ES2315292T3 - Procedimiento y equipo para la produccion directa de tira fina de metal sin cascarilla. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para la producción directa de una tira fina de acero sin cascarilla a partir de metal fundido, que comprende las etapas siguientes: a) colar una tira fina y caliente de acero de un sistema (10) de fusión continua de tira fina, en el que la superficie de la tira fina y caliente de acero se expone a un medio de enfriamiento y a la atmósfera mientras se cuela, b) disminuir el espesor de la tira fina y caliente de acero hasta un calibre predeterminado mediante un acero de laminación en caliente, c) hacer pasar la tira fina caliente directamente a través de una cámara (18) reductora a una primera temperatura por encima de 400ºC, mientras que la tira fina y caliente de metal todavía retiene calor del metal fundido de forma que está a dicha primera temperatura únicamente por el dicho calor retenido. d) poner en contacto la tira fina y caliente de acero en la cámara (18) reductora con un gas reductor para reducir los óxidos en las superficies de la tira (14), y e) hacer pasar la tira (14) fina y caliente de acero, antes de su exposición a una atmósfera oxidante, directamente de la cámara reductora a una cámara (28) de enfriamiento, separada de dicha cámara (18) reductora, que tiene gas de enfriamiento no oxidante, dirigido hacia las superficies de la tira, por lo que el enfriamiento de la tira fina y caliente de acero disminuye su temperatura por debajo de 150ºC, para proporcionar una tira fina de acero enfriada.
Description
Procedimiento y equipo para la producción
directa de tira fina de metal sin cascarilla.
La presente invención es un procedimiento para
la producción directa a partir de metal fundido de una tira de
metal sin cascarilla de calibre acabado mediante colada continua de
una tira fina caliente. La eliminación del óxido de la superficie
es con un gas reductor mientras que la tira fina y caliente de metal
de colada está a una temperatura elevada por el calor retenido del
metal fundido.
La producción de una tira de acero laminado
plana, mediante los procedimientos del estado actual de la técnica,
se realiza mediante la colada continua de acero refinado para
obtener una placa fina, seguida de una laminación en caliente de la
placa para alcanzar un espesor que se pueda poner en forma de bobina
para el procesado posterior. En ese procedimiento, la superficie
del acero laminación en caliente bobinado se oxida mucho en las
etapas de procesado llevadas a cabo a una temperatura elevada
mientras se expone a la atmósfera. Tales óxidos (cascarilla)
típicamente consisten en Fe_{2}O_{3}, Fe_{3}O_{4} y FeO. Una
etapa siguiente en la producción de una tira de acero laminado
plana típicamente implica eliminar los óxidos procesando la tira en
una disolución ácida decapante antes de laminar la tira hasta el
calibre acabado en un laminador en frío.
Los procedimientos actuales de procesado de una
tira de acero laminado plana requieren el uso de equipos de
laminación en caliente y en frío que requieren gastos significativos
de capital, grandes cantidades de energía para funcionar y una gran
instalación de maquinaria para su instalación. Además, el uso de
disoluciones ácidas decapantes para eliminar los óxidos de la
superficie y la eliminación de la disolución ácida gastada presentan
problemas medioambientales que están teniendo como consecuencia
reglamentos más estrictos y costes incrementados para la
eliminación.
En un esfuerzo para reducir o eliminar las
etapas de laminación en caliente o en frío, se están desarrollando
procedimientos para colar de forma continua una tira fina que se
aproxime al espesor del calibre acabado. Sin embargo, todavía hay
óxidos presentes en la superficie y continúan existiendo problemas
asociados con la eliminación del óxido con el uso de disoluciones
ácidas de decapado. El documento WO/12233 desvela un procedimiento
y un equipo para la reducción de cascarilla de la superficie de la
tira. Comprende las fases de calentar la tira, reducir la
cascarilla de óxido y enfriar la tira.
El objeto de la presente invención es
proporcionar un procedimiento para producir una tira fina de acero
con calibre acabado libre de óxidos en la superficie, sin el uso de
disoluciones ácidas de decapado y sin el uso de equipos da
laminación en frío y en caliente extensivos.
La presente invención es un procedimiento para
la producción directa de una tira fina de metal sin cascarilla a
partir de metal fundido mediante colada continua del metal para
obtener una tira fina y caliente de metal y, mientras la tira de
colada todavía retiene calor del metal fundido, hacerla pasar a
través de una cámara que contiene un gas reductor para eliminar los
óxidos de la superficie de la tira de forma que se produzca un tira
de metal sin óxidos en la superficie. La tira caliente se enfría
entonces hasta una temperatura por debajo de aproximadamente 150ºC
antes de exponer la superficie de la tira a cualquier atmósfera
oxidante. En otras realizaciones de la invención, la laminación en
caliente de la tira fina y caliente de metal y/o la laminación en
frío de la tira fina de metal enfriada se llevan a cabo para reducir
el espesor de la tira y modificar las propiedades mecánicas del
metal. En otras realizaciones más de la invención la superficie de
la tira fina de metal enfriada se cepilla, se
re-texturiza o se recubre con un recubrimiento
protector o decorativo.
Otras características específicas de la
invención se describen con más detalle haciendo referencia a los
dibujos adjuntos.
la fig. 1 es una ilustración esquemática de una
realización del procedimiento de la invención para producir una
tira fina sin cascarilla que incorpora una etapa de laminación en
caliente antes de la limpieza de la tira;
la fig. 2 es una ilustración esquemática de una
realización del procedimiento de la invención para producir una
tira fina sin cascarilla que incorpora una operación de laminación
en frío después de una etapa de enfriamiento de la tira;
la fig. 3 es una ilustración esquemática de una
realización del procedimiento de la invención para producir una
tira fina sin cascarilla que incorpora medios para cortar la tira en
piezas discretas;
la fig. 4 es una ilustración esquemática de una
realización del procedimiento de la invención para producir una
tira fina sin cascarilla que incorpora una etapa de
re-texturizado de la superficie.
En las figuras 1-4, el número 10
indica de forma general un sistema de fusión continua de tira fina
para producir una tira fina y caliente de metal que tiene un
espesor de entre aproximadamente 0,5 y 4 mm. El metal 12 fundido,
un producto de un horno de arco eléctrico, un procedimiento en horno
básico de oxígeno (BOF) u otra fuente de metal fundido se cuela de
forma continua hasta obtener tira 14 fina y caliente de metal que
sale de los rodillos 16 de colada finales del sistema de fusión
continua. El metal fundido, colado de forma continua para lograr la
tira fina y caliente de metal es acero.
La tira 14 fina y caliente de acero que sale del
sistema 10 de fusión continua retiene calor del metal 12 fundido y
el sistema de fusión continua está preferiblemente controlado para
descargar una tira fina y caliente de metal que tiene una
temperatura superficial por encima de aproximadamente 400ºC. La
superficie de la tira fina y caliente de metal, que normalmente se
expone a un medio de enfriamiento líquido y a la atmósfera mientras
se cuela, se oxida fuertemente con un óxido de la superficie que
contiene Fe_{2}O_{3}, Fe_{3}O_{4}, FeO o combinaciones de
esos óxidos, dependiendo de las condiciones durante la operación de
colada.
La tira 14 fina y caliente de metal (figura 1)
que tiene una temperatura superficial por encima de aproximadamente
400ºC, entra en la cámara 18 reductora, que encierre una atmósfera
de gas reductor. Un ejemplo de una cámara 18 reductora es el tipo
descrito en la solicitud de patente estadounidense pendiente de
tramitación con nº de serie 09/144.003 presentada el 31 de agosto
de 1998 en nombre de Stephen L. Feldbauer y en la solicitud de
patente estadounidense pendiente de tramitación con nº de serie
09/614.979 presentada el 1 de junio de 2000 en nombre de Stephen L.
Feldbauer y Brian Braho, ambas cedidas al cesionario de la presente
invención y ambas se incorporan al presente documento como
referencia. La cámara 18 reductora contiene un gas reductor tal
como hidrógeno o monóxido de carbono, siendo el hidrógeno el gas
preferible. La tira 14 fina y caliente de metal se mueve a través
de la cámara 10 en una dirección indicada por la flecha 20, mientras
que el movimiento del gas reductor es generalmente en una dirección
opuesta, como se indica mediante las flechas 22. El gas sale de la
cámara 18 por medio de un orificio de ventilación 24 que puede
incluir un medio de combustión, tal como una llama, para la
combustión de los gases reductores no consumidos que salen de la
cámara, de forma que se proporciona un funcionamiento seguro. La
reducción de los óxidos de la superficie de la tira en la cámara
reductora se optimiza proporcionando una aplicación vigorosa de gas
reductor a la superficie de la tira. En una realización preferida
el gas reductor se introduce de forma continua en la cámara a través
de aberturas en los colectores de gas y se dirige hacia la
superficie de la tira a una velocidad que crea turbulencias con el
impacto con la tira. La acción reductora del gas sobre el óxido de
la superficie actúa para reducir los óxidos así como para debilitar
y soltar las partículas de óxido sobre la superficie de la tira, no
siendo necesario, por tanto, que cada partícula de los óxidos o
molécula de óxido reaccione completamente con el gas reductor. Los
óxidos sueltos se pueden eliminar fácilmente aguas abajo por medios
mecánicos tal como el cepillado, descrito posteriormente. Para
garantizar un buen contacto del gas reductor con la tira 14, se
pueden colocar ventiladores (no mostrados) dentro de la cámara
reductora para proporcionar turbulencias al gas de forma que se
optimice la reacción de reducción.
Para un correcto funcionamiento del
procedimiento de reducción, la temperatura de la superficie de la
tira 14 fina y caliente de metal está por encima de aproximadamente
400ºC. La reacción de reducción debe tener lugar durante un periodo
de tiempo muy corto, ya que la tira se puede estar moviendo a través
de la cámara a una velocidad de hasta 750 pies por minuto (228,6
metros por minuto). La tira fina y caliente de metal está a la
temperatura preferible únicamente por el calor retenido en la tira
de la operación de colada continua del metal fundido. El
enfriamiento de la tira se controla durante la colada en el sistema
10 de fusión continua para proporcionar suficiente calor para la
eliminación del óxido en la cámara 18 reductora.
Se pueden proporcionar medios dentro de la
cámara 18 reductora para calentar la tira fina y caliente de metal
si la tira no está a la temperatura preferible. En la figura 1 se
muestran calentadores 26 radiantes, como un ejemplo, para
proporcionar calor a la tira. Los calentadores 26 se pueden usar
durante los periodos de arranque o los periodos de detención de la
fusión continua, que pueden estar ocasionados por problemas de la
operación de fusión, de forma que mantienen la temperatura adecuada
para la superficie de la tira. Los calentadores 26 también son
necesarios si se proporciona un medio de acumulación de tira entre
el sistema 10 de fusión de la tira y la cámara 18 reductora. A
continuación se describe un medio de acumulación de tira. En
determinadas plantas el uso de calentadores 26 puede ser necesario
de forma continua si una operación de fusión continua óptima no
permite que una tira fina y caliente de metal de colada salga a la
temperatura preferible.
En línea, inmediatamente a continuación de la
cámara 18 reductora, está la unidad 28 de enfriamiento, en la que
se enfría la tira 14 fina y caliente de metal hasta una temperatura
por debajo de aproximadamente 150ºC en una atmósfera inerte o
reductora. Es preferible una atmósfera reductora ya que puede tener
lugar una reducción adicional de óxidos de la superficie durante
una parte inicial del procedimiento de enfriamiento mientras que la
tira fina de metal está todavía a una temperatura elevada. La unidad
28 de enfriamiento se conecta preferiblemente directamente a la
cámara 18 reductora para que la tira 14 fina de metal no esté
sometida a la atmósfera mientras está a una temperatura
elevada.
El enfriamiento se lleva a cabo en la unidad 28
de enfriamiento introduciendo el gas de enfriamiento a través de
colectores 30 y dirigiéndolo hacia la superficie de la tira. El gas
de enfriamiento es preferiblemente un gas inerte tal como nitrógeno
combinado con un gas reductor tal como hidrógeno. El cierre 32 en el
extremo de salida de la unidad 28 de enfriamiento y el cierre 34 en
el extremo de entrada de la cámara 18 reductora evitan que los
gases oxidantes de la atmósfera entren al sistema. Una presión
positiva dentro de la cámara reductora y la unidad de enfriamiento
ayuda a evitar la entrada de gases oxidantes.
Como se describió anteriormente, las partículas
no adherentes de óxidos pueden estar presentes sobre la superficie
de la tira tras la reacción de reducción. La eliminación de esas
partículas se consigue con el uso de una unidad 36 de cepillado que
proporciona cepillos que actúan en las superficies superior e
inferior de la tira fina de metal enfriada. Se pueden usar otros
medios adecuados para la eliminación de las partículas.
La tira fina de metal enfriada sin cascarilla
que sale de la unidad 36 de cepillado es susceptible de oxidación
y, si no se programa para un procesado adicional inmediato, puede
tener un recubrimiento de aceite aplicado en la estación 38 de
recubrimiento antes de que se enrolle en un bobinador 40 de tiras.
Procedimientos alternativos pueden consistir en aplicar otros
recubrimientos en la estación 38 de recubrimiento, tal como un
recubrimiento orgánico protector aplicado con una unidad de
recubrimiento orgánico u otros recubrimientos más duraderos, tal
como un galvanizado por inmersión en caliente aplicado con una
unidad de galvanizado por inmersión en caliente o recubrimientos
por recubrimiento electrolítico aplicados con una unidad de
recubrimiento electrolítico.
En el sistema de producción se proporciona al
menos un laminador 42 en caliente entre el sistema 10 de fusión
continua y la cámara 18 reductora. El sistema proporciona un
procedimiento para reducir adecuadamente el calibre acabado de la
tira a partir del espesor de la tira que sale del sistema de fusión
continua. El uso del laminador en caliente, que tiene como
resultado una disminución de la temperatura de la tira, puede
requerir el uso adicional de calentadores 26 en la cámara 18
reductora para proporcionar la temperatura de reducción de óxidos
deseada o, alternativamente, se puede controlar el sistema 10 de
fusión continua de tira para que la tira salga a una temperatura
mayor que la preferible para la tira en la cámara 18 reductora.
En la figura 2 se representa un procedimiento en
el que se proporciona al menos un laminador 44 en frío entre la
unidad 36 de cepillado y la estación 38 de recubrimiento. Es
preferible situar el laminador 44 en frío después de la unidad 36
de cepillado para no embeber ninguna partícula de óxido suelta en la
superficie de la tira de metal durante la laminación en frío.
La inclusión de un laminador 44 en frío en la
línea de procesado permite la producción de una tira fina de metal
que tiene un calibre acabado menor que el de la tira que sale del
sistema 10 de fusión continua. El uso de un laminador 44 en frío
también puede proporcionar un medio para modificar las propiedades
mecánicas de la tira. El uso de un laminador 44 en frío en
combinación con el laminador en caliente, en una única línea de
procesado, puede permitir la producción de una tira fina de metal
sin cascarilla de diversos espesores que tiene una gama de
propiedades mecánicas. Espesores que varían de aproximadamente 0,3 a
3,5 mm son posibles usando únicamente la etapa de laminación en
caliente o laminación en frío o la etapa de laminación en caliente
y laminación en frío combinadas.
La figura 3 representa una línea de procesado en
la que se producen piezas discretas de metal 46 fino sin
cascarilla. La línea de procesado para producir piezas discretas
incluye rodillos 48 de respaldo, u otros medios, para mantener la
tensión de la tira, seguidos de medios de corte, tal como una
cizalla 50, para cortar la tira continua en piezas discretas. La
configuración de la línea de procesado antes de la cizalla 50 puede
ser como la descrita en cualquiera de las realizaciones
anteriores.
En la figura 4 se representa una estación 52 de
procesado que tiene medios para re-texturizar la
superficie de una tira 14 fina de metal. La superficie
re-texturizada puede incluir, por ejemplo, una
superficie decapada, obtenida con el uso de una unidad de decapado
superficial, una apariencia de superficie "cepillada",
obtenida, por ejemplo, con una unidad de cepillado de hilo, una
superficie gofrada, obtenida con el uso de una unidad de gofrado,
etc. En la figura 4 se muestra un laminador en caliente y también
son posibles laminadores como se representan en las configuraciones
descritas anteriormente.
Aunque se han expuesto materiales específicos,
parámetros y etapas de procesado con fines de descripción de las
realizaciones, se pueden recurrir a diversas modificaciones, a la
vista de las anteriores enseñanzas, sin alejarse de las
contribuciones novedosas del solicitante; por tanto, para determinar
el alcance de la presente invención se debe hacer referencia a las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (14)
1. Un procedimiento para la producción directa
de una tira fina de acero sin cascarilla a partir de metal fundido,
que comprende las etapas siguientes:
- a)
- colar una tira fina y caliente de acero de un sistema (10) de fusión continua de tira fina, en el que la superficie de la tira fina y caliente de acero se expone a un medio de enfriamiento y a la atmósfera mientras se cuela,
- b)
- disminuir el espesor de la tira fina y caliente de acero hasta un calibre predeterminado mediante un acero de laminación en caliente,
- c)
- hacer pasar la tira fina caliente directamente a través de una cámara (18) reductora a una primera temperatura por encima de 400ºC, mientras que la tira fina y caliente de metal todavía retiene calor del metal fundido de forma que está a dicha primera temperatura únicamente por el dicho calor retenido.
- d)
- poner en contacto la tira fina y caliente de acero en la cámara (18) reductora con un gas reductor para reducir los óxidos en las superficies de la tira (14), y
- e)
- hacer pasar la tira (14) fina y caliente de acero, antes de su exposición a una atmósfera oxidante, directamente de la cámara reductora a una cámara (28) de enfriamiento, separada de dicha cámara (18) reductora, que tiene gas de enfriamiento no oxidante, dirigido hacia las superficies de la tira, por lo que el enfriamiento de la tira fina y caliente de acero disminuye su temperatura por debajo de 150ºC, para proporcionar una tira fina de acero enfriada.
2. Procedimiento para la producción directa de
una tira fina de metal sin cascarilla a partir de metal fundido
según la reivindicación 1, en el que la tira fina de acero enfriada
se forma en una bobina (40).
3. El procedimiento para la producción directa
de una tira fina de acero sin cascarilla a partir de metal fundido
según la reivindicación 1, en el que, después del enfriamiento hasta
una temperatura por debajo de 150ºC, la tira fina de metal enfriada
disminuye su espesor hasta un calibre predeterminado mediante
laminación en frío.
4. El procedimiento para la producción directa
de una tira fina de acero sin cascarilla a partir de metal fundido
según la reivindicación 1, en el que la tira fina y caliente de
metal tiene un espesor de entre 0,5 y 4 mm.
5. El procedimiento para la producción directa
de una tira fina de acero sin cascarilla a partir de metal fundido
según la reivindicación 4, en el que, después de la disminución de
espesor, la tira fina de acero enfriada tiene un espesor de entre
0,3 y 3,5 mm.
6. El procedimiento para la producción directa
de una tira fina de acero sin cascarilla a partir de metal fundido
según la reivindicación 3, en el que, después de la disminución de
espesor, la tira fina de acero enfriada tiene un espesor de 0,3 a
3,5 mm.
7. El procedimiento para la producción directa
de una tira fina de acero sin cascarilla a partir de metal fundido
según la reivindicación 1, en el que la tira fina de acero se
cepilla después del enfriamiento.
8. El procedimiento para la producción directa
de una tira fina de acero sin cascarilla a partir de metal fundido
según la reivindicación 7, en el que la tira fina de acero cepillada
disminuye su espesor hasta un calibre predeterminado mediante
laminación en frío.
9. El procedimiento para la producción directa
de una tira fina de acero sin cascarilla a partir de acero fundido
según la reivindicación 7, en el que la tira fina de acero cepillada
tiene un recubrimiento aplicado a al menos una de las
superficies.
10. El procedimiento para la producción directa
de una tira fina de acero sin cascarilla a partir de metal fundido
según la reivindicación 9, en el que el recubrimiento es aceite.
11. El procedimiento para la producción directa
de una tira fina de acero sin cascarilla a partir de acero fundido
según la reivindicación 1, en el que la tira fina de acero se corta
en piezas discretas tras el enfriamiento.
12. El procedimiento para la producción directa
de una tira fina de acero sin cascarilla a partir de acero fundido
según la reivindicación 1, en el que la tira fina de acero tiene un
recubrimiento aplicado a al menos una de las superficies tras el
enfriamiento.
13. El procedimiento para la producción directa
de una tira fina de acero sin cascarilla a partir de acero fundido
según la reivindicación 12, en el que el recubrimiento es
aceite.
\newpage
14. Los procedimientos para la producción
directa de una tira fina de acero sin cascarilla a partir de acero
fundido según la reivindicación 1, en los que, después del
enfriamiento, al menos una de las superficies de la tira fina de
acero enfriada se re-texturiza.
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