ES2237182T3 - Procedimiento de galvanizacion y recogido despues de la galvanizacion empleando un baño de zinc y aluminio. - Google Patents

Procedimiento de galvanizacion y recogido despues de la galvanizacion empleando un baño de zinc y aluminio.

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ES2237182T3 ES99958743T ES99958743T ES2237182T3 ES 2237182 T3 ES2237182 T3 ES 2237182T3 ES 99958743 T ES99958743 T ES 99958743T ES 99958743 T ES99958743 T ES 99958743T ES 2237182 T3 ES2237182 T3 ES 2237182T3
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Abstract

Procedimiento para recubrir un fleje de acero, comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes: proporcionar un baño de zinc fundido que presenta una concentración de aluminio eficaz de entre aproximadamente 0, 10% en peso y aproximadamente el 0, 15% en peso; mantener un valor de referencia del baño a una temperatura comprendida entre aproximadamente 440ºC y aproximadamente 450ºC; hacer circular zinc fundido para evitar una acumulación de escoria; sumergir el fleje de acero en el baño para recubrir el fleje, en el que el fleje presenta una temperatura de embocadura elevada; y dirigir el zinc fundido hacia el fleje sumergido para enfriar el fleje, caracterizado porque el fleje presenta una temperatura de embocadura comprendida entre aproximadamente 470ºC y aproximadamente 538ºC.

Description

Procedimiento de galvanización y recocido después de la galvanización empleando un baño de zinc y aluminio.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a procedimientos para recocido después de la galvanización y para la galvanización del acero. Más particularmente, la presente invención se refiere a procedimientos para recocido después de la galvanización por inmersión en caliente en continuo y para la galvanización del acero empleando un baño de zinc y aluminio fundidos.
Antecedentes de la invención
En el recocido después de la galvanización y la galvanización por inmersión en caliente en continuo de fleje de acero, se emplea un baño de zinc fundido. Antes de la entrada al baño, el fleje se somete normalmente a un tratamiento térmico en un horno. Una parte terminal del horno que se prolonga dentro del baño, llamada embocadura, sella el horno del aire circundante. Una vez que el fleje atraviesa la embocadura, el fleje se sumerge en el baño. Normalmente están dispuestos dos o más cilindros en el baño fundido. Un cilindro de inmersión invierte la dirección de desplazamiento del fleje en el baño y un par de cilindros estabilizadores en el baño estabilizan y guían al fleje a través de las cuchillas de recubrimiento.
En la producción de productos galvanizados y recocidos después de la galvanización, el aluminio está normalmente presente en el baño de zinc fundido para controlar el crecimiento de aleaciones de zinc-hierro. No se desea la aleación de zinc-hierro de las superficies de contacto sobre el acero galvanizado, ya que produce baja adherencia del recubrimiento de zinc al fleje. Normalmente, se utiliza un contenido de aluminio relativamente bajo para el recocido después de la galvanización (por ejemplo, de 0,13 a 0,15% en peso) y se utiliza un contenido de aluminio relativamente alto para la galvanización (por ejemplo, de 0,16 a 0,2% en peso).
En algunos procedimientos convencionales, se utilizan dos baños en una línea de producción con el fin de producir tanto acero galvanizado como recocido después de la galvanización. En estos procedimientos, se necesita un baño para proporcionar un contenido de aluminio relativamente bajo para el recocido después de la galvanización y se necesita un segundo baño para proporcionar un contenido de aluminio relativamente alto para la galvanización. Sin embargo, dos baños son desfavorables, ya que la línea debe pararse con el fin de pasar de un baño al otro baño. Además, dos baños reducen la flexibilidad de la planificación para la producción de acero recocido después de la galvanización y galvanizado. Además, un segundo baño es un gasto de equipo adicional.
En las líneas de producción convencionales que emplean un solo baño, el contenido de aluminio se carga gradualmente entre el recocido después de la galvanización y la galvanización. Esto puede dar como resultado la producción de acero galvanizado de baja calidad durante la transición desde el recocido después de la galvanización hasta la galvanización, ya que durante la transición el contenido de aluminio puede ser demasiado bajo para la galvanización. Por ejemplo, generalmente no pueden producirse productos con requisitos críticos de calidad superficial durante la transición, ni pueden producirse aceros con ultra bajo contenido de carbono desgasificados a vacío, que son sumamente reactivos, ni pueden producirse aceros de alta resistencia. Además, los procedimientos convencionales presentan generalmente una escasa circulación de baño, que da como resultado una variación relativamente alta en la composición y temperatura del baño. Una escasa circulación de este tipo puede agravar los problemas encontrados durante la transición desde el recocido después de la galvanización hasta la galvanización en procedimientos convencionales que emplean un solo baño.
En los procedimientos convencionales de galvanizado por inmersión en caliente puede formarse un compuesto intermetálico de hierro-zinc o hierro-zinc-aluminio no deseado, llamado escoria. La captación de escoria sobre los cilindros en el baño y su posterior transferencia a la superficie del fleje, donde producen granos y defectos de transferencia de impresión, es un problema importante de los productos recocidos después de la galvanización y productos galvanizados expuestos. Las imperfecciones superficiales producidas por las partículas de escoria son especialmente visibles cuando se aplican acabados de pintura de alto brillo al acero recubierto, que es común en las industrias automotriz y de aparatos eléctricos. La utilización de cilindros recubiertos de carburos cementados en el baño reduce, pero no elimina completamente, estos defectos.
Además de producir defectos superficiales, la formación de escoria puede aumentar directamente el coste de producción. El zinc es una de las materias primas más caras utilizadas en la producción de acero galvanizado y recocido después de la galvanización. Los costes de producción aumentan debido a que el peso de la escoria es normalmente una media de aproximadamente del 8 al 10% del zinc consumido durante la producción.
Los procedimientos convencionales emplean generalmente baños con alto contenido de aluminio para la galvanización y con bajo contenido de aluminio para el recocido después de la galvanización. El bajo contenido de aluminio del baño durante el recocido después de la galvanización puede conducir a una formación excesiva de escoria y a una captación de escoria por parte del fleje durante el recocido después de la galvanización. Además, la acumulación de escoria en el fondo del baño puede limitar la longitud de un ciclo de producción de recocido después de la galvanización y puede requerirse una transición a la galvanización para eliminar la escoria de fondo mediante una conversión química con una adición alta de aluminio. Si la acumulación de escoria de fondo es muy grande, puede paralizarse la línea de producción para eliminar la escoria de manera mecánica.
El alto contenido de aluminio del baño durante la galvanización puede conducir a un contenido excesivamente alto de aluminio en el recubrimiento durante la galvanización. Un alto contenido de aluminio para la galvanización también es perjudicial para la transición desde la galvanización hasta el recocido después de la galvanización, así como para la transición inversa, ya que pueden requerirse varias horas para completar la transición desde un contenido de aluminio hasta otro. La transición desde el recocido después de la galvanización hasta la galvanización y viceversa es cara ya que el cambio del contenido de aluminio en el baño produce productos de escasa calidad durante la transición desde el recocido después de la galvanización hasta la galvanización y viceversa. Por tanto, utilizando procedimientos convencionales es difícil producir productos de acero recubierto de calidad expuestos o aceros con ultra bajo contenido de carbono desgasificados a vacío o aceros de alta resistencia utilizando un solo baño para tanto el recocido después de la galvanización como la galvanización. Una razón para la escasa calidad superficial durante la transición es que la escoria de fondo se está convirtiendo en una escoria de la parte superior o flotante a medida que el contenido de aluminio aumenta durante la transición hasta la galvanización, dando como resultado la captación de escoria por parte del fleje.
Aunque generalmente se requiere aluminio en el baño para controlar el crecimiento de aleaciones de hierro-zinc durante la galvanización y el recocido después de la galvanización y para reducir la cantidad de escoria, no se desea aluminio en exceso. Por ejemplo, demasiado aluminio en el recubrimiento puede disminuir la soldabilidad por puntos del producto.
Una temperatura alta en el baño aumenta la solubilidad del hierro en el baño, lo que estropea el contenido del baño, al producir una formación tanto de escoria de la parte superior como de fondo atribuida a la saturación de hierro. En un baño de zinc que está saturado con hierro, incluso un pequeño cambio en la temperatura del baño produce una precipitación de compuestos de escoria. Por tanto, es ventajoso (a) disminuir el contenido de hierro en el baño de zinc desde un estado saturado mediante el uso de una temperatura del baño de galvanización baja y constante y (b) mantener el contenido de hierro cercano al límite de solubilidad y por tanto minimizar la precipitación de partículas de escoria procedentes del zinc fundido. Estas partículas son una combinación de escoria de fondo (FeZn_{7}) y escoria de la parte superior (Fe_{2}Al_{5}). Estas partículas se describen muy detalladamente en la publicación de Kato et al., titulada Dross Formation and Flow Phenomenon in Molten Zinc Bath, Actas de la conferencia Galvatech de 1995, Chicago, 1995, páginas 801-806. Esta publicación es material de antecedentes que explica los tipos de partículas de escoria que se forman en el contexto en el que rige la presente invención.
Si el fleje está más caliente que el baño cuando el fleje se sumerge en el baño, el baño puede sobrecalentarse, lo que produce un aumento de la disolución de hierro del fleje en el baño. El fleje está más caliente que el baño en la embocadura (es decir, cerca del punto de inmersión) a menos que el fleje se enfríe suficientemente tras el tratamiento térmico que se produce antes de la inmersión en el baño. En procedimientos convencionales, la temperatura del baño es relativamente alta (por ejemplo, aproximadamente 460ºC) para evitar la congelación del zinc en la superficie del baño tanto si se emplea un solo baño como dos baños para el recocido después de la galvanización y la galvanización. Sin embargo, la utilización de un baño o baños considerablemente refrigeradores puede producir que el zinc se congele en la superficie del baño debido a la escasa circulación en los baños convencionales y debido a la pequeña diferencia entre la temperatura de inmersión del fleje y la temperatura del baño.
Tanto las altas temperaturas del baño como la formación de escoria pueden disminuir la vida útil de los cilindros al aumentar la abrasión y la erosión. Además, otros componentes en el baño, tales como casquillos y manguitos, presentan vidas útiles reducidas debido a las altas temperaturas del baño y a la formación de escoria. Las vidas útiles reducidas de componentes de este tipo aumentan directamente los costes (por ejemplo, costes de sustitución) e indirectamente (por ejemplo, cese de la producción cuando se sustituyen los componentes).
Como consecuencia de los problemas anteriores, los galvanizadores que utilizan un baño de zinc están forzados a utilizar una planificación en línea especial (por ejemplo, planificación para producir flejes recubiertos de calidad expuestos mientras los cilindros son nuevos) y operaciones de mantenimiento (por ejemplo, limpieza mecánica del baño), que son muy costosas, con el fin de producir productos de calidad superficial alta entre los ciclos de producción de acero galvanizado de baja calidad y acero recocido después de la galvanización de baja calidad. Por tanto, la cantidad de producto de calidad expuesto producido utilizando procedimientos convencionales de un solo baño es inferior a capacidad de la línea de producción para producir fleje recubierto.
La electrogalvanización, en vez de la galvanización por inmersión en caliente, se emplea frecuentemente para producir productos destinados a utilizarse en aplicaciones expuestas, ya que el procedimiento de electrogalvanización convencionalmente ha dado como resultado una mejor calidad superficial. Sin embargo, la electrogalvanización es relativamente cara en comparación con el recocido después de la galvanización por inmersión en caliente o la galvanización por inmersión en caliente.
Sumario de la invención
Un primer aspecto de la invención es un procedimiento para recubrir un fleje de acero, comprendiendo el procedimiento las etapas de:
proporcionar un baño de zinc fundido que presenta una concentración de aluminio eficaz comprendida entre aproximadamente 0,10% en peso y aproximadamente el 0,15% en peso;
mantener un valor de referencia del baño a la temperatura comprendida entre aproximadamente 440ºC y aproximadamente 450ºC;
hacer circular zinc fundido para evitar una acumulación de escoria;
sumergir el fleje de acero en el baño para recubrir el fleje, en el que el fleje presenta una temperatura de embocadura elevada; y
dirigir el zinc fundido hacia el fleje sumergido para enfriar el fleje,
caracterizado porque el fleje presenta una temperatura de embocadura comprendida aproximadamente entre 470ºC y aproximadamente 538ºC.
A partir de la patente US 4 971 842 A, se da a conocer un procedimiento que comprende los rasgos precaracterísticos del párrafo precedente. La patente US 4.971.842 A da a conocer una temperatura de embocadura de "más de 550ºC" y en un ejemplo específico aproximadamente de 650ºC.
La circulación del zinc fundido sirve para homogeneizar la temperatura y el aluminio del baño.
El procedimiento puede comprender las etapas de mantener el valor de referencia del baño a una temperatura comprendida entre aproximadamente 445ºC y aproximadamente 450ºC y mantener la temperatura del baño en el intervalo de 1ºC del valor de referencia. El baño de zinc fundido puede presentar una concentración de aluminio eficaz de 0,13 a 0,14% en peso. Un aspecto adicional del procedimiento es que la superficie del baño puede permanecer completamente fundida dependiendo de la posición de los medios de calentamiento del baño (por ejemplo, inductores).
Si el fleje comprende acero de baja aleación de alta resistencia o acero con bajo contenido en carbono calmado con aluminio, el fleje presenta preferentemente una temperatura de embocadura de aproximadamente 510ºC. Si el fleje comprende acero desgasificado a vacío con contenido de carbono ultra bajo o extra bajo, entonces el fleje presenta preferentemente una temperatura de embocadura de aproximadamente 471ºC.
Otro aspecto de la presente invención es un procedimiento para producir acero galvanizado y recocido después de la galvanización que presente una superficie de calidad alta. Este procedimiento comprende las etapas siguientes:
proporcionar un baño de zinc fundido que presenta una concentración de aluminio eficaz; mantener el valor de referencia del baño a una temperatura de aproximadamente de 440ºC a aproximadamente 450ºC; y recubrir los flejes de acero mediante inmersión de los flejes en el baño para producir de manera sustancial galvanizados libres de escoria y flejes recocidos después de la galvanización. La concentración de aluminio eficaz del baño durante la galvanización es sustancialmente similar a la concentración de aluminio eficaz del baño durante el recocido después de la galvanización.
En algunas realizaciones, la concentración de aluminio eficaz del baño varía en no más del 0,01% en peso entre el recocido después de la galvanización y la galvanización. La concentración de aluminio eficaz del baño durante la galvanización puede ser idéntica a la concentración de aluminio eficaz del baño durante el recocido después de la galvanización.
El valor de referencia del baño puede mantenerse a una temperatura comprendida entre aproximadamente 445ºC y aproximadamente 450ºC y la temperatura del baño puede mantenerse en el intervalo de 1ºC del valor de referencia. El valor de referencia puede mantenerse a una temperatura de aproximadamente 447ºC. La concentración de aluminio eficaz en el baño puede ser aproximadamente del 0,10% en peso a aproximadamente el 0,15% en peso y preferentemente es del 0,13 al 0,14% en peso. Los flejes pueden presentar temperaturas de inmersión o de embocadura en el intervalo de aproximadamente de 470ºC a aproximadamente 538ºC.
El procedimiento puede incluir las etapas de dirigir el zinc frío desde el fondo del baño hacia los flejes que están sumergidos en el baño para evitar la formación de un punto caliente adyacente a los flejes sumergidos, evitando de ese modo la evaporación del zinc y enfriar rápidamente los flejes sumergidos para aproximarse a la temperatura del baño.
Si un fleje comprende acero de baja aleación de alta resistencia o acero con bajo contenido de carbono calmado con aluminio, el fleje presenta preferentemente una temperatura de embocadura de aproximadamente 510ºC. Si un fleje comprende acero desgasificado a vacío con un contenido de carbono ultra bajo o extra bajo, el fleje presenta preferentemente una temperatura de embocadura de aproximadamente 471ºC.
El procedimiento puede producir productos galvanizados y recocidos después de la galvanización que presentan adherencia de recubrimiento, calidad superficial y soldabilidad por puntos excelentes. Una superficie del baño puede permanecer completamente fundida durante el recubrimiento.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama esquemático que representa un modelo de flujo del sistema descrito en la patente US nº 4.971.842.
La figura 2(a) es un diagrama esquemático que representa una vista lateral del refrigerador/limpiador de la presente invención y el nuevo modelo de flujo del procedimiento inventivo.
La figura 2(b) es un diagrama esquemático que representa una vista frontal del dispositivo de control de flujo de zinc fundido.
La figura 3 es un diagrama esquemático que representa la cámara de boquillas del sistema de la presente invención y el flujo de líquido que se produce cuando se lleva a cabo el procedimiento de la presente invención.
La figura 4 es un diagrama esquemático que representa una placa deflectora o cámara impelente que contiene boquillas.
Las figuras 5(a) y (b) son diagramas esquemáticos que representan dos vistas de las boquillas utilizadas para inyectar el zinc a lo largo de la longitud y a ambos lados del fleje de acero.
Las figuras 6(a) a 6(c) son diagramas de proceso que representan una comparación de varios aspectos de funcionamiento de la técnica convencional y de la presente invención.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
Una disposición de galvanización y recocido después de la galvanización para tratar un fleje de acero en continuo forma parte de una línea de recubrimiento en continuo y comprende un baño de zinc y aluminio fundidos. En el baño está colocado un aparato para enfriar el baño, como se tratará más detalladamente a continuación.
El fleje puede tratarse de manera convencional antes de alcanzar un conducto terminal, o embocadura, de la última zona de un horno de termodifusión. La embocadura se prolonga dentro del baño, sellando de ese modo el horno del aire circundante. Un procedimiento convencional de este tipo antes de alcanzar la embocadura puede incluir una limpieza química mediante inmersión en disolución de hidróxido de sodio y pulido, limpieza electrolítica, aclarado y secado. Tras la limpieza química, normalmente se recuece el fleje antes de alcanzar la embocadura. Los refrigeradores de chorro antes de la embocadura disminuyen la temperatura del acero hasta la temperatura de la embocadura, que se define como la temperatura del fleje cuando entra en el baño.
La figura 1 es un diagrama esquemático que representa un modelo de flujo del sistema descrito en la patente US nº 4.971.842. Las figuras 2(a) y 2(b) describen un sistema global adecuado para llevar a la práctica la presente invención. Como parte del procedimiento inventivo, un fleje 2 de acero recocido se desplaza a través de un baño 3 de zinc alrededor de un cilindro de inmersión 4 y entre uno o más cilindros estabilizadores 5 que aplanan el fleje antes de que el fleje pase entre las cuchillas de chorro de gas que controlan el espesor del recubrimiento. Puede utilizarse un medio gaseoso, tal como nitrógeno, en las cuchillas de chorro de gas. Tras las cuchillas de chorro de gas, pueden utilizarse boquillas de chorro de gas o boquillas nebulizadoras de agua para enfriar el fleje cuando sale del baño para solidificar el recubrimiento. Las etapas de proceso antes de que el fleje alcance la embocadura y las etapas del proceso después de que el fleje salga del baño, pueden llevarse a cabo de manera convencional. Las patentes US nº 4.361.448, nº 4.759.807 y nº 4.971.842 dan a conocer disposiciones para guiar un fleje dentro de un baño fundido y fuera del baño fundido, aunque ninguna de estas patentes proporciona un baño libre de escoria y un recubrimiento libre de escoria. Otra disposición para guiar un fleje dentro de un baño fundido y fuera del baño fundido se da a conocer en la solicitud de patente US nº de serie 09/015.551, presentada el 29 de enero de 1998. La solicitud de patente en tramitación junto con la presente también da a conocer un aparato para enfriar un baño fundido, como se describe más adelante.
La unidad 6 de boquillas que aplica zinc al acero incluye boquillas superiores 7 y boquillas inferiores 8 (como se representan en las figuras 3 y 4). A diferencia de esto, el refrigerador de la patente US 4.971.842 presenta una boquilla superior 7 y una boquilla inferior 8, ambas formadas como ranuras uniformemente sobre el ancho de la unidad 6 sin la configuración de sombra de la placa impelente 9 (figura 4) que incluye una pluralidad de boquillas 8 dispuestas para dirigir el zinc fundido a ángulos de sustancialmente 90º a lo largo de la longitud del fleje. Además, el refrigerador/limpiador de la presente invención presenta una pluralidad de boquillas superiores 7 alargadas, como se muestra en la figura 4. Además, las boquillas inferiores 8 son redondas y están formadas en la configuración de la placa 9 impelente.
El área de descarga de las boquillas 7 y 8 debería cubrir al menos el 50% del área del fleje 2 de acero a lo largo de la longitud de A a B del fleje 2 de acero, como se representa en la figura 2(a). Esto es, a diferencia de la única boquilla inferior 8, como se describió en la patente US nº 4.971.842 y se representa en la figura 1. En el sistema de la presente invención, las boquillas 8 están montadas en la placa 9 impelente, de modo que una mitad de la longitud de la boquilla está sobre un lado y la otra mitad del otro lado de la línea media de la placa impelente. Esta disposición proporciona el flujo más eficaz de zinc frente a la lámina de acero.
Dentro de la cámara 6 de boquillas, el zinc contaminado con escoria se bombea hacia el fleje de acero con el fin de adherir las partículas de escoria a la superficie del fleje 2 de acero. Esta acción elimina la escoria fuera del baño de zinc como parte del recubrimiento de zinc sobre el fleje de acero. Como consecuencia, el acero tratado posteriormente se trata en un baño de zinc libre de escoria puesto que se ha sacado toda la escoria por adhesión a los flejes de acero tratados previamente. Con el fin de adherir las partículas de escoria de manera eficaz al fleje de acero, el flujo de zinc desde las boquillas 8 debe dirigirse para golpear el fleje desde una dirección casi perpendicular en vez de moverse paralelamente al fleje como es el caso del refrigerador de la patente US nº 4.971.842, representado en la figura 1.
Con el fin de desarrollar flujo suficiente para adherir las partículas de escoria al fleje 2, el área de las boquillas 8 de la invención debería ser la misma que dos veces el área de alojamiento de la bomba 10 como se midió en el agitador 17. Regulando la velocidad de rotación de la bomba, y por tanto, el volumen de material que se mueve, puede ajustarse la velocidad de flujo del zinc desde las boquillas 7 y 8. La cantidad de zinc movida hacia el fleje 2 de acero puede monitorizarse y controlarse mediante desviación del material (aproximadamente el 2% del zinc total en baño) desde una columna de zinc a través de una ranura 12 en el alojamiento 11 por encima de la superficie 3 del baño de zinc. La ranura 12 tiene preferentemente 25 mm de ancho y 100 mm de alto. El alojamiento 11 está unido al alojamiento de la bomba 10 y se prolonga desde por debajo de la superficie del baño de zinc y se prolonga por encima de la superficie del baño de zinc. El nivel de zinc en la ranura se desvía desde el flujo de zinc principal creado por la bomba 10, pero es indicativo del nivel de zinc adecuado en el baño total. Además, mediante el ajuste de pequeñas cantidades de zinc desviándolas desde o añadiéndolas al flujo principal de zinc aplicado al acero, es posible ajustar de manera precisa los niveles de zinc para un baño óptimo y la generación de la mínima cantidad de escoria. Este dispositivo de control no está presente en la patente US nº 4.971.842.
Preferentemente, una columna de 5 mm de zinc (por encima de la superficie 3 del baño) se corresponde con el bombeo de 1000 toneladas de zinc por hora, y una columna de 10 mm es adecuada para 2000 toneladas de zinc por hora. Por debajo de 5 mm, el flujo de zinc es demasiado pequeño y por encima de 10 mm el flujo de zinc es demasiado alto, creando problemas de erosión del material. Por tanto, el flujo de zinc de la invención está asegurado manteniendo una columna de zinc de preferentemente igual a 5 mm a 10 mm en la ranura 12.
Tras el tratamiento de tres bobinas de acero, como se indica en la figura 6(c), el zinc que sale por la unidad 6 de boquillas es una masa fundida de zinc casi libre de escoria, ya que de manera casi todas las partículas de escoria se han adherido al fleje 2 del acero de las bobinas previamente tratadas. Por tanto, el flujo de zinc a cada lado y por debajo del cilindro 4 no puede crear ninguna acumulación de escoria sobre el rodillo 4. Tampoco hay escoria adicional depositada sobre el fleje 2.
La placa deflectora 13 está colocada por debajo del rodillo 4 inferior. Este flujo de zinc mantendrá la superficie del rodillo 4 inferior limpia y evita cualquier acumulación de escoria sobre él. Por tanto, no se requiere ninguna rasqueta mecánica, como es necesaria en los sistemas convencionales, para eliminar la acumulación de escoria del rodillo. Un cono 14 (figura 2(b)) al final de la placa deflectora 13 dirige una parte del flujo de zinc libre de escoria al cojinete 15 del rodillo 4 de inmersión unido al brazo 16. Este flujo minimiza la erosión/desgaste del cojinete del rodillo debido a partículas de escoria duras que pueden estar en el baño durante las fases previas (tres primeras bobinas) de tratamiento.
La división del volumen de zinc V manejado por la bomba 10 se ilustra en la figura 2(a). Aproximadamente el 40% del volumen del zinc manejado por la bomba fluye por debajo de rodillo 4 inferior, mientras que aproximadamente el 30% fluye por encima del rodillo. Aproximadamente el 15% del volumen del zinc manejado por la bomba fluye hacia fuera por encima de la parte superior de la unidad 6 de boquillas a cada lado del fleje 2 de acero. Todo este volumen de zinc fluye de vuelta a través de la bomba y constituye aproximadamente el 98% del zinc en el baño. El otro 2% se desvía al alojamiento 11, fluyendo a través de la ranura 12.
El área de todas las boquillas 7 y 8 debe ser sustancialmente igual a dos veces el área del alojamiento 10 de la bomba. Por consiguiente, el flujo de salida de zinc de la ranura 12 es indicativo del incremento crítico de las cantidades de zinc que deberían estar disponibles en el baño para lograr el procedimiento adecuado que dará como resultado un baño libre de escoria y finalmente un producto libre de escoria.
Las boquillas 8 de la invención son preferentemente tubulares con un diámetro de entre 70 y 100 mm y una longitud superior a 0,7 del diámetro de la boquilla. El material de la unidad 6 es AISI 316 L (colado) o DIN 1.449. Sin embargo, lo más importante para la unidad 6 es que sea una estructura completamente austenítica, es decir, libre de ferrita y la cantidad de ferrita debería ser inferior al 0,2%. También, el material debería moldearse por colada sin ningún conformado por doblado o en frío tras la colada.
El aparato crea el modelo de flujo como se muestra en la figura 2 sin zonas "muertas" en el baño 3 de zinc y con uniformidad química en todo el baño de zinc. Este modelo de flujo hace posible lograr un procedimiento de llevar a cabo la galvanización por inmersión en caliente con una composición del baño de zinc libre de escoria y con calentamiento mínimo localizado del zinc cerca de la embocadura. Los modelos de flujo del sistema convencional y el sistema tal como se muestra en la figura 1, han resultado insuficientes para proporcionar homogeneidad química adecuada y así no pueden alcanzar una composición del baño libre de escoria y el resultante producto libre de escoria.
Los resultados de estas pruebas en una realización preferida de la presente invención se proporcionan a continuación y en las figuras 6(a) a 6(b) para ilustrar algunos de los detalles específicos del procedimiento inventivo para galvanizar fleje de acero. Se han llevado a cabo ensayos a escala industrial para comparar el refrigerador de la patente US nº 4.971.842 con el refrigerador/limpiador de la presente invención. Si la temperatura de inmersión del fleje es demasiado alta, la reactividad del baño será demasiado alta, dando como resultado escoria en suspensión. La presente invención funciona para lograr el baño libre de escoria y posterior producto libre de escoria a una temperatura de inmersión del fleje razonable, preferentemente de aproximadamente 470ºC a aproximadamente 538ºC para la temperatura del fleje de acero, preferentemente de aproximadamente 440ºC a aproximadamente 450ºC para el valor de referencia de la temperatura del baño, y más preferentemente de aproximadamente 445ºC a aproximadamente 450ºC para el valor de referencia de la temperatura del baño. Cuando la temperatura del baño es inferior a aproximadamente 445ºC, puede producirse alguna congelación del zinc en la superficie del baño, que hace más difícil la eliminación de la escoria de la parte superior mediante desescoriado.
Como se ve en la figura 2(a), el refrigerador del baño incluye un intercambiador 19 de calor primario que comprende un haz de tubos 20 de acero inoxidable en forma de U que llevan nitrógeno y agua desionizada como líquido refrigerante a lo largo del baño. El líquido refrigerante (encerrado en los tubos 20) entra en el baño a una temperatura de aproximadamente 90ºC a aproximadamente 100ºC y sale del baño a una temperatura de aproximadamente 250ºC a aproximadamente 350ºC. Un intercambiador de calor secundario (no mostrado) fuera del baño reduce la temperatura del líquido refrigerante desde un intervalo de aproximadamente 250ºC a aproximadamente 350ºC hasta un intervalo de aproximadamente 30ºC a aproximadamente 50ºC. Entonces, después de que un ventilador recircule de vuelta la atmósfera dentro del intercambiador 19 de calor primario, se devuelve el líquido refrigerante al baño a una temperatura de aproximadamente de 90ºC a aproximadamente 100ºC.
Por tanto, el aparato puede controlar la temperatura del zinc que fluye a través de las boquillas para que sea de 0,1 a 3 grados Celsius inferior a la temperatura de funcionamiento del baño de zinc. La temperatura de funcionamiento del baño de zinc se mantiene a \pm 1ºC con respecto al valor de referencia. Cuando el valor de referencia se mantiene constante, no se produce transición de la temperatura del baño y se dice que la temperatura del baño está en el estado estacionario.
Las boquillas superiores 7 dirigen el flujo de zinc de manera oblicua hacia el fleje de acero, preferentemente en contra de la dirección de desplazamiento del mismo, evitándose el calentamiento del zinc dentro de la embocadura y evitándose la formación de vapores de zinc en el horno, que en ultima estancia previene la formación de escoria en el baño y mejora la adherencia del recubrimiento. Las boquillas inferiores 8 dirigen el flujo de zinc y pueden, por ejemplo, dirigir el flujo perpendicularmente hacia el fleje de acero. La cantidad total del flujo de zinc puede controlarse mediante la velocidad de rotación de la bomba 10.
Dos agitadores 17 o propulsores localizados en la bomba 10 a cada lado de los tubos 20 de acero inoxidable en forma de U sacan el zinc relativamente frío hacía arriba, desde el fondo del baño para atravesar las boquillas cerca de la embocadura. Entonces, el zinc frío enfría el fleje rápidamente a medida que el fleje entra en el baño. Además, como los agitadores 17 hacen recircular el zinc, se minimiza o evita un calentamiento localizado del zinc cerca de la embocadura.
Como se muestra en la tabla I, el refrigerador/limpiador puede producir un producto con recubrimiento libre de escoria.
TABLA I
1
Se ha medido el contenido de hierro y aluminio mediante análisis químico de las muestras sacadas del baño de zinc. La solubilidad de hierro con respecto a zinc a 447ºC es del 0,020% en peso cuando el contenido de aluminio es del 0,14%. Por tanto, el contenido de hierro del baño es igual a la solubilidad del hierro. Como consecuencia, el procedimiento de la invención es capaz de mantener un baño de zinc libre de escoria para producir un producto libre de escoria.
Las tres gráficas de las figuras 6(a) a 6(c) representan los resultados de utilizar la presente invención en contraposición a lo que ocurre cuando se utiliza el sistema de la patente US nº 4.971.842. En particular, la eficacia del sistema (eficacia=eliminación de escoria por unidad de tiempo) de la presente invención es superior en comparación a la de la patente US nº 4.971.842. Esto se ilustra en la gráfica 6(c), que ilustra la eliminación de escoria durante un periodo de tiempo, para una pluralidad de bobinas que se tratan. Cada una de las bobinas es de aproximadamente 20 toneladas de acero y necesita 30 minutos para tratarse. En el tiempo en el que la tercera bobina se trata, el funcionamiento de la presente invención es de tal manera que elimina rápidamente las partículas de escoria del baño de zinc saturado con hierro. Posteriormente, la bobina 4 se convierte en la primera bobina tratada en un medio libre de escoria, que es el objeto de la presente invención. Ha sido imposible lograr este resultado con el sistema de la patente US nº 4.971.842.
En muchos procedimientos convencionales, el fleje debe enfriarse a aproximadamente 460ºC en la embocadura para evitar la formación de aleaciones de hierro-zinc sobre el fleje mientras está en el baño. Debido a que la presente invención minimiza el enfriamiento del fleje antes de la inmersión del fleje, como se muestra en los dos ejemplos inmediatamente a continuación, puede aumentarse el rendimiento del fleje.
Para un fleje compuesto de acero de baja aleación de alta resistencia o acero ordinario con bajo contenido de carbono calmado con aluminio, la temperatura de inmersión del fleje o la temperatura de la embocadura tanto para la galvanización como para el recocido después de la galvanización puede ser tan baja como aproximadamente 471ºC, preferentemente es aproximadamente de 510ºC y puede ser de hasta aproximadamente 538ºC. Sin embargo, cerca de 538ºC puede empezar a producirse la evaporación del zinc y tiene lugar un ligero aumento de la formación de escoria.
Para un fleje compuesto de aceros desgasificados a vacío, tanto estabilizados como no estabilizados, la temperatura del fleje en la inmersión o en la embocadura tanto para la galvanización como para el recocido después de la galvanización es preferentemente de aproximadamente 471ºC, pero también puede ser desde aproximadamente 471ºC hasta aproximadamente 510ºC. A temperaturas superiores se produce más crecimiento de aleaciones de hierro-zinc.
En los dos ejemplos inmediatamente anteriores, se prefiere una temperatura del baño de 447ºC, pero es adecuada cualquier temperatura del baño en el intervalo de aproximadamente de 445ºC a aproximadamente 450ºC.
La concentración de aluminio eficaz en el baño es próxima a y a la derecha del punto de codo del diagrama de solubilidad ternario de hierro-zinc-aluminio. El aluminio eficaz no incluye aluminio que está inmovilizado en aleaciones intermetálicas. En otras palabras, el aluminio eficaz se define como el aluminio en disolución en el baño que puede controlar la formación de aleaciones de hierro-zinc entre el recubrimiento y el acero. Las concentraciones de aluminio eficaz de aproximadamente del 0,10% en peso a aproximadamente el 0,15% en peso son adecuadas para su uso según la presente invención para la producción de tanto acero galvanizado como recocido después de la galvanización del mismo baño fundido. Las concentraciones de aluminio eficaz preferidas son desde el 0,12 al 0,15% en peso para la producción tanto de acero galvanizado como recocido después de la galvanización del mismo baño fundido y las concentraciones de aluminio eficaz más preferidas son desde el 0,13 al 0,14% en peso. Las concentraciones de aluminio eficaz se midieron utilizando un sensor dinámico que fue desarrollado por el Nagoya Institute of Technology y que se describió en el artículo Development of Al Sensor in Zn Bath for Continuous Galvanizing Processes, de S. Yamaguchi, N. Fukatsu, H. Kimura, K. Kawamura, Y. Iguchi y T. O-Hashi, Actas de Galvatech 1995, páginas 647-655 (1995). El sensor dinámico fue fabricado por Yamari Industries Ltd. de Japón y comercializado por
Cominco.
Si la concentración de aluminio eficaz está justamente al lado derecho del punto de codo del diagrama de solubilidad ternario de hierro-zinc-aluminio, la formación de escoria es aceptablemente baja (la formación de escoria disminuye normalmente con un contenido creciente de aluminio) y las transiciones desde la galvanización hasta el recocido después de la galvanización y viceversa son relativamente fáciles. Además, el contenido de aluminio relativamente bajo que resulta de trabajar justo a la derecha del punto de codo del diagrama de solubilidad ternario de hierro-zinc-aluminio da como resultado un producto con menos aluminio en el recubrimiento que el producido convencionalmente, que conduce a una soldabilidad por puntos mejorada.
Normalmente, la concentración de aluminio de los recubrimientos producidos convencionalmente es de 2,5 a 4 veces la concentración de aluminio del baño, dependiendo de la temperatura del baño, la temperatura del fleje, el peso del recubrimiento y de otros factores. La concentración de aluminio de los recubrimientos producidos por la presente invención varía entre aproximadamente de 1,5 a 2,5 veces de la concentración de aluminio del baño.
En el baño de la presente invención son importantes la uniformidad de la temperatura y la composición y la circulación del baño ayuda a conseguir ambas características. En procedimientos convencionales, sólo el movimiento del fleje y los cilindros en el baño, y la fuerza producida por los inductores del baño, dan como resultado la circulación del zinc. Una circulación mínima de este tipo conduce a temperaturas irregulares y a una composición no uniforme en todo el baño. Además, como el aluminio es más ligero que el zinc, el aluminio fluye a la superficie del baño, aumentándose adicionalmente la no uniformidad de la composición.
Cuando se trabaja cerca del punto de codo del diagrama ternario de hierro-zinc-aluminio usando procedimientos convencionales, se presentan varios gradientes en el baño Además, si el aluminio es bajo en un procedimiento convencional, el contenido de hierro aumenta. Por tanto, se forma más escoria de fondo. Por tanto, las variaciones de la temperatura del baño alta y temperatura alta pueden conducir a formación de escoria.
El empleo de los procedimientos de la presente invención mejora la adherencia del recubrimiento ya que contiene una capa más fina de aleación de hierro-aluminio con contenido de aluminio bajo. La adherencia mejorada se logró con pesos de recubrimiento de 88 y 145 g/m^{2}/lado. Por tanto, resultó una calidad superficial superior ya que no hubo casi captación de escoria por parte del fleje durante las condiciones de estado estacionario. Por tanto, la velocidad del fleje en la línea (o producción) fue más rápida, ya que el procedimiento no se limitó a la velocidad de refrigeración por chorro de aire frío previa a la inmersión del fleje.
El peso de la escoria formada era sólo de media de aproximadamente del 6 al 7% del zinc consumido durante los ejemplos anteriores de la presente invención, en comparación con aproximadamente del 8 al 10% en los procedimientos de recubrimiento convencionales. Mientras que los procedimientos de galvanización convencionales que emplean menos del 0,15% de aluminio en el baño fundido normalmente producen fleje que presenta una adherencia de recubrimiento escasa y mucha captación de escoria, el presente procedimiento produce fleje galvanizado con excelente adherencia de recubrimiento y casi sin captación de escoria aunque emplea menos del 0,15% de aluminio.
Además, el acero galvanizado de calidad superficial alta se recubrió en el mismo baño fundido (con sustancialmente la misma concentración de aluminio eficaz) que el acero recocido después de la galvanización. La concentración de aluminio eficaz durante el recubrimiento para el recocido después de la galvanización es sustancialmente el mismo que la concentración de aluminio eficaz durante el recubrimiento para la galvanización. En ese contexto, sustancialmente el mismo significa que no se había añadido abrillantador de aluminio desde una fuente externa entre el recocido después de la galvanización y la galvanización y no se tomaron medidas (por ejemplo, adición de zinc puro) para reducir la concentración de aluminio entre el recocido después de la galvanización y la galvanización. Pueden esperarse variaciones de \pm0,005% de aluminio debido a la pequeña variación localizada de la concentración de aluminio en las localizaciones donde se mide la concentración de aluminio eficaz. Por tanto, deben realizarse varias lecturas de las concentraciones de aluminio eficaz para conseguir una concentración de aluminio eficaz media. En algunas realizaciones, la concentración de aluminio eficaz de los baños varía en no más del 0,01% en peso entre la galvanización y el recocido después de la galvanización.
La adherencia del recubrimiento puede determinarse exponiendo el fleje galvanizado a un choque intenso para producir una mella y entonces se aplica cinta adhesiva SCOTCH® al área impactada. Si no se produce fractura o desconchado, entonces se considera que es excelente la adherencia del recubrimiento. La captación de escoria se determina de manera visual examinando la superficie del fleje recubierto en busca de granos que indiquen la presencia de escoria. Un fleje recubierto sustancialmente libre de escoria se define como un fleje recubierto que no presenta granos detectables mediante inspección visual.
En los procedimientos convencionales, el contenido de aluminio bajo en el baño produce crecimiento excesivo de aleaciones de hierro-zinc, a su vez, produce baja adherencia del recubrimiento al fleje. El contenido de aluminio bajo en el baño en procedimientos convencionales también produce una formación excesiva de escoria. A diferencia de esto, en los presentes procedimientos, puede emplearse un contenido de aluminio bajo en el baño sin formación de escoria ya que la temperatura baja y constante del baño y la composición uniforme del baño disminuyen el contenido de hierro próximo al límite de solubilidad del hierro. La temperatura baja y constante del baño y la composición uniforme del baño se deben al aparato de enfriamiento del baño anteriormente tratado. Si se emplearan en los procedimientos convencionales, las bajas temperaturas del baño logradas por la presente invención producirían la congelación del zinc cerca de la superficie.
En el presente procedimiento se logra el crecimiento bajo de aleación de hierro-zinc ya que está presente más aluminio eficaz en el baño y la temperatura del baño puede ser inferior que en procedimientos convencionales. Aunque convencionalmente el recubrimiento para el acero galvanizado es superior en contenido de aluminio de lo que es el recubrimiento para acero recocido después de la galvanización, la presente invención permite la producción de recubrimientos galvanizados de alta calidad superficial sin mucho contenido de hierro (es decir, con buena adherencia) en un baño que presenta un contenido de aluminio eficaz en el intervalo del recocido después de la galvanización. Por tanto, el presente procedimiento permite que el mismo baño se emplee para producir tanto acero recocido después de la galvanización como acero galvanizado, en el que el baño presenta sustancialmente la misma concentración de aluminio eficaz durante la galvanización como durante el recocido después de la galvanización.
Un baño nuevo o no usado está inicialmente libre de escoria. Sin embargo, un baño que había sido usado previamente para procedimientos convencionales de recocido después de la galvanización y galvanización contiene algo de escoria. Para eliminar la escoria de manera que un baño usado previamente pueda utilizarse para producir fleje recubierto sustancialmente libre de escoria, pueden hacerse pasar una o más bobinas por el baño. Una bobina o bobinas de este tipo captarán escoria, librando al baño de escoria para bobinas posteriores. Una vez que la escoria se ha eliminado, la presente invención permite la producción de acero galvanizado y acero recocido después de la galvanización durante periodos de tiempo prolongados sin que la superficie del acero capte escoria. Puede formarse algo de escoria de la parte superior mientras se emplea el presente procedimiento. Sin embargo, ésta puede eliminarse mediante desescoriado de la superficie del baño.
El empleo del presente procedimiento aumenta la vida útil del cilindro como la vida útil de los cojinetes y manguitos del aparato de recubrimiento. El aumento de la vida útil de ese equipo se debe a menos escoria y a la utilización de una temperatura inferior del baño que reduce la erosión. El aumento de la vida útil del equipo da como resultado un aumento de la producción ya que los cilindros trabajan durante un periodo de tiempo más largo. Adicionalmente hay una reducción en los costes de sustitución de cilindros.
Por tanto, la presente invención permite transiciones de productos más rápidas a partir de recocido después de la galvanización y galvanización y viceversa, fleje galvanizado de calidad superior producido durante la transición desde el recocido después de la galvanización hasta la galvanización y debido a la temperatura inferior del baño que disminuye la solubilidad del hierro, la calidad superficial del fleje recubierto es mejor que el fleje recubierto producido de manera convencional incluso durante la producción convencional en estado estacionario. Además, la producción puede aumentarse hasta la capacidad del horno, aumentándose de ese modo la velocidad de las líneas de producción, limitadas previamente por la capacidad de refrigeración por chorro. El rendimiento del producto sustancialmente libre de escoria puede aumentarse ya que aparecen menos depósitos de escoria sobre los cilindros, consecuentemente, se producen menos defectos de recubrimiento.
Aunque se han descrito realizaciones preferidas por medio de ejemplos, la presente invención no debería interpretarse limitada por los mismos. Por consiguiente, la presente invención debería considerarse para incluir cualquiera y todas los equivalentes, modificaciones, variaciones y otras realizaciones limitadas únicamente por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (19)

1. Procedimiento para recubrir un fleje de acero, comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes:
proporcionar un baño de zinc fundido que presenta una concentración de aluminio eficaz de entre aproximadamente 0,10% en peso y aproximadamente el 0,15% en peso;
mantener un valor de referencia del baño a una temperatura comprendida entre aproximadamente 440ºC y aproximadamente 450ºC;
hacer circular zinc fundido para evitar una acumulación de escoria;
sumergir el fleje de acero en el baño para recubrir el fleje, en el que el fleje presenta una temperatura de embocadura elevada; y
dirigir el zinc fundido hacia el fleje sumergido para enfriar el fleje, caracterizado porque el fleje presenta una temperatura de embocadura comprendida entre aproximadamente 470ºC y aproximadamente 538ºC.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el valor de referencia del baño se mantiene a una temperatura comprendida entre aproximadamente 445ºC y aproximadamente 450ºC.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la temperatura del baño se mantiene en el intervalo de 1ºC del valor de referencia.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el baño de zinc fundido presenta una concentración de aluminio eficaz comprendida entre 0,13 y 0,14% en peso.
5. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que una superficie del baño está completamente fundida.
6. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que:
el fleje comprende un acero de baja aleación de alta resistencia o acero con bajo contenido de carbono calmado con aluminio; y
el fleje presenta una temperatura de embocadura de aproximadamente 510ºC.
7. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que:
el fleje comprende un acero desgasificado al vacío con contenido ultra bajo o extra bajo de carbono; y
el fleje presenta una temperatura de embocadura de aproximadamente 471ºC.
8. Procedimiento para la producción de acero galvanizado y recocido después de la galvanización que presenta una superficie de calidad alta, comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes:
proporcionar un baño de zinc fundido que presenta una concentración de aluminio eficaz;
mantener el valor de referencia del baño a una temperatura comprendida entre aproximadamente 440ºC y aproximadamente 450ºC; y
recubrir los flejes de acero mediante la inmersión de los flejes en el baño para producir flejes galvanizados y recocidos después de la galvanización sustancialmente libres de escoria;
en el que la concentración de aluminio eficaz del baño durante la galvanización es sustancialmente similar a la concentración de aluminio eficaz del baño durante el recocido después de la galvanización.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que la concentración de aluminio eficaz del baño varía en no más del 0,01% en peso entre el recocido después de la galvanización y la galvanización.
10. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que la concentración de aluminio eficaz del baño es idéntica a la concentración de aluminio eficaz del baño durante el recocido después de la galvanización.
11. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que el valor de referencia del baño se mantiene a una temperatura comprendida entre aproximadamente 445ºC y aproximadamente 450ºC; y
la temperatura del baño se mantiene en el intervalo de 1ºC del valor de referencia.
12. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que el valor de referencia del baño se mantiene a aproximadamente 447ºC.
13. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que la concentración de aluminio eficaz del baño está comprendida entre aproximadamente el 0,10% en peso y el 0,15% en peso.
14. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que la concentración de aluminio eficaz del baño está comprendida entre el 0,13 y el 0,14% en peso.
15. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que los flejes presentan una temperatura en el intervalo de aproximadamente de 470ºC a aproximadamente 538ºC.
16. Procedimiento según la reivindicación 15, en el que:
los flejes comprenden un acero de baja aleación de alta resistencia o un acero con bajo contenido de carbono calmado con aluminio; y
los flejes presentan preferentemente una temperatura de embocadura de aproximadamente 510ºC.
17. Procedimiento según la reivindicación 15, en el que:
los flejes comprenden un acero desgasificado al vacío con un contenido ultra bajo o extra bajo de carbono; y
los flejes presentan una temperatura de embocadura de aproximadamente 471ºC.
18. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que una superficie del baño está completamente fundida.
19. Procedimiento según la reivindicación 8, que comprende adicionalmente la etapa siguiente:
dirigir el zinc relativamente frío desde el fondo del baño hacia los flejes que están sumergidos en el baño para evitar la formación de un punto caliente adyacente a los flejes sumergidos y enfriar rápidamente los flejes sumergidos para aproximarse a la temperatura del baño.
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