ES2249813T3 - Procedimiento para refrigerar chapas gruesas por medio de agua. - Google Patents

Procedimiento para refrigerar chapas gruesas por medio de agua.

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ES2249813T3 ES98122431T ES98122431T ES2249813T3 ES 2249813 T3 ES2249813 T3 ES 2249813T3 ES 98122431 T ES98122431 T ES 98122431T ES 98122431 T ES98122431 T ES 98122431T ES 2249813 T3 ES2249813 T3 ES 2249813T3
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Chikashi Tokyo Head Off. Kawasaki Steel Corp Tada
Yuji c/o Technical Research Laboratories Miki
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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.
Antecedentes de la invención
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.
Resumen de la invención
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.
Descripción breve de los dibujos
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.
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.
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.
Ejemplo 1
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.
Ejemplo 2
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.
Ejemplo 3
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%).
Ejemplo 4
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%.
Efecto de la invención
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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