ES2249813T3 - Procedimiento para refrigerar chapas gruesas por medio de agua. - Google Patents
Procedimiento para refrigerar chapas gruesas por medio de agua.Info
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Abstract
UN PROCEDIMIENTO PARA REFRIGERAR LOSAS EN AGUA, POR INMERSION, Y UN RECIPIENTE CON AGUA, UTILIZADO PARA DICHO PROCEDIMIENTO. LAS LOSAS REFRIGERADAS POR ESTE PROCEDIMIENTO, PRODUCEN LAMINAS DE ACERO CON UN MINIMO DE SALPICADURAS Y DE BRILLO DESIGUAL. SE SUMERGEN LOSAS EN AGUA, DE TAL FORMA QUE SUS SUPERFICIES MAYORES SON SUS CARAS SUPERIOR E INFERIOR. LA INMERSION SE ACOMPAÑA CON UNA INYECCION DE AGUA (A UN CAUDAL DE 10-150 L/M2 (POR) MIN) HACIA LA CARA INFERIOR DE LAS LOSAS. LA DIR ECCION DE LA INYECCION DE AGUA ES PERPENDICULAR U OBLICUA A LA CARA INFERIOR DE LAS LOSAS. LA POSICION DE LA INYECCION DE AGUA ESTA SEPARADA 30-500 MM DE LA CARA INFERIOR DE LAS LOSAS. EN EL CASO DE REFRIGERACION EN AGUA DE LOSAS CONTENIENDO CR(CR 5-30 % EN PESO), SE FROTAN LAS LOSAS, DE TAL FORMA QUE SU TEMPERATURA SUPERFICIAL ES 500 C O SUPERIOR ANTES DE LA INMERSION, Y LA INMERSION DURA HASTA QUE LA TEMPERATURA SUPERFICIAL DISMINUYE HASTA 400 C O INFERIOR.
Description
Procedimiento para refrigerar chapas gruesas por
medio de agua.
La presente invención se relaciona con un
procedimiento para hidroenfriar chapas gruesas y, más
particularmente, con un procedimiento para enfriar chapasgruesas
inmergiéndolas en agua mientras están todavía a una alta
temperatura tras la colada continua.
Un problema que surge cuando las chapas gruesas
de acero inoxidable de colada continua se dejan enfriar
espontáneamente es que los elementos aleantes (como el cromo) del
acero se combinan con carbono para formar carburos que se precipitan
selectivamente en los contornos del grano, por lo que forman una
capa deficiente en cromo en las proximidades de los precipitados. El
resultado de laminar dichas chapas que contienen una composición
irregular, especialmente en el caso de que la laminación en caliente
vaya seguida de la laminación en frío, son defectos de superficie
tales como el brillo desigual.
Además, las chapas gruesas de colada continua
están sujetas a irregularidades superficiales cíclicas (marcas de
oscilación) debido a la oscilación vertical del molde. Dichas
irregularidades superficiales tienen surcos en los que el níquel se
segrega. Esto lleva a defectos como el aspecto granudo tras la
laminación y el decapado.
Para abordar el problema mencionado, los
presentes inventores habían propuesto previamente un procedimiento
para producir chapas gruesas de acero inoxidable (Patente Japonesa
Abierta a Consulta Nº 87054/1994) y un proceso para afinar chapas
gruesas de acero inoxidable (Patente Japonesa Abierta a Consulta Nº
266416/1992). El primero se caracteriza por enfriar las chapas
fundidas continuamente a una velocidad de enfriado más alta que la
preestablecida. El último se caracteriza por enfriar las chapas
gruesas fundidas continuamente (manteniendo la temperatura de
superficie por encima de 400ºC) llevar a cabo chorreo con granalla,
calentar hasta 1100ºC y por encima de 1100ºC y eliminar la
cascarilla de óxido de hierro de las chapas gruesas. Los presentes
inventores también habían propuesto un aparato para enfriar las
chapas calientes en agua (Patente Japonesa Abierta a Consulta Nº
100609/1995).
Sin embargo, se observó que los procedimientos y
el aparato mencionados causaban defectos de superficie (como brillo
desigual y soja) al aplicarse a la producción de chapas delgadas de
acero inoxidable a partir de chapas gruesas de acero inoxidable de
colada continua mediante laminación en caliente y laminación en
frío.
Se llevaron a cabo investigaciones para averiguar
cómo se producen los defectos de superficie en las chapas de acero
laminado en frío producidas mediante laminación en caliente y
laminación en frío a partir de chapas gruesas de colada continua que
se han invertido antes de la refrigeración por agua. Los resultados
revelaron que los defectos de superficie solo ocurren en la cara
inferior de la chapa gruesa invertida. Un motivo probable de esto
es que los defectos de superficie en las hojas delgadas de acero se
deben a la refrigeración por agua.
Los hallazgos mencionados indican que cuando las
chapas gruesas se enfrían con agua, la cara inferior no se enfría
suficiente o uniformemente. Se hicieron intentos para abordar este
problema. Un primer intento está destinado a aumentar y mejorar el
enfriamiento de la cara inferior cuando las chapas gruesas de
enfrían en agua de acuerdo con el procedimiento descrito en la
Patente Japonesa-A-55147468
mencionada. Este procedimiento comprende inmergir las chapas gruesas
calientes en un fluido refrigerante, e inyectar al mismo tiempo un
gas presurizado desde abajo hacia la cara inferior de la chapa
gruesa, con lo que se logra el enfriamiento. Este procedimiento
estaba destinado originariamente a disminuir el ruido y el alabeo
derivados del enfriamiento. Se observó en prueba real que este
procedimiento es eficaz en cierta medida en la disminución del ruido
y del alabeo pero no es eficaz en la prevención de los defectos de
superficie en las chapas delgadas de acero laminadas en frío.
La patente
DE-A-2349189 enseña a inmergir
chapas gruesas calientes en agua y causar un flujo de agua por lo
menos contra la cara inferior de dicha chapa gruesa arrojando agua a
través de tubos que pueden girarse para ajustar el ángulo del flujo
de agua.
La presente invención se llevó a cabo para
abordar estos problemas que nunca se han previsto en la tecnología
convencional. Por consiguiente, es un objetivo de la presente
invención proporcionar un procedimiento para enfriar chapas gruesas
de forma que dichas capas gruesas enfriadas se puedan convertir,
mediante laminación en frío, en chapas delgadas de acero que tienen
un mínimo de variación de brillo parcial y soja.
El objetivo anterior se alcanza mediante el
objetivo de la reivindicación 1. En la reivindicación secundaria 2
se define una realización preferida.
La Figura 1 es un diagrama esquemático que
muestra la construcción del depósito de agua de enfriamiento que
corresponde a un ejemplo de la presente invención.
La Figura 2 es una vista en corte esquemática que
muestra la construcción del inyector de agua en el depósito de agua
de enfriamiento que corresponde a un ejemplo de la presente
invención.
La Figura 3 es una vista en corte esquemática que
muestra la construcción del inyector de agua en el depósito de agua
de enfriamiento que corresponde a otro ejemplo de la presente
invención.
La Figura 4 es una vista en corte esquemática que
muestra un ejemplo de soportes de chapas gruesas en el depósito de
agua de enfriamiento de la presente invención.
La Figura 5 es una vista en corte esquemática que
muestra otro ejemplo de soportes de chapas gruesas en el depósito de
agua de enfriamiento de la presente invención.
La Figura 6 es una representación gráfica que
muestra cómo cambia una chapa gruesa en la temperatura de superficie
cuando se inmerge en agua y se extrae del agua durante el
enfriamiento.
La Figura 7 es un diagrama esquemático que
muestra la posición de la sección transversal típica en la que se
calcula la distribución de temperatura debida a la conductibilidad
calorífica.
La Figura 8 es un diagrama que define una
proporción de alabeo de una chapa gruesa.
Se llevaron a cabo investigaciones
complementarias para averiguar dónde ocurre la mayor parte de los
defectos de superficie en una chapa gruesa. Se observó que no se
producen defectos de superficie en absoluto en la cara superior de
una chapa gruesa. Se conjeturó que los defectos de superficie
ocurren durante la colada continua o la refrigeración por agua.
Los hallazgos mencionados indican que los
defectos de superficie se derivan del insuficiente enfriamiento
debido a la incompleta conductibilidad calorífica desde las chapas
gruesas al agua. Esta incompleta conductibilidad calorífica se
produce porque en las mellas de la superficie de la chapa gruesa o
en las profundas marcas de oscilación quedan retenidas burbujas de
vapor y películas de vapor (debido al enfriamiento) y no se eliminan
mediante la acción de agitación del gas presurizado que se inyecta.
Incluso hay un caso en el que el propio gas inyectado permanece bajo
las chapas gruesas para impedir la conductibilidad calorífica.
La conclusión anterior llevó a la idea de
inyectar agua de enfriamiento hacia la cara inferior de las chapas
gruesas de forma que el agua fluya en el depósito de agua de
enfriamiento, por lo que se elimina la película de vapor y se
enfría forzosamente la cara inferior de las chapas gruesas. La
presente invención se basa en esta idea.
El objetivo de la presente invención es un
procedimiento mejorado para hidroenfriar chapas gruesas
inmergiéndolas en agua, en el que dicha mejora comprende inmergir
cada chapa gruesa de forma que sus caras más grandes sean la cara
superior y la cara inferior e inyectar agua hacia la cara inferior
de cada chapa gruesa de forma que fluya el agua. La inyección de
agua se lleva a cabo con una magnitud de flujo de
10-150 l/m^{2}.min por unidad de superficie de la
cara inferior de la chapa gruesa. Además, la inyección de agua se
lleva a cabo perpendicularmente u oblicuamente a la cara inferior
de la chapa gruesa desde una posición que dista entre 30 y 500 mm
de la cara inferior de la chapa gruesa.
El procedimiento mencionado se aplica a chapas
gruesas de colada continua con un porcentaje de Cr del
5-30% del peso y que están especialmente sujetas a
defectos de superficie. Estas chapas gruesas se calientan de forma
que su temperatura de superficie excede de 500ºC y se enfrían de
forma que su temperatura de superficie desciende por debajo de 400ºC
inmergiéndolas en agua mediante el procedimiento mencionado. La
duración de la inmersión en agua es tal que cuando las chapas que
contienen Cr son extraídas del agua y se dejan reposar, la
temperatura máxima debida al calor recuperado no excede de 400ºC en
la capa superficial del 1% de grosor de la chapa
gruesa.
gruesa.
Una realización preferida del procedimiento de la
invención comprende hidroenfriar las chapas gruesas que contienen Cr
mediante el procedimiento mencionado y, posteriormente llevar a cabo
un granallado en dichas chapas gruesas que contienen Cr cuya
proporción de alabeo es inferior a 3mm/m, proporción de alabeo que
se define como el [Grado de deformación en la chapa gruesa
(mm)/longitud de chapa gruesa (m)].
La presente invención se aplica a chapas gruesas
o desbastes como piezas de acero que han de fabricarse y convertirse
en productos finales mediante la laminación y el forjado. Pueden
tener una forma que permita a las películas de vapor permanecer en
su cara inferior. En concreto, pueden asumir una forma
paralelepípeda rectangular plana. Aunque la presente invención fue
motivada directamente por los defectos en el acero inoxidable que se
derivan de la precipitación desigual de carburos y su capa
descromizada concomitante en chapas gruesas de acero inoxidable de
colada continua, se puede aplicar a cualquier tipo de acero si se
originan problemas relacionados con la calidad cuando la cara
inferior de la chapa gruesa se enfría en agua de forma desigual o
insuficiente. Huelga decir que la presente invención se puede
aplicar a chapas gruesas producidas mediante procedimiento de
fundición a presión o chapas gruesas obtenidas a partir de lingotes
mediante desbastado.
La presente invención requiere que las chapas
gruesas se enfríen mediante la inmersión en agua. Esta forma de
enfriamiento con una gran cantidad de agua es mucho más eficaz que
el enfriamiento por pulverización. Además, la presente invención
requiere que las chapas gruesas se inmerjan en agua de tal forma que
las caras más grandes de la chapa gruesa sean la cara superior y la
cara inferior. Por caras más grandes se entiende las caras que
tienen la superficie más grande entre las caras que rodean a una
chapa gruesa. Son opuestas a dos caras en el grosor de la chapa
gruesa. Es fácil conjeturar que sería posible impedir que la
película de vapor permaneciese en la cara inferior de una chapa
gruesa si la chapa gruesa se inmerge verticalmente en el agua. Sin
embargo, para inmergir las chapas gruesas verticalmente en agua se
necesita un aparato que levante las chapas gruesas (lo que origina
un coste adicional) porque es práctica común trasladar las chapas
gruesas de colada continua o las capas gruesas laminadas casi
horizontalmente con sus caras más grandes tendidas.
Posicionar las chapas gruesas de forma que las
caras más grandes de las chapas gruesas sean la cara superior y la
cara inferior no significa necesariamente que las caras más grandes
de la chapa gruesa sean exactamente perpendiculares a la dirección
vertical. Es recomendable mantener las chapas gruesas ligeramente
inclinadas para eliminar eficazmente el vapor de la cara inferior de
la chapa gruesa teniendo en cuenta el espíritu de la siguiente
invención. Sin embargo, el ángulo de inclinación debería ser lo
suficientemente pequeño como para que las chapas gruesas sean
manejadas convenientemente por una grúa o dispositivo similar.
Lo más importante en la presente invención es que
el agua debería inyectarse hacia la cara inferior de la chapa gruesa
inmergida en el agua de tal forma que fluya el agua. La inyección de
agua está destinada a eliminar las películas y burbujas de gas
(vapor) que permanecen o se adhieren a la cara inferior de la chapa
gruesa mediante el impulso del agua inyectada, por lo que se
ocasiona conductibilidad calorífica mediante el contacto directo
entre la chapa gruesa y el agua y se aumenta simultáneamente el
coeficiente de transferencia de calor debido a la turbulencia.
Es especialmente importante hacer notar que la
refrigeración por agua no se produce necesariamente de manera
uniforme, es decir, incluso en caso de que el agua de enfriamiento
se suministre con una magnitud de flujo media lo suficientemente
alta como para que la superficie de la chapa gruesa se mantenga a
una temperatura inferior a 100ºC, existen partes donde el flujo de
agua es lento localmente debido a irregularidades de la superficie
de la chapa gruesa. En estas partes, la temperatura de superficie
de las chapas gruesas excede de 100ºC, lo que hace que el agua
hierva y genere burbujas de vapor.
Es importante desde este punto de vista que la
cantidad de agua a ser inyectada sea lo suficientemente grande y que
el agua se inyecte desde la posición próxima a la cara inferior de
la chapa gruesa. Sin embargo, el efecto de enfriamiento se nivela
cuando la cantidad de agua a ser inyectada excede de un cierto
límite, porque la resistencia de la transferencia de calor en una
chapa gruesa llega a ser relativamente mayor que la existente entre
una chapa gruesa y el agua (y, por tanto, el enfriamiento se limita
mediante la conductibilidad calorífica y la transferencia de calor
en una chapa gruesa).
Los resultados de los experimentos con chapas
gruesas de varios tamaños revelaron que la cantidad de agua para
inyección es de 10-150 l/m^{2}.min por unidad de
superficie de la cara inferior de la chapa gruesa. Si la cantidad de
agua es inferior a la especificada previamente, se produciría un
enfriamiento desigual en las chapas gruesas de colada continua que
tienen profundas marcas de oscilación o en la chapas gruesas que
carecen de planitud en las caras más grandes. Si la cantidad de agua
es superior a la especificada previamente, aumenta el coste de las
bombas y tuberías sin efecto de enfriamiento adicional.
La dirección de la inyección de agua es
perpendicular u oblicua a la cara inferior de la chapa gruesa para
ocasionar alta turbulencia en la cara inferior de la chapa gruesa,
con lo que se consigue el enfriamiento eficaz y la eliminación de
burbujas.
La posición de la inyección de agua debería ser
lo suficientemente próxima a la cara inferior de la chapa gruesa
para que el agua inyectada no disminuya de velocidad antes de llegar
a la cara inferior de la chapa gruesa. Cuanto mayor es la velocidad
lineal del agua, mejor es el efecto de eliminación de burbujas y de
enfriamiento de la chapa gruesa. Si la distancia entre ellas es
demasiado pequeña, aumenta la pérdida de presión del agua que se
inyecta porque el agua inyectada se vuelve a arrojar desde la cara
inferior de la chapa gruesa. Esto aumenta en gran medida las cargas
en la bomba y la tubería. Al igual que en el caso de aumentar la
cantidad de agua de refrigeración, el efecto producido por la
reducción de la distancia se nivela porque la resistencia de la
transferencia de calor en una chapa gruesa se hace relativamente
mayor que la existente entre una chapa gruesa y el agua (y, por
tanto, el enfriamiento se limita mediante la conductibilidad
calorífica y la transferencia de calor en una chapa gruesa).
Teniendo en cuenta estos factores, la distancia entre la posición de
la inyección de agua y la cara inferior de la chapa gruesa es de
30-500 mm. Con una distancia inferior a 30 mm, el
efecto de enfriamiento se nivela mientras que las cargas en las
instalaciones aumentan inútilmente. Por otra parte, aumentar la
distancia entre la posición de la inyección de agua y la cara
inferior de la chapa gruesa disminuye la magnitud de flujo del agua
que llega a la cara inferior de la chapa gruesa y exige un depósito
de agua profundo (lo que genera un alto coste de instalación). Con
una distancia superior a 500 mm, se produciría un enfriamiento
desigual en las chapas gruesas de colada continua que tienen marcas
de oscilación profundas o en las chapas de acero que carecen de
planitud en las caras más grandes.
El procedimiento de enfriamiento mencionado se
aplica a las chapas gruesas que contienen Cr de la forma que se
expone a continuación. Son chapas gruesas de colada continua con un
porcentaje de Cr del 5-30% del peso que están
sujetas a defectos de superficie en el momento de la laminación en
chapas delgadas de acero. Estos defectos de superficie se derivan de
carburos de cromo que se precipitan durante el enfriamiento. La
presente invención se puede aplicar a chapas gruesas formadas por
la colada continua de cualquier tipo (incluido el vertical, el de
pliegue vertical, el de pliegue total y el horizontal).
La presente invención requiere que las chapas
gruesas que contienen Cr tengan una temperatura de superficie
superior a 500ºC antes de la refrigeración por agua. El hecho de no
cumplir este requisito permite que los precipitados de carburo de
cromo permanezcan apreciablemente en la superficie de las chapas
gruesas, y estos originan defectos de superficie en las chapas
laminadas aunque se lleve a cabo la refrigeración por agua de
acuerdo con la siguiente invención. Para satisfacer este requisito
deberá seguirse el procedimiento que se explica a continuación.
En la colada continua, el acero fundido se vierte
primero en un molde de extremos abiertos con refrigeración por agua
interna. Con sus capas exteriores solidificadas, el acero fundido se
extrae continuamente mediante una serie de rodillos guía, mientras
es pulverizado con agua fría para la completa solidificación. (Esta
etapa se denomina enfriamiento secundario). El bloque de acero
continuo resultante se corta en longitudes determinadas mediante una
llama de mezcla de oxígeno y gas. (Esta etapa se denomina corte a la
autógena). La forma de enfriamiento secundario afecta a la
temperatura de superficie de las chapas gruesas tras el corte a la
autógena. Además, el enfriamiento al aire libre modifica la
temperatura de superficie de las chapas gruesas con el tiempo tras
el corte a la autógena. Por tanto, es aconsejable controlar las
condiciones del enfriamiento secundario, la velocidad de la
fundición y el transcurso de tiempo desde el corte a la autógena
hasta la inmersión en agua, para que las chapas gruesas tengan una
temperatura de superficie superior a 500º C antes de la
refrigeración por agua.
Una vez ajustada la temperatura de superficie de
las chapas gruesas a más de 500ºC, estas se inmergen en agua y se
enfrían hasta que su temperatura de superficie disminuye por debajo
de 400ºC mediante el procedimiento de enfriamiento especificado en
la presente invención previamente mencionado. El enfriamiento por
inmersión en agua reduce rápidamente la temperatura alta (superior
a 500ºC a la que el carburo de cromo no se precipita en la
superficie de las chapas gruesas) a la temperatura baja (inferior a
400ºC a la que el carburo de cromo no se precipita en los contornos
del grano). De esta forma se puede evitar la precipitación del
carburo de cromo en los contornos del grano. Este enfriamiento se
puede llevar a cabo hasta tal grado que la temperatura en el centro
de las chapas gruesas disminuye por debajo de 400ºC. Sin embargo,
dicho enfriamiento prolongado es perjudicial para la
productividad.
Para mejorar la productividad es necesario
reducir la duración de la inmersión en agua. Esto se puede lograr si
las chapas gruesas se retiran del agua en mitad de la inmersión y
después se someten a postratamiento. Una chapa gruesa que se enfría
en agua suele tener un perfil de temperatura tal que en la
superficie es baja y en el interior es alta. Cuando una chapa gruesa
que tiene dicho perfil de temperatura se deja permanecer en el
aire, el calor se pierde espontáneamente en el aire y, al mismo
tiempo, el calor se desplaza desde el interior de alta temperatura
hasta la superficie de baja temperatura. Por consiguiente, la
temperatura de superficie de las chapas gruesas aumenta hasta
alcanzar a un valor máximo, a partir del cual se reduce lentamente.
Este es el fenómeno de la recuperación del calor. En el caso de las
chapas gruesas con un porcentaje de Cr del 5-30% del
peso que se retiran del agua durante el enfriamiento, se puede
evitar la precipitación de carburos de cromo salvo que la
temperatura máxima (debido a la recuperación de calor) exceda de
400ºC.
Se observó que los defectos de superficie que
tienen lugar en las chapas laminadas producidas a partir de las
chapas gruesas que contienen Cr se derivan de los precipitados o de
la estructura anómala de la capa exterior (dentro del 1% de grosor
de la chapa gruesa). Por tanto, si se puede evitar la precipitación
de carburos de cromo por lo menos en esta zona, sería posible evitar
que se produjeran defectos de superficie debido a la precipitación
de carburos de cromo. Partiendo de esta idea, la presente invención
especifica el procedimiento de enfriamiento de la forma que se
expone a continuación. Es decir, la duración de la inmersión en agua
para las chapas gruesas con un porcentaje de Cr del
5-30% del peso debería ser tal que cuando las chapas
gruesas se retiran del agua y se dejan estar al aire, la temperatura
máxima debida a la recuperación del calor no exceda de 400ºC en la
capa superficial de un 1% del grosor de la chapa gruesa. La Figura 6
muestra esquemáticamente cómo la duración de la refrigeración por
agua afecta a la temperatura de superficie de las chapas gruesas
debido a la recuperación del calor. El Caso 1 representa
insuficiente enfriamiento por agua, que origina una temperatura de
superficie (debida a la recuperación del calor) que excede de 400ºC.
El Caso 2 representa un suficiente enfriamiento por agua, que
origina una temperatura de superficie (debida a la recuperación del
calor) inferior a
400ºC.
400ºC.
La distribución de temperatura en una chapa
gruesa no se puede obtener fácilmente mediante medición real; sin
embargo, se puede estimar mediante cálculos de transmisión de calor.
Los cálculos tridimensionales son ideales, pero los cálculos
bidimensionales son fáciles y prácticos y se llevan a cabo
partiendo de la transmisión de calor a lo largo de la sección
transversal típica en el centro en sentido longitudinal de la chapa
gruesa, como se muestra en la Figura 7. Esto se debe a que la
temperatura máxima debida a la recuperación del calor aparece en el
centro en sentido longitudinal de la chapa gruesa, donde
prácticamente no hay transmisión de calor en sentido longitudinal.
En los cálculos, se presume para la situación inicial que la chapa
gruesa antes de la inmersión en agua tiene una temperatura interna
igual a la temperatura de superficie. La condición de contorno para
la inmersión en agua se deriva del coeficiente de transferencia de
calor debida a la convección forzada que varía dependiendo de la
magnitud de flujo del agua. Para los cálculos de transferencia de
calor a partir de que la chapa gruesa se retira del agua, se usa el
coeficiente de transferencia de calor debida a la convección
natural en el aire. Estos cálculos numéricos permiten estimar la
distribución de temperatura en la chapa gruesa que cambia durante y
después de la inmersión en agua. De este modo se puede estimar el
historial de calor en la capa superficial dentro del 1% del grosor
de la chapa gruesa.
Las chapas gruesas que se han enfriado mediante
inmersión en agua durante un tiempo preestablecido son inmunes a la
precipitación de carburos de cromo bajo la capa superficial. En
otras palabras, están libres de la frase descromizada responsable de
los defectos de superficie. Por consiguiente, dichas chapas gruesas
producen chapas delgadas de acero que tienen muy pocos defectos de
superficie. Esto no ocurre si las chapas gruesas tienen inclusiones
metaloides atrapadas bajo su capa superficial o tienen componentes
segregados en los surcos de las marcas de oscilación.
Para evitar estos problemas, la presente
invención requiere que las chapas gruesas que contienen Cr enfriadas
por agua se sometan a granallado antes del calentamiento para la
laminación en caliente. La mejor forma de eliminar las inclusiones y
la segregación en la capa superficial (que son responsables de los
defectos de superficie) es formar cascarilla de óxido de hierro
gruesa en la fase de calentamiento previa a la laminación en
caliente y eliminarla junto con las inclusiones, etc. No obstante,
este procedimiento no es aplicable al acero que contiene Cr que
forma una densa película de óxido de cromo en la superficie de la
chapa gruesa, con lo que se impide la difusión del oxígeno y el
suficiente desarrollo de la cascarilla de óxido de hierro.
La presente invención está destinada a permitir
que la cara superior y la cara inferior de una chapa gruesa se
enfríen uniformemente inyectando agua hacia la cara inferior de una
plancha gruesa de manera que fluya el agua cuando la chapa gruesa se
inmerge en agua para su enfriamiento. Sin embargo, no se produce un
enfriamiento exactamente uniforme. Según la presente invención, la
uniformidad de enfriamiento de la cara superior y la cara inferior
de una chapa gruesa se evalúa con respecto a la proporción de alabeo
que se define a continuación y se muestra en la Figura 8.
Proporción de alabeo (h/L)= [Grado de deformación
(mm)/longitud de chapa gruesa (m)].
Se observó que si la proporción de alabeo de la
chapa gruesa es inferior a 3 mm/m, prácticamente no hay diferencias
en la cantidad de tensión a ser introducida por el granallado entre
la cara superior y la cara inferior de una chapa gruesa. Esto lleva
a un descascarillado uniforme de la cara superior y de la cara
inferior de una chapa gruesa en su proceso de calentamiento o
laminación.
Asimismo, una forma preferida de granallado es el
chorreo con granalla (mediante el cual un gran número de partículas
duras esféricas o de forma irregular se lanzan a una alta velocidad
contra un objeto a ser tratado) como se describe en la Patente
Japonesa Abierta a Consulta Nº 98346/1993. También es aceptable el
chorreo con granalla cortante (que es similar al chorreo con
granalla, siendo las partículas duras sustituidas por partículas
aproximadamente esféricas obtenidas mediante el corte de un
alambre). Servirá cualquier partícula dura independientemente de su
tipo y forma.
El enfriamiento de las chapas gruesas se puede
llevar a cabo utilizando el depósito de agua de enfriamiento, que se
explica a continuación en relación con las Figuras 1 y 2. El
depósito de agua de enfriamiento 1 está concebido para enfriar
chapas gruesas mediante inmersión en el mismo. Consta de una serie
de soportes 2 y una serie de inyectores de agua 3. Los soportes 2
sostienen las chapas gruesas horizontalmente. Los inyectores de agua
3 inyectan el agua hacia la cara inferior de las chapas gruesas 4
sostenidas por los soportes 2.
Este depósito de agua de enfriamiento debería
tener preferentemente una parte superior abierta a través de la que
entra y sale la chapa gruesa, como se describe en la Patente
Japonesa Nº 253807/1996 y 100609/1995.
Dicha construcción permite que las chapas gruesas
se inmerjan en el agua cuando son entregadas desde la instalación de
colada continua o laminador debastador sin necesidad de cambiar su
posición. A excepción de esto, el depósito de agua de enfriamiento
no está específicamente limitado en su configuración. Para una buena
productividad, el depósito debería ser preferentemente lo
suficientemente grande como para admitir una pluralidad de chapas
gruesas al mismo tiempo.
Los soportes 2 no están específicamente limitados
en su estructura siempre que soporten las chapas gruesas 4
horizontalmente (siendo su caras más grandes la cara superior y la
cara inferior) y soporten las chapas gruesas 4 de tal forma que su
cara inferior esté a cierta distancia del fondo del depósito y haya
un espacio para instalar el inyector de agua 3 y que también haya un
espacio para instalar un drenaje (para el agua inyectada). Por
ejemplo, el depósito 1 puede estar provisto de raíles en el fondo
del mismo. Alternativamente, el depósito 1 puede tener cintas de
acero 2d soldadas al fondo (como se muestra en la Figura 1) o puede
tener protrusiones al fondo. Otra forma de sostener las chapas
gruesas se muestra en las Figuras 4 y 5 (estando omitidos los
inyectores de agua). En la Figura 4, el soporte 2a está sujeto a la
pared lateral del depósito. En la Figura 5, el soporte 2b está
suspendido desde el extremo superior de la pared lateral 1a del
depósito.
Los inyectores de agua 3 están instalados para
inyectar agua hacia la cara inferior de la chapa gruesa 4 sostenida
por el soporte de chapas gruesas 2 de tal forma que fluya el agua.
En las Figuras 2 y 3 se muestran ejemplos del inyector de agua. El
inyector de agua 3 consta de toberas 3a (a través de las cuales se
inyecta el agua hacia la cara inferior de la chapa gruesa 4), tubos
de alimentación de agua 3b (a través de los cuales se suministra el
agua a las toberas 3a) y soportes de tubos 3c (para sostener los
tubos de alimentación de agua 3b). El agua de enfriamiento
suministrada desde el tubo de alimentación de agua 3b se inyecta
hacia la cara inferior de la chapa gruesa 4. La tobera de inyección
3a no está específicamente limitada en su construcción. Entre los
ejemplos preferidos se incluyen las toberas sumergidas, las toberas
de hendidura (que inyectan agua de forma uniforme), las aberturas
simples en la pared del tubo de alimentación de agua y las
aberturas en la pared lateral del depósito de agua. También se
conciben otras modificaciones. El tubo de alimentación de agua 3b
es sostenido por el soporte de tubos 3c.
La dirección de la inyección de agua puede ser
perpendicular u oblicua a la cara inferior de la chapa gruesa. Se
prefiere la última a causa del alto efecto de enfriamiento (debido
a la turbulencia) y al efecto de eliminación de burbujas. La
inyección perpendicular se muestra en la Figura 2 y la inyección
oblicua se muestra en la Figura 3.
La posición de la inyección de agua debería estar
a una distancia de 30- 500 mm de la cara inferior de la chapa gruesa
por las razones mencionadas previamente. En el caso de la Figura 3,
la distancia debería medirse en el eje neutro de la inyección de
agua.
Este ejemplo demuestra el efecto de la
refrigeración por agua en un depósito de refrigeración por agua (de
10 m de largo y 10 metros de ancho, que contiene una profundidad de
agua de 1,2 m) que se muestra esquemáticamente en las Figuras 1 y 2.
En este depósito de refrigeración por agua se inmergieron a la vez
diez chapas gruesas de acero inoxidable SUS304 que acababan de ser
sometidas a colada continua y a corte a la autógena. Cada chapa
gruesa tiene 200 mm de grosor, 9,0 m de largo y
650-1600 mm de ancho y tiene una temperatura de
superficie de 850ºC. Las chapas gruesas se sostuvieron de forma que
sus caras más grandes eran aproximadamente horizontales. Durante la
inmersión, el agua se inyectó desde el inyector de agua 3 hacia la
cara inferior de las chapas gruesas de manera que fluyese el agua.
El inyector de agua 3 estaba a una distancia de 130 mm de la cara
inferior de la chapa gruesa y la magnitud de flujo del agua
inyectada era de 50 L/m^{2}.m. Este depósito de refrigeración por
agua es lo suficientemente grande como para admitir una pluralidad
de chapas gruesas teniendo en cuenta el tiempo de enfriamiento y la
productividad. Asimismo, el depósito tiene una pluralidad de
soportes de chapas gruesas 2 soldados al fondo del mismo. Cada
soporte de chapas gruesas es una cinta de chapa de acero de 20 mm de
grosor, posicionada con su anchura en sentido vertical. Estos
soportes de chapas gruesas mantienen la cara inferior de las chapas
gruesas 4 alejada del fondo del depósito.
Las chapas gruesas se inmergieron en agua hasta
que su temperatura central disminuyó a 400ºC o por debajo de 400ºC y
después se retiraron del depósito y se calentaron en un horno de
caldeo de chapas gruesas. Las chapas gruesas se sometieron a
laminación en caliente y laminación en frío para convertirse en
chapas delgadas de acero inoxidable de 1,0 mm de grosor, que por
último se sometieron a acabado mediante recocido brillante +
recocido final o recocido final exclusivamente. Se analizó el estado
de la superficie de la chapa delgada de acero inoxidable obtenida de
esta forma. Se observó que estaba libre de soja y brillo desigual a
ambos lados de la misma.
Este ejemplo demuestra el efecto de la
refrigeración por agua mediante el uso del mismo depósito de agua de
enfriamiento que en el Ejemplo 1 (que se muestra sistemáticamente en
las Figuras 1 y 2) y chapas gruesas de acero inoxidable SUS304 (200
mm de grosor, 9,0 m de largo y 650-1600 mm de ancho,
con una temperatura de superficie de 850ºC) que acababan de ser
sometidas a colada continua y a corte a la autógena. Las chapas
gruesas se inmergieron en agua, con sus caras más grandes sostenidas
en sentido horizontal. Tras la inmersión durante 20 minutos, las
chapas gruesas se retiraron del agua. Asimismo, la inyección de agua
se llevó a cabo de la misma forma que en el Ejemplo 1.
Se realizaron cálculos con respecto a la
transferencia de calor bidimensional para predecir el cambio de
temperatura que se produciría en la capa superficial del 1% de
grosor de las chapas gruesas una vez que las chapas gruesas se
hubiesen retirado del agua. Resultó que la duración de la inmersión
en agua debería ser superior a 15 minutos si la temperatura máxima
debida a la recuperación del calor ha de ser de 400ºC o más baja.
Por consiguiente, en este ejemplo la inmersión continuó durante 20
minutos.
Después de ser retiradas del agua, las diez
chapas gruesas se calentaron en un horno de caldeo. Se sometieron a
laminación en caliente y laminación en frío para convertirse en
chapas delgadas de acero inoxidable de 1,0 mm de grosor, que por
último se sometieron a acabado mediante recocido brillante +
recocido final o recocido final exclusivamente. Se analizó el estado
de la superficie de la chapa delgada de acero inoxidable obtenida de
esta forma. Se observó que estaba libre de soja y brillo desigual a
ambos lados de la misma.
Dos chapas gruesas de acero inoxidable se
enfriaron de la misma forma que en el Ejemplo 2. Se sometieron a
laminación en caliente y laminación en frío para convertirse en
chapas delgadas de acero inoxidable de 0,5 mm de grosor, que por
último se sometieron a acabado mediante recocido brillante +
recocido final o recocido final exclusivamente. Se analizó el estado
de la superficie de la chapa delgada de acero inoxidable obtenida
de esta forma. Se observó que estaba libre de brillo desigual a
ambos lados de la misma; sin embargo, se observó que tenía soja,
siendo la proporción del defecto de superficie del 0,2% (que se
define como la [longitud de la parte defectuosa en una bobina]
dividida por la [longitud total de la bobina] multiplicada por
100%).
Dos chapas gruesas de acero inoxidable se
enfriaron de la misma forma que en el Ejemplo 2. Tras el
enfriamiento, se observó que tenían una proporción de alabeo de 0,2
mm/m. Sus caras inferior y superior se sometieron a chorreo con
granalla, con partículas de 1,5 mm de diámetro y una velocidad
inicial de 90 m/s y una densidad de granallado de 600 Kg/m^{2}.
Las chapas gruesas tratadas se calentaron en un horno de caldeo y,
una vez calentadas, se sometieron a laminación en caliente y
laminación en frío para convertirse en chapas delgadas de acero
inoxidable de 0,5 mm de grosor, que por último se sometieron a
acabado mediante recocido brillante + recocido final o recocido
final exclusivamente. Se analizó el estado de la superficie de la
chapa delgada de acero inoxidable obtenida de esta forma. Se observó
que estaba libre de soja y brillo desigual.
Ejemplo comparativo
1
Se repitió el mismo procedimiento que en el
Ejemplo 1 con la excepción de que la inyección de agua fue
sustituida por inyección de aire comprimido (en 5 kgf/mm^{2}). Se
observó que la chapa delgada de acero inoxidable resultante no tenía
soja ni brillo desigual en la superficie de la misma que corresponde
a la cara superior de la chapa gruesa, mientras que se observó que
tenía soja y brillo desigual en la superficie de la misma que
corresponde a la cara inferior de la chapa gruesa. La proporción
del defecto de superficie (definida previamente) fue de 1,8%.
Ejemplo comparativo
2
Se repitió el mismo procedimiento que en el
Ejemplo 1 con la excepción de que la inyección de agua fue omitida.
Se observó que la chapa delgada de acero inoxidable resultante no
tenía soja ni brillo desigual en la superficie de la misma que
corresponde a la cara superior de la chapa gruesa, mientras que se
observó que tenía soja y brillo desigual en la superficie de la
misma que corresponde a la cara inferior de la chapa gruesa. La
proporción del defecto de superficie (definida previamente) fue de
2,0%.
Como se detalló previamente, la presente
invención está destinada a enfriar de forma suficiente y uniforme la
cara inferior de chapas gruesas de acero inoxidable de calado
continuo durante su inmersión en agua. Las chapas gruesas enfriadas
producen, después de la laminación en caliente y la laminación en
frío, chapa delgada de acero inoxidable con un mínimo de defectos de
superficie. La presente invención también es aplicable a cualquier
tipo de chapas gruesas de acero que causarían problemas en cuanto a
la calidad cuando su cara inferior no se enfría suficiente o
uniformemente durante la inmersión en agua. Por tanto, la presente
invención hará una gran aportación al sector.
Claims (2)
1. Un método para hidroenfriar chapas gruesas de
acero de colada continua que tienen un porcentaje de Cr del
5-30% del peso o superior inmergiendo dichas chapas
gruesas en agua, en el que la inmersión se lleva a cabo de forma que
las caras más grandes de la chapa gruesa formen la cara superior y
la cara inferior de la misma y la inmersión está acompañada de
inyección de agua hacia la cara inferior de la chapa gruesa de forma
que se produzca flujo de agua,
- -
- en el que dicha inmersión se continúa hasta que la temperatura de superficie de la chapa gruesa que contiene Cromo descienda a 400ºC o menos,
- -
- en el que dicha inyección de agua se lleva a cabo con una magnitud de flujo de entre 10 y 150 l/m^{2}.m con respecto a la cara inferior de dicha chapa gruesa,
- -
- en el que dicha inyección de agua se lleva a cabo en dirección perpendicular u oblicua a la cara inferior de dicha chapa gruesa,
- -
- en el que la inyección de agua se lleva a cabo de forma que la posición de la inyección está a una distancia de 30 a 500 mm de la cara inferior de dicha chapa gruesa,
- -
- en el que dicha inmersión tiene una duración tal que cuando la chapa gruesa es retirada del agua y se deja reposar, la temperatura máxima debida a la recuperación del calor no excede de 400ºC en la capa superficial del 1% del grosor de la chapa gruesa.
2. El procedimiento de la reivindicación 1 en el
que, tras retirar dicha chapa gruesa del agua, se lleva a cabo el
granallado en dicha chapa gruesa que tiene una proporción de alabeo
inferior a 3mm/m, que se define a continuación.
Porcentaje de alabeo = [Grado de deformación en
la chapa gruesa (mm)/longitud de chapa gruesa (m)].
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