ES2270163T3 - Proceso y linea de fabricacion para la fabricacion de bandas laminadas en caliente ultrafinas sobre la base de la tecnica de laminas finas. - Google Patents
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Abstract
Proceso para la fabricación continua de bandas laminadas en caliente ultrafinas a partir de láminas finas obtenidas por fundición continua, comprendiendo los siguientes pasos del proceso: - un paso de fundición continua (1); - una transformación preliminar (5) subsiguiente al paso de fundición continua (1); - un calentamiento por inducción (8); y - una transformación final (18) con un estiramiento plástico previo (17), decapado (17a) y los subsiguientes refrigeración y bobinado, caracterizado porque: - la banda deja el molde con una corona central de un valor preferiblemente entre 0, 5 y 5 mm por cada lado; - una reducción del grosor de la banda en la fundición continua durante la solidificación (3.1) en un 60% como máximo, desde 100 hasta 70 mm, hasta una reducción desde 80 hasta 40 mm; - una refrigeración secundaria durante el paso de reducción del núcleo de acero líquido (3B), llevado a cabo sólo mediante boquillas de rociado (3a).
Description
Proceso y línea de fabricación para la
fabricación de bandas laminadas en caliente ultrafinas sobre la base
de la técnica de láminas finas.
La presente invención se refiere a un proceso
así como a la correspondiente línea de fabricación como se indica
en el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 13. Un ejemplo de un
proceso y de unas líneas de fabricación de este tipo se describen
en el documento US 5634 257 A.
Es sabido que la técnica denominada de
"láminas finas" para la fabricación de bandas laminadas en
caliente ha sido fuertemente desarrollada a partir del momento en
que empezaron las primeras plantas de este tipo en los Estados
Unidos de América e Italia en los años 1990 y 1992.
Actualmente con esta tecnología de láminas finas
ya se pueden fabricar como bandas en caliente cualquier calidad de
acero, tanto en el campo de los aceros al carbono como en el de los
aceros inoxidables. El estado de la técnica se describe a título de
ejemplo en los documentos DE 3840812C2, EP 0415987B1, DE 195208321A
y WO 00/20141. Bajo un examen más exhaustivo parece que un
parámetro apenas controlable es la temperatura: a una velocidad de
fundición de 4-6 m/min y un grosor de la banda
caliente < 2 mm, se miden las temperaturas de la banda
intermedia < 900ºC (AC3) a la salida del laminador preliminar y
las temperaturas de la banda < 750°C (AC1) a la salida del
laminador de acabado, lo que causa inconvenientes en la calidad
respecto a las propiedades del material y a la seguridad de la
fabricación.
A fin de evitar trabajar por debajo de estas
temperaturas críticas, el grosor de la banda intermedia después del
laminador preliminar o de alta reducción HRM a velocidades de
fundición de 4-6 metros/minuto no puede ser
inferior a 20 mm. Este valor del grosor de la banda intermedia
conduce, por ejemplo, después de pasar a través de la zona de
calentamiento por inducción y de alcanzar una temperaturas de la
banda de aproximadamente 1200°C a la salida del horno, otra vez a
límites del grosor de la banda acabada caliente, límites que es
imposible exceder hacia abajo sin alcanzar también al mismo tiempo
temperaturas inferiores que la temperatura AC1 de 750°C, como es el
caso del acero al carbono con un 0,06% C, con las consiguientes
desventajas en la calidad del acero.
También se conoce después de diez años de
experiencia productiva y de desarrollos de la técnica de láminas
finas, que la demanda comercial se tiene que cubrir con un producto
de banda laminada en caliente de una calidad mejor y a costes
inferiores. Los requisitos del mercado de bandas laminadas en
caliente se dirigen en particular a un grosor mínimo de 0,4 mm y al
mismo tiempo a un laminador termomecánico en el sentido del diagrama
de las curvas S, conduciendo a las características mecánicas
deseadas y mejoradas del material. En este contexto, se ha tenido
en cuenta una fabricación de bajo coste en la producción de aceros
de fase dual, TRIP y TWIP, del mejor modo técnico por medio de la
técnica de láminas finas.
El objeto de la presente invención es el
desarrollo de una combinación de proceso y línea de fabricación
sobre la base de la técnica de las láminas finas por medio de un
laminador de acabado de banda caliente, de forma que permita la
fabricación de bandas calientes ultrafinas, 0,4 mm de grueso como
mínimo con una anchura máxima de 2,2 mm en un modo termomecánico de
acuerdo con el diagrama de las curvas S, disponiendo de una
estructura controlada del cristal y por consiguiente propiedades
controladas del material.
Otro objeto de la invención, además de la
fabricación normal de bandas calientes enrolladas en bobinas con un
peso específico de aproximadamente 20 kg/mm de ancho, es el
denominado "laminado continuo" de bandas calientes de elevada
calidad anteriormente mencionadas permitiendo cualquier peso de la
bobina y también una conexión directa con los pasos de trabajos
subsiguientes.
Un objeto adicional de la invención es
proporcionar también un sistema de refrigeración secundario en la
máquina de fundición durante la reducción del núcleo líquido.
Los objetos anteriormente mencionados se
consiguen en particular por medio de las características, no
evidentes en la técnica, las cuales están definidas en las
reivindicaciones independientes 1 y 13.
La presente invención se describirá ahora con
referencia a los dibujos anexos, proporcionados a título de ejemplo
no limitativo, en los cuales:
Las figuras 1a y 1b muestran esquemáticamente,
combinadas juntas, el ejemplo preferido de una línea de fabricación
para el proceso de acuerdo con la invención;
La figura 2 muestra esquemáticamente una forma
de realización preferida del sistema que controla el proceso;
La figura 3 muestra un diagrama de la
temperatura de las bandas en función del grosor de la banda o del
número de pasos de laminación;
La figura 4 muestra un diagrama de las
variaciones de las temperaturas de la banda en función de la
secuencia de los pasos de laminación con el tiempo; y
La figura 5 muestra un diagrama de las curvas S
para un análisis del acero en vista a la fabricación de aceros de
fase dual TRIP o TWIP.
Con referencia a las figuras 1a y 1b, una línea
de fabricación preferida de acuerdo con la invención, capaz de
llevar a cabo el proceso inventivo, está representada en sus
componentes. A principios de la línea hay un sistema de fundición
continua 1 con un molde oscilatorio 2 que alimenta en su salida, con
una velocidad de fundición máxima de 10 m/min, una banda con una
anchura de 800-1200 mm y un grosor de
100-70 mm. Aguas abajo del molde está provisto una
trayectoria de rodadura (o mesa) 3, mecánicamente dispuesto para
reducir en un 60% como máximo el grosor de la banda en la zona 3.1
durante la solidificación y hasta 80-40 mm en la
zona 3.2 con una velocidad de fundición que debe ser mantenida
constantemente en sus valores máximos para obtener la mejor
productividad a la temperatura más elevada de la banda a la salida
de la máquina de fundición.
Se ha encontrado que el molde preferiblemente
tendrá una geometría de tal tipo que al dejarlo la banda presenta
una sección no perfectamente rectangular, sino una corona central de
un valor preferiblemente entre 0,5 y 5 mm en cada lado 2.2. La
subsiguiente banda previa, después del laminador del núcleo sólido,
preferiblemente tendrá todavía una corona central de hasta 0,4 mm
en cada lado 5.3.
Estará provisto un dispositivo de un equipo
específico con los programas relativos a fin de obtener las
tolerancias geométricas requeridas por esta banda, de forma que
contenga las variaciones del grosor de la banda que deja la máquina
de fundición continua dentro de la gama de valores de ±1 mm, sin
tener en cuenta los espacios ni el desgaste de los rodillos. Con
este propósito puede estar provisto un regulador/accionamiento de
posición activo y un control de paralelismo combinado con la
primera parte de la máquina de fundición.
Esto significa que el final de la
solidificación, en la zona 3.3, se tiene que encontrar al final de
la máquina de fundición continua.
Una reducción del grosor de la banda
anteriormente mencionado durante la solidificación se considera como
la ventaja técnica más importante del proceso y la cantidad
relevante está referida como un parámetro V1, siendo indicado
también como el dato 22.1 del sistema de control, con referencia a
la figura 2. De hecho es una consecuencia de dichos valores de la
reducción del grosor el conseguir una estructura fina del cristal y
grietas y segregaciones reducidas interiores, resultando de ese modo
características mejoradas del material. Adicionalmente la reducción
del grosor de la banda se puede escoger de forma que se hagan
óptimas las condiciones del proceso de fabricación completo.
Un punto importante para conseguir en esta etapa
del proceso era desarrollar un tipo particular de refrigeración
aire/agua secundario 3B, específicamente estudiado en combinación
con el proceso de reducción del núcleo líquido del punto 3. El
objeto de este proceso era conseguir una variación de la temperatura
de ± 30°C a lo largo de ambas superficies externas en contacto con
los laminadores de fundición 3b, a fin de obtener una distribución
de la temperatura tan homogénea como fuera posible, esencial para
conseguir las condiciones de calidad interior que se han mencionado
antes, gracias sobre todo a una reducción del efecto de
ensanchamiento 3A-3c a un mínimo, a velocidades
elevadas de fundición (hasta 8 m/min) y una temperatura a la salida
inferior a 1200°C a fin de evitar el fenómeno del aumento del grano
austenítico con los efectos negativos en la calidad del producto
durante el laminado.
Con respecto a la intensidad, se deben asegurar
volúmenes específicos adecuados de agua, cuantificable en
0,6-3 l/kg de producto, mientras la densidad de
refrigeración (l/min por m^{2}) debe ser mayor en la parte
superior de la máquina de fundición, en donde las temperaturas de la
banda son más elevadas, la vaporización del agua de refrigeración
es más fuerte y la piel todavía relativamente delgada, por lo cual
se facilita la transmisión del calor con el núcleo líquido.
Preferiblemente se utilizarán boquillas del tipo
"aire-niebla" 3a.
La homogeneidad de la temperatura en el
perímetro de cada sección transversal se puede obtener escogiendo
adecuadamente el número de boquillas 3a y su modelo de rociado en el
espacio entre cada par de laminadores opuestos. El control
selectivo del suministro de las boquillas entre el lado frontal y el
lado posterior de la banda también se tiene que proveer,
incrementando el suministro en el lado posterior a fin de compensar
la falta del fenómeno del punto de estancamiento en el área cóncava
entre los rodillos laterales frontales y la banda. Con el mismo fin
también será útil llevar a cabo un control dinámico selectivo en
algunas de las boquillas en cada área entre los sucesivos
laminadores, mientras se observa por ejemplo la temperatura de la
superficie superior e inferior de la banda en las secciones
transversales, por ejemplo mediante un rastreador de
infrarrojos.
Para una homogeneidad de la temperatura en la
sección longitudinal, se lleva a cabo un control dinámico del
suministro total y de la distribución de la densidad de
refrigeración a lo largo de la máquina de fundición a fin de
mantener constantes las temperaturas deseadas de la superficie de la
banda en uno o más puntos de detección a lo largo de la máquina de
fundición. Debe indicarse que las temperaturas en esta dirección
pueden estar afectadas por numerosos parámetros tales como la
velocidad de fundición, la temperatura de fundición del acero
líquido, la entidad de los intercambios térmicos en el molde y la
composición química del acero fundido. Las temperaturas
superficiales esperadas de la banda se calculan con modelos de
solidificación adecuados los cuales consideran:
- composición química del acero;
- sensibilidad del acero a la deformación
interior (ensanchamiento);
- sensibilidad del acero a los gradientes
térmicos (posibles grietas internas o superficiales en la dirección
transversal o longitudinal);
- características geométricas de la máquina de
fundición;
- velocidades de fundición previstas;
- longitudes metalúrgicas previstas.
A este efecto el sistema de refrigeración
secundario está provisto con diversas áreas de las boquillas
controladas por válvulas de área para el agua y el aire en el caso
de un aire-niebla, el cual en la parte superior de
la máquina de fundición puede incluir boquillas tanto en el lado
frontal como en el lado posterior, mientras en la parte inferior
pueden ser diferentes entre el lado frontal y el lado posterior.
Estas válvulas pueden controlar sólo algunas de las boquillas
presentes en cada uno de los espacios entre los laminadores de forma
que se disponga de más de un control activo de refrigeración en la
dirección transversal.
La banda 2.2 es alimentada directamente, a la
salida del aparato de fundición continua, a un laminador preliminar
(o de alta reducción HRM) 5 a fin de ser laminada a un grosor de
30-8 mm en no más de cuatro pasos. La reducción del
grosor que se va a obtener laminando se determina de tal modo que se
obtengan las mejores condiciones el proceso global. Adicionalmente
la velocidad relativamente lenta de 4-10 m/min,
cuando entra 5.1, esto es 0,066-0,166 m/s, causa un
ensanchamiento sensible del producto laminado o "banda" 5.2 y
por lo tanto un perfil altamente mejorado, simétrico en dirección
transversal con desviaciones inferiores al 1%. Un perfil bueno de
este tipo de la banda intermedia 5.3 es realmente una condición
básica para tener un buen perfil del producto acabado 13, en otras
palabras, de la banda laminada en caliente delgada, con un grosor de
1,5-0,4 mm.
La buena calidad del perfil de la banda
intermedia 5.3, bajo la condición de una velocidad de laminación
baja en 5. 1 cuando entra en el laminador de alta reducción HRM 5
se puede citar como la segunda ventaja técnica V2 del proceso,
capaz de influir fuertemente en la flexibilidad del proceso completo
y en la calidad del producto. Los mismos datos se pueden indicar
como el parámetro 22.2 en el sistema de control 22 descrito en lo
que sigue a continuación con referencia a la figura 2.
Manteniendo preferiblemente baja la distancia 6
entre la máquina de fundición continua 1 y la entrada en el
laminador de alta reducción HRM 5, por ejemplo comprendida entre 0,5
y 4 m, la banda 2.2 la cual se solidifica al final de la mesa de
rodadura 3 es alimentada hacia delante en el laminador preliminar
con una temperatura de 1450°C en su región más interior 7, por lo
tanto con un "núcleo caliente" como se dice generalmente,
mientras la temperatura en la superficie es de 1150°C. Un gradiente
invertido de este tipo de la temperatura 7.2 de la banda 2.2 en la
mitad del grosor de la propia banda en la entrada del laminador de
alta reducción HRM5 permite que sea laminada una transformación más
homogénea y uniforme a través del grosor del material 5.2, puesto
que el denominado "núcleo" se transforma más homogéneamente.
Esto también aparece a partir de los bordes del material que se va
a laminar, los cuales son convexos y bien definidos a la salida del
laminador de alta reducción HRM 5.
El producto que se va a laminar o banda 5.2 con
su gradiente invertido de temperaturas 7.2, también contribuye,
entrando directamente en el rodillo preliminar 5, al hecho de que
las propiedades del material, así como el perfil de la banda
intermedia 5.3 y de la banda laminada en caliente final, sean
altamente mejoradas.
Este "gradiente invertido de temperatura"
7.2, hasta ahora totalmente inusual en la tecnología del laminado
-que se basa comúnmente en una distribución constante de la
temperatura a través del grosor de la banda con una variación
máxima de 30°C, en este caso el núcleo interior estando más frío que
la superficie- conduce a las características positivas en el
producto acabado y debe ser tenido en cuenta como la tercera ventaja
técnica V3 del proceso (22.3 con referencia al sistema de control
de la figura 2).
Por el contrario, con una distancia más elevada
6.1 entre la máquina de fundición continua 1 y la entrada en el
laminador de alta reducción HRM 5, como por ejemplo hasta de 350 m
para permitir la introducción de un horno de compensación
(preferiblemente un horno de laminación continuo) para compensar la
temperatura del material que se va a laminar o banda 5.2, se pierde
la denominada tercera ventaja V3 que corresponde al gradiente
invertido de temperatura 7.2 como se ha definido antes.
Después de pasar a través del laminador
preliminar HRM 5, la banda intermedia 5.3 con un grosor de
30-8 mm, de acuerdo con las mejores condiciones
para el proceso completo, entra directamente en una trayectoria del
calefactor por inducción 8. La distancia entre la salida del
laminador de alta reducción HRM 5 y la entrada dentro del
calefactor por inducción 8 debe ser diseñada tan corta como sea
posible para reducir las pérdidas de temperatura, de forma que la
temperatura de la banda intermedia 9 no sea inferior a AC3, esto es
aproximadamente 900°C, dejando por lo tanto el área austenítica de
cristalización.
La distancia entre la salida del laminador de
alta reducción HRM 5 y la entrada del calefactor por inducción 8
puede estar equipada con un dispositivo de separación transversal,
preferiblemente un dispositivo de cortadura 10, y por razones de
seguridad a fin de evitar averías en el laminador, con un
dispositivo de transporte transversal 11. Las láminas en forma de
plancha, que se corten en caso de avería, presentando ya propiedades
suficientes del material y por lo tanto pudiendo ser soldadas. A
fin de que las pérdidas de temperatura de la banda intermedia 5.3
sean tan pequeñas como sea posible en la zona de la línea de
transporte transversal, debe estar provista una cubierta oscilante
12 para su aislamiento o incluso una cubierta oscilante con la
posibilidad de calentamiento por inducción 12.1 entre las cizallas
10 y la entrada de la trayectoria del calefactor por inducción
8.
Cuando pasa a través del paso del calefactor por
inducción 8 la banda intermedia 5.3 es alimentada con un grosor
entre 30 y 8 mm de acuerdo con la banda laminada en caliente deseada
13 en vista del laminado termomecánico programado 14 como se ve en
el diagrama de las curvas S 14.1, cuando se tiene en cuenta el
grosor de la banda laminada caliente y el tipo de estructura a la
temperatura entre 1100°C y 1400°C. Una flexibilidad de este tipo en
la gestión de la temperatura se puede alcanzar sólo a través de
calentamiento por inducción, mientras una alimentación del horno
por energía primaria es lenta y su temperatura no puede cambiar de
una banda caliente a otra.
De forma ventajosa, de acuerdo con las
invenciones, se proporciona un algoritmo de regulación para el
sobrecalentamiento de la banda previa 5.3 (cabeza y cola) y en
particular el control de la temperatura que implica al horno de
inducción 8.
Pruebas prácticas de hecho han demostrado que un
sobrecalentamiento controlado de ambas la cabeza y la cola de la
banda intermedia es de gran ayuda en el laminado de acabado para
evitar piezas muy deformadas y obtener las mejores tolerancias del
producto, especialmente en la fabricación de productos ultrafinos
(< 1 mm).
Una flexibilidad de este tipo en la gestión de
la temperatura de la banda intermedia por medio del horno de
inducción 8, a fin de asegurar un laminado termomecánico optimizado
en el significado del diagrama de las curvas S puede ser
identificada como la cuarta ventaja técnica V4 del proceso (que
corresponde al parámetro 22.4 en el sistema de control de acuerdo
con la figura 2).
El proceso de acuerdo con la invención, con la
línea de fabricación correspondiente, permite escoger tanto un
"laminado continuo" 15 o incluso un laminado normal a bobinas
16 con pesos específicos de la bobina, por ejemplo de 20 kg/mm de
ancho de banda. En el caso de "laminado continuo" 15 la banda
intermedia 5.3 entra en el laminador de acabado 18 a la temperatura
deseada, como ha sido fijada en el horno de inducción 8 entre
1100°C y 1400ºC (8.1) y a una velocidad de entrada la cual está
ligada a la velocidad de fundición 2.3 y es la misma que la
velocidad a la salida del laminador de alta reducción HRM a través
del dispositivo de estiramiento plástico 17 y un dispositivo de
decapado 17a.
El dispositivo de estiramiento plástico 17 causa
el alargamiento, referido a una sección de una longitud inicial
L_{0}, igual a:
E = (L_{1}-
L_{0})/L_{0}
Asociado con el estiramiento, lo cual da lugar a
este alargamiento, hay un curvado plástico debido al paso a través
de los rodillos 17.1 lo cual conduce a la ruptura de la cascarilla
de óxido de hierro adherente a-b y la cascarilla de
óxido de hierro laminada, mucho menos dúctil y más frágil que el
acero, sobre todo en la gama de temperaturas entre 600 y 1300°C.
Rota de ese modo, como se representa en la figura 1b con a' y b',
la cascarilla de óxido de hierro se extrae completamente en un paso
subsiguiente de decapado 17a aguas abajo del dispositivo 17, de
forma que la banda previa 5.3 se presenta en la entrada del
laminador de acabado 18 con una superficie libre de cualquier tipo
de cascarilla de óxido de hierro. Por lo tanto es posible, después
del laminador de acabado 18, obtener un producto libre de defectos
superficiales.
Debe indicarse que el curvado plástico
anteriormente mencionado se consigue preferiblemente proporcionando
también un movimiento relativo de penetración entre los rodillos
superiores e inferiores 17.1, de tal forma que se produce un
curvado en las condiciones plásticas lo cual asegura un estiramiento
del material de más del 2%. Con este fin puede estar provisto un
sistema de control de la posición de los rodillos 17.1 y la fuerza
impresa por el dispositivo 17. Este sistema de control
preferiblemente incluye medios capaces de mantener el estiramiento
del material dentro de valores aceptables (<0,7%) de variación de
la longitud, utilizando un dispositivo de medición de la variación
del flujo de masa, obtenido por medio de dos codificadores
conectados a la entrada y a la salida del dispositivo 17.
El laminado continuo 15 requiere una bobinadora
de carrusel 19 con calentamiento previo 19.1 y cizallas 19.2,
preferiblemente cizallas flotantes inmediatamente después de la
salida del laminador de acabado 18 a una distancia de
aproximadamente 20-30 m cerca de la estación de
bobinado normal 20 con una refrigeración laminar provista aguas
arriba en una mesa de descarga 20.1 de aproximadamente 60 m de
largo. El laminado continuo también permite, con la correspondiente
adaptación de la planta, una conexión directa con el paso de trabajo
subsiguiente 20.2 tal como un tratamiento desoxidante, laminado en
frío o un sistema de galvanización.
El "laminado continuo" anteriormente
mencionado, la conexión directa de la máquina de fundición continua
1 y el laminador preliminar 5 con un laminador de acabado 18,
ayudado por el calefactor por inducción 8, pueden ser citados como
la quinta ventaja técnica V5 del proceso (parámetro 22.5 en el
sistema de control 22 de la figura 2).
\newpage
El proceso de la invención con su
correspondiente línea de fabricación también proporciona la
fabricación de bobinas de bandas laminadas en caliente comunes 16
de 20 kg/mm de ancho. Cuando se fabrican bobinas de banda laminada
en caliente 16 con pesos normales de la bobina, el proceso, con su
línea de fabricación, permite variar mediante el laminado en
caliente:
- la velocidad de entrada 18.2 entre 3,3 y 0,6
m/s; y
- la temperatura de la banda intermedia 8.1
entre 1000°C y 1400°C con el objeto de hacer posible la fabricación
de bandas laminadas en caliente con diferentes grosores y calidades
del acero de una bobina a otra, cada vez bajo las mejores
condiciones, con la ayuda del laminado termomecánico.
Una flexibilidad tan elevada de los parámetros
del proceso como la velocidad de entrada de la banda intermedia
18.2 dentro del laminador de acabado así como su temperatura 8.1,
que está condicionada por el calefactor por inducción 8, permite un
laminado termomecánico 14 en el significado del diagrama de las
curvas S y por consiguiente la fabricación de diferentes calidades
de acero y diferentes grosores de la banda laminada en caliente de
una bobina a otra. Esto puede ser considerado como la sexta ventaja
técnica V6 del proceso (parámetro 22.6 del sistema de control 22 de
la
figura 2).
figura 2).
Las seis ventajas anteriormente mencionadas del
proceso técnico con su elevada flexibilidad se utilizan lo mejor
posible para el laminado en el laminador de acabado 18, el cual
consta de seis estaciones como máximo a fin de conseguir con una
temperatura de salida 21 > AC1 de aproximadamente 750°C la
gestión de la temperatura termomecánica controlada 14 de la banda
laminada en caliente 13 de acuerdo con el diagrama de las curvas S
14.1, con el grosor de la banda laminada en caliente 13.1 estando
prefijado entre un mínimo de 0,4 mm y un máximo de 12 mm.
Para valores previamente fijados de la calidad
del acero y del grosor de la banda laminada en caliente, que
conducen a un diagrama específico de las curvas S, durante el paso
de programación del laminado se determina lo siguiente:
- la estrategia de refrigeración;
- la programación de los pasos; en conexión
con
- la gestión de la temperatura de la banda en
el rodillo de acabado mientras se incluyen las seis áreas técnicas
que influyen en el proceso, como se ha descrito antes.
Una séptima ventaja técnica del proceso de este
tipo V7 (parámetro 22.7 en el sistema de control 22 de la figura 2)
con sus parámetros del proceso se considerarán como el dato
principal o "maestro" para el mejor cumplimiento del proceso
completo empezando desde el sistema de fundición continua 1 hasta
las posibles estaciones de enrollado 19 o 20 en caso de laminado
continuo o de producción de bandas laminadas en caliente normales y
dicta los parámetros del proceso de las seis áreas técnicas del
proceso como se ha descrito antes, lo cual también se puede definir
como los sistemas de control 22 del proceso.
En la figura 2 el sistema de control del proceso
22 está representado con su sistema maestro 22.7 en el área del
laminador de acabado con el refrigerador y la bobinadora decreciente
incluidos, así como los subsistemas relevantes a partir de 22.1
hasta 22.6 para llevar a cabo el proceso completo mediante el
aparato correspondiente. Un sistema de control del proceso de este
tipo 22 logra sus propios datos para las calidades del acero que se
va a producir por ejemplo un acero de fase dual o TRIP o TWIP con
características específicas del material 23 y el diagrama de las
curvas S 14.1 relativas a los mismos para el laminado termomecánico
14. En el área del laminador de acabado, que incluye la
refrigeración de acuerdo con el diagrama de las curvas S, el sistema
maestro 22.7 determina los datos del proceso para conseguir los
objetos ventajosos deseados en tanto en cuanto se refiere a la
mejor calidad de la banda y a la seguridad de la fabricación, así
como por lo que se refiere a unos reducidos costes de
fabricación.
Las figuras 3 y 4 se obtienen sobre la base de
la siguiente tabla, que muestra un programa de los pasos para el
laminador de acabado 18, con cinco estaciones para producir una
banda laminada en caliente de 0,7 mm de grosor bajo las condiciones
de un laminado continuo 15, así como las correspondientes
variaciones de temperatura de la banda intermedia 5.3 desde su
salida de la trayectoria del calefactor por inducción 8 hasta la
banda laminada en caliente con un grosor de 0,7 milímetros a su
salida de la quinta estación del laminador de acabado 18 con un
suministro de calor igual acero en los cinco pasos de
transformación.
Condiciones básicas:
| - velocidad de fundición 7,2 m/min | |
| - grosor de la banda 50 mm | |
| - laminador de alta reducción HRM 50/10 mm | |
| - laminado continuo | |
| *1) incluidos 50°C debido al decapado | |
| JH - horno de inducción | |
| SCC - horno de carrusel | |
| DC - bobinadora normal. |
La figura 3 muestra la variación de la
temperatura de la banda en función de la secuencia programada de
pasos, o el grosor de la banda en mm para diferentes temperaturas
de la banda intermedia a la salida del calefactor por inducción 8.
El diagrama muestra claramente que cuando la temperatura aumenta
entre 1100°C y 1400°C la temperatura de la banda que sale de la
quinta estación aumenta desde 825°C en 88°C hasta 913°C, por lo que
está otra vez por encima de AC3 a aproximadamente 900°C, es decir en
la zona austenítica. Incrementando la temperatura de la banda en el
horno de inducción se consigue una mayor seguridad para el
tratamiento termomecánico de acuerdo con el diagrama de las curvas
S.
La figura 4 muestra las temperaturas de la banda
en función de los pasos subsiguientes en el tiempo, expresado en
segundos, contra diferentes temperaturas de la banda intermedia
cuando deja la trayectoria de calefacción por inducción 8. El
diagrama conduce a las mismas indicaciones que el diagrama de la
figura 3, pero hace todavía más claro que con una reducción del
grosor de la banda la refrigeración incrementa más que
proporcionalmente de acuerdo con la ley de la radiación de
Boltzmann y las condiciones de una banda de sólo 0,4 mm se hacen
correspondientemente más críticas. El propósito es el de mantener
una temperatura en el campo de valores 24 entre AC3 y AC1 de
900-750°C, como por ejemplo para un acero al carbono
con la composición:
- 0,15% C
- 1,50% Mn
- 1,50% Si
- 0,50% Cu
Y una temperatura en la zona martensítica de
aproximadamente 430°C. Con este objeto y principalmente para no ir
por debajo del límite inferior AC1, es posible intervenir
incrementando la velocidad de fundición 2.3 en el caso del laminado
continuo e incrementar la velocidad de entrada 18.2 en el laminador
de acabado en el caso de una producción normal de bobinas.
La figura 5 muestra un diagrama de las curvas S
para analizar un acero mediante el cual se puede producir un acero
de fase dual, tanto TRIP como TWIP, por medio de una gestión
diferente de la temperatura de la banda laminada en caliente entre
la última estación del laminador de acabado 18 y la bobinadora de
carrusel 19 o una estación de bobinado descendiente normal 20. En
el caso de acero de fase dual como consecuencia de la elevada
velocidad de refrigeración y el enriquecimiento de carbono en la
separación de la ferrita se alcanza a una temperatura de
aproximadamente 250-200°C con la consiguiente
separación de martensita. En el caso del acero TRIP con el mismo
análisis del acero, como consecuencia de la velocidad de
enfriamiento inferior, esto resulta en una formación de ferrita,
bainita y austenita residual.
El diagrama de las curvas S también permite
reconocer que en las líneas de refrigeración entre la última
estación del laminador de acabado 18 y la bobinadora de carrusel 19
o la estación de bobinado descendiente normal 20 además de las
respectivas líneas de refrigeración se debe colocar una línea de
aislamiento y una línea de calentamiento por inducción 20.3.
A partir de lo anterior claramente resulta que
la principal ventaja de la presente invención es la de permitir que
sean fabricadas bandas laminadas en caliente ultrafinas con un
grosor hasta un mínimo de 0,4 mm en los aceros de alta calidad para
la industria del automóvil, tanto del tipo de carbono como en el
campo de los aceros inoxidable utilizando la técnica de las láminas
finas. El proceso de la invención como se ha descrito antes con su
línea de fabricación específica hace posible una gran flexibilidad,
desconocida hasta ahora, del proceso completo con sus pasos
individuales de funcionamiento y las correspondientes unidades y
aparatos de la línea de fabricación, en particular la máquina de
fundición continua 1, el laminador de alta reducción HRM 5, la
trayectoria del calefactor de inducción 8, la estación de enrollado
intermedio 16.1 y el laminador de acabado 18 con la línea de
refrigeración y la estación de bobinado de las bobinas, permitiendo
de ese modo por ejemplo la fabricación económica y con éxito de
aceros de fase dual, TRIP y TWIP. Teniendo en cuenta el diagrama
específico de las curvas S para las diferentes calidades de acero y
por medio de un sistema de control del proceso 22, que coopera con
el sistema maestro de control 22.7 y seis subsistemas de control
adicionales desde 22.1 hasta 22.6, el proceso del laminado
termomecánico 14 puede ser programado, guiado y controlado del modo
mejor posible dentro de la gama de los parámetros del proceso
empezando desde el sistema de fundición continua 1 hasta la
bobinadora de banda laminada en caliente 19 o 20, o de otro modo
hasta el paso de las subsiguientes etapas de trabajo 20.2 para un
laminado continuo 15 o un laminador normal de bobinas en
caliente.
Claims (24)
1. Proceso para la fabricación continua de
bandas laminadas en caliente ultrafinas a partir de láminas finas
obtenidas por fundición continua, comprendiendo los siguientes pasos
del proceso:
- un paso de fundición continua (1);
- una transformación preliminar (5)
subsiguiente al paso de fundición continua (1);
- un calentamiento por inducción (8); y
- una transformación final (18) con un
estiramiento plástico previo (17), decapado (17a) y los
subsiguientes refrigeración y bobinado,
caracterizado porque:
- la banda deja el molde con una corona
central de un valor preferiblemente entre 0,5 y 5 mm por cada
lado;
- una reducción del grosor de la banda en la
fundición continua durante la solidificación (3.1) en un 60% como
máximo, desde 100 hasta 70 mm, hasta una reducción desde 80 hasta 40
mm;
- una refrigeración secundaria durante el paso
de reducción del núcleo de acero líquido (3B), llevado a cabo sólo
mediante boquillas de rociado (3a), con las siguientes
características:
- -
- un suministro específico de agua entre 0,6 y 3 l por kilo de acero fundido,
- -
- una densidad decreciente de refrigeración en la dirección de avance de la banda debido a la reducción del núcleo líquido,
- -
- un control selectivo de las velocidades del flujo del fluido de refrigeración entre el lado frontal y el lado posterior de la banda;
- dicha transformación preliminar siendo un
paso preliminar (5) de la lámina delgada al solidificar a una
temperatura superficial de la banda > 1100ºC con no más de cuatro
pasos para obtener una banda intermedia (5.3) provista de grosores
diferentes escogidos en la gama desde 30 hasta 8 mm con una corona
central de hasta 0,4 mm por cada lado;
- dicho calentamiento por inducción (8)
estando adaptado para fijar diversas temperaturas de la banda
intermedia escogidas entre 1000 y 1400ºC y una función de
sobrecalentamiento de la cabeza y de la cola;
- dicho estiramiento plástico (17) combinado
con el decapado (17a) para eliminar la cascarilla de óxido de
hierro de la superficie de la banda intermedia;
- dicha transformación final (18) siendo un
paso del laminado decreciente a un grosor de una banda acabada de
0,4 mm como mínimo con no más de seis pasos y una temperatura
controlada de la banda laminada en caliente a la salida de los
mismos > 750ºC (AC1); y
- una refrigeración controlada (14) de la
banda (13) en el tiempo entre el extremo del final del laminado
(18) y el bobinado hasta una temperatura mínima de 200°C de acuerdo
con el diagrama correspondiente de las curvas S (14.1) específicas
para la calidad del acero del grosor de la banda.
2. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1
caracterizado porque dicho paso preliminar (5) ocurre
directamente después de la solidificación de la banda con un núcleo
relativamente caliente (7) de la banda a una temperatura inferior a
1450°C, cerca de la temperatura de solidificación del acero (7.1)
superior a 1100°C, por lo tanto con un gradiente de temperatura
invertido (7.2) a través de la mitad del grosor de la banda.
3. Proceso de acuerdo con la reivindicación 2
caracterizado porque inmediatamente después del paso
preliminar (5) la banda intermedia (5.3) puede ser separada
transversalmente preferiblemente cortando (10).
4. Proceso de acuerdo con la reivindicación 3
caracterizado porque directamente después de la posible
separación (10) de la banda intermedia es posible una extracción
(11) de láminas en forma de plancha por medio de un transporte
transversal.
5. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque la banda
intermedia (5.3) puede ser guiada directamente al laminado final
inmediatamente después de la regulación de la temperatura mediante
el calefactor por inducción (8) en caso de un laminado continuo (15)
o ser sometida a un bobinado intermedio (16. 1) antes del laminado
final.
6. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque la banda
intermedia (5.3) puede ser laminada de modo controlado a través de
seis pasos como máximo a una banda laminada en caliente acabada con
un grosor mínimo de 0,4 mm y una temperatura a la salida del paso
último del laminado final (18) en una gama (24) entre un mínimo de
750°C (AC1) y preferiblemente un máximo de 900°C (AC3).
7. Proceso de acuerdo con la reivindicación 5
caracterizado porque la banda intermedia (5.3) puede entrar
en el laminador de acabado (18) a diferentes velocidades entre 0,2 y
5 m/s.
8. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque entre el
último paso de laminado y el paso de bobinado la banda laminada en
caliente acabada (13) puede ser llevada de un modo térmicamente
controlado y en el momento a una temperatura final superior a 200°C
y termomecánicamente (14) de acuerdo con el diagrama de las curvas
S (14.1).
9. Proceso de acuerdo con la reivindicación 8
caracterizado porque la gestión térmicamente controlada (14)
en el momento de la banda acabada caliente (13) con un grosor y una
composición química determinados (análisis del acero) por medio de
una estrategia de refrigeración gracias a una línea de refrigeración
(19.1), (20.1), así como una línea de aislamiento o de calefacción
(20.3) sobre la base del correspondiente diagrama de las curvas S
(14.1), se obtienen las estructuras y las propiedades deseadas del
material y por consiguiente la calidad deseada del acero (23) entre
el último paso de laminado y el paso de bobinado.
10. Proceso de acuerdo con la reivindicación 9
caracterizado porque la banda laminada en caliente acabada
(13) es enrollada con las propiedades deseadas del material.
11. Proceso de acuerdo con la reivindicación 9
caracterizado porque la banda acabada (13) con las
propiedades deseadas del material puede ser directamente llevada a
los pasos de trabajos subsiguientes (20.2) sin un enrollado
preliminar.
12. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende un
sistema de control del proceso (22) provisto de parámetros
específicos para el tipo de acero de acuerdo con el diagrama de las
curvas S (14.1) para un laminado de tratamiento (14) de naturaleza
termomecánica, que consiste en un sistema maestro principal (22.7)
y seis subsistemas del proceso (desde 22.1 hasta 22.6) para
programar, llevar a cabo y controlar el proceso completo.
13. Línea de fabricación para llevar a cabo el
proceso comprendiendo una máquina (1), para la fundición continua
de una banda delgada con una anchura del molde de 2,2 m como máximo
y un grosor a la salida del molde de 100-70 mm con
líneas de fabricación unidas a la misma, tales como:
- un laminador preliminar (5) con no más de
cuatro estaciones de laminación;
- una trayectoria del calefactor por inducción
(8);
- una laminador de acabado (18) con no más de
seis estaciones de laminado;
- por lo menos una estación de bobinado (20);
y
- una línea de refrigeración entre el
laminador de acabado (18) y la estación de bobinado (20),
caracterizada por el hecho de que dicha
máquina de fundición continua (1) es capaz de proporcionar una forma
de corona a la sección transversal de las bandas y adicionalmente
comprendiendo en particular:
- una mesa de rodadura (3) para reducir el
grosor de la banda (3.1) durante la solidificación de 100 a 70 mm a
la salida del molde hasta un grosor de solidificación (3.2) de
80-40 milímetros dentro de la propia mesa de
rodadura a la velocidad de fundición tan elevada como sea posible
(2.3) de 10 m/min;
- un sistema de refrigeración de rociado
secundario (3B) por medio de boquillas de rociado en correspondencia
con dicha máquina de fundición (1);
- dicho laminador preliminar (5) estando
equipado con rodillos adecuados para obtener una corona de hasta
0,4 mm en cada lado;
- dicha trayectoria del calefactor por
inducción (8) estando provista de una longitud de 40 m como máximo,
inmediatamente aguas abajo del laminador preliminar (5) con
temperaturas de la banda intermedia (8.1) a la salida del horno de
1100-1400°C y adecuada para gestionar el
sobrecalentamiento de la cabeza y de la cola de la banda intermedia
por medio de un algoritmo específico; y
- un dispositivo de estiramiento plástico (17)
combinado con un dispositivo de decapado (17a), colocado antes de
dicho laminador de acabado (18), compuesto de una batería de
rodillos superiores e inferiores en un número total de por lo menos
tres.
14. Línea de fabricación de acuerdo con la
reivindicación 13 caracterizada porque dicho laminador
preliminar (5) está colocado directamente en el extremo de la
máquina de fundición continua (1) a una distancia de 10 m de la
misma.
15. Línea de fabricación de acuerdo con la
reivindicación 13 o 14 caracterizada porque inmediatamente
después del laminador preliminar (5) está provisto un dispositivo
para el corte transversal (18), preferiblemente un dispositivo de
cizalladura.
16. Línea de fabricación de acuerdo con la
reivindicación 15 caracterizada porque inmediatamente después
del dispositivo de corte transversal o cizallas (10) está provisto
un dispositivo de transporte transversal para la extracción de las
placas de la banda intermedia.
17. Línea de fabricación de acuerdo con la
reivindicación 13 caracterizada porque entre la trayectoria
del calefactor de inducción (8) y el dispositivo de estiramiento
plástico (17) está provista una estación de enrollado intermedio
(16.1) inmediatamente aguas arriba del laminador de acabado
(18).
18. Línea de fabricación de acuerdo con la
reivindicación 13 caracterizada porque la distancia entre las
estaciones del laminador de acabado (18) es de 6 m como máximo.
19. Línea de fabricación de acuerdo con la
reivindicación 13 caracterizada porque inmediatamente después
del la última estación del laminador de acabado (18) está provista
una estación de bobinado (19), preferiblemente una bobinadora de
carrusel, que está precedida por una línea de refrigeración
intensiva (19.1).
20. Línea de fabricación de acuerdo con la
reivindicación 19 caracterizada porque comprende una línea de
refrigeración convencional adicional para una banda laminada en
caliente (20.1) como por lo menos una estación de bobinado
decreciente (20) en el extremo de la línea de fabricación
completa.
21. Línea de fabricación de acuerdo con las
reivindicaciones 19 y 20, caracterizada porque las líneas de
refrigeración (19.1; 20.1) también pueden estar equipadas con una
línea de aislamiento y un horno de calefacción por inducción
(20.3).
22. Línea de fabricación de acuerdo con la
reivindicación 13 caracterizada porque la banda laminada en
caliente, que es laminada y enfriada de una manera térmicamente
controlada y en el momento (14), es llevada directamente a las
subsiguientes líneas de trabajo sin un bobinado preliminar.
23. Línea de fabricación de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 13-22
caracterizada porque comprende un sistema de control del
proceso (22) que consiste en un sistema principal "maestro"
(22.7) y seis subsistemas periféricos adicionales
(22.1-22.6) para programar, guiar y controlar la
producción completa.
24. Línea de fabricación de acuerdo con la
reivindicación 23 caracterizada porque el sistema de control
del proceso (22) recibe del exterior, tal como por ejemplo el
sistema de ordenador central de programación, parámetros
específicos relativos a la calidad del acero para el laminador
termomecánico (14) de acuerdo con el diagrama de las curvas S
(14.1) con la temperatura de salida de la última estación del
laminador de acabado (18) en la gama AC3/AC1 (24) entre 900 y
750°C.
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