que se expresa por tanto por una velocidad elevada de refrigeracion momentanea de la superficie de la banda (de varios cientos de grados/s) se ha expresado para la parametrizacion de las tres curvas del grafico, por una amplitud flsica tradicionalmente accesible a partir de la medicion, a saber la densidad de
45 flujo de calor extraldo del producto en el transcurso de laminado por el agua proyectada (Heat Flux en ingles abreviados, o HF), amplitud expresada en MW/m2. Ahora bien, esta amplitud caracterlstica es particularmente adaptable para dimensionar una instalacion de decalaminado, ya que esta correlacionada con el caudal de agua de refrigeracion por m2 de banda (el caudal de agua de superficie) que, es una parametro que se puede obtener facilmente a partir de la definition del funcionamiento del decalaminado: esquematicamente, a un valor de HF 50 corresponde un caudal de superficie de agua de refrigeracion.
[0025] Asl, como se observa, el HF del decalaminado de “alta presion” de referencia (curva A) se ha mantenido constante alrededor de 10 MW/m2 a lo largo de la operation de riego (temperatura de superficie que va de 1.100 a 600 °C). Los de los decalaminados de “baja presion” segun la invencion se han mantenido
55 respectivamente en el mismo intervalo de temperaturas entre 10 y 18 MW/m2 en el caso experimental representativo de la curva B y entre 6 y 10 MW/m2 para el caso de la curva C.
[0026] Se observara que el valor HF se calcula de hecho a partir de datos apropiados para cada equipo de decalaminado que son, para citar solo los mas importantes, la temperatura del agua de refrigeracion (aqul a 20 °C
para todos los ensayos), el tipo de boquillas de proyeccion, la presion de salida del agua de estas boquillas, la distancia que separa el orificio de la boquilla de la superficie de la banda que se va a desoxidar, as! como el angulo de apertura del chorro en la salida de la boquilla.
5 [0027] Se observara que el aspecto general es el mismo para la curva B y la curva C: una subida comun
hasta una temperatura de superficie de banda de 450 °C aproximadamente, seguida de una protuberancia que tiene su maximo entre 550 y 600 °C para los dos, pero con intensidades diferenciadas esta vez. A continuacion, la disminucion se lleva a cabo casi en paralelo entre las dos curvas hasta 1.100 °C, que es la temperatura comun de entrada de las bandas de ensayos en las cajas de decalaminado.
10
[0028] Se observara que es precisamente a este nivel del intervalo de temperaturas (1.100 a 900 °C para ser amplio) que el interes industrial del procedimiento segun la invencion se debe apreciar sobre todo puesto que la casi totalidad de los trenes de laminado en caliente de bandas de acero funcionan con unas temperaturas de banda en la entrada de las cajas acabadoras situadas entre 900 y 1.100 °C.
15
[0029] Ahora bien, es precisamente en este intervalo de temperaturas que se observa una calidad de decalaminado casi equivalente entre la curva de referencia de alta presion A y la curva de baja presion B, equivalencia que se va a correlacionar desde luego a la de los valores de HF en el grafico (entre 10 y 11 MW/m2). En cambio, con respecto a ellas, la curva de baja presion C, que muestra un HF casi inferior (un poco menos de
20 MW/m2), traduce una calidad de decalaminado correlativamente menos buena.
[0030] Como lo muestran en efecto los ensayos realizados en un piloto industrial y registrados en la figura 2, es en este intervalo de temperaturas que se constata la obtencion de una capa de calamina residual fina, que no supera apenas los 23 pm de espesor, que se utiliza una configuracion BP a 6 bares o HP a 100 bares, reflejando as!
25 una calidad de decalaminado casi identica para estas dos opciones.
[0031] Se precisa que estos ensayos se han realizado en una banda de acero con bajo contenido de carbono de tipo ISF con una distancia “boquilla-banda de acero” de 160 mm identica en cada caso, del mismo modo en lo que se refiere al caudal de agua proyectado por boquilla, a saber 110 l/min, del mismo modo incluso para lo que se
30 refiere a la velocidad de desplazamiento de la banda de acero a 60 m/min y la temperatura del agua proyectada (20 °C). La eficacia del decalaminado se ha evaluado (en ordenadas) a partir de la medicion del espesor de calamina residual a la superficie de la banda por observacion de secciones micrograficas del producto desoxidado.
[0032] De forma mas general, se ha evaluado que el decalaminado segun la invencion puede ser realizado 35 para una densidad de flujo de calor extralda del producto comprendida entre 6,5 y 20 MW/m2 y, cuando se hace
referencia al caudal de agua de superficie, para un caudal superior a 2.500 l/mn/m2.
[0033] Las densidades de flujo expresadas mas arriba se miden bajo la rampa en la zona de impacto de los chorros del decalaminado.
40
[0034] Se encuentran all!, cifras de respaldo, que se han senalado antes, a saber la importancia de trabajar con una eficacia termica (HF) conservada con respecto a lo que se practica tradicionalmente, cuando se pasa de un decalaminado de “alta presion” a un decalaminado de “baja presion” conforme a la invencion.
45 [0035] La eleccion del nivel de la baja presion que se va a mantener se revela en efecto de importancia del
segundo orden con respecto al mantenimiento del HF, esto, por supuesto, mientras no cae demasiado bajo la presion, es decir alrededor de 3-5 bares mlnimo. Si no, los caudales de agua de superficies requeridos, por tanto los niveles de HF requeridos (del orden de 10 MW/m2) no se podrlan volver a alcanzar, salvo que se multipliquen las rampas de riego, pero con el riesgo no obstante de no poder asegurar mas el efecto de contraccion termica de la 50 corteza de oxidos necesaria en su desenganche de la superficie metalica soporte.
[0036] A la inversa, el interes economico de trabajar industrialmente con una “baja presion” que se situarla a mas de 30 bares desaparece drasticamente a este nivel de presion puesto que los equipos necesarios son estos o proximos a estos, que se utilizan ya hoy para las "altas presiones".
55
[0037] Se habra comprendido que la invencion se podra aplicar facilmente funcionando con unas bombas alimentadas a baja presion, economizando as! energla y reduciendo los costes de mantenimiento, siempre que se adapte si es necesario la conformation de las boquillas a fin de asegurar un caudal de agua de superficie equivalente al que se habrla practicado en configuracion de alta presion.
[0038] Las boquillas utilizadas para la aplicacion del procedimiento de la invencion estaran dispuestas a la misma distancia de la banda que la distancia aplicada durante el procedimiento de decalaminado conocido a alta presion.
5
[0039] Se observaran otras ventajas suplementarias vinculadas a la utilizacion de rampas de baja presion en lugar de alta presion para realizar el decalaminado secundario, como:
- la posibilidad de fraccionar las rampas de baja presion a coste reducido. El fraccionamiento de las rampas permitira 10 irrigar de manera justa, a saber la banda que se va a desoxidar unicamente y no todo el ancho del tren de laminado,
lo que genera un ahorro de agua, una reduccion de la masa de agua que circula en bucle y, por tanto, una reduccion correlativa del coste energetico suplementario;
- la posibilidad de utilizar las rampas de “baja presion” como un accionador de regulacion de la termica de la banda en su entrada en el acabador;
15 - el desgaste menor de las boquillas de proyeccion de agua;
- la reduccion global de los costes de mantenimiento de la instalacion (bombas, valvulas, circuitos...).
[0040] Es evidente que la invencion no puede limitarse a los ejemplos descritos anteriormente, pero se aplica a multiples variantes y equivalentes. En particular, se recuerda que se refiere a cualquier forma de decalaminado
20 secundario, es decir de retirada de calamina previamente formada por oxidacion en caliente de una superficie metalica en contacto con el aire ambiente.
Claims (5)
- REIVINDICACIONES1. Procedimiento de decalaminado secundario de las bandas metalicas en desplazamiento en eltranscurso de su laminado en caliente, por proyeccion de agua en su superficie con la ayuda de rampas de riego con 5 boquillas alimentadas de agua a presion, caracterizado porque consiste en alimentar dichas boquillas a baja presion hidraulica, que no superan los 30 bares y porque se regulan dichas boquillas a fin de que la densidad del flujo de calor extralda de la banda (HF) que resulta de la refrigeracion de su superficie por el agua proyectada este comprendida entre 6,5 y 20 MW/m2 para una temperatura de banda comprendida entre 900 y 1.100 °C.10 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la densidad de flujo de calor estacomprendida entre 10 y 11 MW/m2 para una temperatura de banda comprendida entre 900 y 1.100 °C.
- 3. Procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque se regulan dichas boquillas a fin de que suministren un caudal de agua de superficie superior a 2.500 l/mn/m2.15
- 4. Procedimiento segun la reivindicacion 3, caracterizado porque el caudal de agua de superficie es de 7.500 l/mn/m2.
- 5. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 3, caracterizado porque se alimentan20 las boquillas con una presion hidraulica inferior a 10 bares, sin descender no obstante por debajo de 3 bares.
- 6. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se lleva acabo antes de las cajas acabadoras de un tren de laminado en caliente de bandas de acero.25 7. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se lleva acabo antes de los desbastadores de un tren de laminado en caliente de bandas de acero.
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