ES2932001T3 - Rodillo de enfriamiento magnético - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un rodillo de enfriamiento que comprende un eje y un manguito, dicho manguito tiene una longitud y un diámetro y está estructurado de la siguiente manera: un cilindro interior, una pluralidad de imanes dispuestos a lo largo de al menos una parte de la longitud del cilindro interior, cada imán estando definido por una anchura, una altura y una longitud, un sistema de refrigeración que rodea al menos una parte de dicha pluralidad de imanes, dicho sistema de refrigeración y dicha pluralidad de imanes estando separados por un espacio definido por una altura, siendo la altura del espacio la más pequeña distancia entre un imán y el sistema de enfriamiento anterior, teniendo dichos imanes un ancho tal que se cumple la siguiente fórmula: altura del espacio x 1,1 <= ancho del imán <= altura del espacio x 8,6. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Rodillo de enfriamiento magnético
[0001] La presente invención se refiere a un equipo para enfriar una banda metálica en continuo movimiento. Esta invención es particularmente adecuada para el enfriamiento de láminas de acero, durante procedimientos metalúrgicos.
[0002] En un procedimiento de enfriamiento de bandas de acero en caliente, el enfriamiento de la banda con un rodillo de enfriamiento es un procedimiento conocido. Dichos rodillos de enfriamiento se pueden usar en varias etapas del procedimiento, por ejemplo: aguas abajo de un horno o un baño de recubrimiento. La banda se enfría principalmente debido a la conducción térmica entre el rodillo de enfriamiento enfriado y la banda. Sin embargo, la eficiencia de dicha técnica se ve muy afectada por la planeidad de la banda y el contacto superficial entre el rodillo y la banda. La planeidad de la banda empeora cuando hay un desnivel de contacto entre el rodillo y la banda a lo largo del ancho de la banda debido a las velocidades de enfriamiento desiguales.
[0003] La patente JPH04346628 se refiere a un aparato, un rodillo, para enfriar una banda. Los imanes se proporcionan dentro de un cuerpo de rodillo de manera continua o a intervalos adecuados. Sobre los imanes, hay un tubo de enfriamiento envuelto helicoidalmente alrededor de los imanes, del sistema de enfriamiento. La cubierta externa del rodillo está recubierta preferentemente con Al2 O3/ZrO2.
[0004] La patente JP59-217446 se refiere a un aparato, un rodillo, para enfriar o calentar una banda metálica. El interior del rodillo sostiene un portador térmico, del sistema de enfriamiento, mientras que los imanes están dispuestos en la cubierta externa del rodillo JP H04346628 A y WO 2013/028925 A1 habiéndose incorporado en la periferia imanes, así como la configuración de los imanes dispuestos en el rodillo son adecuados para enfriar la lámina de rodadura.
[0005] Sin embargo, mediante el uso de los equipos anteriores, la banda no está lo suficientemente en contacto con el rodillo con el fin de superar los posibles defectos de planeidad de la banda y, por lo tanto, su planeidad empeora durante el enfriamiento y la calidad de la banda se degrada en consecuencia. Por otra parte, el sistema de enfriamiento no permite enfriar suficiente y homogéneamente la banda, lo cual conlleva a variaciones de temperatura a lo largo del ancho de la banda, especialmente entre los bordes y el centro de la banda. Es más, debido a la disposición de las diferentes piezas del rodillo de enfriamiento, el coeficiente de transferencia térmica no es óptimo.
[0006] En consecuencia, existe la necesidad de encontrar una manera de reducir o suprimir el desnivel de contacto entre el rodillo y la banda con el fin de mejorar la homogeneidad de contacto y, por lo tanto, la homogeneidad de enfriamiento a lo largo del ancho de la banda. También es necesario mejorar la eficiencia del sistema de enfriamiento.
[0007] El propósito de esta invención es proporcionar un rodillo que permita enfriar una banda de forma más homogénea en su dirección de ancho sin deteriorar la planeidad de dicha banda.
[0008] Este objeto se logra proporcionando un equipo según la reivindicación 1. El equipo también puede comprender cualquiera de las características de las reivindicaciones 2 a 10. Este objeto también se logra proporcionando procedimientos según las reivindicaciones 11 a 14.
[0009] Otras características y ventajas de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de la invención.
[0010] Para ilustrar la invención, se describirán diversas realizaciones y ensayos de ejemplos no limitantes, en particular, con referencia a las siguientes figuras:
La Figura 1 es una vista en sección transversal de una realización de un rodillo que muestra una posible disposición de los diferentes elementos.
La Figura 2 muestra una realización de un papel por el que pasa un medio de soporte, un eje.
La Figura 3 presenta una longitud de imán preferida en comparación con el ancho de la banda.
La Figura 4 muestra los polos de un imán.
La Figura 5 presenta una orientación preferida de los flujos de enfriamiento a través de los canales de enfriamiento. La Figura 6 muestra una posible disposición de los medios de soporte, los sistemas de enfriamiento y los medios para conectarlos.
La Figura 7 presenta una segunda posible disposición de los medios de soporte, los sistemas de enfriamiento y los medios para conectarlos.
La Figura 8 muestra una posible posición de la banda en el rodillo de enfriamiento.
La Figura 9 muestra un posible uso del rodillo de enfriamiento después de un procedimiento de recubrimiento. La Figura 10 presenta un segundo posible uso del rodillo de enfriamiento en un procedimiento de acabado. La Figura 11 comprende un gráfico que muestra la evolución de la discrepancia de temperatura a lo largo del ancho
de la banda.
La Figura 12 presenta la temperatura de la superficie del rodillo a lo largo de su ancho y una posición preferida de la banda en vista de la longitud del rodillo.
La Figura 13 muestra la influencia de la relación entre el ancho de imán y la altura de espacio entre los imanes y el sistema de enfriamiento.
[0011] Como se ilustra en la Figura 1, la invención se refiere a un rodillo de enfriamiento 1 que comprende un eje 2 y un manguito 3, teniendo dicho manguito una longitud y un diámetro y estando estructurado desde el interior hacia el exterior de la siguiente manera:
- un cilindro interno 4,
- una pluralidad de imanes 5 en la periferia de dicho cilindro interno dispuestos a lo largo de al menos una parte de la longitud del cilindro interno, siendo cada imán definido por un ancho, una altura y una longitud,
-un sistema de enfriamiento 6 que rodea al menos una parte de dicha pluralidad de imanes 5,
- estando dicho sistema de enfriamiento y dicha pluralidad de imanes separados por un espacio 7 definido por una altura, siendo la altura del espacio la distancia más pequeña entre un imán 5 y el sistema de enfriamiento 6 anterior, - teniendo dichos imanes 5 un ancho tal que se satisface la siguiente fórmula:
altura de espacio x 1,1 < ancho de imán < altura de espacio x 8,6.
[0012] En la técnica anterior, parece que no es posible atraer suficientemente la banda al rodillo con el fin de superar los defectos de planeidad y obtener un contacto homogéneo. Esto da como resultado una planeidad aún más desigual y, por lo tanto, a una disminución de la calidad de la banda. Por otra parte, la disposición del sistema de enfriamiento no permite realizar un enfriamiento suficiente y homogéneo, no logrando la microestructura y las propiedades deseadas.
[0013] Por el contrario, con el equipo según la presente invención, es posible atraer fuerte y suficientemente la banda, superando los defectos de planeidad existentes. Por lo tanto, la banda se enfría sin generar defectos de planeidad o propiedades desiguales. Por otra parte, la disposición del sistema de enfriamiento hace posible la producción de un enfriamiento homogéneo a lo largo del ancho de la banda.
[0014] Ventajosamente, dicha altura de espacio satisface la siguiente fórmula: altura de espacio x 1,4 < ancho de imán < altura de espacio x 6,0. Parece que respetar esta fórmula permite tener como mínimo el 70 % de la fuerza de atracción máxima.
[0015] Ventajosamente, dicha altura de espacio satisface la siguiente fórmula: altura de espacio x 1,6 < ancho de imán < altura de espacio x 5,0. Parece que respetar esta fórmula permite tener como mínimo el 80 % de la fuerza de atracción máxima.
[0016] Ventajosamente, dicha pluralidad de imanes está dispuesta a lo largo de toda la longitud del cilindro interno. Dicha disposición mejora la homogeneidad del enfriamiento.
[0017] Como se ilustra en la figura 1, los imanes se fijan preferentemente al cilindro interno 4, alrededor de su periferia.
[0018] Como se ilustra en la Figura 2, el cilindro interno 4 comprende preferentemente medios para soportar, girar y transportar el rodillo de enfriamiento, posicionado preferentemente en ambas caras laterales 8. Dichos medios pueden ser un eje 2 insertado en el interior de los orificios 9 centrados en el eje de rotación del cilindro 10 en ambas caras laterales 8. El orificio cilindrico 9 puede ser a partir de una cara lateral a la otra para que el eje 2 pase a través del cilindro.
[0019] Como se ilustra en la Figura 3, los imanes 5 están dispuestos preferentemente paralelos al eje de rotación de rodillo 10. Aún más preferentemente, cada longitud de imán 11 es mayor que el ancho de banda 12. Dicha disposición parece aumentar la uniformidad de la atracción de la banda al rodillo de enfriamiento.
[0020] Como se ilustra en la Figura 4, el polo norte está orientado hacia el sistema de enfriamiento 6, mientras que el polo sur está orientado hacia el cilindro interno 4. La altura de imán puede definirse como la distancia entre la cara norte 5N y la cara sur 5S.
[0021] Ventajosamente, dichos imanes son imanes permanentes. El uso de imanes permanentes permite crear un campo magnético sin necesidad de cables o corriente, facilitando la gestión del rodillo de enfriamiento. Por otra parte, parece que los imanes permanentes crean un campo magnético más fuerte en comparación con los electroimanes. Es más, los electroimanes mientras están en uso generan una corriente inductiva que calienta el rodillo y el fluido de refrigeración, lo que parece reducir la eficiencia de enfriamiento. Dichos imanes pueden estar hechos de una aleación a base de neodimio, NdFeB, por ejemplo.
[0022] Ventajosamente, como se ilustra en la Figura 5, dicho sistema de enfriamiento 6 está hecho de una capa metálica que comprende al menos dos canales de enfriamiento 12 a través de los cuales puede fluir un fluido de refrigeración. Preferentemente, dicho sistema de enfriamiento tiene una forma cilíndrica hueca. Es preferible tener varios canales de enfriamiento puesto que el fluido de refrigeración puede renovarse fácilmente y con mayor frecuencia, lo que conduce a una temperatura de fluido de refrigerante más baja en comparación con un solo compartimiento. El sistema de enfriamiento 6 es preferentemente una férula que contiene un fluido de refrigeración. Preferentemente, el sistema de enfriamiento cubre al menos todo el ancho de la banda pasante que se enfría e incluso más preferentemente. Permite aumentar la homogeneidad del enfriamiento a lo largo del ancho de la banda.
[0023] Ventajosamente, como se ilustra en la Figura 5, dichos canales de enfriamiento 12 están dispuestos en paralelo al eje de rotación de rodillo 10. Aparentemente, tal posicionamiento de los canales de enfriamiento permite acortar la longitud de enfriamiento de un canal, de modo que la temperatura del fluido de refrigeración al final del canal sea menor que si el canal de enfriamiento estuviera curvado. Mejora la eficiencia del fluido de refrigeración.
[0024] Ventajosamente, como se ilustra en la Figura 6 y 7, el sistema de enfriamiento 6 comprende medios para inyectar un fluido de refrigeración 13 en dichos canales de enfriamiento 12. Preferentemente, los medios para inyectar un fluido de refrigeración 13 están conectados a al menos un medio de soporte del rodillo 2, donde el fluido de refrigeración puede fluir de modo que el fluido de refrigeración pase de un sistema que permite enfriar de manera continua el fluido de refrigeración (no representado) a los canales de enfriamiento 12 mediante el al menos un medio de soporte 2 y los medios 13 para inyectar un fluido de refrigeración. El sistema de enfriamiento 6 también comprende medios de recuperación 14 para hacer fluir el fluido de refrigeración desde el canal de enfriamiento 12 de regreso a un sistema que permite enfriar de manera continua el fluido de refrigeración. En consecuencia, el fluido de refrigeración fluye preferentemente en un circuito cerrado.
[0025] Ventajosamente, como se ilustra en la Figura 6 y 7, los medios 13 para inyectar un fluido de refrigeración se disponen alternativamente en ambos lados de los canales de enfriamiento 12. Como se ilustra en la Figura 8, los canales de enfriamiento 12 se conectan alternativamente a un medio de inyección 13 o a un medio de recuperación 14. Esta alternancia mejora la uniformidad de enfriamiento puesto que la dirección de flujo de enfriamiento de los canales adyacentes es opuesta.
[0026] Ventajosamente, dicho sistema de enfriamiento rodea dicha pluralidad de imanes. Dicha disposición mejora la homogeneidad y el rendimiento del enfriamiento.
[0027] Ventajosamente, como se ilustra en la Figura 5, el fluido de refrigeración en dichos canales de enfriamiento fluye en dirección opuesta en los canales de enfriamiento adyacentes. Dicho procedimiento de enfriamiento permite un enfriamiento más homogéneo a lo largo del ancho de la banda.
[0028] Como se ilustra en la Figura 8, la invención también se refiere a un procedimiento de enfriamiento de una banda en continuo movimiento 15, en una instalación según la invención, que comprende las etapas de atraer magnéticamente una parte de dicha tira a al menos un rodillo de enfriamiento 1 y poner dicha banda 15 en contacto con el al menos un rodillo de enfriamiento 1.
[0029] Dicho procedimiento combinado con el equipo descrito anteriormente permite atraer fuerte y suficientemente la banda pasante superando los defectos de planeidad existentes. Por lo tanto, la banda pasante se enfría sin generar defectos de planeidad o propiedades desiguales.
[0030] Ventajosamente, se están usando al menos tres rodillos de enfriamiento y dicha banda está en contacto con los al menos tres rodillos de enfriamiento al mismo tiempo. Dicho uso de varios rodillos permite un buen enfriamiento a lo largo de la banda.
[0031] Ventajosamente, dicha banda en contacto con el rodillo de enfriamiento tiene una velocidad comprendida entre 0,3 m.s-1 y 20 m.s-1. Parece que debido a que se aumenta el coeficiente de transferencia térmica, la banda necesita menos tiempo de contacto en el rodillo para lograr la temperatura deseada, por ende, existe la posibilidad de trabajar con una rotación de velocidad de rodillo más alta.
[0032] La siguiente descripción se referirá a dos usos de la invención en diferentes instalaciones para el enfriamiento de una banda usando rodillos de enfriamiento. En cambio, la presente invención es aplicable a todos los procedimientos en los que se enfría una banda metálica, por ejemplo, en las líneas de acabado, galvanización, envasado o recocido.
[0033] Como se representa en la Figura 9, en una línea de recubrimiento, al menos un rodillo de enfriamiento 1 se puede colocar aguas abajo de un baño de recubrimiento (no representado) y enfriadores 16 que soplan aire en cada lado de la banda 15'. Se pueden usar varios rodillos de enfriamiento 1 dependiendo de la velocidad de la banda, de las temperaturas de entrada y de referencia de la banda, respectivamente Te y Tt y de la temperatura de la superficie del rodillo. En este caso, la banda se enfría a partir de una temperatura de entrada de alrededor de 250 °C hasta una temperatura de referencia de alrededor de 100 °C cuando abandona el último rodillo de enfriamiento. Como
se ilustra en la Figura 9, los rodillos se pueden desplazar ligeramente hacia el lado donde la banda entra en contacto con los mismos para maximizar el área de contacto entre los rodillos y la banda.
[0034] Como se representa en la Figura 10, en una línea de acabado, se puede usar al menos un rodillo de enfriamiento 1 aguas abajo de una etapa de zona de enfriamiento lento 17, donde la banda 15" se enfría al entrar en contacto con el aire ambiente, y una zona de enfriamiento rápido 18, donde los enfriadores 16' soplan aire a cada lado de la banda. Por lo general, la banda entra en la zona de enfriamiento lento 19 con una temperatura de alrededor de 800 °C y, a continuación, dependiendo de los grados, la temperatura de entrada, Te, está entre 400 °C y 700 °C justo antes de entrar en contacto con el primer rodillo de enfriamiento y la temperatura de referencia, Tt , es de alrededor 100°C.
Resultados experimentales
[0035] Con el fin de evaluar los beneficios de esta invención y mostrar que se reduce o al menos no aumenta la diferencia de temperatura a lo largo del ancho de la banda, se muestran y explican varios resultados.
[0036] Los resultados experimentales se han obtenido usando el siguiente rodillo y banda:
Dimensiones y características del rodillo:
- El cilindro interno es de 1400 mm de largo y tiene un diámetro de 800 mm de acero al
carbono.
- Los imanes están compuestos de Nd2 Fe-MB y dispuestos en paralelo al eje de rotación del rodillo con una altura de 30 mm y un ancho de 30 mm, separados por espacios de 2 mm dispuestos alrededor del cilindro interno y sobre el mismo.
- El sistema de enfriamiento está hecho de acero inoxidable. Los canales de enfriamiento están dispuestos paralelos al eje del rodillo. Por otra parte, el fluido de refrigeración fluye en los canales de enfriamiento desde sus lados laterales. Las inyecciones del fluido de refrigeración en dichos canales de enfriamiento se realizan en el lado opuesto de los canales de enfriamiento consecutivos, lo que permiten tener direcciones de flujo de refrigeración opuestas en canales de enfriamiento adyacentes.
- La altura de espacio entre la capa magnética y el sistema de enfriamiento es de 10 mm.
- La velocidad de la banda puede variar de 0,3 a 20 m.s-1.
[0037] La banda tiene 1090 mm de ancho y está hecha de acero.
Ejemplo 1
[0038] Con el fin de verificar que la temperatura es más homogénea después que antes del rodillo de enfriamiento, la diferencia de temperatura entre los extremos de temperatura a lo largo del ancho de la banda se compara antes y después de su enfriamiento por el rodillo de enfriamiento.
[0039] Si la diferencia entre el punto más caliente y el más frío a lo largo del ancho de la banda es de 20 °C antes del rodillo de enfriamiento y es de 10 °C después del rodillo de enfriamiento, la diferencia de intervalo de temperatura es de 10 °C. Si la diferencia entre el punto más caliente y el más frío a lo largo del ancho de la banda es de 20 °C antes del rodillo y es de 30 °C después del rodillo, entonces la diferencia de intervalo de temperatura es de -10 °C.
[0040] Esto significa que la diferencia de intervalo de temperatura obtenida es superior a 0, por lo que se ha aumentado la homogeneidad de la temperatura a lo largo del ancho de la banda. Por otra parte, cuanto mayor sea el valor de diferencia de intervalo de temperatura, mejor será la mejora de la homogeneidad de la temperatura.
[0041] De la lectura del gráfico, en la Figura 11, se desprende que la homogeneidad de la temperatura a lo largo del ancho de la banda se mejora después del enfriamiento. En el eje vertical se representan los valores de la diferencia de intervalo de temperatura, todos están por encima de 0 y la gran mayoría está por encima de 40 °C. Por lo tanto, la diferencia de temperatura entre el punto más caliente y el más frío del ancho de una banda se ha reducido en al menos 40 °C en la gran mayoría de los casos. Este resultado es una clara mejora en comparación con los resultados del estado de la técnica.
Ejemplo 2
[0042] Con el fin de verificar la mejora de la homogeneidad de la temperatura a lo largo del ancho de la banda, se han medido los perfiles de temperatura del rodillo a lo largo de diferentes anchos 11', como se puede observar en la Figura 12. La temperatura es uniforme a lo largo de la sección en contacto con el ancho de la banda 12'. En consecuencia, la banda se enfría uniformemente en la dirección del ancho de modo que el borde y el centro del ancho de la banda estén a la misma temperatura. Estos resultados demuestran claramente los resultados esperados de la presente invención y una mejora en comparación con el estado de la técnica.
Ejemplo 3
[0043] Con el fin de evaluar la relación entre la altura de espacio y el ancho de imán, la fuerza de atracción generada por los imanes en la superficie externa del rodillo se determina en función de esta relación.
[0044] De este gráfico, representado en la Figura 13, se desprende que el intervalo óptimo es para una relación que siga esta ecuación:
altura de espacio x 1,1 < ancho de imán < altura de espacio x 8,6, correspondiente a aproximadamente el 50 % de la fuerza de atracción máxima.
Claims (14)
1. Un rodillo de enfriamiento (1) que comprende un eje (2) y un manguito (3), teniendo dicho manguito una longitud y un diámetro que comprende, desde el interior hacia el exterior:
- un cilindro interno (4),
- una pluralidad de imanes (5) en la periferia de dicho cilindro interno dispuestos a lo largo de al menos una parte de la longitud del cilindro interno, estando cada imán definido por un ancho, una altura y una longitud,
- un sistema de enfriamiento (6) que rodea al menos una parte de dicha pluralidad de imanes (5),
- estando dicho sistema de enfriamiento y dicha pluralidad de imanes separados por un espacio (7) definido por una altura, siendo la altura del espacio la distancia más pequeña entre un imán (5) y el sistema de enfriamiento (6) anterior,
- teniendo dichos imanes (5) un ancho tal que se satisface la siguiente fórmula:
altura de espacio x 1,1 < ancho de imán < altura de espacio x 8,6.
2. El equipo según la reivindicación 1, donde dichos imanes (5) son imanes permanentes.
3. El equipo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, donde dicho sistema de enfriamiento (6) está hecho de una pieza metálica que comprende al menos dos canales de enfriamiento (12) a través de los cuales puede fluir un fluido de refrigeración.
4. El equipo según la reivindicación 3, donde dichos canales de enfriamiento (12) están dispuestos paralelos a la altura del rodillo de enfriamiento.
5. El equipo según la reivindicación 3, donde el sistema de enfriamiento (6) comprende medios (13) para inyectar un fluido de refrigeración en dichos canales de enfriamiento (12).
6. El equipo según la reivindicación 5, donde dichos medios (13) para inyectar un fluido de refrigeración están dispuestos alternativamente en ambos lados de los canales de enfriamiento (12).
7. El equipo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde dicho ancho de imán satisface la siguiente fórmula: altura de espacio x 1,4 < ancho de imán < altura de espacio x 6,0.
8. El equipo según la reivindicación 7, donde dicho ancho de imán satisface la siguiente fórmula: altura de espacio x 1,6 < ancho de imán < altura de espacio x 5,0.
9. El equipo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde dicha pluralidad de imanes está dispuesta a lo largo de toda la longitud del cilindro interno.
10. El equipo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde dicho sistema de enfriamiento (6) rodea dicha pluralidad de imanes (5).
11. Un procedimiento de enfriamiento de una banda metálica en movimiento continuo, en una instalación como se describe en las reivindicaciones 1 a 8 que comprende las etapas de
- atraer magnéticamente una parte de dicha banda (15) a al menos un rodillo de enfriamiento (1) y poner dicha banda (15) en contacto con el al menos un rodillo de enfriamiento (1).
12. El procedimiento según la reivindicación 11, donde se usan al menos tres rodillos de enfriamiento (1) y dicha banda (15') está en contacto con los al menos tres rodillos de enfriamiento (1) al mismo tiempo.
13. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 12, donde dicha banda en contacto con el rodillo de enfriamiento tiene una velocidad entre 0,3 m.s_1 y 20 m.s-1.
14. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, donde dicho sistema de enfriamiento (6) está hecho de una pieza metálica que comprende al menos dos canales de enfriamiento (12) a través de los cuales puede fluir un fluido de refrigeración, fluyendo el fluido de refrigeración en dichos canales de enfriamiento (12) en dirección opuesta en canales de enfriamiento (12) adyacentes.
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