Procedimiento de control de una atmósfera de gas protector en una cámara de gas protector para el tratamiento de una banda metálica.

Procedimiento de control de la atmósfera de gas protector en una cámara (2) de gas protector para el tratamiento continuo de bandas metálicas (3),

en el que se conduce la banda metálica (3) hacia dentro y hacia fuera de la cámara (2) de gas protector a través de esclusas (4) y en el que al menos una de las esclusas (4) presenta dos elementos de junta (5, 6) para la banda metálica (3) que circula a su través, de modo que se forma una cámara de junta (7) entre los dos elementos de junta (5, 6), midiéndose la presión del gas (P2, PD) en la cámara (2) de gas protector y en la cámara de junta (7) de la esclusa (4) y regulándose la presión (PD) en la cámara de junta (7), caracterizado por que se regula la presión (PD) en la cámara de junta (7) de modo que, en funcionamiento, la presión diferencia (ΔPjunta) entre la cámara (2) de gas protector y la cámara de junta (7) se mantenga lo más ampliamente posible por encima o por debajo de un valor prefijado para la presión diferencia crítica (ΔPjunta,k), fijándose la presión diferencia crítica (ΔPjunta,k) como el valor en el que se invierte el flujo de gas entre la cámara (2) de gas protector y la cámara de junta (7), y calculándose el valor crítico para la presión diferencia (ΔPjunta,k) por medio de un modelo matemático que tiene en cuenta la velocidad de la banda metálica, la abertura de la rendija entre los dos elementos de junta (5, 6), las propiedades del gas protector y el espesor de la banda metálica (3), y manteniéndose el valor ajustado durante el funcionamiento para la presión diferencia (ΔPjunta) lo más cerca posible del valor crítico para la presión diferencia (ΔPjunta,k), de modo que se minimice el flujo de gas (F2) desde la cámara (2) de gas protector o hacia ella.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/AT2012/000013.

Solicitante: ANDRITZ TECHNOLOGY AND ASSET MANAGEMENT GMBH.

Nacionalidad solicitante: Austria.

Dirección: STATTEGGER STRASSE 18 8045 GRAZ AUSTRIA.

Inventor/es: HAMMAN,MARTIN, VALLEE,JEROME.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C21D9/56 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C21 METALURGIA DEL HIERRO.C21D MODIFICACION DE LA ESTRUCTURA FISICA DE LOS METALES FERROSOS; DISPOSITIVOS GENERALES PARA EL TRATAMIENTO TERMICO DE METALES O ALEACIONES FERROSOS O NO FERROSOS; PROCESOS DE MALEABILIZACION POR DESCARBURACION, REVENIDO U OTROS TRATAMIENTOS (cementación por procesos de difusión C23C; tratamiento de la superficie de materiales metálicos utilizando al menos un proceso cubierto por la clase C23 y al menos un proceso cubierto por la presente subclase, C23F 17/00; solidificación unidireccional de materiales eutécticos o separación unidireccional de materiales eutectoides C30B). › C21D 9/00 Tratamiento térmico, p. ej. recocido, endurecido, revenido, temple, adaptado para artículos particulares; Sus hornos. › Hornos continuos para bandas o alambres.
  • F27B9/28 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F27 ILUMINACION; CALENTAMIENTO; HORNOS; ESTUFAS.F27B HORNOS, ESTUFAS, HOGARES O RETORTAS DE DESTILACION, EN GENERAL; APARATOS DE SINTERIZACION A CIELO ABIERTO O APARATOS SIMILARES (aparatos de combustión F23; calefacción eléctrica H05B). › F27B 9/00 Hornos en los cuales la carga se desplaza mecánicamente, p. ej. de tipo túnel (F27B 7/14 tiene prioridad ); Hornos similares en los cuales la carga se desplaza por gravedad. › para el tratamiento de tramos continuos de material.
  • F27B9/40 F27B 9/00 […] › Disposición de los dispositivos de control o de vigilancia.

PDF original: ES-2531482_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Procedimiento de control de una atmósfera de gas protector en una cámara de gas protector para el tratamiento de una banda metálica El objeto de esta invención está formado por un procedimiento de control de la atmósfera en una cámara de gas protector para el tratamiento continuo de bandas metálicas, en el que la banda metálica se conduce a través de esclusas hacia dentro y hacia fuera de la cámara de gas protector y en el que al menos una de las esclusas presenta dos o más elementos de junta para la banda metálica que circula a su través, de modo que se forma al menos una cámara de junta entre los elementos de junta.

En los hornos de funcionamiento continuo para el tratamiento térmico de material plano se protege la banda contra la oxidación empleando una atmósfera reductora de una mezcla de nitrógeno-hidrógeno. Usualmente, el contenido de hidrógeno en todo el horno se mantiene por debajo de un 5%.

Sin embargo, la industria del acero exige ahora también, cada vez con más fuerza, instalaciones de horno que pueden hacerse funcionar con dos atmósferas de gas protector diferentes. Por ejemplo, en la fabricación de calidades de acero de alta resistencia se requiere en la zona de enfriamiento rápido (sección de enfriamiento por chorro) un alto contenido de hidrógeno (15 a 80% de H2) y en la zona restante del horno se requiere un bajo contenido de hidrógeno (<5% de H2) .

En la fabricación de acero eléctrico se requieren un alto contenido de hidrógeno (50 a 100%) en las zonas de recalentamiento, inmersión y enfriamiento lento y un contenido medio de hidrógeno (0 a 70% de H2) en la zona restante del horno.

Estas zonas individuales del horno tienen que separarse una de otra por medio de esclusas correspondientes, y ello de modo que la banda metálica a tratar pueda circular por las distintas zonas del horno con las respectivas atmósferas gaseosas, sin que pueda escapar entonces demasiado gas a través de las esclusas.

Además, el horno tiene que sellarse mediante esclusas correspondientes con respecto al medio ambiente y con respecto a otros grupos de aparatos.

El flujo de gas entre cámaras de horno diferentes o entre una cámara de horno y el medio ambiente es originado por los factores siguientes:

a.) Falta de equilibrado de las corrientes de gas de atmósfera (entrada/salida) : La cantidad de gas inyectada en una cámara determinada no corresponde a la cantidad de gas extraída de la misma cámara, por lo que la cantidad diferencia entra en la cámara secundaria o sale al exterior. b.) Acción de convección debido a las diferencias de temperatura entre dos cámaras (en hornos verticales) : El gas más ligero (mas caliente) circula hacia arriba y el gas más pesado (más frío) circula hacia abajo, con lo que se crea un circuito cerrado de gas de atmósfera en las cámaras. c.) Expansión o contracción del gas de atmósfera a consecuencia de fluctuaciones de temperatura en el gas:

Las fluctuaciones de temperatura se producen debido al propio proceso (variación de la temperatura del horno, variación de la velocidad de funcionamiento de la línea, conexión/desconexión de un ventilador de circulación, etc. ...) y son inevitables. d.) Movimiento de la banda: A causa de la viscosidad del gas, el gas presente en la proximidad de la banda circula también en la dirección de avance de ésta. Por tanto, una cierta cantidad de gas es arrastrada con la banda de una cámara a la siguiente.

En la actualidad, se emplean primordialmente dos tipos de esclusas diferentes. Por un lado, se emplean juntas sencillas que están formadas por un par de rodillos de sellado metálicos, o un par de compuertas de sellado, o una combinación de una compuerta de sellado y un rodillo de sellado. La banda metálica es conducida entonces al horno a través de la rendija entre los rodillos/la rendija entre las compuertas.

Por otro lado, se emplean juntas dobles con inyección de nitrógeno. En este caso, se trata de un par doble de rodillos de sellado metálicos o un par doble de compuertas, o bien de un equipo doble de compuerta de selladorodillo de sellado o una combinación de dos equipos de sellado antes citados, inyectándose nitrógeno en el espacio comprendido entre los dos equipos de sellado. El nitrógeno se introduce en este caso con un caudal fijo o regulable por el operador. No está prevista una regulación automática del caudal en relación con los parámetros del proceso. Tales esclusas de sellado se utilizan, por ejemplo, en instalaciones de recocido continuas o en instalaciones de galvanización continuas para lograr una separación entre la atmósfera del horno y la zona exterior (juntas de entrada o junta de boquilla de vertido) , así como entre dos cámaras de combustión diferentes. En este caso, se pueden calentar, por ejemplo, una cámara de combustión con fuego directo y la segunda cámara de combustión por medio de tubos de chorro.

Estas juntas proporcionan resultados satisfactorios cuando tiene que evitarse un flujo de gas a través de la esclusa

en una dirección determinada, pero se permite un flujo de gas relativamente alto en la dirección contraria. Por ejemplo, está prohibida la circulación de productos de combustión de un horno con fuego directo a un horno calentado con tubos de chorro, pero en la dirección contraria podrán circular mayores cantidades de gas. Asimismo, está prohibida una descarga de gases de escape del horno directamente expuesto al fuego hacia el exterior, pero está permitida una cierta afluencia de aire del medio ambiente al horno. En cámaras de horno calentadas con tubos de chorro hay que evitar la entrada de aire, estando permitido que una cierta cantidad de gas protector pase del horno al medio ambiente. Se aplica lo mismo en la zona de la trompa cuando se retira una cuba de zinc.

Típicamente, el caudal de gas entre dos cámaras de horno a través de esclusas convencionales es de cero en una dirección y está en el intervalo de 200 a 1000 Nm3/h en la dirección contraria. Tales caudales se consiguen solamente cuando se puede regular la presión en ambas cámaras del horno dentro de una cierta tolerancia.

Sin embargo, cuando la presión fluctúa fuera de esta tolerancia en una de las dos cámaras del horno, la esclusa ya no es efectiva.

Las juntas sencillas no controlan satisfactoriamente las fluctuaciones de presión que se presentan en condiciones de funcionamiento cambiantes. No se puede regular así con precisión la composición química del gas de atmósfera, ya que las inevitables fluctuaciones de presión en ambas cámaras provocarían una circulación cambiante del gas de atmósfera en una u otra dirección.

Una junta doble convencional con inyección de una cantidad de nitrógeno constante es también sensible frente a las fluctuaciones de presión en las cámaras de combustión. La composición química del gas de atmósfera en las cámaras de combustión no puede regularse con precisión, ya que, según las condiciones de presión, el nitrógeno inyectado entra alternativamente en una de las cámaras o en la otra cámara, o bien en ambas cámaras.

En consecuencia, estos sistemas de junta convencionales no separan suficientemente el gas de atmósfera y conducen parcialmente a un considerable aumento del consumo de gas de atmósfera.

En el documento WO 2008/000945 A1 se describe una junta doble convencional que garantiza una buena separación atmosférica. Sin embargo, el punto débil de esta tecnología reside en el alto consumo de gas de atmósfera, que ocasiona mayores costes de explotación e incluso prohíbe una utilización en hornos para acero al silicio.

El documento JP 8 003652 A revela un procedimiento para controlar la atmósfera de un horno de precalentamiento de una línea de recocido con ayuda de una cámara de junta. En funcionamiento, se mide la presión en el horno y en la cámara de junta y se regula la presión en la cámara de junta de modo que sea siempre superior a la presión en el horno. Se impide así que salga gas del horno y, por tanto, el vapor de agua contenido en el gas del horno no puede condensarse en las juntas ni gotear sobre la banda metálica.

En hornos para acero al silicio la junta de entrada consiste usualmente en un par de rodillos de junta de metal y una serie de cortinas. La separación atmosférica dentro del horno se efectúa normalmente por medio de una sencilla abertura en una pared de chamota y la junta de salida consiste en rodillos dotados de un revestimiento blando (Hypalon o elastómero) o en fibras refractarias.

Este sistema de junta tiene el inconveniente de que en la junta de entrada se produce una fuga continua de gas de atmósfera que contiene hidrógeno a través de la rendija entre los rodillos (1... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de control de la atmósfera de gas protector en una cámara (2) de gas protector para el tratamiento continuo de bandas metálicas (3) , en el que se conduce la banda metálica (3) hacia dentro y hacia fuera de la cámara (2) de gas protector a través de esclusas (4) y en el que al menos una de las esclusas (4) presenta dos elementos de junta (5, 6) para la banda metálica (3) que circula a su través, de modo que se forma una cámara de junta (7) entre los dos elementos de junta (5, 6) , midiéndose la presión del gas (P2, PD) en la cámara (2) de gas protector y en la cámara de junta (7) de la esclusa (4) y regulándose la presión (PD) en la cámara de junta (7) , caracterizado por que se regula la presión (PD) en la cámara de junta (7) de modo que, en funcionamiento, la presión diferencia (ï?Pjunta) entre la cámara (2) de gas protector y la cámara de junta (7) se mantenga lo más ampliamente posible por encima o por debajo de un valor prefijado para la presión diferencia crítica (ï?Pjunta, k) , fijándose la presión diferencia crítica (ï?Pjunta, k) como el valor en el que se invierte el flujo de gas entre la cámara (2) de gas protector y la cámara de junta (7) , y calculándose el valor crítico para la presión diferencia (ï?Pjunta, k) por medio de un modelo matemático que tiene en cuenta la velocidad de la banda metálica, la abertura de la rendija entre los dos elementos de junta (5, 6) , las propiedades del gas protector y el espesor de la banda metálica (3) , y manteniéndose el valor ajustado durante el funcionamiento para la presión diferencia (ï?Pjunta) lo más cerca posible del valor crítico para la presión diferencia (ï?Pjunta, k) , de modo que se minimice el flujo de gas (F2) desde la cámara (2) de gas protector o hacia ella.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que se regula la presión (PD) en la cámara de junta (7) por medio de una válvula de regulación (10) y una alimentación de gas (8) .

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que se regula la presión (PD) en la cámara de junta (7) por medio de una válvula de regulación (10) y una fuente de depresión (9) .

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que se regula la presión (PD) en la cámara de junta (7) por medio de dos válvulas de regulación (10) , una alimentación de gas (8) y una fuente de depresión (9) .

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la esclusa (4) está dispuesta entre la cámara (2) de gas protector y una cámara de tratamiento adicional (1) con una atmósfera de gas protector.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por que la banda metálica (3) es conducida primero a través de la cámara de tratamiento adicional (1) y luego a través de la cámara (2) de gas protector.

7. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por que la banda metálica (3) es conducida primero a través de la cámara (2) de gas protector y luego a través de la cámara de tratamiento adicional (1) .

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la abertura óptima de la rendija entre los dos elementos de junta (5, 6) se calcula con ayuda de las propiedades del gas protector y del espesor de la banda metálica (3) .

 

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