IT202100026519A1 - Cristallizzatore per colata continua - Google Patents
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Description
CRISTALLIZZATORE PER COLATA CONTINUA
Campo dell?invenzione
La presente invenzione si riferisce ad un cristallizzatore per colata continua, utilizzabile in campo siderurgico per colare billette, blumi, o altri prodotti simili, di qualsiasi tipo e sezione trasversale.
Stato della tecnica
I cristallizzatori sono i componenti fondamentali del processo di colata continua del metallo fuso, ad esempio l?acciaio. Essi rappresentano la sede in cui inizia il processo di solidificazione dell?acciaio liquido e subiscono sollecitazioni termiche significative (che aumentano in funzione della produttivit?) avendo il compito di estrarre una grande quantit? di calore (sia latente che sensibile) dal prodotto colato.
I prodotti lunghi possono avere diverse sezioni, ad esempio sezione quadrata, rettangolare, tonda o poligonale, sia regolare che non, con un numero di lati preferibilmente pari e multiplo di quattro, anche se la sezione ottagonale ? una delle sezioni preferite. Queste sono le forme assunte quantomeno dalla faccia interna della parete del cristallizzatore.
All?interno del cristallizzatore avviene l?interazione tra l?acciaio, che va solidificandosi, ed il rame con cui ? realizzata la parete del cristallizzatore. Lo stato di contatto tra i due materiali influisce sulla quantit? di calore asportabile e sulla qualit? superficiale del prodotto colato.
? noto che l?acciaio, quando cambia di fase e solidifica, subisce una contrazione dimensionale denominata ritiro. Il cristallizzatore deve assecondare questo ritiro e garantire il pi? possibile un contatto con l?acciaio transitante uniforme sia in direzione perimetrale sia per tutta la sua lunghezza: per questo motivo, la sua sezione trasversale diminuisce procedendo dall?ingresso verso l?uscita. Tipologie diverse di acciaio, cos? come diverse velocit? di colata, implicano diverse entit? di contrazione. La legge con la quale diminuiscono le dimensioni interne del cristallizzatore viene chiamata conicit? e la sua determinazione ? basata principalmente su metodi empirici. La conicit? viene imposta al cristallizzatore durante la sua produzione per mezzo di lavorazioni per deformazione plastica (spinatura tramite mandrino) oppure con lavorazioni per asportazione di truciolo. La scelta del profilo di conicit? assume un ruolo di primaria importanza perch? non pu? essere modificata in esercizio per adattarsi al variare delle condizioni di processo. In base a quanto esposto appare evidente che per garantire flessibilit? al processo di colata, sia in termini di gamma di acciai prodotti, che di velocit? di colata, la conicit? debba essere un compromesso tra opposte esigenze.
Attualmente, sono note diverse tipologie di cristallizzatori per colata continua adatti a colare billette, blumi o altri prodotti siderurgici, aventi ciascuno un corpo prismatico o cilindrico provvisto di una cavit? longitudinale passante, dotata di una sezione trasversale corrispondente alla sezione trasversale del prodotto da colare, e nella quale ? adatto a passare il metallo liquido di colata.
In particolare, tra le diverse tipologie note di cristallizzatore vi sono:
- i cristallizzatori monolitici (prodotti in pezzo unico), ovvero i cristallizzatori a sezione trasversale tonda, oppure senza soluzione di continuit? tra i lati del poligono che compongono almeno la sezione trasversale della faccia interna della parete del cristallizzatore;
- i cristallizzatori a piastre, ovvero quelli in cui i lati del suddetto poligono presentano dei dispositivi (solitamente bullonature variamente disposte in direzione di colata) che ne realizzano il mutuo collegamento.
I cristallizzatori per prodotti a sezione tonda sono solamente monolitici, quelli per i prodotti a sezione poligonale possono appartenere ad entrambe le categorie. Tuttavia ? pratica corrente scegliere i cristallizzatori a piastre nel caso di sezione poligonale non regolare, ad esempio nel caso di sezione rettangolare corrispondente al prodotto chiamato blumo.
In entrambe le tipologie di cristallizzatore possono essere previsti canali di raffreddamento che vengono realizzati nel corpo tubolare in direzione longitudinale e che possono essere ottenuti per foratura, ed in questo caso vengono posizionati all?interno dello spessore della parete, oppure per fresatura andando ad occupare una posizione sulla superficie esterna della parete del cristallizzatore.
In esempi noti di cristallizzatori con canali longitudinali di raffreddamento ricavati per fresatura, detti canali sono posizionati sulla faccia esterna o sulle facce esterne della parete definente il corpo tubolare del cristallizzatore, il quale ha in genere ha uno spessore di rame pieno di circa 15-30 millimetri. Su questo spessore ? ricavata una pluralit? di scanalature longitudinali che vengono chiuse esternamente, al fine di definire i suddetti canali, mediante lastre metalliche e/o da depositi elettrolitici di rame.
In queste tipologie di cristallizzatore i canali longitudinali di raffreddamento sono parte di un circuito chiuso nel quale viene fatto circolare un liquido di raffreddamento, ad esempio acqua, atto a sottrarre il calore dal prodotto colato. Tra i cristallizzatori monolitici esiste un sottoinsieme identificato come cristallizzatori ?tubolari?: in questo caso non sono presenti canali di raffreddamento realizzati per foratura o fresatura e l?acqua scorre sulla superficie esterna della parete del cristallizzatore. Per creare il meato ove farla transitare si utilizza una camicia esterna in acciaio. Questa tipologia di cristallizzatori presenta uno spessore della parete che tipicamente ? pari ad un decimo della dimensione del prodotto colato (che ha la forma di un poligono regolare).
I cristallizzatori, sia monolitici che a piastre, aventi canali di raffreddamento (siano essi ottenuti per foratura o fresatura) sono pi? efficienti dei cristallizzatori tubolari nell?asportazione dell?ingente calore conseguente alla solidificazione dell?acciaio. I cristallizzatori monolitici aventi canali di raffreddamento ottenuti per foratura risultano tuttavia piuttosto costosi da produrre, a causa prevalentemente del quantitativo di rame che impiegano, circa doppio rispetto a quello necessario nei cristallizzatori monolitici tubolari. Inoltre, la realizzazione dei fori passanti circolari risulta pi? costosa rispetto alla realizzazione delle fresature esterne, data la difficolt? a produrre forature molto lunghe. Svantaggiosamente per?, nei cristallizzatori monolitici con canali di raffreddamento ottenuti per fresatura, la pressione del liquido di raffreddamento non ? autosostenuta, come accade nella parete dotata di fori passanti circolari, e tale pressione si scarica sulla struttura andando ad influenzarne la deformata in esercizio.
La deformata in esercizio dei suddetti cristallizzatori monolitici con canali di raffreddamento consta di due componenti, termica ed idraulica. Considerato che la conicit? viene imposta durante la produzione del cristallizzatore, pu? succedere che in esercizio il cristallizzatore subisca la modifica della conicit? iniziale, vedendola variare in modo pi? o meno pronunciato a seconda delle diverse zone (menisco, uscita). Ci? rappresenta un rischio e pu? determinare l?insorgenza di possibili problemi che spaziano dalla difettosit? superficiale del prodotto colato, al rischio di breakout (ovvero rottura della pelle esterna con conseguente fuoriuscita dell?acciaio liquido che provoca interruzione del processo di colaggio e danneggiamento degli equipaggiamenti). ? pertanto importante che un buon cristallizzatore debba poter limitare al massimo la deformata in esercizio per non subire eccessive modifiche rispetto alla conicit? di progetto, cos? da non diminuire la sua vita utile e consentire una produzione di qualit? nel tempo.
La componente termica aumenta con la differenza di temperatura tra faccia calda, interna, e faccia fredda, esterna, della parete del cristallizzatore, la quale, a sua volta, diminuisce con il diminuire della distanza tra i canali di raffreddamento, che convogliano il liquido di raffreddamento, e la faccia calda o faccia interna del cristallizzatore. A parit? di tipologia di acciaio, lubrificazione e velocit? di colata, un cristallizzatore costituito da pareti pi? sottili permette un maggiore scambio termico rispetto ad un cristallizzatore con pareti pi? spesse, data la maggior vicinanza tra il liquido di raffreddamento e l?acciaio liquido, riducendo la suddetta componente termica e permettendo di effettuare un colaggio a velocit? pi? elevata.
Per la componente legata alla deformazione idraulica invece avviene il contrario: essa diminuisce in funzione dello spessore del cristallizzatore elevato ad un esponente prossimo a tre, per cui sopra un certo spessore l?effetto risulta molto smorzato.
Svantaggiosamente nei cristallizzatori monolitici noti, dotati di canali di raffreddamento, anche aumentando parzialmente lo spessore, se da un lato viene garantita una minore deformata dovuta alla componente idraulica, dall?altro lato non si riesce a limitare la componente termica della deformata in esercizio.
? pertanto sentita l?esigenza di realizzare un innovativo cristallizzatore in grado di superare i suddetti inconvenienti.
Sommario dell?invenzione
Uno scopo della presente invenzione ? quello di realizzare un cristallizzatore per colata continua con caratteristiche strutturali e dimensionali che permettono di contenere in modo ottimale sia la componente termica che la componente idraulica della deformata in esercizio del cristallizzatore.
Un altro scopo della presente invenzione ? di realizzare un cristallizzatore per colata continua che abbia un?elevata rigidit? strutturale pur diminuendo lo spessore della sua parete rispetto ad alcuni cristallizzatori noti, in modo da garantire un?elevata efficienza di colata e un?elevata qualit? del prodotto in uscita dal cristallizzatore.
Un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di realizzare un cristallizzatore per colata continua che sia costruttivamente semplice ed abbia al tempo stesso un costo ridotto rispetto ai cristallizzatori noti, riducendo al minimo l?utilizzo del metallo, ad esempio rame, necessario per realizzare la parete del corpo tubolare.
La presente invenzione raggiunge almeno uno di tali scopi, ed altri scopi che saranno evidenti alla luce della presente descrizione, mediante un cristallizzatore per colata continua comprendente:
un corpo tubolare definente un asse longitudinale X ed avente una parete con almeno una faccia interna che definisce una cavit? longitudinale passante di colata,
una pluralit? di scanalature longitudinali realizzate almeno su una parte di una superficie esterna di detta parete e aperte verso l?esterno di essa, la realizzazione di detta pluralit? di scanalature longitudinali definendo una corrispondente pluralit? di alette longitudinali sul corpo tubolare,
una fasciatura di rivestimento in materiale composito, avvolta direttamente intorno alla superficie esterna di detta parete in modo da chiudere dette scanalature longitudinali realizzando corrispondenti canali longitudinali di raffreddamento atti a fare scorrere un liquido di raffreddamento al loro interno,
in cui la porzione della superficie esterna di detta parete occupata da dette scanalature longitudinali e dette alette longitudinali ? almeno il 70% di detta superficie esterna,
ed in cui la larghezza delle scanalature longitudinali, che corrisponde alla larghezza dei canali longitudinali di raffreddamento, ? maggiore della larghezza delle alette longitudinali.
Un secondo aspetto dell?invenzione riguarda, invece, un processo per realizzare il suddetto cristallizzatore per colata continua comprendente i seguenti stadi: - produrre un corpo tubolare definente un asse longitudinale X ed avente una parete con almeno una faccia interna che definisce una cavit? longitudinale passante di colata,
- produrre una pluralit? di scanalature longitudinali almeno su una parte di una superficie esterna di detta parete, la produzione di detta pluralit? di scanalature longitudinali definendo una corrispondente pluralit? di alette longitudinali sul corpo tubolare,
- avvolgere in modo non removibile una fasciatura di rivestimento in materiale composito direttamente intorno alla superficie esterna di detta parete in modo da chiudere dette scanalature longitudinali e definire corrispondenti canali longitudinali di raffreddamento.
Il cristallizzatore dell?invenzione presenta i seguenti vantaggi:
- ottimo mantenimento della conicit? interna del cristallizzatore sia a freddo che a caldo;
- facilit? di utilizzo del cristallizzatore, senza alcuna controindicazione, in associazione con un agitatore elettromagnetico, denominato stirrer;
- massimizzazione dell?efficienza di un?eventuale astina radioattiva associata al cristallizzatore, utilizzata per rilevare il livello di metallo liquido all?interno del cristallizzatore durante la colata, essendo la fasciatura di rivestimento trasparente alle radiazioni;
- contenimento dei costi di realizzazione dei cristallizzatori di qualsiasi forma, ossia con qualsiasi sezione trasversale, ad esempio poligonale, circolare o ellittica, ed anche di notevoli dimensioni, ad esempio con diametri, o larghezze, uguali o superiori a 800 mm;
- riduzione dello spessore della parete che definisce il corpo tubolare del cristallizzatore e quindi utilizzo contenuto del metallo, ad esempio rame, con cui ? realizzata;
- prolungamento della vita del cristallizzatore;
- miglioramento della qualit? del prodotto colato;
- possibilit? di eseguire lavorazioni con macchine utensili sulla fasciatura di rivestimento solidificata, ad esempio per definire scanalature per anelli di tenuta o fori per l?inserimento di spine di sicurezza.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell?invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di forme di realizzazione esemplificative, ma non esclusive.
Le rivendicazioni dipendenti descrivono forme di realizzazione particolari dell?invenzione.
Breve descrizione delle figure
Nella descrizione dell?invenzione si fa riferimento alle tavole di disegno allegate, fornita a titolo esemplificativo e non limitativo, in cui:
la Figura 1 rappresenta una vista prospettica di una prima forma di realizzazione di un cristallizzatore secondo l?invenzione;
la Figura 2 rappresenta un ingrandimento di parte del cristallizzatore di Figura 1; la Figura 3 rappresenta una vista in sezione trasversale di una variante della prima forma di realizzazione del cristallizzatore di Figura 1;
la Figura 4 rappresenta una vista in sezione trasversale di parte di una seconda forma di realizzazione del cristallizzatore secondo l?invenzione;
la Figura 5 rappresenta un ingrandimento di parte della vista in sezione trasversale di Figura 4 o Figura 6;
la Figura 6 rappresenta una vista in sezione trasversale di parte di una terza forma di realizzazione del cristallizzatore secondo l?invenzione.
Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti.
Descrizione di forme di realizzazione esemplificative dell?invenzione
Con riferimento alle Figure 1-6 vengono illustrati alcuni esempi di cristallizzatore per colata continua secondo l?invenzione. In tutte le forme di realizzazione dell?invenzione, il cristallizzatore comprende:
- un corpo tubolare 11 definente un asse longitudinale X ed avente una parete 12 che definisce una cavit? longitudinale passante di colata 13,
- una pluralit? di scanalature longitudinali 14 realizzate almeno su una parte di una superficie esterna di detta parete 12 e aperte verso l?esterno di essa,
- una pluralit? di alette longitudinali 16 previste esternamente sul corpo tubolare 11, ottenute come conseguenza della realizzazione della pluralit? di scanalature longitudinali 14, ciascuna aletta longitudinale 16 delimitando due scanalature longitudinali tra loro adiacenti,
- una fasciatura di rivestimento 15 in materiale composito avvolta, in modo non removibile in condizioni di esercizio, direttamente intorno alla superficie esterna di detta parete 12, preferibilmente appoggiandosi sull?estremit? o bordo esterno delle alette longitudinali 16, in modo da chiudere le scanalature longitudinali 14 realizzando corrispondenti canali longitudinali di raffreddamento 17 atti a fare scorrere un liquido di raffreddamento al loro interno.
La superficie esterna della parete 12 pu? comprendere una o pi? facce esterne a seconda della forma della sezione trasversale della suddetta parete.
Le scanalature longitudinali 14 sono incavi di limitata profondit? e larghezza, e di maggiore sviluppo in lunghezza, ossia in senso longitudinale lungo l?asse X. Di conseguenza, le alette longitudinali sono sporgenze di limitata altezza (considerando la dimensione che sporge dalla base del corpo tubolare) e larghezza (ossia spessore dell?aletta), e di maggiore sviluppo in lunghezza lungo l?asse X.
Vantaggiosamente, la porzione di superficie esterna della parete 12 occupata dalle scanalature longitudinali 14 e dalle alette longitudinali 16 ? almeno il 70% della superficie esterna, preferibilmente almeno l?80% di detta superficie esterna, e la larghezza delle scanalature longitudinali 14, che corrisponde alla larghezza dei canali longitudinali di raffreddamento 17, ? maggiore della larghezza delle alette longitudinali 16, ossia maggiore dello spessore di dette alette longitudinali. Queste caratteristiche, in combinazione alla struttura sopra descritta del cristallizzatore, sorprendentemente permettono di contenere in modo ottimale sia la componente termica che la componente idraulica della deformata in esercizio del cristallizzatore.
In una prima variante la larghezza delle scanalature longitudinali 14 ? compresa in un range da 2 a 7 mm, mentre la larghezza delle alette longitudinali 16 ? compresa in un range da 0.5 a 5 mm.
In una seconda variante la larghezza delle scanalature longitudinali 14 ? compresa in un range da 3 a 5 mm, mentre la larghezza delle alette longitudinali 16 ? compresa in un range da 1 a 2,5 mm.
Preferibilmente, prevedere una larghezza delle scanalature longitudinali 14 almeno il doppio della larghezza delle alette longitudinali 16 porta ad un ulteriore miglioramento nel contenimento della deformata in esercizio.
In una variante esemplificativa, lo spessore totale del corpo tubolare 11 ? compreso in un range ad esempio tra 18 a 22 mm, includendo la profondit? dei canali longitudinali di raffreddamento 17, ossia l?altezza delle alette longitudinali 16. Preferibilmente, ad esempio, quest?ultima pu? essere compresa in un range da 3 a 10 mm, preferibilmente in un range da 4 a 6 mm.
Opzionalmente, l?estensione longitudinale del corpo tubolare 11 ? compresa in un range da 700 a 1200 mm.
Preferibilmente il corpo tubolare 11 ? realizzato in rame o lega di rame. In una variante preferita il corpo tubolare 11 ? realizzato in lega Cu-Ag.
Nelle Figure 1-3 ? illustrata una prima forma di realizzazione di cristallizzatore per colata continua secondo l?invenzione, avente la parete 12 del corpo tubolare 11 di sezione trasversale tonda, definendo pertanto una cavit? longitudinale passante di colata 13 con sezione trasversale circolare.
In questo caso le scanalature longitudinali 14 sono realizzate almeno su parte dell?unica faccia esterna della parete 12 e aperte verso l?esterno di essa.
In questa prima forma di realizzazione la porzione di faccia esterna della parete 12 occupata dalle scanalature longitudinali 14 e dalle alette longitudinali 16 ? almeno pari al 90% della superficie esterna. Nella variante di Figura 3 il 100% della faccia esterna della parete 12 ? occupata dalle scanalature longitudinali 14 e dalle alette longitudinali 16.
Nella Figura 4 illustrata una seconda forma di realizzazione di cristallizzatore per colata continua secondo l?invenzione, avente la parete 12 del corpo tubolare 11 di sezione trasversale quadrata, con spigoli interni ed esterni opportunamente raccordati, definendo pertanto una cavit? longitudinale passante di colata 13 con sezione trasversale sostanzialmente quadrata.
In questo caso le scanalature longitudinali 14 sono realizzate almeno su parte delle quattro facce esterne della parete 12 e aperte verso l?esterno.
In questa seconda forma di realizzazione la porzione di superficie esterna della parete 12 occupata dalle scanalature longitudinali 14 e dalle alette longitudinali 16 ? almeno pari al 70%, preferibilmente almeno l?80%, della superficie esterna. In particolare, almeno il 70%, preferibilmente almeno l?80%, di ciascuna faccia esterna della parete 12 ? occupata dalle scanalature longitudinali 14 e dalle alette longitudinali 16.
Nella Figura 6 ? illustrata una terza forma di realizzazione di cristallizzatore per colata continua secondo l?invenzione, avente la parete 12 del corpo tubolare 11 di sezione trasversale ottagonale, con spigoli interni ed esterni che possono essere opportunamente raccordati, definendo pertanto una cavit? longitudinale passante di colata 13 con sezione trasversale sostanzialmente ottagonale.
In questo caso le scanalature longitudinali 14 sono realizzate almeno su parte delle otto facce esterne della parete 12 e aperte verso l?esterno.
In questa terza forma di realizzazione la porzione di superficie esterna della parete 12 occupata dalle scanalature longitudinali 14 e dalle alette longitudinali 16 ? almeno pari al 70%, preferibilmente almeno l?80%, della superficie esterna. In particolare, almeno il 70%, preferibilmente almeno l?80%, di ciascuna faccia esterna della parete 12 ? occupata dalle scanalature longitudinali 14 e dalle alette longitudinali 16.
Nell?esempio di Figura 5, che si riferisce alle varianti di Figura 4 e Figura 6, la larghezza A delle scanalature longitudinali 14 ? circa il doppio della larghezza B delle alette longitudinali 16, per cui il passo C delle scanalature 14 ? pari a circa il triplo della larghezza B. In Figura 5, la lettera di riferimento D indica invece la profondit? dei canali di raffreddamento 17 coincidente con l?altezza delle alette longitudinali 16.
La stessa proporzione tra larghezza A delle scanalature longitudinali 14 e larghezza B delle alette longitudinali 16 ? applicabile alla variante di Figura 3.
In tutte le forme di realizzazione del cristallizzatore dell?invenzione, la fasciatura di rivestimento 15 pu? comprendere uno o pi? strati sovrapposti di materiale composito realizzati utilizzando fibra impregnata, o preimpregnata, con materiale polimerico. L?avvolgimento di questi strati sulla superficie esterna della parete 12 ? di tipo non removibile in condizioni di esercizio in modo da creare un tutt?uno inscindibile tra la parete 12, provvista di scanalature longitudinali 14 ed alette longitudinali 16, e la fasciatura di rivestimento 15.
Chiaramente, una volta usurata la fasciatura di rivestimento 15 pu? essere eventualmente rimossa e sostituita.
Una volta che la fasciatura di rivestimento 15 ? stata avvolta attorno alla superficie esterna della parete 12, in particolare appoggiandosi sulle sommit? o estremit? delle alette longitudinali 16, il materiale polimerico viene polimerizzato e determina il fissaggio solidale ed inamovibile della fasciatura di rivestimento rispetto alla parete.
Ci? permette di ottenere un cristallizzatore per colata continua che mantiene ulteriormente invariata la conicit? di progetto sia a caldo che a freddo, grazie alla struttura di rinforzo che la suddetta fasciatura di rivestimento esterna concretizza per la parete del cristallizzatore.
La fasciatura di rivestimento 15, infatti, stringendo il cristallizzatore con direzione prevalente trasversale al suo sviluppo longitudinale, limita le deformazioni e gli spostamenti della parete mantenendo la conicit? interna, mentre permette la dilatazione longitudinale, dovuta a fenomeni termici, ad esempio tra 0 e 4 mm. Lo spessore di detta fasciatura di rivestimento 15 pu? essere costante oppure variabile lungo l?estensione longitudinale del corpo tubolare 11 aumentando in corrispondenza delle zone pi? sollecitate da sforzi. In particolare, tale spessore pu? essere massimo in corrispondenza della zona del corpo tubolare 11 dove ? previsto il menisco del metallo fuso in modo da ridurre la variazione di conicit? interna del cristallizzatore nell?intorno di questa zona. Infatti, principalmente in tale zona, si verifica una tendenza all?espansione verso l?esterno dovuta alla sollecitazione termica derivante dalla temperatura di contatto tra l?acciaio liquido e la parete del cristallizzatore. Questo porterebbe ad una riduzione di conicit? tra menisco e sezione superiore di ingresso del cristallizzatore, e ad una conicit? maggiore rispetto a quella di progetto nel tratto inferiore di cristallizzatore, sempre rispetto alla zona del menisco. Ci? comporterebbe un peggioramento della qualit? del prodotto colato a causa dell?alterazione delle condizioni di funzionamento e la conseguente cattiva conduzione termica tra la pelle dell?acciaio e la faccia raffreddata della parete del cristallizzatore stesso. Pertanto, aumentare lo spessore della fasciatura di rivestimento 15 in corrispondenza della zona del menisco diminuisce le probabilit? di fuoriuscite di acciaio liquido dalla pelle, anche denominate ?breakout?, a seguito della ridotta asportazione locale di calore che provoca degli assottigliamenti della pelle accompagnati da un aumento di temperatura, oltre a incollaggi, denominati ?sticking?, della pelle alla faccia interna, o alle facce interne, della parete del cristallizzatore.
La variazione dello spessore della fasciatura di rivestimento 15 lungo l?estensione longitudinale del corpo tubolare 11 pu? essere anche di qualche millimetro. A solo titolo esemplificativo la fasciatura di rivestimento 15, nella zona non ispessita, presenta uno spessore compreso fra 1 e 10 mm.
Lo spessore variabile degli strati di materiale composito che circondano il corpo tubolare consente, previa completa polimerizzazione della fasciatura di rivestimento, la lavorazione con macchine utensili della superficie di contenimento esterna al fine di ottenere sedi per l?alloggiamento di guarnizioni o di spine di sicurezza.
In particolare, la suddetta fasciatura di rivestimento 15 comprende almeno uno strato realizzato utilizzando almeno una fibra impregnata, o preimpregnata, con ad esempio un rapporto volumetrico di fibre al 60%, e colla o resina polimerica al 40%.
Il materiale polimerico ? del tipo resistente alle alte temperature ossia uguali, o superiori, a 100?C, ed ? scelto nel gruppo comprendente resine poliammidiche, epossidiche, o poliestere.
Le fibre possono essere scelte in un gruppo comprendente fibre di carbonio, fibre di vetro, fibre aramidiche o simili.
La fasciatura di rivestimento 15, che diventa rigida quando il polimero solidifica polimerizzando, pu? essere applicata utilizzando una qualsiasi tecnica nota, inclusa la tecnica del filament winding.
La polimerizzazione del polimero pu? avvenire attraverso fasi termiche di polimerizzazione, ovvero di reticolazione della resina, denominate curing.
Durante la fase di curing il cristallizzatore viene riscaldato ad una temperatura compresa tra 30?C e 120?C e mantenuto a tale temperatura per un tempo compreso fra 20 e 200 minuti. Tali condizioni determinano la reticolazione della resina polimerica e pertanto un fissaggio solidale della fasciatura di rivestimento 15 alla parete 12 del corpo tubolare 11. Ci? permette di garantire migliori caratteristiche di resistenza e consolidamento termico a seconda della tipologia di resina applicata.
In possibili forme di realizzazione, dopo la fase di curing, si pu? prevedere una fase di post-curing durante la quale il cristallizzatore viene riscaldato ad una temperatura compresa tra 80?C e 200?C e mantenuto a tale temperatura per un tempo compreso fra 1 ora e 20 ore, conferendo un miglioramento delle propriet? meccaniche.
In possibili soluzioni realizzative, per tutta la durata delle fasi di curing e/o di postcuring, il cristallizzatore viene mantenuto in rotazione attorno ad un proprio asse. La rotazione permette di ottenere caratteristiche maggiormente uniformi in tutta la fasciatura di rivestimento 15.
In accordo con una possibile variante, il cristallizzatore, dopo le fasi di curing ed eventualmente di post-curing, pu? essere sottoposto ad un raffreddamento forzato.
L?operazione di avvolgimento della fasciatura di rivestimento 15 sulla parete 12 pu? comprendere l?installazione, su un?opportuna apparecchiatura e mediante un?attrezzatura dedicata, del corpo tubolare 11 in modo da renderlo rotante attorno ad un asse di rotazione ed il successivo avvolgimento della fasciatura di rivestimento perpendicolarmente all?asse di sviluppo longitudinale, oppure con un angolo di avvolgimento compreso tra gli 0? e 10?, preferibilmente tra 0? e 5?, rispetto alla perpendicolare all?asse di sviluppo longitudinale del cristallizzatore. L?operazione di avvolgimento pu? avvenire con una tensione delle fibre controllata, ad esempio da 1 N a 50 N per fibra.
Claims (15)
1. Cristallizzatore per colata continua comprendente
un corpo tubolare (11) definente un asse longitudinale X ed avente una parete (12) con almeno una faccia interna che definisce una cavit? longitudinale passante di colata (13),
una pluralit? di scanalature longitudinali (14) realizzate almeno su una parte di una superficie esterna di detta parete (12) e aperte verso l?esterno di essa, la realizzazione di detta pluralit? di scanalature longitudinali (14) definendo una corrispondente pluralit? di alette longitudinali (16) sul corpo tubolare (11), una fasciatura di rivestimento (15) in materiale composito, avvolta direttamente intorno alla superficie esterna di detta parete (12) in modo da chiudere dette scanalature longitudinali (14) realizzando corrispondenti canali longitudinali di raffreddamento (17) atti a fare scorrere un liquido di raffreddamento al loro interno, in cui la porzione della superficie esterna di detta parete (12) occupata da dette scanalature longitudinali (14) e dette alette longitudinali (16) ? almeno il 70% di detta superficie esterna,
ed in cui la larghezza delle scanalature longitudinali (14), che corrisponde alla larghezza dei canali longitudinali di raffreddamento (17), ? maggiore della larghezza delle alette longitudinali (16).
2. Cristallizzatore secondo la rivendicazione 1, in cui la larghezza delle scanalature longitudinali (14) ? compresa in un range da 2 a 7 mm, mentre la larghezza delle alette longitudinali (16) ? compresa in un range da 0.5 a 5 mm.
3. Cristallizzatore secondo la rivendicazione 2, in cui la larghezza delle scanalature longitudinali (14) ? compresa in un range da 3 a 5 mm, mentre la larghezza delle alette longitudinali (16) ? compresa in un range da 1 a 2,5 mm.
4. Cristallizzatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la larghezza delle scanalature longitudinali (14) ? almeno il doppio della larghezza delle alette longitudinali (16).
5. Cristallizzatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la profondit? dei canali longitudinali di raffreddamento (17) ? compresa in un range da 3 a 10 mm, preferibilmente in un range da 4 a 6 mm.
6. Cristallizzatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il corpo tubolare (11) ? realizzato in rame o lega di rame, preferibilmente realizzato in lega Cu-Ag.
7. Cristallizzatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui lo spessore totale del corpo tubolare (11) ? compreso in un range da 18 a 22 mm.
8. Cristallizzatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta fasciatura di rivestimento (15) comprende uno o pi? strati (15) di materiale composito realizzati utilizzando fibra impregnata, o preimpregnata, con materiale polimerico.
9. Cristallizzatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui lo spessore di detta fasciatura di rivestimento (15) ? costante lungo l?estensione longitudinale del corpo tubolare (11) oppure ? massimo in corrispondenza della zona del corpo tubolare (11) dove ? previsto il menisco del metallo fuso.
10. Cristallizzatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l?estensione longitudinale del corpo tubolare (11) ? compresa in un range da 700 a 1200 mm.
11. Processo per realizzare un cristallizzatore per colata continua secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, il metodo comprendente i seguenti stadi: - produrre un corpo tubolare (11) definente un asse longitudinale X ed avente una parete (12) con almeno una faccia interna che definisce una cavit? longitudinale passante di colata (13),
- produrre una pluralit? di scanalature longitudinali (14) almeno su una parte di una superficie esterna di detta parete (12), la produzione di detta pluralit? di scanalature longitudinali (14) definendo una corrispondente pluralit? di alette longitudinali (16) sul corpo tubolare (11),
- avvolgere in modo non removibile una fasciatura di rivestimento (15) in materiale composito direttamente intorno alla superficie esterna di detta parete (12) in modo da chiudere dette scanalature longitudinali (14) e definire corrispondenti canali longitudinali di raffreddamento (17).
12. Processo secondo la rivendicazione 11, in cui l?avvolgimento della fasciatura di rivestimento (15) comprende l?avvolgimento di uno o pi? strati sovrapposti di materiale composito, realizzati utilizzando fibra impregnata, o preimpregnata, con materiale polimerico, detti strati appoggiandosi sulle sommit? o estremit? delle alette longitudinali (16).
13. Processo secondo la rivendicazione 12, in cui, dopo l?avvolgimento di detti uno o pi? strati sovrapposti, ? prevista una fase di curing durante la quale il cristallizzatore viene riscaldato ad una temperatura compresa tra 30?C e 120?C e mantenuto a tale temperatura per un tempo compreso fra 20 e 200 minuti.
14. Processo nella rivendicazione 13, in cui dopo detta fase di curing ? prevista una fase di post-curing durante la quale il cristallizzatore viene riscaldato ad una temperatura compresa tra 80?C e 200?C e mantenuto a tale temperatura per un tempo compreso fra 1 ora e 20 ore.
15. Processo secondo una delle rivendicazioni da 11 a 14, in cui detta fasciatura di rivestimento (15) ? applicata utilizzando la tecnica del filament winding.
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