IT8922559A1 - Processo perfezionato di laminazione a caldo di tubi senza saldatura con preventiva riduzione degli sbozzati forati - Google Patents
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Description
La presente invenzione riguarda un processo perfezionato di laminazione a caldo di tubi senza saldatura con preventiva riduzione del diametro degli sbozzati forati mediante un laminatoio riduttore forati di tipo tradizionale.
E' noto che nella produzione di tubi non saldati, in metallo o leghe metalliche, specialmente acciaio, aventi diametri definiti come piccoli o medio-piccoli, vale a dire non superiori a circa 170 mm, uno dei processi pi? usati attualmente ? quello della laminazione su mandrino. Secondo tale procedimento il materiale di partenza, sotto forma di barra ottenuta con uno dei processi tecnologici noti, viene riscaldato in un forno fino ad una temperatura adatta alla laminazione (per l'acciaio circa 1300?C) per essere poi sottoposto ad un processo di laminazione comprendente varie fasi successive realizzate da alcune macchine principali che, quasi sempre, possono essere costituite a titolo di esempio da un perforatore a cilindri obliqui per ottenere da detta barra un corpo cavo a grosso spessore denominato "forato"; un laminatoio continuo costituito da una serie di gabbie a pi? cilindri che, laminando il forato su un mandrino precedentemente introdotto in esso ne riduce progressivamente lo spessore fino ad un valore prossimo a quello del tubo finito; ed infine un riduttore a stiramento costituito da una serie di gabbie a due o pi? cilindri che ne riduce a vuoto il diametro esterno fino ad assumere le dimensioni finali volute.
Naturalmente il numero, la disposizione e le particolarit? costruttive di queste macchine possono variare, a seconda delle esigenze, secondo i dettami delle comuni conoscenze tecnologiche. I limiti tecnologici e di progetto delle varie macchine determinano inoltre le possibili riduzioni di sezione e quindi i diametri nelle varie fasi di laminazione. In particolare i diametri delle barre di partenza vengono scelti e determinati in funzione del valore di diametro che si vuole avere per i prodotti finiti. Infatti da uno specifico diametro di barra di partenza si pu? ottenere una serie ben precisa di diametri esterni del tubo finito, serie determinata dalle caratteristiche costruttive del laminatoio continuo e del riduttore a stiramento.
E' altres? noto che la tecnologia pi? economica di produzione della barra di partenza ? quella del processo di colata continua a partire dal metallo fuso, utilizzando poi direttamente la barra cos? ottenuta senza lavorazioni preliminari prima della trasformazione a forato. Il processo di colata continua ? tuttavia particolarmente vantaggioso, sia per i costi di produzione, sia per la qualit? del prodotto, soltanto a partire da certi diametri minimi, che allo stato attuale della tecnica possono indicarsi in un valore minimo del diametro della barra di 150 mm. A titolo di esempio, un particolare criterio di ottimizzazione di un impianto destinato a produrre tubi finiti con diametro esterno compreso tra 20 e 90 mm comporterebbe l'utilizzo di una barra di partenza con diametro pari a 120 mm, inferiore quindi alla dimensione minima che pu? essere soddisfacentemente prodotta dagli impianti pi? diffusi di colata continua. Una barra di queste dimensioni, oltre ad essere di qualit? non sempre affidabile, risulta anche costosa e difficile da reperire sul mercato.
Per ovviare a questo inconveniente viene utilizzato da tempo un laminatoio riduttore forati che riduce il diametro esterno della barra gi? forata al perforatore a cilindri obliqui portando il diametro esterno da una dimensione pi? conveniente per gli impianti di colata continua a quella necessaria per alimentare il laminatoio a mandrino. In tal modo inoltre, con l'introduzione di una macchina intermedia, viene resa meno rigidamente univoca la corrispondenza tra il diametro iniziale della barra e quello del tubo finito, per cui pu? essere ridotto il numero di diametri di barre di partenza occorrenti per una certa gamma di diametri finiti dei tubi, semplificando cos? l'approvvigionamento con una scorta a magazzino meno differenziata.
Attualmente, allo stato attuale della tecnica, il riduttore forati viene installato come macchina separata tra il perforatore a cilindri obliqui ed il laminatoio a mandrino in una disposizione rappresentata in Fig. 1. Tale disposizione presenta, rispetto ad un impianto non ottimizzato, ovvero ad un processo che non prevede la fase di riduzione preliminare dei forati, alcuni inconvenienti costituiti soprattutto dalla notevole richiesta di spazio impegnato per i servizi di alimentazione 5 del laminatoio riduttore forati 6 con i forati provenienti dal perforatore a cilindri obliqui 2, per i servizi di evacuazione 3 dei detti forati dal perforatore 2 e per i mezzi di trasporto 4 tra le linee di evacuazione ed alimentazione 3 e 5 rispettivamente, nonch? dei servizi di evacuazione e trasporto, rispettivamente 7 e 8 dei forati dal laminatoio riduttore 6 alla stazione di infilaggio mandrini 9 prima del laminatoio continuo a mandrini 10. Ci? comporta, oltre ad un elevato costo aggiuntivo dei servizi e sistemi di alimentazione, evacuazione e trasporto, un sensibile incremento dei tempi intercorrenti tra l'uscita del forato dal perforatore 2 e l'ingresso del forato stesso nel laminatoio a mandrino 10, con conseguente dannosa diminuzione di temperatura del forato da laminare (Fig. 8) ed ulteriore ossidazione secondaria della superficie interna ed esterna del forato. La diminuzione di temperatura pu? compromettere la laminazione stessa se non si prevede un'ulteriore fase intermedia di riscaldo, che naturalmente comporta costi aggiuntivi. In ogni caso raffreddamento ed ossidazione secondaria danno luogo a ripercussioni negative sulle forze necessarie alla laminazione, sulla duttilit? del materiale da laminare, oltre che sulla qualit? della superficie del tubo finito, come ? ben noto agli esperti del settore.
Costituisce pertanto uno scopo della presente invenzione quello di fornire un processo perfezionato di laminazione di tubi non saldati che non presenta gli inconvenienti summenzionati pur mantenendo inalterati i vantaggi propri del processo ottimizzato con fase intermedia di riduzione dei diametri.
Il processo secondo la presente invenzione, comprendente una fase di riduzione a vuoto del forato prima della laminazione su mandrino, ? caratterizzato dal fatto che detta fase di riduzione a vuoto del forato avviene immediatamente prima e sulla stessa linea della fase di laminazione continua, di preferenza contemporaneamente all'introduzione del mandrino nel forato.
Costituisce pure oggetto della presente invenzione un impianto di laminazione per la fabbricazione di tubi senza saldatura, in particolare di piccolo diametro, comprendente un forno di riscaldo, un laminatoio perforatore a cilindri obliqui, un laminatoio riduttore a vuoto dei forati ed un laminatoio continuo su mandrino, caratterizzato dal fatto che detto riduttore a vuoto ? posto immediatamente a monte del laminatoio continuo su mandrino, in modo da costituire con esso un blocco unico, preferibilmente in corrispondenza della stazione di alimentazione dei mandrini.
Questi ed altri scopi, vantaggi e caratteristiche del processo secondo la presente invenzione e del relativo impianto che lo realizza risulteranno pi? chiaramente dalla seguente dettagliata descrizione di una sua forma realizzativa riportata a titolo esemplificativo e non limitativo con riferimento ai disegni annessi in cui:
la FIGURA 1 mostra una vista schematica di un impianto di laminazione per tubi non saldati con riduzione preliminare del forato, secondo la tecnica nota;
la FIGURA 2 mostra uno schema di impianto del tipo di Fig. 1 atto a realizzare il processo secondo la presente invenzione;
la FIGURA 3 mostra una vista schematica di un esempio di riduttore a vuoto in linea con il laminatoio continuo su mandrino secondo l?invenzione;
le FIGURE 4 e 5 mostrano viste in sezione trasversale prese rispettivamente lungo le linee IV-IV e V-V in corrispondenza della prima e dell'ultima gabbia a cilindri del riduttore;
le FIGURE 6 e 7 mostrano viste in sezione trasversale prese rispettivamente lungo le linee VI-VI e VII-VII in corrispondenza della prima e dell'ultima gabbia del laminatoio continuo a mandrini;
la FIGURA 8 rappresenta un grafico dell'andamento della temperatura rispettivamente in corrispondenza della pelle e del cuore della barra o billetta a partire dal forno fino all?uscita dal laminatoio in continuo del tubo, prima dell?ultima fase di riduzione a stiramento (non presa in considerazione nella presente descrizione) in un processo secondo la tecnica nota; e
la FIGURA 9 rappresenta lo stesso diagramma delle temperature di Fig. 8 per un processo secondo la presente invenzione.
Con riferimento ai disegni, come gi? detto in precedenza la Fig. 1 mostra una rappresentazione schematica o lay-out di un impianto noto che realizza il processo tradizionale di fabbricazione di tubi senza saldatura, ottimizzato per il fatto di comprendere un riduttore a vuoto 6 dei forati tra il perforatore 2 ed il laminatoio continuo a mandrino 10. Si ? gi? visto in precedenza quali sono gli inconvenienti dovuti allo spazio occupato, alla maggiorazione di costi ed ai tempi pi? lunghi di lavorazione che comportano un sensibile raffreddamento fino a raggiungere, in corrispondenza del laminatoio continuo a mandrino valori di temperatura che, come si pu? vedere in Fig. 8, sono prossimi o addirittura inferiori ai valori generalmente ammessi per la laminazione, di circa 1180?C (per l?acciaio). Con riferimento alla Fig. 2 il processo secondo l'invenzione prevede l'estrazione della barra o billetta da un forno di riscaldo, il suo trasporto al laminatoio perforatore 2 e di qui l'invio dello sbozzato forato attraverso le vie di trasferimento 3, 4 e 5, al riduttore forati 6 che, progettato e costruito secondo la tecnica nota, ? installato secondo l'invenzione immediatamente a monte ed adiacente ad un laminatoio a mandrino 10 cos? che dette macchine vengono a costituire un blocco unico.
Si noti che l'alimentazione 5 dei forati nel riduttore 6 coincide in questo caso con la stazione di infilaggio mandrini da utilizzare nel laminatoio 10. Pertanto le fasi operative del processo secondo la presente invenzione comprendono, dopo l?estrazione della barra dal forno di riscaldo 1 ed il suo trasporto al laminatoio perforatore 2, l'invio dello sbozzato alla stazione 5 di infilaggio mandrini dove il mandrino viene infilato nello sbozzato forato passando poi insieme a questo all'interno del riduttore forati e nel laminatoio a mandrino 10 in successione immediata come si pu? vedere meglio in Fig. 3 dove con 11 ? stato indicato lo sbozzato forato e con 12 il mandrino.
Facendo riferimento in particolare alle Figg.
4-7, si fa notare che la riduzione di diametro in 6 avviene effettivamente "a vuoto" cio? senza contatto con il mandrino 12, come se questo non fosse presente all'interno del forato 11, allo stesso modo del sistema tradizionale rappresentato in Fig. 1, dove il mandrino veniva inserito soltanto successivamente. Si noter? pertanto che con il processo e relativo impianto secondo la presente invenzione il mandrino 12, pur dovendo attraversare longitudinalmente anche il riduttore 6, oltre che il laminatoio 10, avr? la stessa lunghezza di quella prevista nei sistemi tradizionali di Fig. 1, in quanto nella fase di riduzione il mandrino avanza contemporaneamente e coassialmente con il forato 11 mentre il diametro di quest'ultimo viene ridotto, senza alcuna interferenza con esso (Figg. 4 e 5). Mandrino e forato entrano in contatto tra loro soltanto a partire dalla prima gabbia del laminatoio 10, come avveniva in precedenza. Si tenga presente infatti che la velocit? e le mutue distanze tra i cilindri delle gabbie del riduttore forati 6 sono regolati a questo scopo in modo automatico, per esempio mediante una logica programmabile atta a comandare contemporaneamente due macchine a velocit? diversa per far s? che in qualsiasi istante la posizione del mandrino sia quella predeterminata. Con asservimenti di questo tipo in funzione delle regolazioni del laminatoio 10, viene garantito automaticamente ed in ogni condizione il sincronismo tra i vari componenti dell'impianto e la perfetta introduzione del forato nella prima gabbia del laminatoio stesso.
Dal confronto tra le Figg. 1 e 2 si vede chiaramente che con la disposizione delle macchine prevista dalla presente invenzione non sono necessari servizi di alimentazione, evacuazione e movimentazione, in particolare quelli indicati con i numeri 7-9 in aggiunta a quelli strettamente necessari per eseguire il ciclo di lavoro non ottimizzato, vale a dire tale da non prevedere la riduzione preliminare di diametro del forato. Sono quindi evidenti i vantaggi della soluzione proposta secondo la presente invenzione in termini di spazi necessari e di costi di installazione e di esercizio.
In particolare i tempi di trasferimento dal laminatoio perforatore 2 al laminatoio continuo non si modificano per effetto dell'installazione del riduttore forati ed in pratica l'andamento delle temperature riportato in Fig. 9 coincide con quello che si avrebbe per un impianto non ottimizzato, privo cio? di riduttore a vuoto.
Un altro vantaggio che si ha con il processo e l?impianto secondo l'invenzione ? che la presenza del mandrino 12 all'interno del forato 11 durante il passaggio tra le gabbie del riduttore 6 limita l'ossidazione della superficie interna del forato stesso, grazie alla riduzione della sezione di passaggio dell'aria determinata dal mandrino 12 ed eventualmente alla presenza di sostanze antiossidanti predisposte sulla superficie del mandrino stesso. Questo effetto ? naturalmente tanto pi? importante quanto maggiore ? l'affinit? presentata dal metallo del forato con l'aria.
Con riferimento all'esempio cui si ? fatto riferimento in precedenza riguardante la modifica di un impianto esistente per poter utilizzare barre con diametro di 150 mm anzich? di 120 mm, i vantaggi ottenibili con la soluzione proposta possono essere riassunti come risulta dalla tabella seguente.
Eventuali aggiunte e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti del ramo alla forma realizzativa sopra descritta ed illustrata del processo secondo la presente invenzione ed il relativo impianto senza uscire dall'ambito dell'invenzione stessa. In particolare potranno essere previste ulteriori fasi operative pi? o meno legate alla laminazione del forato, come discagliatura etc.
Claims (7)
- RIVENDICAZIONI 1. Processo perfezionato per la laminazione a caldo di tubi senza saldatura, comprendente una fase di riduzione a vuoto del forato prima della laminazione in continuo su mandrino, caratterizzato dal fatto che detta fase di riduzione a vuoto avviene sulla stessa linea della fase di laminazione continua senza trasporto intermedio del forato.
- 2. Processo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di riduzione a vuoto del forato avviene contemporaneamente all?introduzione del mandrino nel forato stesso.
- 3- Impianto di laminazione per la fabbricazione di tubi senza saldatura, in particolare di piccolo diametro, comprendente un forno di riscaldo (1), un laminatoio perforatore (2) a cilindri obliqui, un laminatoio riduttore a vuoto (6) dei forati sbozzati (11) ed un laminatoio in continuo (10) su mandrino (12), con una stazione di infilaggio (5) di detti mandrini (12), caratterizzato dal fatto che detto riduttore (6) ? posto immediatamente a monte del laminatoio (10), cos? da costituire con esso un blocco unico.
- 4. Impianto secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che la stazione di alimentazione di detti forati (11) in detto riduttore a vuoto (6) coincide con detta stazione di introduzione dei mandrini (5).
- 5- Impianto di laminazione secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il passaggio di detti forati (11) e mandrini (12) attraverso detto riduttore a vuoto (6) avviene coassialmente e senza alcuna interferenza fino all'ingresso nella prima gabbia di detto laminatoio (10) dove si ha contatto tra forato e mandrino.
- 6. Impianto secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre mezzi di regolazione automatica dei cilindri e delle gabbie del riduttore (6) asserviti alle regolazioni del laminatoio (10) per cui a qualsiasi istante ed in ogni condizione viene assicurato il sincronismo tra i vari componenti dell'impianto ed il posizionamento corretto del mandrino.
- 7. Impianto secondo una delle rivendicazioni 3-6, caratterizzato dal fatto che detto mandrino (12) ? rivestito di sostanze antiossidanti lungo tutta la sua superficie laterale.
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