AGUILAR LOBATO, Ricardo (Carretera México-Veracruz, Km 433.7Vía Jalapa,C.P, Veracruz Ver., 91697, MX)
ALFIERI, Alberto (Carretera México-Veracruz, Km 433.7Vía Jalapa,C.P, Veracruz Ver., 91697, MX)
AGUILAR LOBATO, Ricardo (Carretera México-Veracruz, Km 433.7Vía Jalapa,C.P, Veracruz Ver., 91697, MX)
| REIVINDICACIONES 1 . - Un dispositivo de movimiento transversal de material tubular dentro de un horno, que comprende: por lo menos una viga fija de superficie superior plana para permitir la rodadura de los tubos sobre dicha superficie plana, por lo menos una viga móvil de superficie superior dentada que proporciona cavidades tanto para alojar como para mover los tubos; las cavidades que son por primera y segunda superficies de contacto, en donde la primera superficie de contacto forma un ángulo agudo con respecto de la horizontal y es definida por la superficie superior plana de dicha al menos una viga fija y, en donde la segunda superficie de contacto forma un ángulo obtuso respecto de la horizontal, definida también por la superficie plana de dicha al menos una viga fija, en donde la por lo menos una viga móvil realiza movimientos de ascenso, descenso y traslación horizontal que producen la rodad ura del tubo a lo largo de dicha al menos una viga fija, y en donde la rodadura se produce desde el contacto de dicha primera superficie de contacto con el tubo, y hasta el contacto de la segunda superficie de contacto con el tubo. 2. - El dispositivo de la reivindicación 1 , caracterizado porque comprende dos vigas dentadas móviles que realizan alternadamen- te movimientos de ascenso, descenso y traslación horizontal, produciendo la rodadura de los tubos durante los ascensos alternados de las dos vigas dentadas por medio de la primera superficie de contacto, y reteniendo al tubo en una posición específica, entre el ascenso de la primer viga móvil y el ascenso de la segunda viga móvil por medio de la segunda superficie de contacto. 3.- Un método de movimiento transversal de material tubular dentro de un horno de acuerdo con el dispositivo de la reivindicación 1 , caracterizado porque el tubo rueda a través de una viga plana fija impulsado por el movimiento alternativo de por lo menos una viga dentada móvil. |
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se relaciona con dispositivos y métodos para mover material tubular dentro de un horno. Más específicamente, la presente invención se relaciona con un dispositivo y método de movimiento transversal de material tubular dentro de un horno.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Existen numerosos tipos de dispositivos para el movimiento de tubos dentro de hornos en el arte previo.
Primeramente, se tiene la clase de hornos que tienen movimiento axial de los tubos como, por ejemplo, los hornos para tubos a barriles o a gas o bien de inducción, con bajas productividades y baja eficiencia térmica.
También existe una gran cantidad de hornos que utilizan el movimiento transversal de los tubos en el arte previo. Este movimiento de los tubos dentro del horno es por rodadura de dichos tubos sobre un plano de rieles inclinado. Como la rodadura no queda asegurada en todas las circunstancias, es necesario prever la intervención manual con herramental adecuado para asegurar dicha rodadura. Sucesivamente, hay otros sistemas que en mayor o menor medida también subsisten a la fecha. Por ejemplo, existen los hornos con movimiento de tubos a tornillos, en los que el movimiento es asegurado por unos tornillos que contienen a los tubos que están apoyados sobre rieles. Su aplicación práctica está limitada aproximadamente a unos 800° C. Un Esquema de este tipo de dispositivo se muestra en la Figura 1 .
Son bien conocidos también los hornos a cadenas, en que los tubos, apoyados sobre rieles, son empujados por empujadores que atraviesan la solera y que son solidarios a los eslabones de una cadena sin fin, tal como se observa en la Figura 2.
Existen también los hornos llamados de "barras móviles", en que los tubos están apoyados en una serie de barras dentadas (fijas), mientras otra serie de barras dentadas (móviles) los levantan, desplazan, y luego depositan un diente más adelante. La trayectoria de las barras móviles originalmente es circular, tal como se puede observar en la Figura 3, y con un diámetro menor que el paso del dentado de las barras, con lo que se logra que los tubos giren en cada toma (sobre la barra móvil) y en cada deposición, (so- bre la barra fija). El diámetro de la trayectoria es 0.6 multiplicado por el paso, con lo que se logra un giro de 0.2 veces el paso en la toma y de 0.2 veces el paso en la deposición, con lo que el giro total es de 0.4 veces el paso por cada avance. Es claro que cuanto menor sea el diámetro del tubo para un cierto paso, más girará, y viceversa.
Como alternativa a los anteriores, existe todavía los hornos con movimiento de las barras más o menos rectangular con un me- canismo de elevación y otro de desplazamiento que permiten hacer, además del avance como el anterior, también el movimiento "sur place" en que los tubos son levantados como para el avance, pero son depositados en el mismo bolsillo, con una geometría tal que se logra un giro, siempre de 0.4 veces el paso, tal como se ilustra en Figura 4.
Actualmente, para hornos de temple, se consideran viables los hornos a cadenas y los hornos a barras móviles.
Los hornos a cadenas ganaron actualidad debido a la gran simplicidad de su máquina y a su menor necesidad de aceros re- fractarios, cuyos costos son altos. No obstante esto, la viabilidad de estos hornos para templar está siendo analizada con motivo de una serie de problemas sufridos con los empujadores, originalmente atribuidos al esfuerzo térmico sufrido con los sucesivos calentamientos y enfriamientos.
Además de este problema, se debe mencionar que la eficiencia térmica de este tipo de hornos estará siempre penalizada por las pérdidas que significan calentar cada vez los empujadores.
En este contexto, salvo muy bajas productividades que imponen muy fuertes restricciones de inversión que lleven a considerar hornos a barriles, o a cadenas, los hornos "de barras móviles" son la elección natural.
Si bien los hornos de barras móviles son la opción mas viable para los hornos de temple, existen algunas limitaciones: Es claro que la eficiencia de un horno es tanto mayor cuanto mayor sea la ocupación de su solera, o sea, cuantos más tubos pueda contener. En un horno a barras móviles, la distancia mínima entre tubos se estima en el orden del 15 % del diámetro del tubo, mientras que la distancia reducida aumenta los tiempos de permanencia hasta un valor del orden de 60% en que el tiempo de calentamiento es independiente de la distancia.
Cómo frecuentemente un horno debe poder manejar diferentes diámetros, la elección del paso de los dientes de las barras es fundamental. Es claro que si el "dentado" de las barras tiene un paso suficientemente pequeño, se puede elegir la distancia a que se cargan los tubos de manera de optimizarla, pero sucede que no es aconsejable apoyar los tubos en los vértices del dentado. En este sentido, se considera que con un ángulo de los dientes de alfa el diámetro D máximo del tubo que se puede cargar en un paso "p" tiene un diámetro D dado por la siguiente formula:
D = (p-2m)/cos (alfa/2) (Fórmula 1 )
En donde "m" es la distancia horizontal desde el punto de contacto del tubo sobre la "V," al vértice del diente, o sea, es el margen que se toma para evitar que el tubo quede apoyado sobre los vértices, tal como se ilustra en la Figura 5.
Resulta entonces que si la dispersión de diámetros es grande, siendo que el paso mínimo está determinado por el tubo de mayor diámetro, puede suceder que para la mayor parte de los tubos que se procesan el sistema de barras no sea el óptimo, o sea , no se llena el horno lo suficiente.
Así entonces, si se quiere mejorar la productividad para los tubos de menor diámetro, el remedio es aumentar la longitud y, por lo tanto, el costo del horno.
Asimismo, las barras móviles deben levantar todo del peso cargado en el horno, por lo que la maquinaria que las maneja debe tener dimensiones y potencias que se hacen muy importantes, y por lo tanto muy costosas.
Otro condicionamiento/limitación que tienen los sistemas de barras móviles es que su capacidad de rotación de los tubos para tiempos de ciclo breves es muy limitada. El tiempo mínimo del movimiento de las barras, eso es, para recorrer todo el "rectángulo", está generalmente entre 9 y 1 1 segundos. Esto significa que, para tiempos de ciclo menores a los 20 a 22 segundos, no es suficiente el tiempo para hacer movimientos "sur place" entre dos movimientos de avance.
En conclusión, sucede que, con tubos de poco diámetro y espesor, el movimiento de giro se limita a los 0.4 del paso por cada avance, precisamente en tubos que son fácilmente pasibles de tor- cedura por anisotropía de calentamiento.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Es un objeto de la presente invención proveer un dispositivo y un método de movimiento transversal de material tubular dentro de un horno en el que los tubos pueden rodar para tener un recorrido por ciclo 2.5 veces mayor al obtenido en barras móviles.
Es aún otro objeto de la presente invención proveer un dispo- sitivo y un método de movimiento transversal de material tubular dentro de un horno en el que los tubos son empujados por una serie de barras dentadas que tienen un movimiento de ascenso y descenso más un movimiento horizontal en vacío.
Es aún otro objeto de la presente invención proveer un dispo- sitivo y un método para el movimiento de material tubular dentro de un horno que permite el mayor giro de los tubos en tiempos de ciclos cortos.
Es aún otro objeto de la presente invención proveer un dispositivo y un método de movimiento horizontal de material tubular de- ntro de un horno que contribuye a resolver los problemas de torce- duras en los hornos de temple de tubos de menor diámetro (tu- bing).
Es también un objeto de la presente invención proveer un dispositivo y un método de movimiento de material tubular dentro de un horno que satisface la necesidad de girar los tubos cuándo no hay avance, esto puede ser necesario porque los tiempos de ciclo son largos, o porque se interrumpe la descarga del horno. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La Figura 1 representa esquemáticamente el movimiento a tornillo utilizado en los hornos del arte previo.
La Figura 2 representa esquemáticamente el movimiento a cadenas utilizado en los hornos del arte previo.
La Figura 3 muestra esquemáticamente el movimiento de los tubos dentro de hornos del tipo de barras móviles de movimiento circular del arte previo.
La Figura 4 ilustra gráficamente el movimiento de avance los hornos del tipo de barras móviles pero con movimiento sustancial- mente rectangular, así como el movimiento en "sur place" del arte previo.
La Figura 5 muestra esquemáticamente un gráfico que demuestra las limitaciones de los hornos de barras móviles.
La Figura 6 es un esquema de la secuencia de operación del método de la presente invención sin barra de contención.
La Figura 7 representa la secuencia de operación del método de la presente invención con el uso de una barra adicional de contención. La Figura 8 representa esquemáticamente una configuración de una modalidad de la presente invención para realizar movimiento de "sur place" con el método de la presente invención para tiempos de ciclos cortos (20-40 seg.).
La Figura 9 representa esquemáticamente una configuración de una modalidad de la presente invención para realizar movimiento de "sur place" con el método de la presente invención para tiempos de ciclos largos. (>40 seg.)
La Figura 10 muestra esquemáticamente otra modalidad de la presente invención con un movimiento refinado para evitar la fricción entre el diente empujador y el tubo.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
En la búsqueda de una optimización del paso de las barras móviles de los nuevos hornos para el tratamiento térmico, se ha propuesto un método de movimiento de los tubos, cuyos fundamentos y realización se describen y analizan a continuación:
Si en vez del movimiento de rodadura/avance/rodadura, que sólo hace girar los tubos en un recorrido de 0.4 del paso, los tubos rodasen -cómo en un horno a cadenas, o a tornillo- se tendría un recorrido de un paso por cada ciclo, es decir 2.5 veces lo que giran los tubos en las barras móviles.
Hasta aquí, nada nuevo, la novedad está en que se propone que los tubos sean empujados por una serie de barras dentadas - muy similares a las barras móviles, que tienen un movimiento de sube (movimiento activo) y baja, más un movimiento horizontal en vacío, cómo el que se indica en la secuencia de la Figura 6.
Este modo de movimiento, comparado con las barras móviles tradicionales, tiene las siguientes ventajas:
• La mencionada, de mayor giro de los tubos en tiempos de ciclo cortos lo que contribuye a resolver los problemas de tor- ceduras en los hornos de temple de tubos de menor diámetro (tubing).
• Las barras de acero refractario y la máquina de movimiento son mucho más livianas, ya que -claramente- no tienen que levantar todos los tubos, sino, meramente hacerlos girar sobre una superficie horizontal. La influencia de esta circunstancia sobre los costos es muy significativa, -sobre todo cuando se trata de tubos pesados.
• Las barras pueden tener un paso menor que el arriba definido para el tubo mayor, en tanto, cómo el tubo no queda apoyado sobre la barra, es lícito admitir que la punta de la barra pueda empujarlo para que gire.
Si bien este sistema es de una notable simpleza, no se tiene garantías de que los tubos, en reposo sobre los rieles de rodadura al fin de cada empuje, no se muevan a la espera del próximo ciclo de empuje, en particular si no están derechos. Este inconveniente se soluciona agregando otra barra móvil sincronizada con la precedente, como en se observa en la Figura 7.
La necesidad de esta segunda barra "de contención" es más evidente con tubos de pequeño diámetro y espesor, que son más propensos a torcerse. En cambio para tubos de diámetro medio grande y espesores importantes se podría prescindir de esta segunda barra.
Es necesario que el sistema de movimiento satisfaga la necesidad del conocido movimiento "sur place", que es un modo de gi- rar los tubos cuándo no hay avance, esto puede ser necesario porque los tiempos de ciclo son largos, o porque se interrumpe la descarga del horno.
Para ello se han tomado las siguientes medidas:
- Tiempos de ciclo breves de hasta unos 20 -.40 segundos
En estos casos un horno tradicional a barras móviles, o no haría "sur place "en forma sistemática, o al máximo haría un "sur- place" por cada avance. Es lícito que el nuevo movimiento, que por cada avance hace girar al tubo más que un horno a barras móviles, no prevea "sur place" sistemático en absoluto.
Pero en cambio, sí es necesario que pueda hacer "sur-place" en caso de interrupción de la descarga, a este efecto se ha pensado que la descarga del horno, hecha con un kick-off que transfiere desde las barras a la vía de rodillos, se haga desde la penúltima (o antepenúltima) posición del tubo, o sea, una (o dos) posición antes de la de descarga como se observa en la Figura 8.
Cuando suceda una interrupción de la descarga, el sistema hará girar toda la carga del horno hacia delante una (o dos) posi- ciones, y luego la hará girar hacia atrás la misma cantidad. Y así hasta el fin de la interrupción, en que volviendo atrás a la posición original continúa como originalmente.
- Tiempos de ciclo largos de más de unos 40 segundos.
Se trata de tubos de mayor espesor, en general también de mayor diámetro. En estos casos se trata de girar los tubos "sur- place" en forma sistemática para asegurar una mejor calidad del calentamiento.
En estos casos se ha pensado que el sur place sea el resultado de rotaciones hacia delante, -apenas se carga- y hacia atrás, -apenas se descarga- . Esto supone que dejen una cantidad de posiciones vacías cuyo número dependerá de la relación entre diámetro del tubo/ longitud del paso/ tiempo de ciclo de las barras/ cadencia del horno, como se observa en la Figura 9.
En todos los casos, el sur-place se hará de modo que el giro hacia atrás signifique -por lo menos- algo cercano a media vuelta del tubo.
En una realización adicional de la presente invención, este sistema permite retinar el movimiento para evitar la fricción entre el diente empujador y el tubo, que sería admisible, sobre todo para los tubos de la gama medio-chica, por lo que está pensada sobre todo para la gama de tubos grandes y pesados.
Se puede observar en la Figura 1 0, que para tener una rodadura -sin desplazamiento del tubo- sobre los dientes empujadores, es necesario que éstos suban con un movimiento que es paralelo a la bisectriz del ángulo formado por el diente empujador y el riel de apoyo. Cómo precisamente los tubos grandes y pesados son los que más requerirán "sur -place" las barras empujadoras se dispondrán cómo lo indica la Figura 1 0.