ITBO20130679A1 - MACHINE, AND ITS METHOD, FOR THE PRODUCTION OF CONTINUOUS METALLIC LINES - Google Patents
MACHINE, AND ITS METHOD, FOR THE PRODUCTION OF CONTINUOUS METALLIC LINESInfo
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
del brevetto per invenzione industriale dal titolo: of the patent for industrial invention entitled:
“MACCHINA, E RELATIVO METODO, PER LA PRODUZIONE DI LINGOTTI METALLICI IN CONTINUO” "MACHINE, AND RELEVANT METHOD, FOR THE CONTINUOUS PRODUCTION OF METALLIC INGOTS"
La presente invenzione è relativa ad una macchina, e al relativo metodo, per la produzione di lingotti metallici in continuo. The present invention relates to a machine, and the relative method, for the continuous production of metal ingots.
Il procedimento completo prevede il carico della richiesta quantità di metallo all’interno di appositi stampi e la successiva fusione del metallo contenuto all’interno degli stampi stessi. Il metallo contenuto in ciascuno stampo viene poi fatto solidificare ed è quindi estratto dallo stampo stesso. Tutte queste operazioni avvengono in continuo anche se l’avanzamento in linea dei lingotti avviene in maniera intermittente per dare il tempo al metallo prezioso di fondersi, solidificarsi e raffreddarsi. The complete procedure involves loading the required quantity of metal inside special molds and the subsequent melting of the metal contained within the molds themselves. The metal contained in each mold is then made to solidify and is then extracted from the mold itself. All these operations take place continuously even if the ingots advance in line intermittently to give the precious metal time to melt, solidify and cool.
Come è noto, la produzione di lingotti, siano essi di oro, argento, leghe preziose o di altri metalli o leghe, è di norma realizzata seguendo due diverse procedure. As is known, the production of ingots, whether gold, silver, precious alloys or other metals or alloys, is usually carried out following two different procedures.
Per produrre piccoli lingotti dal peso contenuto come monete, medaglie si preferisce utilizzare il processo di stampaggio tramite presse (“coniatura” se si tratta di monete) partendo da semilavorati come tondelli o billette. In genere il peso dei prodotti finiti può variare dai 5g ai 50g. To produce small ingots with a low weight such as coins, medals, it is preferred to use the process of stamping through presses ("coining" if it is a matter of coins) starting from semi-finished products such as rounds or billets. Generally the weight of the finished products can vary from 5g to 50g.
Quando, invece, si devono produrre lingotti di peso superiore si preferisce fondere il materiale e successivamente solidificarlo in opportuni stampi. When, on the other hand, heavier ingots are to be produced, it is preferable to melt the material and subsequently solidify it in suitable molds.
Il metallo prezioso da trattare può essere caricato direttamente nello stampo sotto forma di polveri non omogenee, graniglia o ritagli di varie dimensioni e successivamente trasportato nella zona di fusione. The precious metal to be treated can be loaded directly into the mold in the form of non-homogeneous powders, grit or scraps of various sizes and subsequently transported to the melting zone.
In alternativa il materiale può essere costituito da materiale pulverulento sostanzialmente puro precedentemente sottoposto ad un procedimento di affinazione. Alternatively, the material can consist of substantially pure powdery material previously subjected to a refining process.
Il metallo liquido viene poi solidificato continuando a restare nello stampo. Il lingotto solido viene quindi estratto dallo stampo. The liquid metal is then solidified while continuing to remain in the mold. The solid ingot is then taken out of the mold.
In realtà i lingotti disponibili sul mercato, oltre ad avere una purezza quasi assoluta se realizzati con metallo puro, o una percentuale esatta di metallo puro se realizzati in una lega (il cosiddetto “count”), devono avere dimensioni e peso estremamente precisi, e un aspetto esterno con le superfici regolari, senza avvallamenti o crepe, una colorazione uniforme e, soprattutto, devono avere una struttura metallografica interna perfetta, senza soffiature, microporosità e senza presentare tensioni strutturali. In reality, the ingots available on the market, in addition to having an almost absolute purity if made with pure metal, or an exact percentage of pure metal if made of an alloy (the so-called "count"), must have extremely precise dimensions and weight, and an external appearance with regular surfaces, without hollows or cracks, a uniform color and, above all, they must have a perfect internal metallographic structure, without blowing, micro-porosity and without presenting structural tensions.
Per evitare di avere dei lingotti difettosi è necessario che l’intero ciclo produttivo sia eseguito con molta cura, in particolare durante le fasi di fusione, solidificazione e di raffreddamento del metallo. To avoid having defective ingots, the entire production cycle must be carried out with great care, especially during the melting, solidification and cooling phases of the metal.
Difatti, poiché si tratta di prodotti in cui vi è anche un apprezzamento estetico da parte del compratore, vi l’esigenza fondamentale che i lingotti abbiano un grado di finitura superficiale che sia apprezzata dal mercato. In fact, since these are products in which there is also an aesthetic appreciation on the part of the buyer, there is a fundamental need for the ingots to have a degree of surface finish that is appreciated by the market.
Mediante l’uso della presente macchina in continuo si ottengono lingotti aventi finiture superficiali più che accettabili. Through the continuous use of this machine, ingots with more than acceptable surface finishes are obtained.
Inoltre, la presente macchina è stata studiata per automatizzare le varie fasi di trasporto, fusione e solidificazione degli stampi con il metallo all’interno che, a fine ciclo, avrà preso la forma desiderata, il tutto in una logica di ripetibilità del processo con un conseguente aumento della efficienza globale in termini di tempistiche, costi e facilità di gestione. Furthermore, this machine has been designed to automate the various stages of transport, melting and solidification of the molds with the metal inside which, at the end of the cycle, will have taken the desired shape, all in a logic of repeatability of the process with a consequent increase in overall efficiency in terms of timing, costs and ease of management.
Vi è anche un altro aspetto non trascurabile che viene affrontato dalla presente invenzione ed è quello della tenuta, rispetto ad una atmosfera controllata contenente gas inerte (per esempio azoto, oppure una miscela azoto/idrogeno con massimo il 4,5 % di idrogeno), delle parti della macchina in cui avvengono la fusione, la solidificazione ed il raffreddamento del materiale fuso contenuto nel lingotto. There is also another non-negligible aspect that is addressed by the present invention and is that of sealing, compared to a controlled atmosphere containing inert gas (for example nitrogen, or a nitrogen / hydrogen mixture with maximum 4.5% hydrogen), of the parts of the machine in which the melting, solidification and cooling of the molten material contained in the ingot takes place.
Difatti, come è noto, gli stampi sono tipicamente realizzati in grafite, e quindi sono soggetti a consumarsi per combustione in atmosfera con presenza di ossigeno a temperature sopra i 300°C. In termini operativi questo porta ad un rapido deterioramento degli stampi dopo pochi cicli di lavoro con la conseguente necessità di rimpiazzare gli stampi stessi danneggiati con altri nuovi. In fact, as is known, the molds are typically made of graphite, and therefore are subject to wear out by combustion in the atmosphere with the presence of oxygen at temperatures above 300 ° C. In operational terms this leads to a rapid deterioration of the molds after a few work cycles with the consequent need to replace the damaged molds with new ones.
Come è noto, invece, l’uso di opportune atmosfere inerti nelle zone indicate allunga notevolmente i tempi tra una sostituzione e l’altra con ovvi benefici in termini di costi globali. As is known, however, the use of appropriate inert atmospheres in the indicated areas significantly lengthens the time between one replacement and the next with obvious benefits in terms of overall costs.
Tuttavia, come è noto, la configurazione delle macchine per la produzione in continuo di lingotti rende difficile la separazione tra area interna ed ambiente circostante in quanto è presente un continuo movimento di stampi nel punto di ingresso ed in quello di uscita nel/dal tunnel di trattamento. However, as is known, the configuration of the machines for the continuous production of ingots makes the separation between the internal area and the surrounding environment difficult as there is a continuous movement of molds at the point of entry and exit into / from the tunnel. treatment.
Di fatto questo comporta la presenza di due aree (quella di ingresso degli stampi e quella di uscita) in cui il gas inerte iniettato all’interno del tunnel tende a disperdersi nell’ambiente esterno. In fact, this involves the presence of two areas (one for the entry of the molds and one for the exit) in which the inert gas injected inside the tunnel tends to disperse into the external environment.
In assenza di un valido sistema di tenuta, l’unico mezzo per evitare l’ingresso di ossigeno nel tunnel è quello di iniettare in continuo il gas inerte con immaginabili consumi e relativi costi operativi. In the absence of a valid sealing system, the only means to avoid the entry of oxygen into the tunnel is to continuously inject the inert gas with imaginable consumption and related operating costs.
Nel tempo sono stati provati vari sistemi per minimizzare l’ingresso di ossigeno (e quindi ridurre l’immissione di gas protettivo), sistemi che comunque non si sono rivelati risolutivi. Over time, various systems have been tried to minimize the entry of oxygen (and therefore reduce the entry of protective gas), systems which, however, have not proved to be decisive.
Quelli più utilizzati vanno dai sistemi atti a consumare l’ossigeno in ingresso (per mezzo di fiamme libere) a quelli che riducono la sezione di passaggio (con tendine in materiali adatti alle temperature di esercizio). The most used ones range from systems designed to consume incoming oxygen (by means of open flames) to those that reduce the passage section (with curtains made of materials suitable for operating temperatures).
Vi sono anche dei sistemi nei quali è prevista l’apertura e la chiusura di ingresso ed uscita mediante portelli scorrevoli. Infine, vi sono delle applicazioni nelle quali si blocca l’ingresso dell’aria esterna per mezzo di lame d’aria. There are also systems in which the opening and closing of the entrance and exit is provided by means of sliding doors. Finally, there are applications in which the entry of external air is blocked by means of air blades.
I sistemi a fiamma viva non risolvono la perdita di gas protettivo verso l’esterno ma puntano a consumare il contenuto di ossigeno nell’aria. Questo ha però ovvii effetti collaterali negativi sugli stampi in grafite. Open flame systems do not resolve the loss of protective gas to the outside but aim to consume the oxygen content in the air. However, this has obvious negative side effects on graphite molds.
I sistemi con tendine cercano di fare tenuta sugli stampi in ingresso ed uscita sfruttando l’elasticità delle stesse. Di fatto il passaggio di gas tra interno ed esterno viene ridotto ma mai eliminato definitivamente. Systems with curtains try to seal the inlet and outlet molds by exploiting their elasticity. In fact, the passage of gas between inside and outside is reduced but never permanently eliminated.
L’uso di portelli scorrevoli elimina le contaminazioni quando sono chiusi ma nelle fasi di inserimento ed estrazione degli stampi questo non avviene. Visto che i tempi in cui i portelli rimangono chiusi sono paragonabili con quelli di apertura, il consumo di gas protettivo rimane comunque consistente. The use of sliding doors eliminates contamination when they are closed but during the insertion and extraction of the molds this does not happen. Since the times in which the hatches remain closed are comparable to those of opening, the consumption of protective gas remains consistent.
L’uso di lame d’aria in ingresso ed uscita blocca la miscelazione tra atmosfera interna ed esterna ma, per sua stessa natura, costituisce una continua fonte di ossigeno che, anche in presenza di flusso perfettamente canalizzato verso l’esterno, tenderà a miscelarsi con il gas protettivo. The use of inlet and outlet air blades blocks the mixing between the internal and external atmosphere but, by its very nature, constitutes a continuous source of oxygen which, even in the presence of a perfectly channeled flow towards the outside, will tend to mix. with protective gas.
Al contrario, il sistema oggetto della presente invenzione affronta il problema della contaminazione tra interno ed esterno sfruttando l’elasticità di una opportuna membrana per creare una tenuta intorno allo stampo. On the contrary, the system object of the present invention addresses the problem of contamination between inside and outside by exploiting the elasticity of a suitable membrane to create a seal around the mold.
L’ingresso di aria compressa in una o più camere chiuse dalla membrana affacciata sui vari lati dello stampo causa l’aderenza di tale membrana sull’esterno dello stesso stampo, agendo come una sorta di guarnizione di tenuta. Questo avviene nella fase di stazionamento degli stampi all’interno della macchina. Quando il sistema di movimentazione esterno spinge tutta la fila di stampi in avanti, una leggera riduzione di pressione diminuisce l’aderenza della membrana sugli elementi in movimento; non appena gli stampi si fermano la ripressurizzazione delle camere separa di nuovo l’interno dall’esterno. The entry of compressed air into one or more chambers closed by the membrane facing the various sides of the mold causes this membrane to adhere to the outside of the mold itself, acting as a sort of sealing gasket. This occurs during the stationing phase of the molds inside the machine. When the external handling system pushes the entire row of molds forward, a slight pressure reduction decreases the adhesion of the membrane on the moving elements; as soon as the molds stop, the repressurization of the chambers separates the inside from the outside again.
Pertanto, oggetto principale della presente invenzione è quello di fornire una macchina in continuo nella quale si abbia una ottima finitura superficiale dei lingotti mediante una accurata ottimizzazione dei parametri di lavoro della macchina stessa, in particolare della potenza elettrica del forno ad induzione e dei parametri che governano l’acqua di raffreddamento delle piastre delle stazioni di solidificazione e di raffreddamento. Therefore, the main object of the present invention is to provide a continuous machine in which there is an excellent surface finish of the ingots by means of an accurate optimization of the working parameters of the machine itself, in particular of the electrical power of the induction furnace and of the parameters that they govern the cooling water of the plates of the solidification and cooling stations.
Ulteriore oggetto della presente invenzione è quello di fornire una valvola pneumatica di tenuta, che sia in grado di isolare, in maniera efficiente, rispetto all’ambiente esterno la parte della macchina dove avvengono la fusione, la solidificazione ed il raffreddamento dei lingotti. A further object of the present invention is to provide a pneumatic sealing valve, which is able to efficiently isolate the part of the machine where the melting, solidification and cooling of the ingots takes place from the external environment.
La presente invenzione in definitiva si riferisce ad una: The present invention ultimately refers to a:
macchina per la produzione di lingotti metallici in continuo; detta macchina comprendendo le seguenti stazioni: machine for the production of metal ingots in continuous; said machine comprising the following stations:
1) una prima stazione di caricamento degli stampi con metallo prezioso sotto forma di polvere omogenea; 2) una seconda stazione di fusione diretta del metallo presente negli stampi; 1) a first station for loading the molds with precious metal in the form of homogeneous powder; 2) a second station for direct melting of the metal present in the molds;
3) una terza stazione di solidificazione del metallo fuso presente negli stampi; 3) a third solidification station of the molten metal present in the molds;
4) una quarta stazione di raffreddamento degli stampi e del metallo in essi contenuto; 4) a fourth station for cooling the molds and the metal contained therein;
5) una quinta stazione di scarico degli stampi; ed 6) una sesta stazione di evacuazione degli stampi stessi; 5) a fifth mold unloading station; and 6) a sixth station for evacuating the molds themselves;
la macchina è caratterizzata dal fatto di comprendere una centralina elettronica di comando e controllo dei vari dispositivi presenti nella macchina stessa; detta centralina elettronica essendo atta a rielaborare una misura di temperatura eseguita in una camera di fusione del metallo ed almeno una misura di temperatura eseguita in un dispositivo di raffreddamento degli stampi stessi, in maniera tale da comandare e controllare le proprietà di un liquido refrigerante in ingresso in detta terza stazione di solidificazione del metallo fuso e/o in detta quarta stazione di raffreddamento degli stampi stessi. the machine is characterized by the fact that it comprises an electronic command and control unit for the various devices present in the machine itself; said electronic control unit being adapted to reprocess a temperature measurement performed in a metal melting chamber and at least one temperature measurement performed in a cooling device of the molds themselves, in such a way as to command and control the properties of an incoming coolant in said third station for solidification of the molten metal and / or in said fourth station for cooling the molds themselves.
Inoltre, la presente invenzione si riferisce ad una macchina caratterizzata dal fatto che la centralina elettronica è atta a sincronizzare la velocità di avanzamento degli stampi in maniera intermittente, l’azionamento e la potenza di mezzi riscaldanti presenti in detta seconda stazione di fusione diretta del metallo e l’apertura/chiusura di almeno una coppia di valvole di tenuta. Furthermore, the present invention refers to a machine characterized in that the electronic control unit is adapted to synchronize the advancement speed of the molds in an intermittent manner, the drive and the power of heating means present in said second direct metal melting station. and the opening / closing of at least one pair of seal valves.
Inoltre, la presente invenzione si riferisce ad un metodo per la produzione di lingotti metallici in continuo caratterizzato dal fatto di comprendere una prima fase di determinare, mediante un costante e puntuale controllo delle temperature in una stazione di fusione del metallo e di quelle in almeno una stazione di solidificazione e/o raffreddamento, le proprietà (temperatura d’ingresso, portata ecc.) di un liquido refrigerante in ingresso in almeno una stazione di solidificazione e/o raffreddamento. Furthermore, the present invention relates to a method for the continuous production of metal ingots characterized in that it comprises a first step of determining, by means of a constant and precise control of the temperatures in a metal melting station and of those in at least one solidification and / or cooling station, the properties (inlet temperature, flow rate, etc.) of a refrigerant liquid entering at least one solidification and / or cooling station.
Per di più, la presente invenzione si rivolge ad un metodo caratterizzato dal fatto di comprendere una seconda fase di sincronizzare delle aperture/chiusure di almeno una valvola pneumatica di tenuta in funzione dell’azionamento o meno di mezzi spintori degli stampi, ed in funzione delle temperature determinate in detta prima fase. Furthermore, the present invention is directed to a method characterized in that it comprises a second step of synchronizing the openings / closings of at least one pneumatic sealing valve as a function of the actuation or not of pushing means of the molds, and as a function of the temperatures determined in said first phase.
Secondo la presente invenzione viene realizzata, quindi, una macchina per la produzione di lingotti metallici in continuo secondo quanto rivendicato nella rivendicazione 1, oppure in una qualsiasi delle rivendicazioni dipendenti, direttamente o indirettamente, dalla rivendicazione 1. According to the present invention, therefore, a machine for the continuous production of metal ingots is realized according to what is claimed in claim 1, or in any one of the claims dependent, directly or indirectly, on claim 1.
Per una migliore comprensione della presente invenzione vengono ora descritte alcune forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempi non limitativi e con riferimento ai disegni allegati, nei quali: For a better understanding of the present invention, some preferred embodiments are now described, purely by way of non-limiting examples and with reference to the attached drawings, in which:
- la figura 1 illustra un lay-out completo di una macchina per la produzione di lingotti metallici in continuo realizzata secondo gl’insegnamenti della presente invenzione; - Figure 1 illustrates a complete lay-out of a machine for the continuous production of metal ingots made according to the teachings of the present invention;
- la figura 2 mostra un ingrandimento di una vista laterale di una valvola pneumatica di tenuta utilizzata nella macchina illustrata in figura 1; figure 2 shows an enlargement of a side view of a pneumatic sealing valve used in the machine illustrated in figure 1;
- la figura 3 illustra una prima configurazione di una sezione trasversale della valvola pneumatica di tenuta di figura 2; e Figure 3 illustrates a first configuration of a cross section of the pneumatic sealing valve of Figure 2; And
- la figura 4 mostra una seconda configurazione di una sezione trasversale della valvola pneumatica di tenuta di figura 2. - figure 4 shows a second configuration of a cross section of the pneumatic sealing valve of figure 2.
In figura 1, con 100 è stata indicata, nel suo complesso, una macchina per la produzione di lingotti metallici in continuo realizzata secondo gli insegnamenti della presente invenzione. In figure 1, 100 denotes, as a whole, a machine for the production of metal ingots in a continuous way realized according to the teachings of the present invention.
La macchina 100 comprende le seguenti stazioni: Machine 100 includes the following stations:
1) una prima stazione 10 di caricamento degli stampi (ST) con metallo prezioso sotto forma di una polvere omogenea; 1) a first station 10 for loading the molds (ST) with precious metal in the form of a homogeneous powder;
2) una seconda stazione 20 di fusione del metallo presente negli stampi (ST); 2) a second station 20 for melting the metal present in the molds (ST);
3) una terza stazione 30 di solidificazione del metallo fuso negli stampi (ST); 3) a third station 30 for solidifying the molten metal in the molds (ST);
4) una quarta stazione 40 di raffreddamento degli stampi (ST) e del metallo in essi contenuto; 5) una quinta stazione 50 di scarico degli stampi (ST); ed 4) a fourth station 40 for cooling the molds (ST) and the metal contained therein; 5) a fifth mold unloading station 50 (ST); and
6) una sesta stazione 60 di evacuazione degli stampi (ST) stessi per mezzo, ad esempio, di un nastro trasportatore (NT). 6) a sixth station 60 for evacuating the molds (ST) themselves by means, for example, of a conveyor belt (NT).
In prossimità della prima stazione 10 vengono accumulati gli stampi (ST) già caricati dell’esatta quantità di metallo omogeneo polverizzato e veicolati di fronte all’imboccatura della macchina 100 con sistemi automatici (nastri, pistoni, opportuni organi meccanici) o manualmente. Near the first station 10 the molds (ST) already loaded with the exact quantity of homogeneous pulverized metal and conveyed in front of the mouth of the machine 100 with automatic systems (belts, pistons, appropriate mechanical parts) or manually are accumulated.
Sia detto incidentalmente che, onde evitare l’aggiunta di materiali flocculanti, scorificanti ecc., vantaggiosamente si caricano gli stampi (ST) con il metallo nobile già ridotto in una polvere omogenea e pura, in quanto che i materiali di partenza (che inizialmente possono contenere delle leghe più o meno pure di metallo nobile) vengono purificati attraverso appositi processi di affinazione prima dell’immissione nella macchina 100 oggetto della presente invenzione. It should be said incidentally that, in order to avoid the addition of flocculating, slagging materials, etc., the molds (ST) are advantageously loaded with the noble metal already reduced into a homogeneous and pure powder, since the starting materials (which initially can containing more or less pure noble metal alloys) are purified through suitable refining processes before being introduced into the machine 100 object of the present invention.
A titolo puramente di esempio, ad inizio ciclo è presente un nastro di alimentazione 11 degli stampi (ST) (chiamati anche “staffe” o “lingottiere”). By way of example only, at the beginning of the cycle there is a feed belt 11 for the molds (ST) (also called "stirrups" or "ingot molds").
Al fine di migliorare la finitura dei lingotti gli stampi (ST), dotati di un coperchio in refrattario (non illustrato, possono essere alternati con altri elementi detti “distanziali” (non illustrati) i quali consentono di mettere a passo gli stampi stessi (ST). In order to improve the finish of the ingots, the molds (ST), equipped with a refractory lid (not shown, can be alternated with other elements called "spacers" (not shown) which allow the molds to be stepped (ST ).
Non appena gli stampi (ST) sono posizionati di fronte all’ingresso della macchina, uno spintore 11 procede, in maniera intermittente e sincronizzata con il resto delle operazioni (vedi oltre), ad inserire gli stampi (ST) stessi all’interno della seconda stazione 20 di fusione in cui si trova un forno di fusione ad induzione. Lo scorrimento degli stampi (ST) può essere agevolato da una pluralità di rulli girevoli (non illustrati) presente sul piano di appoggio degli stampi (ST) e posti trasversalmente al percorso degli stampi (ST) stessi. As soon as the molds (ST) are positioned in front of the machine entrance, a pusher 11 proceeds, intermittently and synchronized with the rest of the operations (see below), to insert the molds (ST) themselves inside the second melting station 20 in which an induction melting furnace is located. The sliding of the molds (ST) can be facilitated by a plurality of rotating rollers (not shown) present on the support surface of the molds (ST) and placed transversely to the path of the molds (ST) themselves.
Nella seconda stazione 20, invece di utilizzare un forno ad induzione, è possibile usare un normale forno elettrico, oppure un forno munito di bruciatori a gas. In the second station 20, instead of using an induction oven, it is possible to use a normal electric oven, or an oven equipped with gas burners.
Tuttavia, i migliori risultati in questo tipo di macchine si sono avuti utilizzando forni ad induzione che consentono di ripetere con precisione i trattamenti su stock differenti di lingotti. However, the best results in this type of machines have been obtained by using induction furnaces that allow to repeat precisely the treatments on different stocks of ingots.
Come è noto, vantaggiosamente nei forni ad induzione usati in questa applicazione l’aumento della temperatura di riscaldamento (gradiente termico) si verifica con almeno due rampe; e cioè con una rampa rapida fino al raggiungimento almeno il 90 % del valore impostato della temperatura di fusione, e una o più rampe con profilo meno inclinato. As is known, advantageously in the induction furnaces used in this application the increase in the heating temperature (thermal gradient) occurs with at least two ramps; that is, with a rapid ramp up to at least 90% of the melting temperature set value, and one or more ramps with a less inclined profile.
La traslazione degli stampi (ST) avviene per spinta intermittente dello spintore 11 che muove tutto il blocco di stampi (ST) già presente nella macchina 100 e provvede anche all’espulsione intermittente di un analogo numero di stampi (ST) in uscita dalla stazione 60 di evacuazione. The translation of the molds (ST) occurs by intermittent thrust of the pusher 11 which moves the whole block of molds (ST) already present in the machine 100 and also provides for the intermittent ejection of a similar number of molds (ST) leaving the station 60 evacuation.
Nella seconda stazione 20 di fusione gli stampi (ST) si fermano il tempo necessario per fare avvenire la fusione del metallo nobile in essi contenuto. In the second melting station 20 the molds (ST) stop for the time necessary to cause the melting of the noble metal contained therein to take place.
Il metallo presente negli stampi (ST) è portato a fusione in accordo con i parametri di temperatura e tempo impostati dall’operatore. The metal present in the molds (ST) is brought to melting in accordance with the temperature and time parameters set by the operator.
Per esempio, come è noto, la temperatura di fusione dell’oro puro è di 1083°C e quindi si stima che la temperatura ambiente migliore per far avvenire la fusione di questo metallo si aggira intorno al 1250°C. For example, as is known, the melting temperature of pure gold is 1083 ° C and therefore it is estimated that the best ambient temperature for melting this metal is around 1250 ° C.
Per quanto riguarda i lingotti d’argento, invece, la temperatura ambiente ottimale è di circa 1150°C. As for silver ingots, however, the optimal ambient temperature is around 1150 ° C.
Al fine di ridurre i fenomeni di usura degli stampi (ST) che si manifestano alle temperature di fusione del metallo il processo avviene in una atmosfera inerte ottenuta per mezzo di insufflazione di un opportuno gas inerte (per esempio azoto, oppure una miscela azoto/idrogeno con massimo il 4,5 % di idrogeno) (vedi oltre). In order to reduce the wear phenomena of the molds (ST) that occur at the melting temperatures of the metal, the process takes place in an inert atmosphere obtained by means of insufflation of a suitable inert gas (for example nitrogen, or a nitrogen / hydrogen mixture with maximum 4.5% hydrogen) (see below).
Nella forma di attuazione mostrata in figura 1 la seconda stazione 20 di fusione, la terza stazione 30 di solidificazione del metallo fuso e la quarta stazione 40 di raffreddamento degli stampi (ST) sono contenute in un unico tunnel 70 realizzato in un unico blocco 80. In the embodiment shown in Figure 1, the second melting station 20, the third station 30 for solidifying the molten metal and the fourth station 40 for cooling the molds (ST) are contained in a single tunnel 70 made in a single block 80.
La solidificazione ed il raffreddamento dei lingotti avviene mediamente in un tempo che va da uno a cinque minuti. The solidification and cooling of the ingots takes place on average in a time ranging from one to five minutes.
Normalmente nella stazione di solidificazione 30 gli stampi (ST) hanno temperature intorno ai 600°C con piastre di raffreddamento che presentano temperature comprese tra i 300°C ed i 350°C. Normally in the solidification station 30 the molds (ST) have temperatures around 600 ° C with cooling plates having temperatures between 300 ° C and 350 ° C.
Si tenga presente che questi parametri variano enormemente in funzione del tipo di lingotto da fondere (materiale e peso) ed in funzione della cadenza produttiva (pezzi/ora). Per di più su macchine per la produzione di lingotti più grossi è possibile fondere taglie più piccole con opportuni stampi (per esempio nel forno da lingotti da 1kg, con stampi doppi è possibile fondere lingotti da 100g) complicando notevolmente la schematizzazione dei parametri. Ciascuna delle estremità 70A e 70B del tunnel è chiusa selettivamente da una rispettiva valvola di chiusura 200 di tipo innovativo illustrata in maggior dettaglio nelle figure 2, 3, 4 (vedi oltre). Keep in mind that these parameters vary enormously according to the type of ingot to be melted (material and weight) and according to the production rate (pieces / hour). Moreover, on machines for the production of larger ingots it is possible to melt smaller sizes with appropriate molds (for example in the 1kg ingot furnace, with double molds it is possible to melt 100g ingots) considerably complicating the schematization of the parameters. Each of the ends 70A and 70B of the tunnel is selectively closed by a respective closure valve 200 of an innovative type illustrated in greater detail in Figures 2, 3, 4 (see below).
Come sarà visto meglio in seguito, mediante l’uso delle valvole 200 il tunnel 70 viene selettivamente chiuso a tenuta in modo che il gas inerte (per esempio azoto, oppure una miscela azoto/idrogeno) iniettato nel tunnel 70 stesso chiuso non si disperda all’esterno del blocco 80. As will be seen better below, through the use of the valves 200 the tunnel 70 is selectively sealed so that the inert gas (for example nitrogen, or a nitrogen / hydrogen mixture) injected into the closed tunnel 70 does not disperse in the outside of block 80.
La macchina 100 comprende una centralina elettronica (CC) verso la quale confluisce una serie di segnali. Tale centralina elettronica (CC) governa anche l’azionamento dei vari attuatori, come sarà visto meglio quando verrà descritto il funzionamento della macchina 100 stessa. The machine 100 comprises an electronic control unit (CC) towards which a series of signals converge. This electronic control unit (CC) also governs the operation of the various actuators, as will be better seen when the operation of the machine 100 itself is described.
Segnatamente, per mezzo di una linea (L1) verrà inviato alla centralina elettronica (CC) un segnale rilevato da un pirometro ottico 21. Tale segnale si riferisce alla temperatura esterna degli stampi (ST) in uscita dalla seconda stazione 20 di fusione. In particular, by means of a line (L1) a signal detected by an optical pyrometer 21 will be sent to the electronic control unit (CC). This signal refers to the external temperature of the molds (ST) leaving the second melting station 20.
Nella terza stazione 30 di solidificazione del metallo fuso è presente una termo-coppia 31 la quale rileva la temperatura di una piastra di solidificazione 32 a circolazione d’acqua, ed attraverso una linea (L2) invia un corrispondente segnale sempre alla centralina elettronica (CC). In the third station 30 for solidification of the molten metal there is a thermo-couple 31 which detects the temperature of a solidification plate 32 with water circulation, and through a line (L2) sends a corresponding signal again to the electronic control unit (CC ).
La piastra metallica 32 raffreddata a liquido provvede alla solidificazione del metallo e la portata di liquido di raffreddamento e la sua temperatura sono tarate ed impostate da un operatore per ottimizzare la solidificazione. The liquid-cooled metal plate 32 provides for the solidification of the metal and the flow rate of the cooling liquid and its temperature are calibrated and set by an operator to optimize solidification.
Per migliorare il processo, la piastra metallica 32 è coibentata con opportuni pannelli isolanti (non illustrati) al fine di mantenere costanti le condizioni di funzionamento di questa stazione. To improve the process, the metal plate 32 is insulated with suitable insulating panels (not shown) in order to keep the operating conditions of this station constant.
Anche nella quarta stazione 40 una relativa piastra 41 è raffreddata a liquido; essa provvede a portare la temperatura degli stampi (ST) e dei relativi lingotti a quella ambiente in modo che si possano facilmente manipolare in sicurezza non appena usciti dalla parte calda della macchina 100. Also in the fourth station 40 a relative plate 41 is liquid cooled; it brings the temperature of the molds (ST) and of the relative ingots to the ambient one so that they can be easily handled safely as soon as they come out of the hot part of the machine 100.
In maniera nota, la centralina elettronica (CC) comanda l’azionamento in retro-azione del citato spintore 11 per mezzo di una linea (L4), e l’azionamento in retroazione del forno ad induzione presente nella seconda stazione 20 di fusione tramite una linea (L5). In a known manner, the electronic control unit (CC) controls the feedback drive of the aforementioned pusher 11 by means of a line (L4), and the feedback drive of the induction furnace present in the second melting station 20 by means of a line (L5).
Inoltre, le due valvole 200 vengono comandate e controllate in retro-azione, sempre dalla centralina elettronica (CC), per mezzo di due linee (L5) e (L6). Furthermore, the two valves 200 are commanded and controlled in feedback, again by the electronic control unit (CC), by means of two lines (L5) and (L6).
Il nastro trasportatore (NT) è invece comandato e controllato in retro-azione dalla centralina elettronica (CC) per mezzo di una linea (L6). The conveyor belt (NT) is instead commanded and controlled in feedback by the electronic control unit (CC) by means of a line (L6).
Come è stato accennato in precedenza, all’interno dell’intero tunnel 70 è presente una atmosfera protettiva realizzata mediante l’inserimento di un gas inerte nel tunnel 70 stesso. As mentioned above, inside the entire tunnel 70 there is a protective atmosphere created by inserting an inert gas into the tunnel 70 itself.
L’ambiente protettivo evita non solo il deterioramento degli stampi (ST), ma anche una eventuale ossidazione del metallo fuso impedendo qualsiasi contatto del metallo stesso con l’ossigeno presente nell’ambiente che circonda la macchina 100. The protective environment avoids not only the deterioration of the molds (ST), but also a possible oxidation of the molten metal, preventing any contact of the metal itself with the oxygen present in the environment surrounding the machine 100.
Nel caso in esame, per garantire la tenuta del tunnel 70 è previsto l’uso di due valvole di tenuta 200, in ingresso ed uscita dal tunnel 70 stesso. In the case in question, to ensure the tightness of the tunnel 70, the use of two sealing valves 200 is envisaged, at the entrance and exit of the tunnel 70 itself.
Tali valvole di tenuta 200 permettono l’ingresso e l’uscita degli stampi (ST) dal tunnel 70, ma impediscono l’uscita del gas protettivo per mezzo di una membrana elastica 201 (figure 2, 3, 4). These seal valves 200 allow the entry and exit of the molds (ST) from the tunnel 70, but prevent the escape of the protective gas by means of an elastic membrane 201 (Figures 2, 3, 4).
Come mostrato in maggior dettaglio nelle figure 3 e 4, la membrana elastica 201 comprende una porzione superiore 201A, una porzione inferiore 201B e due porzioni laterali 201C. As shown in greater detail in Figures 3 and 4, the elastic membrane 201 comprises an upper portion 201A, a lower portion 201B and two side portions 201C.
La membrana elastica 201, a sua volta, è racchiusa in un carter 202 anch’esso tubolare e presentante una sezione trasversale quadrata (rettangolare). The elastic membrane 201, in turn, is enclosed in a casing 202 which is also tubular and has a square (rectangular) cross section.
Tra il carter 202 e la membrana elastica 201 viene definita, quindi, una camera d’aria 203, la quale è alimentata con aria compressa tramite un condotto di adduzione 204 (figura 2). An air chamber 203 is therefore defined between the casing 202 and the elastic membrane 201, which is fed with compressed air through an adduction duct 204 (Figure 2).
Come è stato detto in precedenza, nella presente invenzione si sfrutta l’elasticità della membrana 201 per creare una tenuta intorno allo stampo (ST). As previously mentioned, in the present invention the elasticity of the membrane 201 is exploited to create a seal around the mold (ST).
L’ingresso di aria compressa nella camera d’aria 203 chiusa dalla membrana 201 affacciata sui vari lati dello stampo (ST) fa aderire tale membrana 201 all’esterno dello stesso stampo, agendo come guarnizioni. The entry of compressed air into the air chamber 203 closed by the membrane 201 facing the various sides of the mold (ST) makes this membrane 201 adhere to the outside of the mold itself, acting as gaskets.
In particolare, come illustrato in figura 4, la porzione superiore 201A aderisce al coperchio dello stampo, la porzione inferiore aderisce alla superficie esterna 90A di una piastra 90 su cui striscia lo stampo (ST), mentre le porzioni laterali 201C si appoggiano sui fianchi dello stampo (ST) stesso in transito. Questo avviene nella fase di stazionamento degli stampi (ST) all’interno del tunnel 70. In particular, as illustrated in Figure 4, the upper portion 201A adheres to the lid of the mold, the lower portion adheres to the outer surface 90A of a plate 90 on which the mold (ST) slides, while the lateral portions 201C rest on the sides of the mold (ST) itself in transit. This takes place during the stationing phase of the molds (ST) inside tunnel 70.
In realtà nelle figure 3 e 4 sono state illustrate due possibili forme di attuazione della membrana 201 elastica. In reality, figures 3 and 4 show two possible embodiments of the elastic membrane 201.
Nella forma di attuazione di figura 3, la membrana 201 elastica è costituita da un unico pezzo di forma tubolare e di sezione trasversale quadrata (o rettangolare); mentre in figura 4 è stata mostrata una altra opzione che prevede l’adozione di quattro elementi rettangolari separati. In the embodiment of Figure 3, the elastic membrane 201 is constituted by a single piece of tubular shape and square (or rectangular) cross section; while in figure 4 another option was shown which provides for the adoption of four separate rectangular elements.
Quando il sistema di movimentazione esterno spinge tutta la fila di stampi (ST) in avanti per mezzo dello spintore 11 (figura 1), una leggera riduzione di pressione nella camera d’aria 203 è responsabile di una diminuzione della aderenza della membrana 201 sugli stampi in movimento. When the external handling system pushes the whole row of molds (ST) forward by means of the pusher 11 (figure 1), a slight reduction in pressure in the air chamber 203 is responsible for a decrease in the adhesion of the membrane 201 on the molds in movement.
Non appena gli stampi (ST) si fermano la ripressurizzazione della camera d’aria 203 separa di nuovo l’interno del tunnel 70 dall’ambiente esterno. As soon as the molds (ST) stop, the repressurization of the air chamber 203 again separates the interior of the tunnel 70 from the external environment.
I principali vantaggi della macchina per la produzione di lingotti metallici in continuo oggetto della presente invenzione sono i seguenti: The main advantages of the machine for the continuous production of metal ingots object of the present invention are the following:
- ottenimento di superfici superiori dei lingotti ottenuti prive di difetti; e - obtaining upper surfaces of the ingots obtained without defects; And
- notevole riduzione delle perdite di gas protettivo dal tunnel di trattamento ai soli trafilamenti nelle fasi di scorrimento degli stampi (cioè quando la pressione di compressione è minore) bloccandone del tutto il passaggio negli altri momenti senza alcuna sollecitazione termica. - considerable reduction of protective gas leaks from the treatment tunnel to leaks only in the sliding phases of the molds (i.e. when the compression pressure is lower), completely blocking the passage at the other moments without any thermal stress.
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