IT202000007510A1 - Impianto per la produzione di prodotti metallici e metodo di gestione - Google Patents

Impianto per la produzione di prodotti metallici e metodo di gestione Download PDF

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Description

Descrizione del trovato avente per titolo:
"IMPIANTO PER LA PRODUZIONE DI PRODOTTI METALLICI E METODO DI GESTIONE"
CAMPO DI APPLICAZIONE
Il presente trovato si riferisce ad un impianto per la produzione di prodotti metallici, idoneo a produrre prodotti metallici piani, quali nastri, o prodotti lunghi quali blumi, barre, bramme o tondini, a partire da acciaio fuso e ad un metodo di gestione dell? impianto. In particolare il trovato si riferisce ad un impianto e relativo metodo di gestione che consentano di ridurre fortemente i consumi energetici correlati alla fornitura dell?acqua di raffreddamento.
STATO DELLA TECNICA
Sono noti impianti per la produzione di prodotti metallici, comprendenti un gruppo di colata di bramme e un gruppo di laminazione posta a valle della linea di colata.
Il gruppo di colata viene alimentato con acciaio fuso avente determinate propriet? e caratteristiche, e fornisce in uscita una bramma con dimensioni predeterminate.
Il gruppo di colata comprende generalmente una siviera nella quale viene alimentato il metallo fuso, una lingottiera con relativo cristallizzatore ed eventualmente un dispositivo di pre-laminazione a rulli per realizzare una pre-laminazione a cuore liquido della bramma, riducendone lo spessore prima di alimentarla alla linea di laminazione. Il gruppo di laminazione ? provvisto di una pluralit? di gabbie di laminazione disposte in sequenza una all?altra, nelle quali la bramma viene progressivamente ridotta di spessore per ottenere i semilavorati metallici con lo spessore desiderato.
? anche noto sottoporre i semilavorati, a valle del gruppo di laminazione, prima di avvolgerli in bobine, o tagliarli a misura, a un trattamento di raffreddamento rapido, nel settore anche denominato trattamento di ?quenching?, o trattamento di tempra, il quale consente di ottenere un determinato trattamento superficiale del prodotto.
Come noto, poich? la bramma in uscita dal gruppo di colata pu? presentare temperature dell?ordine di 1000 - 1200 ?C, per garantire il corretto funzionamento del gruppo di colata e del gruppo di laminazione ? necessario provvedere ad un raffreddamento dei diversi componenti posti a contatto o in prossimit? con il semilavorato in lavorazione, per impedire malfunzionamenti degli stessi.
Il raffreddamento viene normalmente realizzato alimentando acqua che funge da fluido termovettore in circuiti di scambio termico associati a ciascuno dei componenti. Generalmente gli impianti di produzione di prodotti metallici in questione sono provvisti di una vasca contenente acqua a temperatura sostanzialmente pari a quella ambiente, e di una pluralit? di dispositivi di alimentazione, i quali prelevano l?acqua dalla vasca e la alimentano ai circuiti di scambio termico lungo rispettivi rami di mandata. L?acqua che si ? riscaldata a contatto con i gruppi o componenti, o direttamente con il prodotto metallico, viene poi fatta nuovamente confluire nella vasca attraverso rispettivi rami di ritorno. Per i trattamenti di raffreddamento, o di quenching ? necessario fornire elevate portate di acqua.
? noto, tuttavia, che, quantomeno i gruppi di colata, di laminazione e i dispositivi di raffreddamento a valle di essi, sono sottoposti a funzionamento discontinuo, in quanto, a seconda del tipo di prodotto metallico in lavorazione, o del tipo di processo applicato, si alternano intervalli operativi in cui in essi ? presente una bramma, o un semilavorato da sottoporre a lavorazione, a intervalli non operativi in cui non ? presente in essi alcuna bramma, o semilavorato.
Mentre nel caso di processi di tipo ?endless? l?alternanza di intervalli operativi e intervalli non operativi ? meno evidente, nei processi di tipo ?semi-endless? o ?coil-to-coil? l?alternanza di intervalli ? pi? rilevante. Le portate di acqua richieste, inoltre, possono essere molto variabili, in funzione delle dimensioni e delle propriet? chimiche del semilavorato da trattare; ad esempio, nel caso del gruppo di raffreddamento, o ?quenching?, possono variare tra 0 e 15000 m<3>/h.
Per poter garantire in ogni istante la portata di acqua necessaria per il raffreddamento, normalmente, negli impianti di produzione di prodotti metallici di tipo noto, i dispositivi di alimentazione vengono accesi all?avvio dell?impianto, e vengono mantenuti attivi durante l?intero processo produttivo, prevedendo mezzi di deviazione ner deviare l?acqua direttamente verso la vasca durante gli intervalli non operativi.
L?elevata richiesta di acqua per il raffreddamento comporta, quindi, sia un elevato consumo della stessa, che, tuttavia, viene almeno in parte recuperato tramite la vasca, sia un elevato consumo energetico per mantenere accesi i dispositivi di alimentazione e fornire elevate portate di acqua anche quando di fatto non sarebbe necessario.
Esiste pertanto la necessit? di perfezionare un metodo ed un apparato per la gestione dell?acqua di raffreddamento di un impianto per la produzione di prodotti metallici che possano superare almeno uno degli inconvenienti della tecnica.
Un ulteriore scopo del presente trovato ? quello di ottenere un metodo ed una apparato di gestione dell?acqua di raffreddamento che consentano di ridurre notevolmente i consumi energetici, garantendo nel contempo le portate di acqua richieste dai diversi gruppi operativi, o apparati.
Un ulteriore scopo del presente trovato ? quello di ottenere un metodo e un impianto di gestione dell?acqua di raffreddamento che siano in grado di adattare l?alimentazione dell?acqua in funzione dei differenti processi di lavorazione implementati e delle tipologie di prodotti lavorati.
Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.
ESPOSIZIONE DEL TROVATO
Il presente trovato ? espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni indipendenti. Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell?idea di soluzione principale.
In accordo con i suddetti scopi, forme di realizzazione qui descritte si riferiscono ad un impianto per la produzione di prodotti metallici comprendente una pluralit? di gruppi o apparati operativi.
In particolare limpianto comprende una o pi? tra:
- un gruppo di colata continua, configurato per colare una bramma con dimensioni predefmite;
- un gruppo di laminazione, disposto a valle del gruppo di colata, e configurato per ridurre lo spessore della bramma fino ad ottenere un prodotto metallico con un determinato spessore finale; e
- un apparato di raffreddamento, disposto a valle del gruppo di laminazione, e configurato per effettuare un trattamento di raffreddamento rapido, noto anche come trattamento di ?quenching?, sul prodotto metallico in transito.
Il gruppo di colata comprende una lingottiera, con relativo cristallizzatore, e un dispositivo di pre-laminazione a rulli, in cui cristallizzatore e dispositivo di pre-laminazione sono provvisti di rispettivi circuiti di raffreddamento primario e secondario.
L?unit? di laminazione pu? comprendere, disposti in sequenza uno all?altro:
- un?unit? di sbozzatura, comprendente una o pi? gabbie di laminazione, configurata per ottenere una bramma sbozzata con una prima riduzione di spessore;
- un forno di riscaldo a induzione configurato per riscaldare la bramma sbozzata ad una temperatura idonea a consentirne la lavorazione;
- un?unit? di finitura, anche essa comprendente una o pi? gabbie di laminazione, configurata per ridurre lo spessore della bramma sbozzata e ottenere un prodotto metallico avente un determinato spessore finale. L?impianto pu? comprendere, inoltre, un gruppo di fusione configurato per ottenere un bagno di metallo fuso avente determinate caratteristiche chimiche a partire da rottame e/o ferro pre-ridotto (DRI), o loro combinazioni.
Ciascuno dei gruppi operativi, ovvero gruppo di colata, gruppo di laminazione, apparato di raffreddamento e gruppo di fusione, ? provvisto di rispettivi circuiti idraulici nei quali scorre generalmente acqua come fluido termovettore. I circuiti idraulici, nel caso del gruppo di colata e del gruppo di laminazione, possono essere collegati a rispettivi circuiti di scambio termico idonei a raffreddare uno o pi? dei componenti del gruppo, come cristallizzatore, lingottiera, rulli delle gabbie di laminazione, o eventualmente il prodotto metallico stesso, e nel caso del gruppo di raffreddamento, possono essere collegati a dispositivi di erogazione per erogare acqua direttamente sul prodotto metallico in lavorazione.
Secondo forme di realizzazione, rimpianto comprende un gruppo di fornitura acqua comprendente un serbatoio idoneo a contenere acqua e mantenerla ad una temperatura sostanzialmente pari alla temperatura ambiente, e collegato mediante rispettivi condotti di mandata e ritorno ai differenti circuiti idraulici.
L?impianto comprende, inoltre, una pluralit? di dispositivi di alimentazione acqua, quali pompe od elettrovalvole, selettivamente attivabili per prelevare acqua dal serbatoio ed alimentarla nei circuiti di mandata.
L?impianto comprende, inoltre, un?unit? di controllo configurata per ricevere informazioni in merito alle caratteristiche dei prodotti metallici da produrre e alla velocit? di avanzamento dei prodotti metallici nei singoli gruppi operativi, ovvero gruppo di colata, gruppo di laminazione e apparato di raffreddamento e comandare i dispositivi di alimentazione acqua per fornire selettivamente acqua ai rispettivi circuiti in base alle esigenze di ciascuno di essi.
In particolare, l?unit? di controllo, pu? ricevere da un?unit? di gestione dell?impianto informazioni riguardanti una ?ricetta? per un determinato prodotto metallico, comprendenti le durate degli intervalli operativi e non operativi per ciascun gruppo o componente, in caso di rispettivi processi di tipo ?coil-to-coil?, ?semi-endless? o ?endless? e comandare ciascuno dei dispositivi di alimentazione in funzione del tipo do prodotto in lavorazione e degli intervalli operativi e non operativi.
Secondo forme di realizzazione, le ?ricette? comprendono una o pi? informazioni/parametri tra propriet? e composizione fisica del metallo, dimensione della bramma e del prodotto finale, numero di gabbie e/o di passaggi di laminazione necessari per ottenere un determinato spessore, temperatura del prodotto metallico, e/o temperatura e/o portata dell?acqua di raffreddamento richiesta per il prodotto metallico in transito e/o per i componenti posti a contatto o in prossimit? di esso.
Secondo forme di realizzazione, i dispositivi di alimentazione sono pompe a portata regolabile, e ciascuna di esse ? associata ad un dispositivo convertitore configurato per variare la frequenza della corrente di alimentazione elettrica del dispositivo associato, cos? da regolarne la portata.
Secondo forme di realizzazione, l?unit? di controllo ? configurata per attivare i dispositivi di alimentazione acqua un determinato intervallo in anticipo rispetto all?inizio del rispettivo intervallo operativo del componente o gruppo operativo associato al rispettivo circuito idraulico, in modo tale da riempire e pressurizzare il rispettivo circuito di mandata con acqua, prima che sia necessario erogarla, cos? da garantire sempre l?erogazione dell?acqua con quantit?, portata e pressione richieste.
Secondo forme di realizzazione, il determinato intervallo di anticipo pu? essere stimato e/o calcolato dall?unit? di controllo sulla base delle informazioni/parametri definiti dalla ricetta, o da parametri ad essa correlati, eventualmente rilevati anche durante il funzionamento dell?impianto, come velocit? di avanzamento del prodotto metallico, quantit?/portata d?acqua di volta in volta richieste, e delle dimensioni di lunghezza e sezione dei rispettivi circuiti di mandata, che possono essere fomiti dal progettista dell?impianto.
Forme di realizzazione qui descritte si riferiscono anche ad un metodo di gestione di un impianto per la produzione di prodotti metallici comprendente uno o pi? gruppi operativi scelti tra un gruppo di colata, un gruppo di laminazione, e un apparato di raffreddamento idoneo ad effettuare un trattamento di quenching del prodotto metallico, ciascuno associato a rispettivi circuiti idraulici per l?alimentazione di acqua di raffreddamento in circuiti di scambio termico e/o sul prodotto metallico in transito.
Il metodo secondo il trovato prevede di:
- ricevere informazioni relative alle caratteristiche dei prodotti in lavorazione in relazione a dimensioni, spessore, composizione chimica dei prodotti metallici da ottenere;
- ricevere informazioni relative ai rispettivi parametri di raffreddamento, comprendenti uno o pi? tra portata dell?acqua, pressione, tempo di erogazione dell?acqua, differenza di temperatura tra acqua in ingresso e in uscita, e ai rispettivi tempi operativi e non operativi di uno o ciascun gruppo operativo, o apparato;
- comandare dispositivi di alimentazione per alimentare acqua verso i rispettivi circuiti idraulici di uno o pi? gruppi operativi o apparati di raffreddamento in funzione dei rispettivi intervalli operativi e non operativi di ciascun gruppo operativo, o apparato.
Secondo forme di realizzazione, il metodo prevede di alimentare l?acqua ai rispettivi circuiti idraulici attivando, in modo autonomo e indipendente uno rispetto all?altro, tutti e solo i dispositivi di pompaggio necessario per erogare di volta in volta, in corrispondenza di ciascun intervallo operativo, la portata d?acqua richiesta con pressione predefmita.
In altre parole, viene alimentata a ciascun gruppo operativo l?acqua necessaria durante gli intervalli operativi, cos? da raffreddare opportunamente i loro componenti, e/o il prodotto in transito, e non viene alimentata, o viene quantomeno ridotta l?alimentazione dell?acqua ai singoli gruppi durante i rispettivi intervalli non operativi.
In questo modo ? possibile ottenere un notevole risparmio energetico ed economico, poich?, di fatto, i dispositivi di alimentazione anzich? rimanere accesi per tutto il processo, si accendono selettivamente solo quando sono necessari, e restano spenti quando non serve acqua.
Secondo ulteriori forme di realizzazione, il metodo prevede di utilizzare dispositivi convertitori per il controllo dei dispositivi di pompaggio, in modo tale da regolarne il funzionamento e la potenza in base alle portate e alle pressioni dell?acqua di volta in volta richieste.
Secondo varianti vantaggiose del trovato, il metodo prevede di ricevere informazioni riguardo agli istanti di inizio di ciascun intervallo operativo di ciascun gruppo operativo, o apparato, e di comandare l?attivazione dei convertitori in anticipo rispetto all?istante di inizio di ciascun intervallo operativo, cos? da iniziare la rampa di salita dell? inverter prima dell?istante in cui ? necessario che esso sia pienamente operativo. In questo modo viene garantita sempre l?erogazione dell?acqua con caratteristiche di portata e pressione idonee.
ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI
Questi ed altri aspetti, caratteristiche e vantaggi del presente trovato appariranno chiari dalla seguente descrizione di forme di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:
- la fig. 1 ? una vista schematica di un impianto per la produzione di prodotti metallici secondo forme di realizzazione qui descritte;
- la fig. 2 mostra uno schema a blocchi di un apparato di controllo delfimpianto di fig. 1;
- la fig. 3 mostra un grafico che illustra la portata d?acqua richiesta nel tempo per differenti tipologie di prodotto e la conseguente attivazione dei dispositivi di pompaggio secondo la tecnica nota e secondo il trovato; - la fig. 4 ? un grafico in cui ? mostrato l?andamento della portata dell?acqua alimentata in corrispondenza di un intervallo operativo secondo forme di realizzazione qui descritte.
Per facilitare la comprensione, numeri di riferimento identici sono stati utilizzati, ove possibile, per identificare elementi comuni identici nelle figure. Va inteso che elementi e caratteristiche di una forma di realizzazione possono essere convenientemente incorporati in altre forme di realizzazione senza ulteriori precisazioni.
DESCRIZIONE DI FORME DI REALIZZAZIONE
Si far? ora riferimento nel dettaglio alle varie forme di realizzazione del trovato, delle quali uno o pi? esempi sono illustrati nelle figure allegate. Ciascun esempio ? fornito a titolo di illustrazione del trovato e non ? inteso come una limitazione dello stesso. Ad esempio, caratteristiche illustrate o descritte in quanto facenti parte di una forma di realizzazione potranno essere adottate su, o in associazione con, altre forme di realizzazione per produrre un?ulteriore forma di realizzazione. Resta inteso che il presente trovato sar? comprensivo di tali modifiche e varianti. Forme di realizzazione qui descritte con riferimento alla fig. 1 si riferiscono ad un impianto 10 per la produzione di prodotti metallici, quali prodotti piani, come nastri o lamiere, o prodotti lunghi, quali blumi, bramme, barre, tubi, o tondini, a partire da acciaio fuso.
L?impianto 10 pu? comprendere una pluralit? di gruppi operativi, tra cui uno o pi? tra:
- un gruppo di colata 11 continua, configurato per ricevere metallo fuso avente determinate caratteristiche chimiche e colare una bramma con dimensioni predefinite;
- un gruppo di laminazione 12, posto a valle del gruppo di colata Il e configurato per ridurre lo spessore della bramma fino ad ottenere un prodotto metallico con un determinato spessore finale;
- un apparato di raffreddamento 13, o di quenching, posto a valle del gruppo di laminazione 12 e configurato per eseguire un trattamento di raffreddamento rapido, o di quenching sul prodotto metallico.
Il gruppo di colata 11 pu? comprendere, in modo noto, una siviera 14, una lingottiera 15 con relativo cristallizzatore 16 ed eventualmente un dispositivo di pre-laminazione a rulli, posti in successione uno all? altro. Il gruppo di laminazione 12 pu? comprendere, disposti in sequenza uno all?altro, uno o pi? tra:
- un?unit? di sbozzatura 17, comprendente una o pi? gabbie di laminazione 18, configurata per ottenere una bramma sbozzata con una prima riduzione di spessore;
- un forno di riscaldo a induzione 19 configurato per riscaldare la bramma sbozzata ad una temperatura idonea a consentirne la lavorazione;
- un?unit? di finitura 20, anche essa comprendente una o pi? gabbie di laminazione 21, configurata per ridurre lo spessore della bramma sbozzata e ottenere un prodotto metallico avente un determinato spessore finale.
L?impianto 10 pu? anche comprendere un fono di riscaldo 22 disposto tra il gruppo di colata 11 e il gruppo di laminazione 12, configurato per riscaldare, o mantenere, la bramma colata ad una determinata temperatura di laminazione.
L?impianto 10 pu? inoltre comprendere uno o pi? tra:
- primi mezzi di taglio 23, configurati per tagliare a misura una bramma a monte del gruppo di laminazione 12, nel caso di processo di tipo coil-to-coil, o semi-endless;
- dispositivi avvolgitori/svolgitori 24, 25, posti a monte e valle dell?unit? di sbozzatura 17, o di una gabbia di laminazione 18, nel caso siano di tipo reversibile, configurati per avvolgere e/o svolgere selettivamente la bramma sbozzata e per mantenerla alla temperatura di laminazione;
- secondi mezzi di taglio 26 configurati per effettuare la spuntatura di testa/coda ed eventuale rottamatura in caso di emergenza della bramma sbozzata, o tagliare a misura i semilavorati metallici in uscita dal gruppo di laminazione 12 o a valle dell?apparato di raffreddamento 13;
- un aspo avvolgitore 27 configurato per avvolgere, in particolare nel caso di laminati piani, i prodotti metallici ottenuti.
L?impianto 10 pu? prevedere un dispositivo avvolgitore/svolgitore 34 ad almeno due mandrini 43a, 43b per eseguire una fase di avvolgimento/svolgimento successivamente alla fase di riscaldamento rapido. Nel caso di esempio, i due mandrini 43a, 43b sono atti a svolgere selettivamente ed alternativamente la funzione di avvolgere il prodotto metallico riscaldato nel forno di riscaldo 22 e di svolgerlo per alimentarlo a una successiva gabbia di laminazione 18 di tipo reversibile dell?unit? di sbozzatura 17.
L?impianto 10 pu? essere inoltre provvisto di un gruppo di fusione 28, configurato per ottenere un bagno di metallo fuso con determinate caratteristiche chimiche, comprendente uno o pi? tra un forno elettrico ad arco (EAF) 29, un forno siviera (LF) 30, o un apparato di trattamento di degasaggio sottovuoto (VD) 31.
I gruppi di fusione 28, colata 11, laminazione 12 e l?apparato di trattamento 31 formano una linea di produzione LP.
Secondo un aspetto del presente trovato, ciascun gruppo operativo 11 , 12, 28, ovvero ciascun apparato 13, 14, 15, 16, 17, 20, 29, 30, 31, o ciascun componente 18, 21, ? provvisto di rispettivi circuiti idraulici 32 per lo scorrimento di un flusso d?acqua idoneo al raffreddamento dei componenti posti a contatto o in prossimit? del prodotto metallico in lavorazione, o per il raffreddamento/trattamento del prodotto metallico stesso.
Secondo possibili forme realizzative, nel caso del gruppo di colata 11, di laminazione 12 e di fusione 28, i rispettivi circuiti idraulici 32 possono essere collegati a rispettivi circuiti di scambio termico, non illustrati, associati ad uno o a pi? componenti o apparati 14, 15, 16, 17, 18, 20, 21, 29, 30, 31 in modo tale da raffreddarli in modo opportuno.
Secondo possibili forme realizzative, almeno nel caso dell?apparato di raffreddamento 13 il, o i rispettivi circuiti idraulici 32 possono essere collegati a ugelli di erogazione 33 idonei ad erogare l?acqua con la pressione e la portata richieste sul prodotto metallico.
Secondo forme di realizzazione, l?impianto 10 comprende un gruppo di fornitura acqua 35 comprendente un serbatoio 36, idoneo a contenere acqua mantenendola ad una temperatura sostanzialmente pari alla temperatura ambiente, collegato, mediante rispettivi condotti di mandata 34 e ritorno (non illustrati), ai differenti circuiti idraulici 32.
Secondo forme di realizzazione, i circuiti idraulici 32 possono comprendere valvole o altri dispositivi di intercettazione 39 selettivamente attivabili per consentire all?acqua presente nei condotti di mandata 34 di fluire verso il rispettivo circuito idraulico 32, o deviarla, quando non necessaria, nel condotto di ritorno verso il serbatoio 36.
Il gruppo di fornitura acqua 35 comprende, inoltre, una pluralit? di dispositivi di alimentazione acqua 37, selettivamente attivabili per consentire la circolazione dell?acqua dal serbatoio 36 verso i rispettivi condotti di mandata 34.
Secondo forme di realizzazione, i dispositivi di alimentazione acqua 37 possono comprendere uno o pi? tra elettrovalvole, dispositivi di pompaggio, o una combinazione di essi.
Secondo forme di realizzazione, ciascun dispositivo di alimentazione acqua 37 comprende una pluralit? di dispositivi di pompaggio, il cui numero pu? variare in funzione della portata e dalla pressione dell?acqua richiesta dal rispettivo circuito idraulico 32 e dal gruppo operativo 11, 121 13, 28, o apparato/componente a cui ? associato, e dalla potenza di lavoro del singolo dispositivo di pompaggio.
Secondo forme di realizzazione, rimpianto comprende, inoltre, una pluralit? di dispositivi convertitori 38, o inverter, ciascuno associato ad uno o pi? dispositivi di pompaggio, i quali possono essere selettivamente azionati per attivare/disattivare i rispettivi dispositivi di pompaggio a cui sono associati, o per regolarne il funzionamento, e in particolare variarne la portata in funzione delle necessit?.
Secondo forme di realizzazione, mediante i convertitori 38 pu? essere variata la corrente elettrica alimentata ai dispositivi di frequenza, ad esempio modificandone l?intensit? o la frequenza, regolando di conseguenza la portata d?acqua alimentata da questi ultimi.
Secondo un aspetto del presente trovato, rimpianto 10 comprende un?unit? di controllo 40 configurata per comandare il funzionamento del gruppo di fornitura acqua 35, ed in particolare dei dispositivi di alimentazione acqua 37, per fornire selettivamente acqua ai rispettivi circuiti 32 in base alle esigenze di ciascuno dei gruppi operativi 11, 12, 13, 28, o apparati, a cui sono associati.
Secondo forme di realizzazione, rimpianto 10 comprende una singola unit? di controllo 40 configurata per gestire il funzionamento del gruppo di fornitura acqua 35 per tutti i gruppi operativi 11, 12, 13, 28.
Secondo possibili soluzioni alternative, possono essere previste una pluralit? di unit? di controllo 40, ciascuna associata ad un singolo gruppo operativo 11, 12, 13, 28 o a un sottoinsieme di essi, e configurata per gestire il funzionamento del gruppo di fornitura acqua 35 per il rispettivo singolo gruppo o sottoinsieme.
Secondo forme di realizzazione, l?unit? di controllo 40 ? configurata per ricevere informazioni in merito alle caratteristiche dei prodotti metallici da produrre e alla velocit? di avanzamento dei prodotti metallici nei singoli gruppi operativi 11, 12, 13 o 28, o nei rispettivi apparati di ciascuno di tali gruppi operativi, e comandare di conseguenza il gruppo di fornitura acqua 35.
In particolare, l?unit? di controllo 40, pu? ricevere da un?unit? di gestione 41 dell?impianto informazioni riguardanti una ?ricetta? per un determinato prodotto metallico, comprendenti rispettive durate di intervalli operativi e non operativi per ciascun gruppo operativo 11, 12, 13, o apparato, e comandare ciascuno dei dispositivi di alimentazione acqua 37 per attivarli in corrispondenza dei rispettivi intervalli operativi e disattivarli in corrispondenza degli intervalli non operativi (fig. 2).
Secondo forme di realizzazione, le ?ricette? fomite all?unit? di controllo 40 possono comprendere una o pi? informazioni/parametri tra propriet? e composizione fisica del metallo, dimensione della bramma e del prodotto finale, numero di gabbie e/o di passaggi di laminazione necessari per ottenere un determinato spessore.
Sulla base di tali parametri, ed eventualmente anche sulla base della velocit? di avanzamento del semilavorato o del prodotto metallico lungo la linea di produzione LP, possono essere determinati e/o stimati la temperatura del prodotto metallico, e/o temperatura T ?C e/o portata Q dell?acqua di raffreddamento richiesta per il prodotto metallico in transito e/o per i componenti a contatto con essa, e tempo t di erogazione richiesto (fig. 2).
In funzione di tali informazioni, l?unit? di comando 40 pu? attivare di conseguenza tutti e solo i dispositivi di pompaggio necessari per fornire portata/pressione di acqua richieste sostanzialmente solo per un tempo correlato agli intervalli operativi.
Per ?intervallo operativo? si intende un intervallo temporale durante il quale un prodotto metallico ? sottoposto a lavorazione, ed ? quindi necessaria una fornitura di acqua di raffreddamento con portata e pressione opportune, mentre con ?intervallo non operativo? si intende un intervallo temporale durante il quale non vi ? un prodotto metallico in lavorazione e il rispettivo gruppo operativo, o apparato, ? in fase di sospensione o di attesa.
Gli intervalli non operativi possono avere tipologie o durate differenti, in funzione del rispettivo gruppo operativo o apparato 11, 12, 13, 28, o del tipo di processo in corso.
A titolo esemplificativo, nel caso di un processo ?coil-to-coil?, nell?apparato di raffreddamento 13 si possono verificare intervalli di ?gap time? TGAP, ad esempio tra farrivo di un prodotto da lavorare, e il successivo, e intervalli di ?batch time? TBATCH quando viene richiesto il cambio della tipologia di prodotti in lavorazione, che si alternano agli intervalli operativi, o di raffreddamento TCOOL(fig. 3).
Nel caso di un processo di tipo ?endless?, si verificano solo gli intervalli di ?batch time?, essendo il processo sostanzialmente continuo tra il gruppo di colata Il e l?apparato di raffreddamento 13.
Nel caso del gruppo di laminazione 12, l?intervallo operativo TCOOL corrisponde sostanzialmente al tempo di laminazione della bramma, mentre gli intervalli non operativi possono comprendere sia l?intervallo tra la lavorazione di una bramma e la successiva, sia il tempo di attesa per la regolazione dei rulli nel caso di una gabbia di laminazione di tipo reversibile,, sia la il temppo p per il cambio della tippologia di prodotti.
Le durate degli intervalli operativi e non operativi possono essere molto variabili. A scopo esemplificativo, per un apparato di raffreddamento 13 o di quenching, possono avere le seguenti durate:
- intervallo operativo TCOOL: tra 15 e 40 sec;
- gap time TGAP: da 80 a 180 sec;
- batch time TBATCH: da 220 a 550 sec.
Nel caso del piate mill PM di un gruppo di laminazione 12, l?intervallo operativo pu? avere una durata compresa tra 140 e 180 sec e l?intervallo non operativo pu? avere durata compresa tra 240 e 280 sec. Dagli esempi sopra riportati, ? chiaro che, se i dispositivi di pompaggio dei dispositivi di alimentazione acqua 37 vengono accesi in corrispondenza degli intervalli operativi e spenti in quelli non operativi, si ha un notevole risparmio dei consumi energetici, in quanto per la maggior parte del tempo, essi possono essere mantenuti non attivi, o attivi al minimo.
Per ?attivi al minimo? si intende che i dispositivi di pompaggio possono essere mantenuti accesi e funzionanti alla potenza minima prevista da ciascuno di essi, ad esempio compresa tra il 10% e il 40% della potenza nominale.
A titolo esemplificativo, nel caso dell?apparato di raffreddamento 13 possono essere previsti da 4 a 10 dispositivi di pompaggio, ciascuno idoneo a fornire acqua con una determinata portata, ad esempio compresa tra 1000 e 1500 m<3>/h, una determinata pressione, ad esempio tra 4 e 8bar (4-8 x 10<5 >Pascal) e una determinata potenza, ad esempio compresa tra 300 e 500 kW.
Nella fig. 3 ? illustrato a titolo esemplificativo l?andamento della portata d?acqua richiesta nel caso di un apparato di raffreddamento 13 che opera in un processo ?coil-to-coil? per un primo e un secondo tipo di prodotti, che richiedono una prima portata Q1 e una seconda portata Q2.
Come si pu? vedere in fig. 3, negli impianti secondo la tecnica nota, i dispositivi di pompaggio sono sempre accesi e alla massima potenza (linea tratteggiata), e inviano acqua in modo continuo ai rispettivi circuiti idraulici 32, a prescindere dall?effettiva necessit?. Secondo il trovato (linea continua), al contrario, i dispositivi di pompaggio sono alternativamente accesi e spenti, o eventualmente mantenuti ad un regime di funzionamento a potenza minima, per erogare l?acqua solo quando ? effettivamente necessaria.
Poich? in funzione del tipo di prodotto metallico in lavorazione, la portata d?acqua richiesta pu? variare tra 0 e 15000 m3/h, il numero dei dispositivi di pompaggio di volta in volta attivi pu? variare in funzione delle richieste.
Ad esempio, l?unit? di controllo 40 pu? determinare, sulla base della ?ricetta? e/o delle informazioni ricevute dall?unit? di gestione 41, quanti dispositivi di pompaggio sono necessari per ciascuna combinazione di portata e pressione di acqua richieste, e comandare l?attivazione di tutti e solo i dispositivi di pompaggio necessari.
Facendo riferimento all?esempio dell?apparato di raffreddamento 13 sopra riportato, l?unit? di controllo e comando 40 pu? attivare:
- nessun dispositivo di pompaggio se la portata richiesta ? di 0 m<3>/h,; un singolo dispositivo di pompaggio se la portata richiesta ? inferiore a 1000 m<3>/h;
- quattro dispositivi di pompaggio se la portata richiesta ? inferiore a 4.000 m<3>/h;
- tutti i dispositivi di pompaggio se la portata richiesta ? di 8000 m<3>/h. Preferibilmente, ciascun dispositivo di pompaggio ? comandabile in modo autonomo e indipendente rispetto agli altri.
Secondo forme di realizzazione, l?unit? di controllo 40 pu? comandare i dispositivi di pompaggio agendo sui rispettivi dispositivi convertitori 38 ad essi associati, cos? da garantire che durante gli intervalli operativi
TCOOL l?acqua sia erogata alla pressione richiesta.
Nel caso di un?unit? di sbozzatura 17, 20 in particolare per un ?Plate Mill? (PM) possono essere previsti quattro dispositivi di pompaggio per il PM a bassa pressione, con portata compresa tra 1300 e 1400 m<3>/h, pressione compresa tra 5-6 bar e potenza compresa tra 380-450 kW, mentre per il PM ad alta pressione possono essere previsti quattro dispositivi di pompaggio aventi portata compresa tra 800 e 850 m<3>/h, pressione compresa tra 14-15 bar e potenza compresa tra 500-600 kW. Anche in questo caso, l?unit? di controllo 40 pu? comandare l?attivazione dei soli dispositivi di pompaggio necessari per garantire il corretto apporto di acqua al rispettivo circuito idraulico 32.
Ad esempio, possono essere attivati due dispositivi di pompaggio per il PM a bassa pressione e due per il PM ad alta pressione quando il PM prevede circa 3200 m<3>/h, mentre possono essere attivati tre dispositivi di pompaggio per il PM a bassa pressione e tre per il PM ad alta pressione quando la portata richiesta ? intorno ai 6400 m<3>/h.
Nel caso del gruppo di fusione 28 e del gruppo di colata 11 la verifica e la determinazione del numero di dispositivi di pompaggio di volta in volta necessari pu? essere svolta in modo analogo.
Secondo forme di realizzazione, lattivazione/disattivazione dei singoli dispositivi di pompaggio pu? essere effettuata anche sulla base della differenza di temperatura dell?acqua tra l?ingresso e l?uscita dei rispettivi circuiti di scambio termico, o la temperatura dell?acqua in uscita, rilevate con appositi sensori.
Ad esempio, se la differenza di temperatura ? inferiore a un determinato valore di soglia, o la temperatura in uscita ? superiore a un valore massimo, pu? essere previsto di aumentare il numero, o la velocit? dei rispettivi dispositivi di pompaggio, mentre ne caso in cui la differenza di temperatura sia superiore a un secondo valore di soglia, o la temperatura in uscita ? inferiore a un valore limite, pu? essere previsto di ridurre il numero, o la velocit?, dei dispositivi di pompaggio, preferibilmente agendo mediante i convertitori 38.
Secondo forme di realizzazione, per garantire che al momento in cui ? necessario erogare l?acqua nel circuito, essa abbia la portata e la pressione richieste, l?unit? di controllo 40 pu? essere configurata per attivare i dispositivi di pompaggio un determinato tempo di anticipo ?t rispetto all?istante di inizio di ciascun intervallo operativo TCOOL.
L?entit? dell?intervallo operativo At pu? essere determinata in fase di progetto del gruppo di fornitura d?acqua 35, o essere derivato e calcolato sulla base di esso, in quanto ? correlato e dipendente dalla lunghezza e dalla sezione dei condotti di mandata 14.
Il ?t pu? essere calcolato come il tempo necessario a pressurizzare i condotti di mandata 14 in modo tale che, all?istante to di inizio dell?intervallo operativo TCOOL, in corrispondenza del rispettivo circuito idraulico 32, sia presente acqua con la pressione richiesta.
Secondo forme di realizzazione, l?unit? di controllo 40 prevede di attivare all?istante t* = to - ?t i dispositivi convertitori 38 associati al, o ai dispositivi di pompaggio necessari, per far partire la rampa di salita degli stessi ed evitare che l?acqua si erogata in ritardo, o con pressione non idonea (fig. 4).
Secondo forme di realizzazione, l?istante di inizio to di ciascun intervallo operativo pu? essere determinato sulla base della ?ricetta? associata al tipo di prodotto metallico da produrre e alla velocit? di avanzamento prevista del semilavorato o del prodotto lungo la linea di produzione LP.
Secondo varianti di realizzazione, l?istante di inizio to di uno o pi? intervalli operativi pu? essere determinato, ovvero calcolato, o stimato, anche sulla base di uno o pi? parametri rilevati e monitorati in tempo reale durante il processo. A titolo esemplificativo lungo la linea di produzione LP possono essere previsti uno o pi? dispositivi di rilevazione 42, configurati per misurare l?effettiva velocit? di avanzamento del prodotto nella linea produttiva LP.
Possono anche essere previsti dispositivi per monitorare lo stato di funzionamento di uno o pi? gruppi operativi 28, 11, 12 o di uno o pi? dei rispettivi apparati disposti a valle, i quali possono essere collegati e comunicare con l?unit? di gestione 4L
Ad esempio, nel caso di verifichi un malfunzionamento, quale un incaglio o una rottura nell?unit? di sbozzatura 17, si pu? prevedere di mantenere al minimo i dispositivi di alimentazione acqua 37 degli apparati disposti a valle di essa, fino a che non vengano ripristinate le condizioni di funzionamento normali e, una volta riavviato il processo, calcolare di conseguenza gli istanti di inizio to dei corrispondenti intervalli operativi per ciascun gruppo operativo e apparato della linea di produzione LP.
Secondo ulteriori forme di realizzazione, l?unit? di controllo 40, al termine dell?intervallo operativo TCOOL, ovvero all?istante tl, provveder? a disattivare i dispositivi convertitori 38 precedentemente attivati, in modo tale da spegnere, o mantenere accesi al minimo, i dispositivi di pompaggio.
Secondo forme di realizzazione, l?istante di inizio tO e l?istante di fine tl considerati possono coincidere con gli istanti di inizio e fine reali, o possono essere differenti, prevedendo degli intervalli cautelativi, o tempo di buffer TB rispettivamente prima e dopo i reali istanti di inizio e fine cos? da compensare eventuali piccoli scostamenti rispetto ad essi.
L?interazione tra l?unit? di gestione 41 della linea di produzione LP, il gruppo di fornitura acqua 35 e l?unit? di controllo 40 che comunica con entrambi e regola di conseguenza la fornitura dell?acqua in base alle reali esigenze, consente elevata versatilit? e adattabilit? dell?impianto 10 per qualsiasi tipologia di prodotto metallico, e al contempo permette un?ottimizzazione dei consumi energetici.
Forme di realizzazione qui descritte si riferiscono, inoltre, ad un metodo di gestione di un impianto 10 per la produzione di prodotti metallici come sopra descritto. Il metodo prevede di ricevere informazioni relative alle caratteristiche dei prodotti in lavorazione in relazione a dimensioni, spessore, composizione chimica dei prodotti metallici da ottenere;
- ricevere informazioni relative ai rispettivi parametri di raffreddamento, comprendenti uno o pi? tra portata dell?acqua, pressione, tempo di erogazione dell?acqua, differenza di temperatura tra acqua in ingresso e in uscita, e ai rispettivi tempi operativi e non operativi di una o pi? gruppi operativi 11, 12, 28 o apparati di raffreddamento 13;
- comandare i dispositivi di alimentazione 34 per alimentare acqua verso rispettivi condotti di mandata 34 associati a ciascuno dei circuiti idraulici 32 in funzione dei rispettivi intervalli operativi e non operativi di ciascun gruppo operativo 11, 12, 28 o apparato di raffreddamento 13.
Secondo forme di realizzazione, il metodo di gestione prevede di alimentare l?acqua ai rispettivi circuiti idraulici 32 attivando, in modo autonomo e indipendente uno rispetto all?altro, tutti e solo i dispositivi di pompaggio necessario per erogare di volta in volta, in corrispondenza di ciascun intervallo operativo, la portata d?acqua richiesta con pressione predefinita e disattivare, o mantenere accesi al minimo i dispositivi di pompaggio in corrispondenza degli intervalli non operativi.
Secondo ulteriori forme di realizzazione, il metodo prevede di regolare il funzionamento e la potenza dei dispositivi di pompaggio mediante dispositivi convertitori 38, in base alle portate e alle pressioni dell?acqua di volta in volta richieste.
Secondo forme di realizzazione, il metodo prevede di comandare l?attivazione dei dispositivi convertitori 38 in anticipo rispetto all?istante di inizio di ciascun intervallo operativo, cos? da avviare la rampa di salita di ciascun dispositivo convertitore 38 prima dell?istante in cui ? necessario che esso sia pienamente operativo.
E chiaro che all?impianto 10 per la produzione di prodotti metallici, e al metodo di gestione fin qui descritti possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti o fasi, senza per questo uscire dall?ambito del presente trovato come definito dalle rivendicazioni.
? anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad alcuni esempi specifici, una persona esperta del ramo potr? senz?altro realizzare molte altre forme equivalenti di impianto 10 per la produzione di prodotti metallici, e metodo di gestione, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell?ambito di protezione da esse definito.

Claims (11)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto per la produzione di prodotti metallici, comprendente una linea di produzione (LP) che include una pluralit? di gruppi operativi, cadauno provvisto di circuiti idraulici (32), scelti tra un gruppo di fusione (28), un gruppo di colata (11), un gruppo di laminazione (12) e un apparato di raffreddamento (13), e un gruppo di fornitura acqua (35) dotato di un serbatoio (36) collegato a ciascuno di detti circuiti idraulici (32) e una pluralit? di dispositivi di alimentazione acqua (37) configurati per alimentare acqua da detto serbatoio (36) a ciascuno di detti circuiti idraulici (32), caratterizzato dal fatto che detto impianto comprende un?unit? di controllo (40) configurata per ricevere informazioni almeno sulle caratteristiche dei prodotti metallici da produrre, e sulla loro velocit? di avanzamento lungo detti gruppi operativi (28, 11, 12, 13) e per comandare detti dispositivi di alimentazione acqua (37) per fornire selettivamente acqua a ciascuno di detti circuiti idraulici (32) in base alle effettive modalit? operative di funzionamento di uno o ciascun gruppo operativo (11, 12, 13, 28).
  2. 2. Impianto come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende un?unit? di gestione dell?impianto (41) configurata per fornire, per ciascuna tipologia di prodotto metallico da produrre, una specifica ?ricetta? comprendente una o pi? informazioni/parametri scelti tra propriet? e composizione fisica del metallo, dimensione della bramma e del prodotto finale, numero di gabbie e/o di passaggi di laminazione necessari per ottenere un determinato spessore, e rispettive durate di intervalli operativi e non operativi per ciascun gruppo operativo (11, 12, 13, 28), e comandare ciascuno di detti dispositivi di alimentazione acqua (37) per attivarli solo in corrispondenza dei rispettivi intervalli operativi.
  3. 3. Impianto come nella rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che ciascun dispositivo di alimentazione acqua (37) comprende una pluralit? di dispositivi di pompaggio a portata regolabile selettivamente comandabili dall?unit? di controllo (40) in modo indipendente uno rispetto agli altri, o a gruppi, o tutti insieme per fornire di volta in volta acqua con la pressione e la portata richieste.
  4. 4. Impianto come nella rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che comprende una pluralit? di dispositivi convertitori (38), o inverter, ciascuno associato ad uno o pi? dispositivi di pompaggio, i quali possono essere selettivamente comandati per attivare/disattivare i rispettivi dispositivi di pompaggio a cui sono associati, o per variarne la portata in funzione delle necessit?.
  5. 5. Impianto come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta unit? di controllo (40) ? configurata per ricevere informazioni riguardo agli istanti di inizio (to) degli intervalli operativi di almeno uno di detti gruppi operativi (11, 12, 13, 28) o apparati e attivare i dispositivi di pompaggio associati al rispettivo circuito idraulico (32) un determinato tempo di anticipo (At) rispetto a detto istante di inizio (to).
  6. 6. Apparato di raffreddamento per un impianto (10) per la produzione di prodotti metallici, configurato per effettuare un trattamento di raffreddamento rapido o di quenching di un prodotto metallico, e comprendente almeno un circuito idraulico (32) collegato da un lato ad una pluralit? di ugelli di erogazione (33) configurati per erogare acqua con pressione e portata definite su un prodotto metallico in transito e dall?altro ad almeno un dispositivo di alimentazione acqua (37) configurato per alimentare acqua in detto almeno un circuito idraulico (32), caratterizzato dal fatto che comprende un?unit? di controllo (40) configurata per ricevere informazioni almeno sulle caratteristiche di pressione e portata dell?acqua correlate alla tipologia di prodotti metallici da produrre e ai tempi operativi di raffreddamento richiesti da detto circuito idraulico (32) e di comandare detto almeno un dispositivo di alimentazione acqua (37) per fornire selettivamente acqua al rispettivo circuito idraulico (32) in base alle effettive modalit? operative.
  7. 7. Gruppo di laminazione per un impianto per la produzione di prodotti metallici, comprendente almeno una tra un?unit? di sbozzatura (17) e un?unit? di finitura (20) provviste di rispettive gabbie di laminazione (18, 21) ciascuna collegata ad un circuito idraulico (32) collegato da un lato ad almeno un circuito di scambio termico di una di dette gabbie di laminazione (18, 20), e dall?altro ad almeno un dispositivo di alimentazione acqua (37) configurato per alimentare acqua in detto almeno un circuito idraulico (32), caratterizzato dal fatto che comprende un?unit? di controllo (40) configurata per ricevere informazioni almeno sulle caratteristiche di pressione e portata dell?acqua correlate alla tipologia di prodotti metallici da produrre e ai tempi operativi di raffreddamento richiesti da detto circuito idraulico (32) e di comandare detto almeno un dispositivo di alimentazione acqua (37) per fornire selettivamente acqua al rispettivo circuito idraulico (32) in base alle effettive modalit? operative.
  8. 8. Metodo di gestione di un impianto (10) per la produzione di prodotti metallici comprendente una linea di produzione (LP) che include una pluralit? di gruppi operativi, cadauno provvisto di circuiti idraulici (32), scelti tra un gruppo di fusione (28), un gruppo di colata (11), un gruppo di laminazione (12) e un apparato di raffreddamento (13), detto impianto comprendendo un gruppo di fornitura acqua (35) dotato di un serbatoio (36) collegato, mediante rispettivi circuiti di mandata (34) a detti circuiti idraulici (32), e una pluralit? di dispositivi di alimentazione acqua (37) associati a detti circuiti di mandata (34) e configurati per alimentare acqua da detto serbatoio (36) a detti circuiti idraulici (32), in cui detto metodo prevede di: - ricevere informazioni almeno sulle caratteristiche dei prodotti metallici in lavorazione e sulla velocit? di avanzamento dei prodotti in detti gruppi operativi (11, 12, 13, 28), e sulle rispettive modalit? di funzionamento comprendenti uno o pi? rispettivi parametri di raffreddamento, scelti tra portata dell?acqua, pressione, tempo di erogazione dell?acqua, differenza di temperatura tra acqua in ingresso e in uscita, e rispettivi tempi operativi e non operativi, di uno o ciascun gruppo operativo (11, 12, 13, 28); - comandare detti dispositivi di alimentazione acqua (37) per alimentare acqua verso ciascuno di detti rispettivi circuiti idraulici (32) di detti gruppi operativi (11, 12, 13, 28) o apparati in base alle effettive modalit? operative di funzionamento.
  9. 9. Metodo di gestione come nella rivendicazione 8, in cui detti dispositivi di alimentazione acqua (37) comprendono ciascuno un pluralit? di dispositivi di pompaggio, caratterizzato dal fatto che prevede di determinare, in funzione della pressione e della portata d?acqua richieste in ciascun gruppo operativo, il numero di dispositivi di pompaggio necessari per ottenere detta pressione e portata d?acqua e attivare, in corrispondenza dei rispettivi intervalli operativi, solo detto numero di dispositivi di pompaggio, e disattivarli in corrispondenza di detti intervalli non operativi.
  10. 10. Metodo come nella rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che prevede di comandare dispositivi convertitori (38) associati a detti dispositivi di pompaggio per regolarne il funzionamento e la potenza in base alle portate e alle pressioni dell?acqua di volta in volta richieste.
  11. 11. Metodo come nella rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che prevede di ricevere informazioni riguardo agli istanti di inizio (to) degli intervalli operativi di almeno uno di detti gruppi operativi (11, 12, 13, 28), o apparati, e attivare i dispositivi di pompaggio associati al rispettivo circuito idraulico (32) un determinato tempo di anticipo (?t) rispetto a detto istante di inizio (t0).
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