La invención se refiere a un procedimiento y dispositivo de enfriamiento de alambre para procesos de patentado,

donde el dispositivo comprende un bloque de material de capacidad térmica muy elevada con un canal adaptado para permitir el paso de un alambre a enfriar y al menos un conducto para la circulación de un fluido refrigerante, y además comprende al menos una tobera capaz de inyectar un chorro de fluido turbulento en dirección al alambre a enfriar. El chorro turbulento es capaz de producir un enfriamiento en el tiempo y medida necesarios para el proceso de patentado, obviando así la necesidad de utilizar baños de plomo.

Procedimiento y dispositivo para el patentado de alambre por transferencia de calor por radiación-convección.

Campo de la invención La presente invención se aplica al patentado de alambre. Más concretamente, se refiere a un procedimiento y un dispositivo para el patentado de alambre de alto carbono.

Antecedentes de la invención En los procesos de producción de alambre el acero de partida (en forma de alambrón) es trefilado. La operación de trefilado confiere al material unas propiedades metalográficas y mecánicas poco aconsejables para su utilización posterior. Por esta razón se hace necesaria una etapa de patentado, que retorna al alambre las características adecuadas, bien sea para continuar el proceso o como producto final.

El patentado es un tratamiento térmico de transformación isotérmica que consiste en una austenización del acero alrededor de unos 900ºC (puede variar en función del contenido de carbono) y un enfriamiento rápido hasta 550ºC. El resultado es una estructura de perlita fina (troostita) que confiere al alambre una elevada resistencia acompañada de una buena ductilidad. Actualmente, la mayoría de fabricantes de alambre utiliza hornos de llama abierta o lecho fluido de alta temperatura y baños de plomo en la etapa de enfriamiento rápido del patentado.

La utilización de plomo en el enfriamiento hace que en las etapas posteriores (enfriamiento del alambre en agua, limpieza de óxido con ácidos, lavado, incluso en el baño de zinc en el caso de galvanizarse) , éste aparezca como contaminante. Este hecho clasifica los residuos como especiales, haciendo necesario su tratamiento y eliminación por parte de una empresa gestora de residuos. La alta toxicidad del plomo hace por ello necesaria la búsqueda de alternativas.

Por lo tanto, en la búsqueda de nuevos procesos de patentado hay que tener en cuenta que sean altamente sostenibles con el medio ambiente y eficientes energéticamente, así como saludables para el usuario.

La patente ES 2039708 T3 describe un proceso de patentado de alambre utilizando uno o varios tubos llenos de un gas, desprovisto de ventilación forzada, modulando los intercambios térmicos a lo largo del recorrido de enfriamiento del alambre y variando las dimensiones de los tubos, su longitud y su ordenación en línea. El proceso descrito en este documento es un proceso de transferencia de calor basado en convección natural en un gas y la posterior conducción térmica a través de la pared del tubo al fluido refrigerante que circula por un canal anular coaxial. Este proceso presenta los problemas de poca eficiencia energética, deficiente modulación térmica, compleja adaptabilidad a alambres de diferentes diámetros, gran longitud del dispositivo para alcanzar el grado de enfriamiento deseado del alambre, y elevado coste de la instalación. En particular, según se desprende de la lectura de la descripción del sistema, la transferencia de calor durante la fase de enfriamiento depende casi exclusivamente del caudal de fluido refrigerante y de su temperatura media logarítmica. Del proceso de transferencia de calor comentado ha de resultar una diferencia de temperatura media logarítmica pequeña; por consiguiente, para que el flujo específico de calor a través de la pared del tubo en contacto interno con el gas sea grande, el caudal de fluido refrigerante necesario ha de ser muy elevado; y recordemos: el agua es un recurso escaso. Por otra parte, como quiera que el gas inerte que llena cada tramo de tubo se encuentra prácticamente inmóvil, se irá calentando progresivamente, acumulando calor, lo cual va en detrimento de la eficacia del proceso de transferencia de calor desde el alambre al fluido refrigerante.

Objeto de la invención Estos inconvenientes y problemas, entre otros, quedan resueltos por el sistema y procedimiento de enfriamiento de alambres de la invención. La invención propone un procedimiento de patentado de alambre que comprende una etapa de enfriamiento, y donde dicha etapa de enfriamiento se produce mediante la aplicación de un chorro de fluido turbulento en dirección a la superficie del alambre. Preferentemente, el chorro turbulento es producido por al menos una tobera de chorro plano situada de manera que el chorro sea perpendicular a la superficie del alambre.

El procedimiento comprende opcionalmente una etapa de calentamiento en línea del alambre, antes de dicha etapa de enfriamiento, que es utilizado para alcanzar la temperatura de austenización de los alambres que circulan por su interior. Puede comprender además una etapa de estiramiento antes de la entrada en el sistema de calentamiento y una etapa de limpieza previa, mediante la cual se eliminan todos los restos de lubricantes procedentes de la etapa de estiramiento anterior. En la etapa de calentamiento se puede usar un sistema de calentamiento por medio de corrientes de inducción electromagnética de forma individual alambre a alambre. Preferentemente, en el proceso todo el tránsito del alambre se realiza en total ausencia de oxígeno.

La invención se refiere también a un dispositivo para llevar a cabo los procedimientos descritos anteriormente. Dicho dispositivo comprende un bloque de material de capacidad térmica muy elevada con un canal adaptado para permitir el paso de un alambre a enfriar y al menos un conducto para la circulación de un fluido refrigerante, y además comprende al menos una tobera capaz de inyectar un chorro de fluido turbulento en dirección al alambre a enfriar. Preferiblemente, las toberas son de chorro plano y el dispositivo es de simetría axial. Opcionalmente, comprende medios para modular la intensidad de transferencia de calor desde el alambre. También preferentemente, el número de toberas está predeterminado en función de una tasa de enfriamiento asignada y las mismas están orientadas según radios perpendiculares al eje principal del bloque.

Gracias al dispositivo y procedimiento de la invención se sustituyen los procesos de patentado de alambre actuales, que utilizan: ácido sulfúrico/clorhídrico en sus sistemas de limpieza y plomo en sus baños de enfriamiento, y consumen gran cantidad de energía.

El número de toberas, sus dimensiones geométricas, longitud, ancho de la ranura de descarga, ángulo del cono, etc., así como la relación entre ellas y su orientación respecto a la normal a la superficie del alambre pueden ser variados según sean las necesidades del proceso de transferencia de calor por convección desde el alambre caliente.

Breve descripción de las figuras

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña la siguiente descripción de un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo se ha representado lo siguiente:

La figura 1 es un esquema general del sistema de enfriamiento de alambre patentado objeto de solicitud de patente.

La figura 2 muestra una vista en corte y otra longitudinal de una de las posibles configuraciones de toberas, conductos de gas y conductos de fluido refrigerante que responden a los requisitos fluido-dinámicos y de transferencia de calor antes expuestos.

La figura 3 muestra un ejemplo alternativo de la invención, pero mantiene el mismo principio de funcionalidad.

La figura 4 es una gráfica que muestra cómo la no uniformidad del flujo sobre el objeto se traduce en una distribución no uniforme de temperatura y de transferencia de calor sobre su superficie.

Descripción detallada de la invención El proceso de patentado comprende una etapa de estiramiento del alambre, una etapa de limpieza para eliminar posibles restos de lubricante usados en la etapa anterior y una etapa de calentamiento en línea del alambre hasta la temperatura de austenización. Tras el calentamiento, se produce el enfriamiento sin necesidad de baños de plomo.

Como complemento de los argumentos expuestos anteriormente, cabe aquí ampliar la información sobre los fenómenos físicos en los que se fundamenta el sistema de refrigeración de alambre por transferencia de calor desde él por los procesos combinados de radiación-convección y conducción.

Para extraer calor del alambre sin contacto con una superficie sólida fría sólo cabe considerar, desde un punto de vista de la práctica industrial, los procesos de transferencia de calor por radiación y por convección.

Dada una superficie de alambre a elevada temperatura, la intensidad de emisión...

1. Procedimiento de patentado de alambre que comprende una etapa de enfriamiento, caracterizado porque la etapa de enfriamiento se produce mediante la aplicación de un chorro de fluido turbulento en dirección a la superficie del alambre.

2. Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque el chorro turbulento es producido por al menos una tobera de chorro plano situada de manera que el chorro sea perpendicular a la superficie del alambre.

3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones1ó2, caracterizado porque comprende una etapa de calentamiento en línea del alambre hasta la temperatura de austenización, antes de la etapa de enfriamiento.

4. Procedimiento según la reivindicación 3 porque comprende una etapa de estiramiento antes del calentamiento.

5. Procedimiento según la reivindicación 4 caracterizado por una etapa de limpieza previa, mediante la cual se eliminan todos los restos de lubricantes procedentes de la etapa de estiramiento anterior.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 3-5 caracterizado porque el calentamiento se produce por medio de corrientes de inducción electromagnética de forma individual alambre a alambre.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque todo el tránsito del alambre se realiza en total ausencia de oxígeno.

8. Dispositivo de enfriamiento de alambre para procesos de patentado, que comprende un bloque de material de capacidad térmica muy elevada (8) con un canal (9) adaptado para permitir el paso de un alambre a enfriar y al menos un conducto (5) para la circulación de un fluido refrigerante, caracterizado porque además comprende al menos una tobera (1) capaz de inyectar un chorro de fluido turbulento hacia la superficie del alambre.

9. Dispositivo según la reivindicación 8 caracterizado porque las toberas son de chorro plano y están situadas de manera que el chorro inyectado es perpendicular a la superficie del alambre.

10. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 8-9 caracterizado porque es de simetría axial.

11. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 8-10 caracterizado porque además comprende medios para modular la intensidad de transferencia de calor desde el alambre respecto a la velocidad de paso del mismo.

12. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 8-11 caracterizado porque el número de toberas está predeterminada en función de una tasa de enfriamiento asignada.

13. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 8-12 caracterizado porque las toberas están orientadas según radios perpendiculares al eje principal del bloque.