BR112017005933B1 - rolo de forno e aparato de recozimento contínuo - Google Patents
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Abstract
Trata-se de um rolo de forno que sustenta e transporta uma chapa de aço em uma fornalha de recozimento contínuo, em que: a totalidade de uma parte de eixo e um corpo principal de rolo é constituída por um material de cerâmica, mais especificamente, a parte de eixo e um corpo principal de rolo são constituídos por camadas de cerâmica que são formadas de diferentes tipos de material de cerâmica e que têm um formato circular concêntrico com o centro do mesmo sendo o eixo de rotação do rolo; e o rolo de forno não apenas se destaca em resistência de absorção, mas também tem uma vida útil de rolo longa e durante um período de tempo longo não exige manutenção. Também é fornecido um aparato de recozimento contínuo que usa o rolo de forno em pelo menos uma dentre uma zona de aquecimento, uma zona de imersão e uma zona de resfriamento
Description
[0001] Esta invenção refere-se a um rolo de forno disposto emuma fornalha de recozimento contínuo na qual uma chapa de aço é submetida a um tratamento térmico contínuo enquanto é transportada, e um aparato de recozimento contínuo com o uso do rolo de forno.
[0002] Um aparato de recozimento contínuo é um aparato parasubmeter de modo contínuo uma chapa de aço a um tratamento térmico em que uma chapa de aço em formato de bobina é desenrolada em um lado de entrada da fornalha em um formato de chapa, introduzida na fornalha mantida em uma temperatura alta, submetida de modo contínuo a um tratamento térmico enquanto é sustentada e transportada com rolos e similares, resfriada e retirada para um lado exterior da fornalha e enrolada novamente em uma bobina. O mesmo é amplamente usado como um aparato de recozimento para uma chapa de aço laminada a frio, uma chapa de aço inoxidável, uma chapa de aço elétrica e similares nos últimos anos.
[0003] Um rolo de forno está disposto na fornalha do aparato derecozimento contínuo para transportar a chapa de aço enquanto sustenta, e é produzido de modo convencional a partir de uma chapa resistente ao calor, liga resistente ao calor ou similar em uso. No entanto, o rolo de forno é usado de modo contínuo na fornalha mantida em uma temperatura alta de 700 a 1300 °C sob uma atmosfera de oxidação ou uma atmosfera de redução durante um longo tempo, de modo que haja um problema em que a deformação de rolo (dobra), absorção e similar são, em geral, ocasionadas. No presente documento, a absorção (também referenciada como "acúmulo") significa que ferro, óxidos de ferro, óxidos de manganês e similares que existem na superfí- cie da chapa de aço são depositados em uma superfície periférica externa do rolo de forno. Se a absorção for ocasionada, falhas são geradas na chapa de aço sustentada e transportada pelo rolo de forno para deteriorar de modo significativo a qualidade de produto.
[0004] Como uma técnica para solucionar o problema acima, é desenvolvido um rolo de forno formado por aspersão térmica de um material de cerâmica em uma superfície de um material-base de um rolo de metal, um rolo de forno formado fixando-se uma manga de cerâmica, uma manga de carbono ou similar a um rolo de metal e assim por diante. Por exemplo, o Documento de Patente 1 revela um rolo de forno para uma fornalha de tratamento térmico que tem, em uma porção de superfície de um material-base produzido a partir de um aço fundido resistente ao calor, um revestimento aspergido termicamente que compreende um silicieto à base de Zr ZrSi2 de 10 a 70% em volume do total e o restante que é um óxido à base de Zr que contém um ou mais de MgO, CaO e Y2O3 em 5 a 20% em peso e que é excelente na resis-tência de acúmulo, resistência de decapagem de temperatura alta e resistência ao desgaste em temperatura alta. Além disso, o Documento de Patente 2 revela um rolo de forno no qual um eixo de um rolo de metal é coberto com uma manga de cerâmica e pelo menos uma dentre ambas as extremidades da manga é pressionada de modo elástico em sua direção de eixo com um membro de pressionamento com o uso do eixo do rolo como uma sede para suprimir rachaduras facilmente ocasionadas na fixação da manga, enquanto uma chapa fina de metal está disposta em um estado de enrolamento em uma forma de bobina entre uma superfície interna e uma superfície externa da manga em ambas as porções de extremidade da mesma. O Documento de Patente 3 revela um rolo de forno para uma fornalha de tratamento térmico na qual uma manga de carbono que tem uma resistência à absorção é encaixada em um corpo de núcleo de metal.
[0005] Documento de Patente 1: JP-A-H06-065708
[0006] Documento de Patente 2: JP-A-H01-176021
[0007] Documento de Patente 3: JP-A-2005-281791
[0008] No entanto, o rolo formado por aspersão térmica do material de cerâmica na superfície do material-base do rolo de metal conforme revelado no Documento de Patente 1 é excelente na resistência à absorção, mas exfoliação pode ser facilmente ocasionada dependendo da temperatura, atmosfera ou similar da fornalha, de modo que a faixa de aplicação do rolo seja limitada. Além disso, o revestimento aspergidotérmico de cerâmica é facilmente desgastado por atrito com a chapa de aço e o ciclo de substituição do rolo é tão curto quanto alguns anos, de modo que haja um problema na manutenção. O rolo formado cobrindo-se o eixo do rolo de metal com a manga de cerâmica conforme revelado no Documento de Patente 2 é excelente na resistência à absorção. No entanto, visto que é necessário cobrir o eixo do rolo de metal com a manga, a porção fixada pode estar quebrada, ou a dobra pode ser ocasionada no rolo devido à diferença de expansão térmica entre metal e cerâmica e, consequentemente, é necessário substituir o rolo durante um período curto de cerca de uma metade de ano ou reparar a porção fixada. Além disso, o rolo de forno coberto com a manga de carbono no Documento de Patente 3 tem problemas similares.
[0009] Conforme descrito acima, cada um dos rolos de forno convencional tem um problema na durabilidade, e é necessário substituir ou reparar frequentemente o rolo, que é um encargo grande na manutenção do aparato.
[00010] A invenção é feita tendo em vista os problemas menciona- dos anteriormente inerentes às técnicas convencionais, e é para fornecer um rolo de forno que tem uma resistência à absorção excelente, bem como uma vida útil de rolo longa isenta de manutenção durante um período de tempo longo e um aparato de recozimento contínuo com o uso do rolo de forno.
[00011] Os inventores tiveram como foco uma matéria-prima que constitui o rolo de forno e produziram diversos estudos para solucionar a tarefa acima. Como resultado, foi revelado que um rolo de forno que tem uma resistência à absorção excelente e que é isento de manutenção durante um período de tempo longo pode ser obtido constituindo- se o todo do rolo de forno com um ou mais materiais de cerâmica e a invenção foi alcançada.
[00012] Ou seja, a invenção é um rolo de forno para sustentar e transportar uma chapa de aço em uma fornalha de recozimento contínuo, distinguido por todos dentre uma porção de eixo e um corpo principal do rolo são produzidos a partir de um ou mais materiais de cerâmica.
[00013] O rolo de forno da invenção é distinguido constituindo-se com camadas de cerâmica concêntricas produzidas a partir de materiais de cerâmica diferentes centralizados em um eixo de rotação do rolo.
[00014] O rolo de forno da invenção é distinguido por a porção de eixo e o corpo principal de rolo serem produzidos a partir de materiais de cerâmica diferentes.
[00015] Além disso, o rolo de forno da invenção é distinguido pelo corpo principal de rolo ser constituído por camadas de cerâmica diferentes.
[00016] Adicionalmente, o material de cerâmica no rolo de forno da invenção é distinguido por ter uma resistência à temperatura alta de de não menos que 200 MPa e uma resistência ao choque térmico de não menos que 350°C.
[00017] O rolo de forno da invenção é distinguido por uma razão de coeficiente de expansão térmica do material de cerâmica em uma camada interna para o material de cerâmica em uma camada externa dentro de uma faixa de temperatura de operação ser uma faixa de 0,5 a 1,5.
[00018] O material de cerâmica no rolo de forno da invenção é distinguido por ser qualquer um dentre nitreto de silício, carboneto de silício, alumina e zircônia.
[00019] Adicionalmente, a invenção é um aparato de recozimento contínuo caracterizado por usar qualquer um dentre os rolos de forno descritos acima em pelo menos uma dentre uma zona de aquecimento, uma zona de imersão e uma zona de resfriamento do aparato.
[00020] Além disso, o aparato de recozimento contínuo da invenção é distinguido por usar o rolo de forno em uma seção que tem uma temperatura interna de 700 a 1300°C na zona de aquecimento, na zona de imersão e na zona de resfriamento.
[00021] De acordo com a invenção, o todo do rolo de forno no aparato de recozimento contínuo que inclui a porção de eixo e o corpo principal de rolo é produzido a partir de um ou mais materiais de cerâmica, de modo que absorção pode ser suprimida para aprimorar de modo notável uma qualidade de superfície de uma chapa de aço de produto e também deformação do rolo de forno e similar podem ser significativamente reduzidos e, consequentemente, a substituição do rolo de forno não é necessária durante um período de não menos que10 anos, que pode não apenas alcançar o estado isento de manutenção, mas também contribui amplamente para aprimorar a produtividade.
[00022] A Figura 1 é uma vista esquemática que ilustra um contorno de um aparato de recozimento contínuo com capacidade para aplicar o rolo de forno de acordo com a invenção.
[00023] A Figura 2 é uma vista esquemática que ilustra uma estrutura do rolo de forno de acordo com a invenção.
[00024] A Figura 1 é uma vista esquemática que ilustra um aparato de recozimento contínuo de tipo lateral (tipo horizontal) para submeter de modo contínuo uma chapa de aço a um tratamento térmico por aquecimento, enquanto é transportado em uma direção horizontal em que uma chapa de aço 1 desenrolada de uma bobina por um carretel de desenrolamento (PR) em um lado de entrada é submetida a um tratamentotérmico de aquecimento, imersão e resfriamento enquanto é passada de modo contínuo através de uma zona de aquecimento 2, uma zona de imersão 3 e uma zona de resfriamento 4 e enrolada novamente em outra bobina por um carretel de tensão (TR) em um lado externo. É comum que uma máquina de soldagem, para passar de modo contínuo as chapas de aço, um equipamento de limpeza para remover um óleo de laminação ou similar da chapa de aço, um equipamento de compensação (looper equipment), e assim por diante, que estão dispostos entre o carretel de desenrolamento e a zona de aquecimento 2 e um equipamento de compensação, um equipamento de laminação de têmpera, e assim por diante, estão dispostos entre a zona de resfriamento 4 e o carretel de tensão, que não são mostrados na Figura 1.
[00025] Visto que a chapa de aço a ser tratada é submetida ao tra-tamentotérmico na zona de aquecimento 2 e na zona de imersão 3 para fornecer propriedades de material desejadas, é comum que dentro de tais zonas seja aquecida a uma temperatura de não menos que 700°C, mas não mais que 1300°C. Ademais, a zona de aquecimento 2 é, em geral, aquecida com um método de aquecimento direto injetando-se diretamente chamas na chapa de aço ou um método de aquecimento indireto através de um tubo radiante e a zona de imersão 3 é, em geral, aquecido com um método de aquecimento indireto através de um tubo radiante ou um aquecedor elétrico.
[00026] Um rolo de forno 5 para sustentar e transportar a chapa de aço na zona de aquecimento 2, na zona de imersão 3 e na zona de resfriamento 4 é geral para ter uma estrutura que compreende uma porção de eixo 5a como um centro de rotação do rolo e um corpo principal de rolo 5b formado na circunferência da porção de eixo e que tem uma superfície periférica externa em contato com a chapa de aço conforme mostrado na Figura 2. Portanto, um rolo de forno formado montando-se uma manga produzida a partir de cerâmica ou carbono na circunferência da porção de eixo produzida a partir de aço de resistência ao calor foi principalmente usado como uma contramedida para absorção. No entanto, embora o rolo de forno descrito acima seja excelente na resistência à absorção, a vida útil do rolo é curta devido à deformação ou ao desgaste do rolo, e é necessário realizar de modo frequente a manutenção, tal como substituição de rolo, reparo e similares.
[00027] A invenção é para solucionar o problema acima constituindo-se o todo do rolo de forno que inclui a porção de eixo e o corpo principal de rolo com um ou mais materiais de cerâmica apenas.
[00028] Como o material de cerâmica usável para o rolo de forno da invenção, são incluídos nitreto de silício Si3N4, carboneto de silício SiC, alumina Al2O3, zircônia ZrO2 e uma mistura dos mesmos, qualquer um dos quais pode ser, de preferência, usado. Ademais, o rolo de forno é basicamente um rolo oco, mas pode ser um rolo sólido.
[00029] Dentre os materiais de cerâmica descritos acima, é prefe- rencial usar um material de cerâmica que tem uma resistência à temperatura alta de não menos que200 MPa e uma resistência ao choque térmico de não menos que350°C.
[00030] Quando a resistência à temperatura alta é menor que 200 MPa, há um risco de ocasionar ruptura no caso em que a tensão é concentrada em uma porção local do rolo. Quando a resistência ao choque térmico é menor que 350°C, há uma limitação na temperatura que abre a fornalha para manutenção ou similar e, consequentemente, o tempo ocioso é aumentado. Com mais preferência, a resistência à temperatura alta é não menor que 300 MPa e a resistência ao choque térmico não é menor que 700°C.
[00031] Nesse sentido, a resistência à temperatura alta significa uma resistência à dobra em uma temperatura de 1300°C medida por um método definido em JIS R1604.
[00032] Adicionalmente, a resistência ao choque térmico significa uma diferença de temperatura que não ocasiona rachaduras no arrefecimento brusco medido por um método definido em JIS R1648.
[00033] A propósito, valores representativos da resistência à temperatura alta e da resistência ao choque térmico dos materiais de cerâmica descritos acima são mostrados na Tabela 1 junto com coeficientes de expansão térmica descritos abaixo por referência. Como uma matéria-prima para o rolo, é preferencial usar nitreto de silício Si3N4 ou carboneto de silício SiC a partir de um ponto de vista da resistência aochoque térmico.
[00034] No rolo de forno da invenção, um rolo de forno pode serproduzido a partir de um dentre os materiais de cerâmica acima ou apenas um dentre misturas dos materiais de cerâmica acima ou pode ser produzido a partir de dois ou mais dentre materiais de cerâmica que têm características diferentes. Quando o rolo é produzido a partir de dois ou mais materiais de cerâmica, é preferencial que seja uma estrutura de múltiplas camadas constituída por uma pluralidade de camadas de cerâmica concêntricas centralizadas no eixo de rolo.
[00035] Como um exemplo da estrutura de múltiplas camadas, por exemplo, a porção de eixo como o eixo de rolo e o corpo principal de rolo como a porção periférica externa da porção de eixo (porção em contato com a chapa de aço) pode ser formada a partir de materiais de cerâmica diferentes, e o corpo principal de rolo pode ter uma estrutura de múltiplas camadas constituída por uma pluralidade de camadas de cerâmica de materiais diferentes.
[00036] No caso da estrutura de múltiplas camadas conforme mencionado acima, no entanto, é preferencial que uma razão de coeficiente de expansão térmica do material de cerâmica na camada interna para o material de cerâmica na camada externa esteja dentro de uma faixa de 0,5 a 1,5. Quando a razão de coeficiente de expansão térmica da camada interna para a camada externa é maior que a faixa acima, tensão é ocasionada devido à diferença de expansão térmica o que acarreta em rachaduras (fratura). Por outro lado, quando a mesma é menor que a faixa acima, há um risco de que a estrutura de múltiplas camadas não pode ser alcançada devido à diferença de coeficiente de expansão térmica dentre os materiais de cerâmica ser tão grande quando visto a partir dos valores de coeficiente de expansão térmica mostrados na Tabela 1. Com mais preferência, a razão de coeficiente de expansão térmica está em uma faixa de 0,9 a 1,1. Ademais, o coeficiente de expansão térmica é um exemplo de medição de um coeficiente de expansão linear de 40 a 400°C medido por um método definido em JIS R1618, que é um valor aproximado.
[00037] Quando o rolo de forno tem uma estrutura de múltiplas camadas de não menos que 3 camadas, é preferencial satisfazer a relação acima dentre todas as camadas. Por exemplo, quando a estrutura de três camadas compreende uma camada externa, uma camada intermediária e uma camada interna, é preferencial satisfazer a relação acima não apenas entre a camada externa e a camada intermediária, mas também entre a camada intermediária e a camada interna.
[00038] Como um método para fabricar o rolo de forno com a estrutura de múltiplas camadas, há um método para realizar ajuste de encolhimento, um método para pinagem de modo mecânico e assim por diante, em que qualquer um dos quais pode ser usado.
[00039] O rolo de forno que satisfaz a condição acima pode ser, de preferência, usado como um rolo de forno na fornalha de recozimento contínuo. Particularmente, o rolo de forno da invenção é excelente não apenas na resistência à absorção, resistência à temperatura alta e resistência ao choque térmico, mas também na resistência ao desgaste na fricção com a chapa de aço, de modo que o mesmo seja, de preferência, usado em uma zona de aquecimento, em uma zona de imersão e em uma zona de resfriamento que tem uma temperatura interna de 700 a 1300°C. Quando a temperatura interna é menor que 700°C, nenhumaabsorção é ocasionada e nem a resistência ao choque térmico, nem a resistência à temperatura alta são exigidas, de modo que o rolo de forno convencional seja suficientemente aplicável. Enquanto isso, quando o mesmo excede 1300°C, a temperatura da chapa de aço se aproxima mais de um ponto de fusão para reduzir a resistência, de modo que seja difícil transportar a chapa de aço. Ademais, é mais eficaz usar o rolo de forno da invenção em uma seção que tem uma temperatura interna de não menos que 1000°C.
[00040] Como o aparato de recozimento contínuo, há uma fornalha de tipo lateral (tipo horizontal) em que a chapa de aço é submetida a um tratamento térmico sustentando-se com os rolos de forno e transportando em uma direção horizontal e em uma direção, e uma fornalha do tipo vertical em que a chapa de aço é submetida a um tratamento térmico enquanto que reverte a direção de transporte muitas vezes através dos rolos de forno na fornalha. O rolo de forno de acordo com a invenção pode ser aplicado a qualquer uma dessas fornalhas. No entanto, o rolo de forno usado na fornalha do tipo vertical é necessário para evitar a aplicação de deformação por dobra à chapa de aço na reversão da direção de transporte, de modo que seja comum aumentar o tamanho de rolo (diâmetro) para diversas centenas de mm. Quando tal rolo de forno de tamanho grande é fabricado com um ou mais materiais de cerâmica apenas, o aumento do custo de rolo é ocasionado. Para essa finalidade, o rolo de forno de acordo com a invenção é desejável que seja aplicado ao aparato de recozimento contínuo de tipo lateral com o uso de rolos de forno com um tamanho pequeno de não mais que 300 mmΦ, mas pode ser usado no recozimento contínuo de tipo vertical se for possível aumentar o tamanho com o avanço de tecnologia.
[00041] Um rolo de forno que compreende uma porção de eixo e um corpo principal de rolo produzidos a partir de nitreto de silício Si3N4 apenas e que tem um diâmetro de eixo de 40 mmΦ, um diâmetro externo de manga de 150 mmΦ e um comprimento de corpo principal de rolo de 2600 mm está disposto em uma seção que tem uma temperatura interna de não menos que 800°C em uma zona de aquecimento e uma zona de imersão em um aparato de recozimento contínuo de tipo lateral para uma chapa de aço laminada a frio que tem uma construção mostrada na Figura 1 e usado de modo contínuo durante um ano para medir uma alteração em uma quantidade de deslocamento do rolo e uma quantidade de desgaste de uma superfície periférica externa do rolo. Ademais, a temperatura mais alta da zona de aquecimento e da zona de imersão é 1150°C na operação do aparato de recozimen- to contínuo.
[00042] Nesse sentido, a quantidade de deslocamento do rolo significa um valor máximo quando uma alteração de deslocamento de uma superfície periférica externa no rolo é medida através do comprimento completo do rolo durante a rotação e alterações após um uso para um ano são investigadas.
[00043] Além disso, a quantidade de desgaste da superfície periférica externa do rolo significa um valor máximo quando a quantidade de desgaste da superfície periférica externa após o uso durante um ano é medida durante todo o comprimento do rolo.
[00044] Adicionalmente, uma taxa de defeitos de superfície gerados devido à absorção durante o uso é estudada.
[00045] Como um exemplo comparativo, estudos similares são feitos em um caso de uso de um rolo de manga de cerâmica convencional que compreende uma porção de eixo produzida a partir de aço resistente ao calor e um corpo principal de rolo produzido a partir de ni- treto de silício Si3N4.
[00046] Os resultados são mostrados na Tabela 2. Conforme visto a partir desses resultados, quando o rolo de manga de cerâmica convencionalé usado, a dobra é ocasionada na porção de eixo do rolo após o uso durante 6 meses para aumentar a quantidade de desloca- mento do rolo que excede uma faixa permissível (não mais que 1,5 mm), de modo que a substituição do rolo seja exigida sem esperar por um ano de uso.
[00047] Ao contrário, quando o rolo de forno da invenção é usado, a quantidade de deslocamento do rolo é dificilmente alterada mesmo após o uso durante um ano e a quantidade de desgaste da superfície periférica externa do rolo é 0,08 mm no máximo, a partir do qual é estimado que a vida útil do rolo é bem maior que 10 anos.
[00048] Adicionalmente, a taxa de defeitos de superfície gerados em uma chapa de aço de produto devido à absorção pelo rolo de forno de acordo com a invenção é um valor superior mesmo após um ano a partir do início de uso em comparação com o valor após seis meses de uso no rolo de forno do exemplo comparativo que tem uma porção de eixo produzida a partir de chapa resistente ao calor. TABELA 2 DESCRIÇÃO DE NÚMEROS D E REFERÊN CIA 1: Chapa de aço 2: Zona de aquecimento 3: Zona de imersão 4: Zona de resfriamento 5: Rolo de forno 6: : Porção de eixo 7: : Corpo principal de rolo
Claims (4)
1. Rolo de forno (5) para sustentar e transportar uma chapa de aço (1) em uma fornalha de um aparato de recozimento contínuo apresentando uma zona de aquecimento (2), uma zona de imersão (3) e uma zona de resfriamento (4), caracterizado pelo fato de que:todos dentre uma porção de eixo (5a) e um corpo principal de rolo (5b) do rolo de forno são produzidos a partir de um ou mais materiais de cerâmica apresentando uma resistência à temperatura alta de 300 MPa ou mais e uma resistência ao choque térmico de 700°C ou maior,em que a resistência à temperatura alta significa uma resistência à dobra em uma temperatura de 1.300°C medida por um método definido em JIS R 1604 e a resistência ao choque térmico significa uma diferença de temperatura ocasionando ausência de rachaduras no arrefecimento brusco medido por um método definido em JIS R 1648,em que o corpo principal de rolo (5b) é constituído uma pluralidade de camadas de cerâmica concêntricas produzidas a partir de materiais de cerâmica diferentes centralizados em um eixo de rotação do rolo, eem que uma razão de coeficiente de expansão térmica do material de cerâmica em uma camada interna para o material de cerâmica em uma camada externa dentro de uma faixa de temperatura de operação é uma faixa de 0,5 a 1,5.
2. Rolo de forno (5), de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizado pelo fato de que a porção de eixo (5a) e o corpo principal de rolo (5b) são produzidos a partir de materiais de cerâmica diferentes.
3. Aparato de recozimento contínuo, caracterizado pelo fato de que faz uso de um rolo de forno (5), como definido na reivindicação 1 ou 2, em pelo menos uma dentre uma zona de aquecimento (2), uma zona de imersão (3) e uma zona de resfriamento (4) do aparato.
4. Aparato de recozimento contínuo, de acordo com a rei-vindicação 3, caracterizado pelo fato de que o rolo de forno (5) é usado em uma seção que tem uma temperatura interna de 700 a 1.300°C na zona de aquecimento (2), zona de imersão (3) e zona de resfriamento (4).
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B06U | Preliminary requirement: requests with searches performed by other patent offices: procedure suspended [chapter 6.21 patent gazette] | ||
B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
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