PROCEDIMIENTO PARA EL TRATAMIENTO TERMICO DE MATERIALES FERREOS.

Procedimiento para el recocido de tubos, perfiles, alambres, barras y chapas a base de materiales férreos en un horno de paso continuo con solera de rodillos,

que tiene un túnel de enfriamiento y un espacio de calentamiento, bajo una atmósfera de gas protector a base de mezclas de un endogás, caracterizado porque un endogás diluido con nitrógeno y adicionalmente un nitrógeno puro se alimentan por separado entre si y en diferentes zonas de la instalación, realizándose que el endogás, diluido con nitrógeno fuera del horno de paso continuo de solera de rodillos en una relación de mezcladura situada en el intervalo entre 1:19 y 1:3, se introduce directamente dentro del espacio de calentamiento, y el nitrógeno empleado adicionalmente para la dilución del endogás se inyecta en diferentes zonas del túnel de enfriamiento

Procedimiento para el tratamiento térmico de materiales férreos.

El invento se refiere a un procedimiento para el tratamiento térmico de materiales férreos, en particular para el recocido de tubos, perfiles, alambres, barras y chapas a base de un metal o de un acero, en una instalación de tratamiento térmico con un túnel de enfriamiento y un espacio de calentamiento bajo una atmósfera de un gas protector a base de mezclas de un endogás.

Al recocer tubos, perfiles, alambres, barras y chapas se emplea con frecuencia un exogás como gas protector. Este exogás es producido a partir de un hidrocarburo y aire,

La producción de este gas protector se efectúa en generadores de exogás.

Para esto, la corriente gaseosa de gas natural y aire, previamente mezclada, se aporta a una cámara de combustión y allí se lleva a reacción. Puesto que la relación del CH₄ al aire es mayor que 2,41 (p. ej. de 6,5) no necesita efectuarse ningún calentamiento externo de la mezcla gaseosa hasta la temperatura de reacción.

Se trata en este caso de una reacción exotérmica, que genera energía térmica en exceso. El exogás muy húmedo, que se ha producido de esta manera, es enfriado hasta la temperatura ambiente y aportado a un aparato secador. El punto de descongelación del gas secado es entonces de aproximadamente -30ºC (con 0,10% en volumen de H₂O).

Un exogás típico tiene una composición de 7% de H₂, 7% de CO, 7% de CO₂, 0,10% de H₂O y el resto N₂.

La mezcla gaseosa es aportada luego a una instalación de tratamiento térmico y en el espacio de calentamiento de ésta -a una temperatura mayor que 400ºC- se ajusta repentinamente un gas de horno húmedo.

Reacción en el espacio de calentamiento:

En el espacio de calentamiento, a una temperatura mayor que 650ºC, la actividad de carbono se disminuye a menos que 1, con lo cual las aleaciones de hierro y carbono son descarburadas durante el tratamiento térmico.

A causa de las exigencias cualitativas crecientes establecidas a los productos terminados, es sin embargo indeseada una descarburación. Subsiste incluso en grado creciente el deseo de una retrocarburación de las aleaciones de hierro y carbono que se han descarburado durante el tratamiento térmico (de recocido).

Estos requisitos cualitativos no se pueden realizar con el empleo de un exogás como gas protector en hornos de tratamiento térmico, por lo cual también pasa a emplearse un endogás como gas protector en el caso del tratamiento térmico de materiales férreos.

La producción de un endogás se efectúa en generadores de endogás. Para esto, la mezcla de gas natural y de aire, previamente entremezclada, es aportada a una retorta calentada con un relleno de catalizador, y allí es llevada a reacción.

Puesto que la relación del CH₄ al aire es un poco mayor que 2,41 (? = 0,26 - 0,28), la retorta con catalizador debe de ser calentada y la mezcla gaseosa, que circula a través de la retorta, debe de ser llevada a la temperatura de reacción, con el fin de reaccionar sobre la superficie del catalizador.

Se trata en este caso de una reacción endotérmica, es decir que una parte de la entalpía de calentamiento y la totalidad de la entalpía de reacción deben de ser aportadas al sistema.

El endogás es producido a partir de un hidrocarburo y de aire, p. ej. de acuerdo con la siguiente ecuación de reacción:

El endogás producido es enfriado hasta la temperatura ambiente y entonces está presto para el empleo.

El punto de descongelación del endogás empleado como gas protector en el caso del tratamiento térmico de materiales férreos está situado en el intervalo de -10ºC y +5ºC con 0,30 hasta 0,86% en volumen de H₂O.

Un endogás, empleado frecuentemente como gas protector en el caso del tratamiento térmico habitual de metales, tiene una composición de: 40% de H₂, 20% de CO, 0,30% de CO₂, 0,86% de H₂O, y el resto de N₂.

Este endogás "puro" es diluido (mezclado) con nitrógeno y a continuación es aportado a la instalación de tratamiento térmico, p. ej. a un horno de paso continuo con solera de rodillos.

En el caso de estas mezclas de gas protector con 1 a 5% de CO -a causa de la fuerte dilución con nitrógeno- el punto de descongelación disminuye hasta unos valores de -20 a -30ºC, de manera tal que no es necesario el empleo de un aparato secador adicional, como en el caso de la producción de un exogás.

El documento de solicitud de patente europea EP 0261461 A divulga un procedimiento para el tratamiento térmico de materiales metálicos en un horno de paso continuo con solera de rodillos bajo una atmósfera de un gas protector, siendo producido un endogás por medio de un generador de gas situado en su interior, y adicionalmente se aporta nitrógeno por ambos lados del puesto de aportación para el gas de tratamiento.

El invento se basa por lo tanto en la misión de poner a disposición un procedimiento para el tratamiento térmico de materiales férreos, con el cual, mediante una adición dosificada deliberada de un gas protector, el proceso de tratamiento térmico se pueda mejorar y realizar de un modo más seguro.

El problema planteado por esta misión se resuelve conforme al invento por medio de un procedimiento para el tratamiento térmico de materiales férreos con las características de la reivindicación 1.

Las características que perfeccionan el invento se pueden deducir de las reivindicaciones subordinadas.

Conforme al invento, se alimenta como gas protector un endogás puro o un endogás diluido parcialmente con nitrógeno y adicionalmente se alimenta nitrógeno puro por separado en diferentes zonas de la instalación de tratamiento térmico.

Ventajosamente, el endogás es alimentado en el extremo del espacio de calentamiento, es decir en la zona de extremo del espacio de calentamiento que está enfrentada a la entrada en el espacio de calentamiento, en sentido transversal a la dirección de transporte del material sometido a tratamiento térmico, y adicionalmente se alimenta nitrógeno en diferentes zonas del túnel de enfriamiento de la instalación de tratamiento térmico, por medio de habituales dispositivos de boquillas.

La introducción conforme al invento de un gas protector en la instalación de tratamiento térmico da lugar a la formación de un perfil de circulación orientada hacia la entrada en el espacio de calentamiento, con lo cual se presenta una alta concentración del gas protector en el espacio de calentamiento y una concentración del gas protector esencialmente más baja en el túnel de enfriamiento de la instalación de tratamiento térmico.

El endogás producido en un generador externo de endogás y alimentado dentro de la instalación de tratamiento térmico tiene un punto de descongelación algo más alto (desde +5 hasta +10ºC) que en el caso del endogás (con un punto de descongelación de como máximo 5ºC) empleado en el modo de procedimiento habitual.

La temperatura del punto de descongelación, más alta, da lugar a una elevación del período de tiempo en servicio del catalizador y de la retorta de la instalación de tratamiento térmico, puesto que es menor el peligro de deposición de hollín en el lecho de catalizador y por consiguiente se impiden unos sobrecalentamientos del catalizador al realizar la necesaria eliminación por combustión del hollín con el fin de regenerar el catalizador.

La cantidad añadida dosificadamente de endogás, que se necesita para el respectivo proceso de tratamiento térmico, es ajustada automáticamente mediante una válvula dosificadora en dependencia de las respectivas condiciones del proceso, con lo cual se puede reducir al mínimo...

1. Procedimiento para el recocido de tubos, perfiles, alambres, barras y chapas a base de materiales férreos en un horno de paso continuo con solera de rodillos, que tiene un túnel de enfriamiento y un espacio de calentamiento, bajo una atmósfera de gas protector a base de mezclas de un endogás, caracterizado porque un endogás diluido con nitrógeno y adicionalmente un nitrógeno puro se alimentan por separado entre si y en diferentes zonas de la instalación, realizándose que el endogás, diluido con nitrógeno fuera del horno de paso continuo de solera de rodillos en una relación de mezcladura situada en el intervalo entre 1:19 y 1:3, se introduce directamente dentro del espacio de calentamiento, y el nitrógeno empleado adicionalmente para la dilución del endogás se inyecta en diferentes zonas del túnel de enfriamiento.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el endogás, que se compone de monóxido de carbono (CO), hidrógeno (H₂) y nitrógeno (N₂), es inyectado en el extremo del espacio de calentamiento y en sentido transversal a la dirección de transporte del material sometido a tratamiento térmico.

3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque el endogás, antes de la dilución con nitrógeno, tiene un punto de descongelación situado en el intervalo de +5 hasta +15ºC.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque el endogás es alimentado a través de por lo menos una válvula dosificadora automática dentro del espacio de calentamiento del horno de paso continuo con solera de rodillos.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se determinan las cantidades dosificadas del endogás y de nitrógeno que se alimentan dentro del horno de paso continuo con solera de rodillos, y encuentran utilización para la determinación de las actividades reales de oxígeno y carbono durante el tratamiento térmico.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque, para la mejor convección del endogás en el espacio de calentamiento, se añade dosificadamente nitrógeno al endogás fuera del horno de paso continuo con solera de rodillos.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque la exigida actividad de carbono de la fase gaseosa en el espacio de calentamiento del horno de paso continuo con solera de rodillos es ajustada a través del punto de descongelación del endogás puro producido en un generador de endogás.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque, en el caso de una actividad de carbono demasiado alta, se añade dosificadamente aire a la mezcla del endogás que es aportada en el espacio de calentamiento del horno de paso continuo con solera de rodillos, y se forma una fase gaseosa homogénea fuera del puesto de alimentación del gas.

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el endogás es introducido con una sobrepresión de 40 a 60 mbar en el nitrógeno que tiene una sobrepresión de 20 a 30 mbar.

10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque el endogás es introducido en un tubo mezclador curvado, dispuesto en la conducción tubular para nitrógeno.

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque el endogás es introducido con una sobrepresión de 60 mbar a través de un inyector, que aspira y mezcla el endogás con ayuda de la corriente de nitrógeno, y de esta manera se produce un endogás homogéneo diluido.

12. Procedimiento de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque las cantidades añadidas dosificadamente de gas natural y de aire, y por consiguiente la cantidad añadida dosificadamente de endogás, se regulan en dependencia de la presión dinámica que reina dentro de la conducción para endogás y nitrógeno, que está dispuesta junto al horno de paso continuo con solera de rodillos.

13. Procedimiento de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque el nitrógeno es inyectado en el túnel de enfriamiento con una primera corriente parcial en dirección a la entrada en el espacio de calentamiento, y con una segunda corriente parcial en dirección a la salida desde el túnel de enfriamiento del horno de paso continuo con solera de rodillos.

14. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque la cantidad añadida dosificadamente de nitrógeno se regula mediante una sonda lambda que está dispuesta en la zona de salida del horno de paso continuo con solera de rodillos.

15. Procedimiento de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque los componentes volátiles del material sometido a tratamiento térmico, que se separan por evaporación desde el espacio de calentamiento del horno de paso continuo con solera de rodillos, se transportan hacia la entrada en el horno del horno de paso continuo con solera de rodillos, y allí se queman en antorchas y se sacan.

16. Procedimiento de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque se alimenta nitrógeno líquido en el primer tercio de la zona del túnel de enfriamiento, que está situada más próxima a la salida desde el túnel de enfriamiento, o en el último tercio de la zona del túnel de enfriamiento del horno de paso continuo con solera de rodillos, que está situada más próxima a la salida desde el espacio de calentamiento.

17. Procedimiento de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque el gas protector, para la determinación de su perfil de concentraciones durante el proceso de tratamiento térmico a lo largo de toda la longitud del horno de paso continuo con solera de rodillos, es sacado fuera de este horno de paso continuo con solera de rodillos mediante por lo menos una disposición de retirada de gases, que está dispuesta junto a este horno de paso continuo con solera de rodillos, y después de un subsiguiente tratamiento electrónico encuentra utilización para la regulación automática de la aportación del endogás y del nitrógeno en el horno de paso continuo con solera de rodillos.

18. Procedimiento de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque la suma de las concentraciones de monóxido de carbono (CO) y de hidrógeno (H₂) junto al extremo del túnel de enfriamiento del horno de paso continuo con solera de rodillos, es menor que 5% en volumen.

19. Procedimiento de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque el punto de descongelación del gas protector, diluido con nitrógeno, en el túnel de enfriamiento es más bajo que en el espacio de calentamiento del horno de paso continuo con solera de rodillos.