IT201600116859A1 - Dispositivo di colata continua per bramme sottili - Google Patents

Description

“DISPOSITIVO DI COLATA CONTINUA PER BRAMME SOTTILI”

Campo della tecnica

La presente invenzione riguarda un dispositivo di colata continua per prodotti piani ed in particolare per bramme, costituite da uno spessore estremamente ridotto.

Stato dell’arte

Nell’ambito siderurgico sono identificati con la terminologia bramme, una tipologia di prodotti colati dalla geometria parallelepipeda con lunghezza e larghezza preponderanti rispetto allo spessore.

Attualmente, lo stato della tecnica in materia di dispositivi di colata di prodotti piani è rappresentato da due diverse famiglie di macchine: quelle di colata continua con cristallizzatore montato su un banco oscillante a piastre raffreddate adiacenti, ed i sistemi di colaggio a rulli gemelli denominati in inglese “Twin roll strip casters”.

La prima categoria di macchine presenta un cristallizzatore oscillante verticalmente costituito da piastre in materiale ad alto coefficiente di conduttività termica, raffreddato da condotti realizzati nel suo spessore in modo da poter sottrarre calore al metallo fuso che viene versato internamente. Avviene così la solidificazione del prodotto liquido, realizzata dal contatto con le pareti raffreddate del cristallizzatore. Quando il prodotto esce dal cristallizzatore, presenta una pelle solidificata sulla superficie esterna, ed un cuore liquido o semi-liquido all’interno. All’uscita dal cristallizzatore, per evitare che la spinta ferrostatica della componente liquida interna alle pelli generi rigonfiamenti della superficie esterna, è necessario contenere la bramma con gruppi di rulli disposti sotto la lingottiera e guidarla fino a completa solidificazione. Per ridurre lo spessore della bramma colata, vengono disposte a valle della colata le gabbie di laminazione, così da ridurre il prodotto allo spessore desiderato. Gli svantaggi di questa soluzione sono molteplici ed interessano diversi aspetti, in primo luogo quelli collegati al prodotto che, er la lenta solidificazione, presenta maggiori difettosità interne come segregazioni, endriti, porosità. Inoltre con le tecnologie attuali non è possibile colare spessori inferiori 60mm. A questi aspetti si aggiunge la complessità della macchina che ha un grande umero di componenti che costringono a grossi ingombri e a costi di manutenzione levati.

Vi sono inoltre complicazioni legate alla conformazione del cristallizzatore: per rendere fficiente lo scambio termico con il materiale fuso deve essere garantito il contatto ontinuo tra quest’ultimo e le pareti del cristallizzatore che, pertanto, dovranno presentare na conicità tale da inseguire il ritiro termico del metallo e da scongiurarne la rifusione o icking. L’inserimento di uno scaricatore nella parte superiore centrale del ristallizzatore richiede inoltre cristallizzatori con profili particolari, che aumentano sia le ifficoltà costruttive che il controllo del prodotto in fase di colaggio.

utti questi aspetti concorrono nell’aumento della complessità progettuale del dispositivo , con essa, dei costi e dei controlli durante le fasi operative.

’altra tipologia di macchine di colata è rappresentata dalla cosiddetta tecnologia “Twin oll strip caster”, in cui le pareti del cristallizzatore sono costituite da due rulli ontrorotanti raffreddati internamente e l’invaso o vasca di colata da essi formato è chiuso ateralmente da piastre refrattariate. Data l’elevata velocità di colaggio della bramma anche maggiore di 60 m/min), si riescono ad ottenere prodotti molto sottili, formati all’unione di due pelli generate dal contatto con i due rulli raffreddati e l’acciaio liquido, l costo però di un’elevatissima manutenzione dei componenti. Infatti per garantire un ufficiente scambio termico, i rulli devono avere dimensioni notevoli, con costi di ostruzione e manutenzione elevati. Con questa tipologia di macchina è possibile rodurre solo nastri sottili costituiti da due pelli spesse pochi millimetri, che non ermettono con la loro unione di ottenere un prodotto colato più spesso di 3-4 mm. ommario dell’invenzione

’invenzione qui presentata ha lo scopo di offrire un dispositivo di colata continua per ramme di spessore molto sottile alternativo rispetto allo stato dell’arte, presentandosi più semplice, economico, meno ingombrante e capace di offrire un prodotto di qualità molto elevata.

Questi ed altri scopi, che appariranno chiari dalla lettura della descrizione dell’invenzione, sono raggiunti mediante un dispositivo di colata per bramme sottili di metallo che, in conformità con la rivendicazione 1, definisce un piano di colata Z verticale, comprendente una lingottiera, un cristallizzatore disposto all'interno della lingottiera, il cristallizzatore formante un invaso delimitato da due prime pareti di grande estensione superficiale e da due seconde pareti di estensione superficiale minore rispetto all’estensione superficiale delle prime pareti, in cui dette due prime pareti hanno forma convessa con convessità rivolta verso l'interno dell’invaso e possono oscillare lungo due archi di cerchio giacenti su un piano verticale ortogonale al piano di colata e aventi i rispettivi centri di rotazione virtuali disposti in posizioni simmetriche rispetto al piano di colata Z.

Grazie alla soluzione del dispositivo dell'invenzione, si ottengono vantaggi in qualità, semplicità ed economicità, riducendo il numero di componenti impiegati e la loro complessità. In tal modo si riescono a realizzare bramme sottili di qualità aventi spessori compresi in particolare tra i 10 e i 30mm e preferibilmente tra 14 e 20mm.

Inoltre utilizzando una normale movimentazione idraulica si semplifica il funzionamento, riducendo così la complessità del dispositivo dell'invenzione rispetto ai dispositivi di colata continua per bramme sottili dello stato della tecnica.

Le rivendicazioni dipendenti si riferiscono a forme di realizzazione preferite dell’invenzione oggetto delle rivendicazioni indipendenti.

Breve descrizione delle figure

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del dispositivo di colata continua di bramme sottili dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, di un dispositivo conforme all’invenzione, illustrato a titolo solo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio delle unite tavole di disegno in cui:

la Figura 1 rappresenta una sezione laterale del dispositivo di colata dell'invenzione; a Figura 2 è una vista assonometrica del cristallizzatore appartenente al dispositivo di olata della fig. 1;

a Figura 3 è un’altra vista assonometrica del cristallizzatore della fig. 2;

a Figura 4 rappresenta una sezione laterale del cristallizzatore della fig. 2;

a Figura 5 è una vista in pianta dei rulli sigillatori del dispositivo di colata

ell'invenzione;

a Figura 6 è una rappresentazione schematica del moto oscillatorio del cristallizzatore del ispositivo di colata della fig. 1.

Descrizione dettagliata di una forma realizzativa dell’invenzione

on particolare riferimento alle figure, il dispositivo di colata di bramme sottili indicato lobalmente con il riferimento 100 comprende, in una configurazione preferenziale ma on esclusiva, una lingottiera 1 che alloggia un cristallizzatore 2. Un gruppo sigillatore 3 scillante con le pareti 5, 6, è disposto direttamente e immediatamente sotto al ristallizzatore 2 per realizzare la chiusura dei bordi del prodotto all’uscita dal ristallizzatore 2 seguito da un gruppo trascinatore 4 e detti gruppi sono disposti in uccessione lungo la direzione di avanzamento di colata.

cristallizzatore 2 ha due pareti curve opposte 5, 6 e due pareti piane opposte 7, 8 che efiniscono un invaso 17 di colata che contiene il metallo fuso versato dalla paniera. Le areti 5, 6 disposte ai lati opposti del piano centrale di colata Z sono incurvate con la onvessità rivolta verso l'interno e presentano una sezione che si rastrema dalla zona uperiore, verso il basso, dove è disposta l’uscita del prodotto, mentre le pareti laterali 7, chiudono l’invaso 17 sui lati.

ale conformazione consente così di avere nella parte superiore una larghezza tale da oter inserire uno scaricatore per versare il metallo fuso dalla paniera e consentire al ontempo lo smorzamento delle turbolenze, mentre nella parte inferiore la distanza tra le areti 5, 6 definisce la larghezza d’uscita, delimitata dalle pareti 7, 8 sui lati stretti.

e pareti 5, 6 sono realizzate in materiale ad alta conducibilità termica, tipicamente rame, vengono raffreddate attraverso sistemi di raffreddamento comprendenti canali di istribuzione del fluido di raffreddamento, disposti all'interno del loro spessore così da permettere la formazione di due pelli indipendenti, mentre le pareti piane 7, 8 sono realizzate in materiale refrattario e consentono il mantenimento di una temperatura elevata, evitando che l’acciaio al contatto con esse solidifichi. Essendo le pareti 5, 6 disposte simmetricamente rispetto al piano verticale di colata Z, le superfici inferiori 9, 10 sono disposte tra loro parallele e determinano lo spessore di uscita della bramma 18 dalla lingottiera. Il dimensionamento dello spessore d’uscita della bramma uscente dal cristallizzatore viene regolato attraverso l’azione di avvicinamento o allontanamento di almeno una delle pareti 5, 6 del cristallizzatore rispetto all’altra, attuata ad esempio per mezzo di un gruppo attuatore 19. In questo modo il gap d’uscita del prodotto può essere allargato o stretto a seconda delle necessità.

A valle del cristallizzatore 2, il gruppo sigillatore 3 comprende due rulli folli primari 11, 12, vantaggiosamente raffreddati internamente da un sistema non rappresentato, aventi i rispettivi assi di rotazione disposti parallelamente fra loro e simmetrici al piano di colata Z. Tali rulli 11, 12 presentano un diametro maggiorato alle estremità e più ridotto nella parte centrale: la distanza tra le rispettive superfici è pertanto minima alle estremità e maggiore nel tratto centrale, così da poter unire lateralmente le due pelli formate a monte con il contatto lungo le pareti curve 5, 6, permettendo al contempo la permanenza di un cuore ancora liquido o semi liquido all’interno della bramma in formazione.

Il cristallizzatore 2 durante la colata della bramma è soggetto ad un moto alternato con una sua componente vettoriale parallela alla direzione di colata. Tale movimento 20, illustrato schematicamente in Figura 6, viene realizzato movimentando le pareti 5 e 6, insieme ai relativi e solidali rulli sigillatori 11, 12, del gruppo sigillatore 3, mediante un sistema di attuazione primario 15 lungo due archi di cerchio con i loro rispettivi centri virtuali disposti in posizioni simmetriche rispetto al piano di colata Z. La lunghezza di detti archi di cerchio e il loro raggio sono scelti opportunamente poiché determinano il volume di liquido che l’invaso 17 può contenere. Dato che le due pelli indipendenti si formano al contatto con le pareti raffreddate 5, 6, il movimento oscillatorio lungo i due detti archi di cerchio permette la graduale discesa delle pelli lungo il cristallizzatore verso la zona in cui avviene la loro unione per conformare il prodotto finale 18.

gruppo trascinatore 4, solidale invece alla lingottiera, comprende i rulli motorizzati 13, 4, dal diametro costante e aventi assi reciprocamente paralleli.

er mezzo di un meccanismo di attuazione secondario 16, i rulli secondari 13, 14 possono ssere avvicinati o allontanati reciprocamente per adattarsi allo spessore del prodotto olato.

Di seguito si descrive il funzionamento del dispositivo secondo la configurazione referenziale, ma non esclusiva, riportata nelle tavole e nella descrizione. Uno scaricatore 2, illustrato in modo schematico per comprendere il funzionamento del dispositivo di olata 100, ma esterno ad esso, durante le operazioni di colata, riversa il metallo fuso alla paniera nel cristallizzatore 2 che va in contatto con le pareti 5, 6 e le pareti 7, 8. Dette pareti, come descritto sopra, presentano caratteristiche di conducibilità termica ifferenti, infatti il metallo fuso cede calore sino a formare uno spessore solido lungo le areti curve 5, 6 mentre resta allo stato liquido all’interfaccia con le pareti piane 7, 8 che on trasmettono calore oppure lo fanno solo in misura trascurabile. Si formano perciò ue superfici solide, denominate “pelli”, che, per effetto della presenza delle due pareti efrattarie, non vengono collegate da altre superfici solidificate in corrispondenza dei lati orti della bramma 18, dato che il materiale refrattario che costituisce tali pareti mantiene materiale allo stato fuso quando è in contatto con esse. In questo modo, dette pelli estano tra loro indipendenti e non sono soggette a stress termici fino all’uscita dal ristallizzatore. Inoltre, poiché il materiale non solidifica lungo il lato corto, non si enerano ritiri termici della bramma 18 e le pelli, spinte dall’azione ferrostatica, restano derenti alle superfici curve 5, 6, continuando l’azione di scambio termico ed pessendosi man mano che si avvicinano all’uscita dal cristallizzatore 2. Questa aratteristica è un elemento chiave del dispositivo, poiché porta ad un accrescimento egolare e rapido dello strato solidificato mentre il materiale scende, evitando la ormazione di segregazioni, dendriti e difettosità del prodotto.

’oscillazione, come già descritto, avviene secondo un arco di cerchio indicato dalle recce 20, determinato dal raggio di colata lungo cui scorrono le due pareti opposte 5, 6. ale movimento, continuo e regolare operato dal sistema di attuazione primario 15 avviene dal basso verso l'alto e viceversa, aiutando il materiale a proseguire lo scorrimento verticale fino al raggiungimento della sezione rastremata d’uscita. Le pareti refrattarie 7, 8 restano invece ferme, determinando attraverso il loro preciso contatto con le pareti oscillanti 5, 6 la chiusura dell’invaso 17.

In prossimità dell’uscita dal cristallizzatore 2, la bramma 18, ad una vista in sezione trasversale, presenta tre strati formanti il suo spessore: gli strati esterni sono le due pelli solidificate mentre lo strato centrale è costituito dal cuore liquido o semi-liquido. I lati del prodotto sono chiusi dal contatto con le pareti refrattarie 7, 8, prima dell’uscita dal cristallizzatore 2, poi dai rulli sigillatori 11,12.

La fase successiva è costituita dal passaggio della bramma 18 nel gruppo sigillatore 3 che, come descritto sopra, insegue l’oscillazione del cristallizzatore 2 e presenta due rulli primari 11, 12 aventi diametro più grande alle estremità rispetto alla zona centrale. Attraverso lo schiaccio continuo, operato dai rulli primari 11, 12 nell’area di maggior diametro, si produce l’unione delle pelli nelle zone laterali, impedendo la fuoriuscita del cuore liquido quando la bramma cessa di essere a contatto con dette pareti refrattariate 7, 8. Il successivo passaggio nel gruppo trascinatore 4 è fondamentale per un’ottimale velocità di colaggio ed estrazione del prodotto, che al contempo può essere calibrato in tolleranza attraverso una compressione dello spessore della bramma, ad esempio può essere portato a parità con lo spessore dei lati sigillati dal gruppo sigillatore 3. Con questa operazione si arriva quindi alla chiusura forzata delle due pelli e del cono liquido presente al centro della bramma 18, ottenendo vantaggi di tipo noto, riconducibili all’effetto di trattamenti di “soft reduction” ben noti nel settore siderurgico. La reciproca distanza tra i rulli secondari 13, 14 può essere regolata attraverso il sistema di attuazione secondario 16 per ottenere prodotti dallo spessore desiderato.

Si noti, inoltre, che in una possibile configurazione alternativa del dispositivo, il gruppo trascinatore 4, scegliendo opportunamente la distanza tra i rulli primari 11, 12, può anche svolgere una semplice azione di estrazione del materiale senza ridurlo di spessore.

Il dispositivo di colata 100 qui descritto consente la produzione di bramme molto sottili e di ottima qualità, con una riduzione della complessità e dei costi di impianto.

’alta velocità di colata, ad esempio 6 - 7 m/min e la particolare costituzione del ristallizzatore 2, con pareti lunghe dalla geometria regolare, curva e senza invasi, ormanti una sezione trasversale simile ad una V dai lati curvi, e con le pareti laterali orte realizzate in materiale refrattario, consente di realizzare prodotti colati stremamente omogenei, con una notevole diminuzione delle difettosità e senza incorrere el problema di rifusione della pelle nel cristallizzatore, determinando così un’alta qualità el prodotto finito.

a geometria simile ad un imbuto dell’invaso di colata 17 permette anche la regolazione n altezza del menisco del metallo fuso, operazione che consente di ottenere pelli più o meno spesse, in relazione al tempo di contatto con le pareti curve raffreddate 5, 6, che iene definito in sede di controllo del dispositivo di colata. Questo accorgimento rende ertanto possibile colate di spessori diversi o di metalli speciali con caratteristiche rutturali e chimiche diverse che impongono differenti velocità di colata.

nfine, per mezzo del sistema di attuazione secondario 16, è possibile intervenire in maniera semplice anche sullo spessore finale del prodotto.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di colata di bramme sottili di metallo, definente un piano di colata (Z) verticale, comprendente una lingottiera (1), un cristallizzatore (2) disposto all'interno della lingottiera (1), il cristallizzatore formante un invaso (17) delimitato da due prime pareti (5, 6) di grande estensione superficiale e da due seconde pareti (7, 8) di estensione superficiale minore rispetto all’estensione superficiale delle prime pareti (5, 6), in cui dette due prime pareti (5, 6) hanno forma convessa con convessità rivolta verso l'interno dell’invaso (17) e possono oscillare lungo due archi di cerchio giacenti su un piano verticale ortogonale al piano di colata (Z) e aventi i rispettivi centri di rotazione virtuali disposti in posizioni simmetriche rispetto al piano di colata (Z).
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui le prime pareti (5, 6) del cristallizzatore sono costituite da un metallo ad alta conducibilità termica, e le seconde pareti (7, 8) del cristallizzatore sono costituite da un materiale refrattario al calore.
3. 3. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui le prime pareti (5, 6) sono opposte rispetto al piano di colata (Z) e sono raffreddate in misura tale da determinare la formazione di due pelli metalliche solide indipendenti in corrispondenza delle superfici più ampie della bramma nel corso della colata.
4. 4. Dispositivo secondo le rivendicazioni 1 o 2, in cui le seconde pareti (7, 8) refrattarie al calore sono di materiale e spessore tale da impedire al prodotto di solidificare quando in contatto con esse durante la colata.
5. 5. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui le prime pareti (5, 6) comprendono all'interno del loro spessore o sulla superficie esterna rispetto alla vasca di colata (17) canali di distribuzione del fluido di raffreddamento.
6. 6. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui è previsto gruppo sigillatore (3) in diretta vicinanza della sezione di uscita della bramma (18) dalla lingottiera, comprendente due rulli (11, 12) con rispettivi assi di rotazione disposti parallelamente uno all'altro.
7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 6, in cui i rulli primari (11, 12) presentano in una zona centrale un diametro minore rispetto al diametro di zone di estremità. . Dispositivo secondo la rivendicazione 6, in cui è previsto un gruppo trascinatore (4) al i sotto del gruppo sigillatore (3) comprendente due rulli (13, 14) capace di regolare la elocità di colaggio e di estrarre la bramma (18) dal cristallizzatore (2). . Dispositivo secondo la rivendicazione 8, in cui i rulli (13, 14) del gruppo trascinatore 4) sono motorizzati ed hanno la funzione di ridurre la bramma (18) di spessore. 0. Dispositivo secondo la rivendicazione 9, in cui una reciproca distanza tra i rulli (13, 4) del gruppo trascinatore(4) può essere regolata mediante un sistema di attuazione (16).