BRPI0411380B1 - Processo e instalação de resfriamento de uma tira metálica em movimento - Google Patents
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Description
“PROCESSO E INSTALAçãO DE RESFRIAMENTO DE UMA TIRA METÁLICA EM MOVIMENTO” Campo da Invenção A presente invenção refere-se a um processo e uma instalação de resfriamento de uma tira metálica em movimento. A presente invenção se aplica, em particular, aos tratamentos sob vácuo dessa referida tira, particularmente, aos revestimentos a quente.
Antecedentes da Invenção Para realizar satisfatoriamente operações de tratamentos térmicos, tais como recozimentos ou revestimentos contínuos de uma tira de aço é, gejalmente, preciso aquecer e resfriar sucessivamente a tira, com velocidades predeterminadas. Para resfriar essa tira de modo controlado, a tira é temperada por um jato de gás, por um jato de líquido, ou por pelo menos um rolo de resfriamento com o qual a tira entra em contato.
Os processos conhecidos de resfriamento por rolo consistem em aplicar uma tira que se desloca segundo um movimento contínuo sobre pelo menos um rolo no interior do qual circula um líquido refrigerante, em particular, água fria. O rolo é móvel em rotação em torno de seu eixo, sendo arrastado pelo atrito da tira em movimento, ou por um conjunto motorizado próprio. A tira, assim aplicada sobre o rolo, forma um arco cujo intradorso delimita com a face externa do rolo uma área de contato adaptada para escoar para dentro do rolo uma parte do calor da tira.
Para melhorar o contato entre a tira e o rolo de resfriamento, propôs, antigamente, manter o arco de tira em contato com o rolo por meio de rolos metálicos de apoio sobre o extradorso do arco. Para garantir a manutenção de um efeito de prensagem da tira sobre o rolo de resfriamento, cada um desses rolos de apoio é montado em rotação livre em torno de seu eixo na extremidade de braços rígidos, cujo afastamento em relação ao rolo de resfriamento é predeterminado em função da espessura da tira.
Embora esses rolos de apoio metálicos provoquem a manutenção desejada da tira sobre o rolo de resfriamento, eles promovem o risco, de um lado, de marcar o extradorso da tira, e essas marcas podem ser muito profundas em caso de falta de paralelismo dos eixos do rolo de resfriamento e dos rolos de apoio, e de outro lado, prejudicar o resfriamento da tira em virtude do acúmulo de calor nos rolos de apoio.
Descrição Resumida da Invenção A finalidade da presente invenção é propor um processo e uma instalação de resfriamento de uma tira metálica em movimento, que permitam manter firmemente a tira contra um rolo de resfriamento, controlando, ao mesmo tempo, esse resfriamento sem prejudicar com isso o estado da superfície da tira.
Para esse fim, a presente invenção tem por objeto um processo de resfriamento de uma tira metálica em movimento, do tipo no qual: - desloca-se continuamente a tira metálica que vai ser resfriada; - dispõe a tira sobre um rolo de resfriamento principal móvel em torno de seu eixo de modo que a tira forme um arco cujo intradorso delimita com a face externa do rolo de resfriamento principal uma área de contato adaptada para escoar para dentro desse rolo uma parte do calor da tira; e - mantém-se a tira em contato com o rolo de resfriamento principal por meio de pelo menos um rolo de apoio sobre o extradorso do arco formado pela tira, sendo que o ou cada rolo de apoio está disposto de modo sensivelmente paralelo ao rolo de resfriamento principal e móvel em rotação em torno de seu eixo; sendo caracterizado pelo fato do ou de cada rolo de apoio ser constituído, pelo menos na periferia, por uma matéria elasticamente deformáve! e termo-capacitiva, e pelo fato de se escoar o calor transmitido pela tira ao ou a cada rolo de apoio por meios de resfriamento secundário, adaptados para formar com uma parte da face externa do ou de cada rolo de apoio uma área de transferência de calor para esses meios de resfriamento secundário.
De acordo com outras características deste processo, consideradas isoladamente ou segundo todas as combinações tecnicamente possíveis: - o ou cada rolo de apoio se estende sobre pelo menos toda a largura da tira de modo a aplicar sobre o extradorso do arco formado pela tira uma pressão sensivelmente homogênea sobre toda essa largura; - a temperatura da tira aplicada na entrada do rolo de resfriamento principal é inferior à temperatura de degradação da matéria que constitui o ou os rolos de apoio; e - a temperatura da tira aplicada na entrada é inferior a aproximadamente 200°C. A presente invenção tem também por objetivo uma instalação de resfriamento de uma tira metálica em movimento, sendo que a referida tira que se deseja resfriar é deslocada continuamente, do tipo que compreende um rolo de resfriamento principal sobre o qual é aplicada a tira de modo a formar um arco cujo intradorso delimita com a face externa desse rolo uma área de contato adaptada para escoar para dentro do rolo de resfriamento principal uma parte do calor da tira, e pelo menos um rolo de apoio sobre o extradorso do arco formado pela tira, adaptado para manter a tira em contato sobre o rolo de resfriamento principal, sendo que o ou cada rolo de apoio está disposto de modo sensivelmente paralelo ao rolo de resfriamento principal e móvel em rotação em torno de seu eixo, sendo caracterizada pelo fato do ou de cada rolo de apoio ser constituído, pelo menos na periferia, por uma matéria elasticamente deformável e termo-capacitiva, e pelo fato da instalação compreender meios de resfriamento secundário adaptados para formar com uma parte da face externa do ou de cada rolo de apoio uma área de transferência de calor para esses meios de resfriamento secundário a fim de escoar o calor transmitido pela tira ao ou a cada rolo de apoio.
De acordo com outras características desta instalação, consideradas isoladamente ou segundo todas as combinações tecnicamente possíveis: - o ou cada rolo de apoio é realizado, pelo menos na periferia, de elastômero, em particular de silicone vulcanizado; - a matéria da qual é constituída pelo menos na periferia o ou cada rolo de apoio, possui um coeficiente de condutibilidade térmica inferior a 1 W/m.K; - o diâmetro do ou de cada rolo de apoio está compreendido entre um quarto e um décimo do diâmetro do rolo de resfriamento principal; - os meios de resfriamento secundário compreendem pelo menos um rolo de resfriamento secundário móvel em rotação em torno de seu eixo e disposto de modo sensivelmente paralelo aos rolos de apoio; e - a instalação compreende meios de alimentação com um fluido portador de calor, comuns ao rolo de resfriamento principal e aos meios de resfriamento secundário.
Descrição Resumida das Figuras A presente invenção será mais bem compreendia com a leitura da descrição a seguir, dada apenas a título de exemplo, e feita em relação às figuras anexas, as quais: - A Figura 1 é uma vista esquemática de uma instalação de resfriamento de acordo com a presente invenção; - As Figuras 2 e 3 são vistas análogas à figura 1, que ilustram duas variantes da instalação de acordo com a presente invenção.
Descrição Detalhada da Invenção A instalação 1 representada na Figura 1 destina-se a resfriar uma tira de aço 2, que se move segundo o sentido indicado peías setas 4. Essa instalação é, por exemplo, utilizada nos tratamentos de revestimento da tira, em particular sob vácuo.
Essa instalação compreende: - dois cilindros 8A e 8B de deflexão da tira 2, dotados eventualmente de um sistema motorizado de arraste não representado; - um rolo 10 de resfriamento principal de eixo X-X e disposto diante dos cilindros defletores 8A e 8B de modo que estes últimos direcionem a tira 2 de maneira adequada, respectivamente na entrada e na saída do rolo 10; - um rolo 14 de apoio da tira sobre o rolo de resfriamento 10, de eixo Z-Z sensivelmente paralelo ao eixo X-X do rolo 10 e, de preferência disposto sensivelmente a próximo da área de enrolamento da tira em torno do rolo 10; e - um rolo 16 de resfriamento secundário, de eixo X’-X’ paralelo ao eixo Z-Z dos rolos 14, disposto em contato com esses rolos 14 do lado oposto ao do rolo 10, sendo que um mesmo plano P forma planos medianos para os rolos 10 e 16.
Mais precisamente, o rolo de resfriamento principal 10 e o rolo de resfriamento secundário 16 são capazes de escoar calorias a partir de sua face externa para dentro dos rolos, quando um corpo quente é aplicado sobre eles.
Para esse fim, os rolos 10 e 16 compreendem, de modo conhecido, um invólucro duplo que permite circular na periferia interna desses rolos um fluido refrigerante, tal como água fria. Pode-se considerar outros tipos de rolos de resfriamento por contato, conhecidos do técnico no assunto. O rolo de apoio 14 é, por sua vez formado, por uma peça monobloco cilíndrica de eixo Z-Z ou por um empilhamento de cilindros coaxiaís de pequena espessura dependentes ou não. O rolo 14 é realizado em uma matéria elasticamente deformável, em particular de elastômero. Para a presente invenção, a expressão “matéria elasticamente deformável” designa de modo gerai um material cujo módulo de elasticidade (ou módulo de Young) é nitidamente menor que o do material que forma a tira 2, por motivos explicados mais adiante. A título de exemplo de um elastômero apropriado, pode-se citar um silicone vulcanizado. A matéria que constitui o rolo de apoio 14 apresenta ainda propriedades de condutibilidade e de capacidade térmicas particulares, ou seja ela não deve ser totalmente ou quase totalmente resistente à condução do calor, como seria o caso por exemplo de uma matéria cerâmica, mas também não deve necessariamente assegurar uma condução muito grande como uma liga metálica comum. Ela deve ainda armazenar nela a energia térmica retirada da tira. O elastômero com o qual é feito o rolo de apoio 14 possui, por exemplo, um coeficiente de condutibilidade térmico inferior a 1 W/m.K (watt por metro e por Kelvin) e uma capacidade calorífica elevada, por exemplo da ordem de 1000 J/kg.K (joule por quilograma e por Kelvin). O diâmetro do rolo 14 é de preferência compreendido entre um quarto e um décimo do diâmetro do rolo 10. Além disso, o comprimento desse rolo 14 é pelo menos ligeiramente superior à largura da tira 2. O funcionamento da instalação 1, que ilustra o processo de acordo com a presente invenção, é como segue: A tira 2 que provém a montante da instalação 1 de uma instalação contígua de produto, de uma bobina ou de uma instalação de aquecimento não representada, chega na entrada da instalação 1 em uma temperatura considerada quente, compreendida em particular entre a temperatura ambiente e uma temperatura elevada além da qual a matéria que constitui o rolo de apoio 14 corre o risco de se degradar, ou seja, por exemplo entre a temperatura ambiente e aproximadamente 200°C. Seu arraste pode ser pelo menos parcialmente assegurado pelo cilindro 8A. A tira 2 é, na saída do cilindro 8A, aplicada sobre o rolo de resfriamento principal 10, em torno do qual a tira forma o maior arco possível, por exemplo, de aproximadamente 240°, cujo intradorso está em contato direto com a face externa do cilindro 10. Durante sua aplicação sobre o rolo 10, o arco formado pela tira 2 é, de preferência, em sua área de início de enrolamento, mantido pressionado sobre esse rolo pelos rolos de apoio 14. A posição relativa do rolo 14 em relação à superfície externa do rolo 10 é pré-regulada, em particular, em função da espessura da tira 2, ou então comandada por meios de suporte elasticamente deformáveis de modo que o extradorso da tira 2 seja submetido a uma pressão de contato suficiente para aplainar a tira segundo sua largura, e para favorecer a transferência de calor da tira ao rolo de resfriamento 10, aumentando a superfície de contato entre o intradorso dessa tira e a face externa desse rolo. A pequena rigidez da matéria que forma os rolos de apoio limita os riscos de ocorrerem marcas no extradorso da tira, mesmo nos casos em que houver faita de paralelismo entre os eixos Z-Z e X-X. Além disso, a tira 2 apresenta então boa plainidade transversal.
Além disso, como a matéria que forma os rolos de apoio 14 é termo-capacitiva, uma parte do calor da tira é transferida da tira para o rolo de apoio, assegurando assim um resfriamento complementar da tira. O movimento da tira 2 arrasta o rolo de apoio 14 em rotação em torno de seu eixo, e o rolo 14 arrasta por sua vez o rolo de resfriamento secundário 16. A área de contato que mantém o rolo de apoio 14 com o rolo 16 permite a transferência de calor a partir da parte periférica do rolo 14 até o interior do rolo 16. Como a matéria que forma os rolos é altamente termo-capacitiva, o calor transferido da tira para o rolo de apoio 14 é armazenado na periferia do rolo 14 antes de ser transferido, por sua vez, para os rolos de resfriamento 16. A elasticidade da matéria que forma o rolo de apoio 14 assegura, mesmo em caso de falta de paralelismo entre os eixos Z-Z e X’-X\ a formação de uma grande superfície de contato entre o rolo Mea face externa do rolo 16 e, portanto, uma boa transferência de calor.
Na saída do rolo 10, a tira 2 se enrola em torno do cilindro defletor 8B e sai da instalação 1. O processo de acordo com a presente invenção permite, assim, resfriar de modo controlado a tira 2, sem danificar nem marcar suas superfícies. O resfriamento obtido é ao mesmo tempo homogêneo, assegurando com isso a homogeneidade da qualidade da tira resfriada, e de forma rápida, o que permite reduzir o tempo de resfriamento e, portanto, o comprimento da área correspondente. O uso de elastômero para formar os rolos de apoio 14 é pouco oneroso e o rolo de resfriamento secundário 16 é feito de acordo com uma tecnologia já existente. Além disso, a rede de circulação do fluido refrigerante enviado ao rolo de resfriamento principal 10 pode vantajosamente ser utilizada, por exemplo, por meio de derivações, para alimentar o rolo de resfriamento secundário 16. Em outras palavras, a partir de uma instalação de resfriamento preexistente, o custo de investimento para dispor de uma instalação de acordo com a presente invenção é mínimo.
Na Figura 2 é representada uma variante da instalação 1 que se distingue da variante da Figura 1 por, de um lado, a disposição, entre o rolo de resfriamento principal 10 e o rolo de resfriamento secundário 16, de dois rolos de apoio 14 em vez de um, e, de outro lado, a substituição do cilindro defletor de saída 8B por um segundo cilindro de resfriamento principal 12, por exemplo, análogo ao rolo 10. O funcionamento dessa instalação é sensivelmente análogo ao da Figura 1.
Exemplos de realizações de processos de acordo com a arte anterior e de acordo com a presente invenção com a instalação 1 da Figura 2 estão descritos a seguir. Nas duas tabelas abaixo estão resumidos os parâmetros de funcionamento dessa instalação: Tabela 1 Tabela 2 Na tabela a seguir são resumidos os resultados de ensaios: Tabela 3 Os ensaios 1 e 2 são realizados sem nenhum rolo de apoio, enquanto os ensaios 3 e 4 são realizados com os dois rolos de apoio 14 de elastômero como está representado na Figura 2.
Constata-se uma eficácia de resfriamento quinze vezes maior no primeiro rolo de resfriamento principal 10 quando ele é associado aos dois rolos de apoio 14, além de um aumento sensível no segundo rolo de resfriamento 12. Esses resultados traduzem o fato dos rolos de apoio 14 conferirem à tira 2 uma boa plainidade vertical, permitindo um resfriamento significativo e homogêneo na largura da tira. Medições de temperatura por termografia infravermelha confirmam, aliás, que o resfriamento de temperatura é bem homogêneo.
Além disso, no que se refere à temperatura atingida pelos rolos de apoio 14, pôde-se determinar que, localmente, a camada superficial de matéria dos rolos 14 pode atingir, durante um tempo bastante curto da ordem da duração do contato, a temperatura da tira 2 com a qual esses rolos estão em contato. Isso ocorre particularmente quando a velocidade de movimento da tira é pequena, por exemplo da ordem de 20 m/min para o exemplo de realização apresentado nas tabelas 1 e 2 acima.
Entretanto, quando a velocidade de movimento da tira aumenta, a duração de contato do elastômero sobre a tira não basta para que a troca de calor seja completa, e a temperatura do elastômero é então inferior à da tira.
Assim, para uma velocidade de movimento da ordem de 150 m/min, o que corresponde a uma velocidade de movimento para uma instalação industrial, e para uma temperatura de entrada da tira da ordem de 150°C, o elastômero atinge localmente no máximo uma temperatura da ordem de 100°C, o que corresponde a uma temperatura de serviço usual para a maior parte dos elastômeros vulcanizados.
Diversas modificações e variantes do processo e da instalação descritos acima podem ser considerados. Em particular, o número de rolos de apoio e de rolos de resfriamento secundário, suas dimensões, bem como suas modificações só estão limitadas pelo espaço livre disponível em torno do roio de resfriamento principal considerado. Toda combinação é possível, desde que cada rolo de apoio seja resfriado por pelo menos um rolo secundário. A título de exemplo, a Figura 3 representa um rolo de resfriamento principal 10 associado a cinco rolo de apoio Mea quatro rolos de resfriamento secundário 16.
Além disso, o ou os rolos de apoio 14 podem compreender estruturas em multicamadas, sendo que apenas a e/ou as camadas externas devem possuir as características de flexibilidade e de capacidade térmica detalhadas acima para realizar a presente invenção.
Ademais, o rolo de resfriamento 16 é substituível por outros meios de resfriamento, como sistemas com têmpera por jato de gás desde que esses meios formem com uma parte da face externa dos rolos de apoio uma área suficiente de escoamento de calor.
Claims (10)
1. PROCESSO DE RESFRIAMENTO DE UMA TIRA METÁLICA EM MOVIMENTO, do tipo no qual: - desloca-se continuamente a fita metálica (2) que vai ser resfriada; - dispõe a tira (2) sobre um rolo de resfriamento principal (10) móvel em torno de seu eixo (X-X) de modo que a tira forme um arco cujo intradorso delimita com a face externa do rolo de resfriamento principal uma área de contato adaptada para escoar para dentro desse rolo uma parte do calor da tira e - mantém-se a tira (2) em contato com o rolo de resfriamento (10) principal por meio de pelo menos um rolo de apoio (14) sobre o extradorso do arco formado pela tira, sendo que o pelo menos um rolo de apoio está disposto de modo sensivelmente paralelo ao rolo de resfriamento principal (10) e móvel em rotação em torno de seu eixo (Z-Z); sendo caracterizado pelo fato do pelo menos um rolo de apoio (14) ser constituído, pelo menos na periferia, por uma matéria elasticamente deformável e termo-capacitiva, e pelo fato de se escoar o calor transmitido pela tira (2) ao pelo menos um rolo de apoio (14) por meios de resfriamento secundário (16) adaptados para formar com uma parte da face externa do pelo menos um rolo de apoio (14) uma área de transferência de calor para esses meios de resfriamento secundário (16).
2. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada rolo de apoio (14) se estender sobre pelo menos toda a largura da fita (2) de modo a aplicar sobre o extradorso do arco formado pela ira uma pressão sensivelmente homogênea sobre toda essa largura.
3. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato da temperatura da fita (2), aplicada na entrada do rolo de resfriamento principal (10), ser inferior à temperatura de degradação da matéria que constitui o pelo menos um rolo de apoio (14).
4. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato da referida temperatura da fita aplicada na entrada ser inferior a aproximadamente 200°C.
5. INSTALAçãO DE RESFRIAMENTO DE UMA TIRA METÁLICA EM MOVIMENTO, que é deslocada continuamente, do tipo que compreende um rolo de resfriamento principal (10) sobre o qual é aplicada a tira (2) de modo a formar um arco cujo intradorso delimita com a face externa desse rolo (10) uma área de contato adaptada para escoar para dentro do rolo de resfriamento principal uma parte do calor da tira, e pelo menos um rolo (14) de apoio sobre o extradorso do arco formado pela tira, adaptado para manter a tira em contato sobre o rolo de resfriamento principal (10), sendo que o pelo menos um rolo de apoio está disposto de modo sensivelmente paralelo ao rolo de resfriamento principal e móvel em rotação em torno de seu eixo (Z-Z), caracterizada pelo fato do pelo menos um rolo de apoio (14) ser constituído, pelo menos na periferia, por uma matéria elasticamente deformável e termo- capacitiva, e pelo fato da instalação (1) compreender meios de resfriamento secundário (16) adaptados para formar com uma parte da face externa do pelo menos um rolo de apoio (14) uma área de transferência de calor para esses meios de resfriamento secundário a fim de escoar o calor transmitido pela tira (2) ao pelo menos um rolo de apoio.
6. INSTALAçãO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de cada rolo de apoio (14) ser realizado, pelo menos na periferia, de elastômero, em particular de silicone vulcanizado.
7. INSTALAçãO, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizada pelo fato da matéria que é constituído o pelo menos um rolo de apoio (14), pelo menos na periferia, possuir um coeficiente de condutibilidade térmica inferior a 1 W/m.K.
8. INSTALAçãO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizada pelo fato do diâmetro do pelo menos um rolo de apoio (14) ser entre aproximadamente um quarto e um décimo do diâmetro do rolo de resfriamento principal (10).
9. INSTALAçãO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizada pelo fato dos meios de resfriamento secundário compreenderem pelo menos um rolo de resfriamento secundário (16) móvel em rotação em torno de seu eixo (X’-X’) e disposto de modo sensivelmente paralelo ao(s) rolo(s) de apoio (14).
10. INSTALAçãO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 9, caracterizada pelo fato de compreender meios de alimentação com um fluido portador de calor, comuns ao rolo de resfriamentoprincipal (10) e aos meios de resfriamento secundário (16).
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