Procedimiento e instalación de calentamiento de una banda metálica, especialmente en vistas a un recocido.

Procedimiento de calentamiento de una banda metálica a una temperatura de consigna que requiere la presencia de una atmósfera de combustión reductora,

del tipo que comprende

un precalentamiento de la banda a una temperatura intermedia que no requiere la presencia de una atmósfera protectora, mediante proyección de gases calientes hacia al menos una cara de la banda, y

un calentamiento de la banda en atmósfera de combustión reductora de la temperatura intermedia a la temperatura de consigna,

con regulación de la temperatura de consigna mediante variación de la proyección de los gases calientes de precalentamiento,

caracterizado por que

el calentamiento en atmósfera de combustión reductora se efectúa mediante un calentamiento por quemadores regenerativos a fuego abierto, ejecutado en una primera fase que comprende, en al menos un primer quemador (16, 16'), una combustión con el concurso de aire que ha absorbido calor de una primera masa de absorción térmica (26) y, en al menos otro quemador (16, 16'), una regeneración por absorción de calor de los gases de combustión del primer quemador al menos mediante otra masa de absorción térmica (26), y en una segunda fase en la que se invierten, por una parte, las funciones del primer quemador al menos (16, 16') y del otro quemador al menos (16, 16') y, por otra, las funciones de la primera masa de absorción térmica (26) y de la otra masa de absorción térmica (26), la regeneración por absorción de calor de los gases de combustión se efectúa en una operación que comprende, antes del paso de los gases de combustión por la masa de regeneración (26), la mezcla de estos gases de combustión con una cantidad suplementaria de aire de poscombustión,

el precalentamiento por proyección de gases calientes comprende la utilización de una parte al menos de los gases descargados del calentamiento mediante quemadores regenerativos y

la regulación de la temperatura de consigna comprende la graduación de la cantidad de gases calientes para el precalentamiento por proyección.

Procedimiento e instalación de calentamiento de una banda metálica, especialmente en vistas a un recocido La invención se refiere a un procedimiento y una instalación de calentamiento de una banda metálica a una temperatura de consigna que requiere la presencia de una atmósfera de combustión reductora (defecto de comburente respecto a la cantidad estequiométrica) .

Se describe la invención en su aplicación en el calentamiento de una banda metálica en forma de un fleje transmitido a una instalación de recocido, en especial para la fabricación de acero galvanizado.

Son ya conocidos diversos tipos de instalaciones de recocido de flejes.

La figura 1 es un esquema de un primer ejemplo de instalación conocida de precalentamiento de un fleje a una temperatura de consigna que es adecuada para una instalación de recocido. Incluye esta un horno que delimita un recinto 102 destinado al precalentamiento del fleje 100 y un recinto 104 de calentamiento del fleje con el fin de que, en la salida de la instalación, el fleje tenga una temperatura de consigna, por ejemplo de 750 °C.

Al interior del recinto de precalentamiento 102, comprendido entre la entrada 108 del horno y una ubicación 110 de inyección de aire de poscombustión proveniente de una canalización 112, fluyen, de la parte de calentamiento 104 hacia la proximidad de la entrada 108, en contracorriente respecto al fleje 100, unos gases calientes, que tienen un poder reductor nulo para que la atmósfera del horno, que podría escapar por la entrada 108, no sea tóxica (es decir, no contenga CO) . Los intercambios de calor entre una superficie y una corriente paralela a esa superficie son poco eficaces, a causa de la presencia de capas laminares. Consiguientemente, el recinto 102 debe tener una gran longitud.

Dentro del recinto de combustión 104, comprendido prácticamente entre la ubicación de inyección de aire 110 y la salida 114 del horno, unos quemadores 116 reciben un combustible, transmitido por un circuito de alimentación 118 unido a cada quemador 116, y aire de combustión, por un circuito 120, unido también a cada uno de los quemadores. El aire del circuito 120, preferentemente, ha sido precalentado en un intercambiador de calor 122 por el que también circulan los gases calientes descargados por una canalización 124 desde las proximidades del extremo de entrada 108 del horno.

En el recinto de calentamiento 104, los quemadores 116 son quemadores a fuego abierto que funcionan en atmósfera de combustión reductora, es decir, en presencia de CO. En el recinto de calentamiento 104, el fleje pasa de una temperatura próxima a 350 a 400 °C, cerca de la ubicación de inyección de aire 110, a una temperatura de consigna, por ejemplo de 750 °C, en la salida 114.

La instalación que acaba de describirse presenta un cierto número de inconvenientes.

En primer lugar, dada la circulación simple en contracorriente de los gases calientes y del fleje por el recinto de precalentamiento 102, el intercambio de calor entre los gases y la banda no es eficaz, de modo que es muy grande la longitud del recinto 102 y, por lo tanto, es muy grande el espacio ocupado por el horno.

Luego, el sistema que utiliza los quemadores a fuego abierto para formar la atmósfera de combustión reductora con aire precalentado por el intercambiador 122 tiene, en su conjunto, un rendimiento relativamente pequeño, del orden del 50 %, de modo que la cantidad de combustible consumido es elevada.

Por último, las pérdidas de calor son acusadas, esencialmente debido a la descarga a la atmósfera de gases cuya temperatura aún es elevada, ya que el intercambiador de calor 122 que recupera el calor de los gases descargados por la canalización 124 tiene, a su vez, una moderada eficiencia.

El documento US4242154 describe una limpieza en continuo y un sistema de precalentamiento para fleje de acero que es recocido antes de ser revestido o tratado de distinta manera. En ese sistema, se controlan y utilizan etapas de reducción para eliminar los contaminantes superficiales de la banda. Ese sistema utiliza el calentamiento por llama directa en el que los gases de combustión de los quemadores de llama abierta de un horno cerrado fluyen dentro y a lo largo de una zona tubular de elongación limitada, de manera tal que los gases están en contacto directo con la banda que entra y pasa a través de la zona tubular y el horno, en contracorriente respecto a la dirección del flujo de los gases.

También es conocido, a tenor del documento JP2002-294347, otro ejemplo de instalación conocida de precalentamiento de un fleje, previo al recocido del mismo, que no presenta el inconveniente de ocupar un espacio muy grande en el terreno.

Más exactamente, esa instalación comprende un recinto de precalentamiento 202 de escasa longitud, pues incluye un dispositivo 210 de precalentamiento del fleje por proyección de gases calientes en dirección perpendicular al fleje. Ese dispositivo incluye cámaras cuya pared vuelta hacia el fleje incluye una multiplicidad de orificios que proyectan otros tantos chorros de gases calientes. Tal dispositivo 210, en ocasiones denominado "plenum", permite un eficaz

intercambio de calor en una escasa longitud.

Ese recinto de precalentamiento 202 está relacionado con un recinto de calentamiento 204 en el que, entre tubos radiantes, el fleje sigue un trayecto en zigzag. El recinto de precalentamiento y el recinto de calentamiento tienen una misma atmósfera protectora. Los gases de combustión descargados por los tubos radiantes, que se hallan separados de la atmósfera protectora del recinto 204, se extraen mediante conducciones 205 hacia un intercambiador de calor 206, con el concurso de un ventilador impelente 207. En el intercambiador de calor 206, una atmósfera protectora circula mandada por un ventilador impelente 208. El circuito de circulación comprende dos canalizaciones montadas en paralelo, una canalización 209, que alimenta el dispositivo 210 de proyección de gases calientes sobre el fleje, y otra canalización 211, que comprende una válvula de regulación 212 que se abre en mayor o menor medida para modular la cantidad de gases transmitida al dispositivo 210 de proyección de gases calientes.

Así, un sensor de temperatura de consigna 218, que mide la temperatura del fleje en la salida de la instalación, permite el gobierno de la válvula 212 con el fin de que esta regule la cantidad de gases que pueden circular por la canalización 209 y, con ello, la potencia de precalentamiento del dispositivo de proyección 210, con el fin de que no varíe la temperatura de consigna medida por el sensor 218.

La instalación representada en la figura 2 no presenta el inconveniente de ocupar un gran espacio, pero presenta otros inconvenientes.

En primer lugar, el rendimiento de los quemadores radiantes utilizados no es elevado.

Luego, puesto que el calor de los gases de combustión tan sólo es recuperado parcialmente por el intercambiador de calor 206, la instalación tiene un rendimiento energético relativamente reducido, que no sobrepasa un valor del orden del 50 %.

Además, el conjunto de la instalación, que comprende los dos recintos y el circuito de gases de alimentación de las cámaras de proyección de gases sobre el fleje, contiene una atmósfera protectora que o bien puede ser tóxica, y entonces no cumple las condiciones de "higiene" de la combustión, o bien es inerte y costosa.

Por último, puesto que el fleje sigue un trayecto sinuoso dentro del recinto de calentamiento, el coste de la instalación es elevado y esta queda sujeta a averías.

Son conocidos, por otro lado, especialmente a tenor del documento JP-2001/304539, conjuntos de calentamiento con quemadores "regenerativos". Este término indica que, en una primera fase, se acumula calor extraído de los gases de combustión y, en una segunda fase, el calor acumulado se restituye al aire de combustión. Tales conjuntos incluyen de ordinario dos quemadores 301a, 301b montados en tándem, hallándose uno en modo de combustión, en el que, antes de participar en una combustión, circula aire de combustión de una canalización 316 por una masa regenerativa 306, y hallándose el otro en modo de recuperación de calor, en el que los gases de combustión del primer quemador circulan por su masa regenerativa 306 y la calientan. Después de un cierto tiempo, por ejemplo una fracción de minuto, los dos quemadores permutan sus modos de funcionamiento. En el citado documento, cada quemador 301a, 301b también incluye un dispositivo de alimentación de aire 308 que, en modo de regeneración, introduce aire de poscombustión el cual se mezcla con los gases de combustión antes de que estos circulen por la masa regenerativa... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de calentamiento de una banda metálica a una temperatura de consigna que requiere la presencia de una atmósfera de combustión reductora, del tipo que comprende un precalentamiento de la banda a una temperatura intermedia que no requiere la presencia de una atmósfera protectora, mediante proyección de gases calientes hacia al menos una cara de la banda, y un calentamiento de la banda en atmósfera de combustión reductora de la temperatura intermedia a la temperatura de consigna, con regulación de la temperatura de consigna mediante variación de la proyección de los gases calientes de precalentamiento, caracterizado por que el calentamiento en atmósfera de combustión reductora se efectúa mediante un calentamiento por quemadores regenerativos a fuego abierto, ejecutado en una primera fase que comprende, en al menos un primer quemador (16, 16') , una combustión con el concurso de aire que ha absorbido calor de una primera masa de absorción térmica (26) y, en al menos otro quemador (16, 16') , una regeneración por absorción de calor de los gases de combustión del primer quemador al menos mediante otra masa de absorción térmica (26) , y en una segunda fase en la que se invierten, por una parte, las funciones del primer quemador al menos (16, 16') y del otro quemador al menos (16, 16') y, por otra, las funciones de la primera masa de absorción térmica (26) y de la otra masa de absorción térmica (26) , la regeneración por absorción de calor de los gases de combustión se efectúa en una operación que comprende, antes del paso de los gases de combustión por la masa de regeneración (26) , la mezcla de estos gases de combustión con una cantidad suplementaria de aire de poscombustión, el precalentamiento por proyección de gases calientes comprende la utilización de una parte al menos de los gases descargados del calentamiento mediante quemadores regenerativos y la regulación de la temperatura de consigna comprende la graduación de la cantidad de gases calientes para el precalentamiento por proyección.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la graduación de la cantidad de gases calientes utilizada para el precalentamiento comprende la graduación de las proporciones de los gases calientes transmitidas, por una parte, a la etapa de proyección y, por otra, a la etapa de descarga de gases calientes.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por que la cantidad de aire introducida para ser mezclada con los gases de combustión es suficiente para que los gases descargados tengan un poder reductor nulo.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por que la mezcla de los gases de combustión con aire de poscombustión introducido antes del paso de los gases de combustión por la masa regenerativa (26) se gradúa en función del resultado de una medición del poder reductor de los gases de combustión.

5. Procedimiento según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado por que comprende el establecimiento de una circulación de gases directamente de la etapa de calentamiento a la etapa de precalentamiento, y la inyección de aire de poscombustión entre las dos etapas.

6. Instalación de calentamiento de una banda metálica a una temperatura de consigna que requiere la presencia de una atmósfera de combustión reductora, caracterizada por que comprende

un recinto de precalentamiento (2) dotado de un dispositivo (11) de proyección de gases calientes hacia la banda (1) , un recinto de calentamiento (4) dotado de un conjunto de calentamiento a fuego abierto en atmósfera de combustión reductora, comprendiendo el conjunto de calentamiento al menos dos quemadores regenerativos (16, 16') que trabajan en tándem, hallándose uno al menos de los quemadores (16, 16') en modo de combustión, en el que circula aire de combustión por una masa regenerativa (26) antes de participar en una combustión, y hallándose otro quemador al menos (16, 16') en modo de recuperación de calor, en el que los gases de combustión del primer quemador al menos (16, 16') circulan por la masa regenerativa (26) del otro quemador (16, 16') y la calientan, permutando los dos quemadores al menos (16, 16') sus modos de funcionamiento, incluyendo cada quemador (16, 16') un dispositivo de alimentación de aire en modo de regeneración, con el fin de que ese aire se mezcle con los gases de combustión en estado reductor antes de que circulen por la masa regenerativa (26) , una canalización (31) de descarga de los gases del recinto de calentamiento, 7

una válvula graduable de tres vías (32) que tiene una entrada relacionada con la canalización (31) de descarga de los gases del conjunto de calentamiento, una salida relacionada con el dispositivo (11) de proyección de gases del recinto de precalentamiento y una salida relacionada con una canalización (24) de descarga de gases fuera de la instalación, y un dispositivo de regulación que comprende un sensor (34) de temperatura de consigna de la banda metálica y un órgano (36) de graduación de la válvula de tres vías (32) , con el fin de que esta regule la cantidad de gases calientes transmitida al dispositivo de proyección (11) .

7. Instalación según la reivindicación 6, caracterizada por que el dispositivo de alimentación de aire en modo de regeneración introduce una cantidad de aire sensiblemente constante, al menos suficiente para que los gases 10 descargados tengan siempre un poder reductor nulo.

8. Instalación según la reivindicación 6, caracterizada por que comprende un segundo dispositivo de regulación, que incluye un sensor del poder reductor de los gases y un órgano de graduación de la cantidad de aire introducida en función de la señal del sensor de poder reductor, destinado a regular la cantidad de aire introducida por el dispositivo de alimentación de aire.

9. Instalación según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizada por que los recintos de precalentamiento y de calentamiento (2, 4) son adyacentes y colineales.

10. Instalación según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizada por que incluye además un dispositivo (10) de introducción de aire de poscombustión entre los recintos de precalentamiento y de calentamiento (2, 4) , siendo suficiente la cantidad de aire introducida por este dispositivo para que el recinto de precalentamiento (2) contenga gases de poder reductor nulo.