ITBS20010072A1

ITBS20010072A1 - Macchina per il prelievo ed il versamento automatizzati ed in atmosfera controllata di un metallo fuso da un forno o siviera ad un bacino di

Info

Publication number: ITBS20010072A1
Application number: IT2001BS000072A
Authority: IT
Inventors: Gianfranco Maracani; Federico Albertini
Original assignee: Gauss Automazione S R L
Priority date: 2001-10-02
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2003-04-02
Also published as: WO2003028922A3; ITBS20010072A0; AU2002347609A1; WO2003028922A2

Description

D E S C R I Z I O N E

del BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:

“MACCHINA PER IL PRELIEVO ED IL VERSAMENTO AUTOMATIZZATI ED IN ATMOSFERA CONTROLLA DI UN METALLO FUSO DA UN FORNO O SIVIERA AD

UN BACINO DI RACCOLTA"

Campo dell'invenzione

Il presente trovato riguarda il settore degli impianti metallurgici e si riferisce in particolare ad una macchina per il prelievo ed il versamento automatizzati ed in atmosfera controllata di un metallo fuso, quale, ad esempio, una lega di alluminio allo stato liquido, da un forno o siviera ad un punto o bacino di raccolta.

Stato dell'Arte

Già esistono dei caricatori automatici di metallo fuso concepiti per automatizzare le operazioni di prelievo, trasporto e versamento di metallo fuso da forni di fusione o di mantenimento a bacini di raccolta quali i contenitori delle macchine per pressofusione. Ad esempio, questi caricatori automatici sono nella forma di robot a tre assi, orizzontale, verticale e di rotazione, destinati a movimentare la tazza di raccolta del metallo fuso in modo che questa venga immersa nel bagno di metallo, ruoti per prelevarne la dose prestabilita, venga risollevata, traslata orizzontalmente fino a trovarsi sopra e in corrispondenza del bacino di raccolta, e versi il metallo fuso in tale bacino. Tutte queste operazioni sono governate da controlli elettronici nei quali sono residenti tutti i dati inerenti i parametri dei movimenti e le sequenze operative dei vari cicli. Tuttavia, tali caricatori automatici operano in atmosfera ambiente con conseguente possibilità di formazione di ossidi sul metallo allo stato fuso.

La richiesta di prodotti finiti di sempre più elevata qualità ha imposto allora l'utilizzo di sistemi di controllo dell'atmosfera in grado di permettere lo svolgimento delle operazioni di prelievo, trasporto e versamento del metallo fuso in un ambiente neutro e ad alta temperatura che renda praticamente impossibile la formazione di ossidi.

Attualmente, le macchine che fanno uso di tali sistemi di controllo dell'atmosfera sono essenzialmente a comando pneumatico e si basano sul principio dei vasi comunicanti. Praticamente, il forno o siviera viene chiuso ermeticamente ed un gas inerte, quale l'azoto o l'anidride carbonica, viene introdotto in pressione sul metallo fuso in modo che questo venga spinto a passare in un tubo comunicante con un canale di uscita collegato ad un punto o bacino di raccolta. Scopo e sommario dell'Invenzione

Scopo del presente trovato è quello di proporre una macchina per il prelievo ed il versamento automatizzati di metallo fuso governata attraverso comandi elettromeccanici, con tutti i vantaggi in termini di precisione dei movimenti e delle sequenze operative forniti dai controlli elettronici, ed operante in atmosfera controllata al fine di evitare il rischio di formazione di ossidi sul metallo allo stato fuso durante le operazioni di prelievo e versamento dello stesso.

Lo scopo è conseguito con una macchina per il prelievo ed il versamento automatizzati ed in atmosfera controllata di un metallo fuso da un forno o siviera ad un punto o bacino di raccolta secondo almeno la rivendicazione 1 che seguirà.

Breve descrizione dei disegni Ulteriori dettagli del trovato risulteranno comunque più evidenti dal prosieguo della descrizione fatta con riferimento agli allegati disegni, indicativi e non limitativi, nei quali:

le Figg.1, 2 e 3 mostrano la macchina del trovato in vista di fronte, di lato ed in pianta, rispettivamente; la Fig.4 mostra in vista prospettica la parte meccanica della macchina;

le Figg.5 e 6 mostrano la parte meccanica vista di lato e dal dietro, rispettivamente; la Fig.7 mostra una vista schematica della campana per il controllo dell'atmosfera e della caldaia ad essa collegata; e la Fig.8 mostra uno schema del circuito pneumatico per l'immissione ed il ricircolo di un gas inerte nella campana. Descrizione dettagliata dell'invenzione Con riferimento alle Figg.1-3, la macchina per il prelievo ed il versamento automatizzati di un metallo fuso da un forno o siviera 10 ad un bacino di raccolta - non rappresentato - comprende essenzialmente un caricatore meccanico 11 di supporto e movimentazione di una campana 12 per il controllo dell'atmosfera e di una tazza 13 per il prelievo del metallo fuso dal forno o siviera 10 ed il versamento in un canale di uscita 14 collegato al bacino di raccolta, ed un apparato 15 di condizionamento dell'atmosfera all'interno della campana 12 attraverso l'introduzione in questa di un gas inerte, quale l'azoto.

Più in dettaglio, con riferimento alle Figg.4-6, il caricatore meccanico 11 comprende una gamba di supporto 16 a cui è fissata, ad un’altezza intermedia, una slitta 17, a comando elettromeccanico o pneumatico, lungo la quale scorre verticalmente la campana 12. Alla sommità della gamba di supporto 16 è inoltre fissato un primo gruppo motoriduttore 18 destinato a movimentare verticalmente, attraverso un sistema ad ingranaggi, uno scorrevole 19 coassiale alla campana 12. Lo scorrevole porta inferiormente una colonna 20, realizzata in un opportuno materiale termoisolante, che si estende all’interno della campana 12 potendo traslare verticalmente rispetto a questa. Tra colonna 20 e scorrevole 19 è inoltre interposto un giunto termico 22. All’estremità inferiore della colonna, e quindi all’interno della campana 12, è vincolata, attraverso un opportuno snodo 13', la tazza 13 - Figg.1 -3. Alla sommità dello scorrevole 19 è fissato un secondo gruppo motoriduttore 21 destinato a comandare, attraverso un sistema ad ingranaggi del tipo madrevite-vite o pignonecremagliera, un rinvio a tiranti e leve collegato allo snodo della tazza 13 per consentire la rotazione di questa e quindi il prelievo ed il versamento del metallo fuso.

La campana 12 consiste in un contenitore sostanzialmente cilindrico aperto inferiormente per appoggiarsi sul forno 10 e chiuderlo ermeticamente per mezzo di un anello di tenuta 23 previsto attorno al bordo inferiore della campana, e con l’ausilio di un ulteriore giunto di tenuta 24 interposto tra colonna 20 e campana 12. La campana 12 comunica da una parte con il canale di uscita 14 del metallo fuso attraverso un giunto 25 avente funzione di tenuta e, d’altra parte, con due tubature 26, 27, rispettivamente di riempimento e di ricircolo del gas inerte, la tubatura di riempimento essendo collegata alla parete laterale della campana ad un'altezza maggiore rispetto a quella di ricircolo.

Il canale di uscita 14 è fissato ad una relativa slitta 28 che ne consente i movimenti orizzontali tra una posizione operativa, in cui il canale 14 comunica con l’interno della campana 12, ed una posizione inattiva di distaccamento da questa. Questa seconda posizione risulta necessaria per permettere i movimenti verticali della campana 12.

L'apparato 15 di condizionamento dell’atmosfera all’interno della campana 12 prevede l’utilizzo di un serbatoio 29 del gas inerte dal quale dipartono due condotti 30, 31, destinati al passaggio del gas inerte rispettivamente in fase di riempimento della campana 12 e in fase di ricircolo. A questo scopo, lungo ognuno di tali condotti 30 e 31 sono previsti dispositivi di intercettazione e di regolazione dei parametri di pressione e portata del gas, quali, ad esempio, regolatori di pressione 33, valvole di scarico 34, regolatori di portata 35, elettrovalvole 36, pressostati regolabili 37 e manometri 38. Opzionalmente, può essere previsto un serbatoio di riserva 29'. I due condotti 30 e 31 sboccano in una caldaia 39 nella quale sono previste due resistenze 40, 40’, rispettivamente di accensione e di mantenimento, per il riscaldamento del gas inerte. La caldaia 39 è a sua volta collegata alla campana 12 attraverso le due tubature 26, 27 di riempimento e di ricircolo del gas. Nella tubatura di riempimento 26 può essere prevista una ventola 32 per ottimizzare il flusso e il deflusso del gas nella campana 12. La tubatura di ricircolo 27 può inoltre comunicare con l’ambiente esterno, o meglio con un impianto di raccolta fumi, per mezzo di un condotto di scarico 41, eventualmente facente capo ad una pompa di aspirazione (non rappresentata). Una saracinesca 42 è prevista tra detto condotto di scarico 41 e la tubatura 27 ed è comandabile tra due posizioni a seconda che la tubatura 27 debba comunicare con la caldaia per il ricircolo del gas inerte o con l’ambiente esterno, per lo scarico dell’atmosfera presente nella campana.

In pratica, il funzionamento della macchina è il seguente.

All’inizio del ciclo di lavoro, cioè a forno pieno, viene effettuato il condizionamento dell'atmosfera all'interno della campana 12. Quest'ultima si trova in posizione abbassata dì chiusura del forno, e al suo interno è presente aria ad una temperatura di circa 720°, dipendente dal tipo di forno e dal metallo fuso contenutovi. Il canale di uscita 14 è collegato alla campana. Il gas inerte viene inviato, attraverso il condotto di riempimento 30, dal serbatoio 29 alla caldaia 39, dove viene scaldato dalle due resistenze di accensione e mantenimento 40, 40' fino ad una temperatura di circa 850°C. Il gas viene quindi insufflato, ad una pressione opportuna, nella campana 12 attraverso la tubatura 26, disponendosi in alto essendo più leggero dell’aria presente. La saracinesca 42 è in posizione di apertura del condotto di scarico 41. Continuando ad introdurre gas, l’aria è costretta a fuoriuscire dalla campana verso l'esterno attraverso la tubatura di ricircolo 27 ed il condotto di scarico, eventualmente con l’ausilio della pompa di aspirazione. In alternativa, anziché svuotare la campana sfruttando la diversa temperatura tra il gas insufflato e l'aria, quest'ultima può essere evacuata introducendo il gas inerte ad impulsi di pressione e/o portata elevata.

Una volta che tutta l’aria è fuoriuscita dalla campana, la saracinesca 42 viene comandata a chiudere il condotto di scarico 41 in modo che la tubatura di ricircolo 27 sia in comunicazione con la caldaia 39; la resistenza di accensione 40 viene spenta e viene insufflato solamente gas di ricircolo, attraverso la relativa tubatura 31, in modo da compensare le eventuali perdite dovute alle aperture della campana 12.

A questo punto lo scorrevole 19 può essere fatto scendere per mezzo del relativo motoriduttore 18 e la tazza 13 viene immersa nel metallo fuso. Attraverso il motoriduttore 21 di comando del rinvio a leve e tiranti, la tazza preleva l’esatta quantità di metallo fuso prestabilita, dopodiché viene fatta risalire all'altezza corrispondente all’imboccatura del canale di uscita del metallo 14. La tazza viene quindi fatta ruotare per versare il metallo fuso nel canale di uscita.

Quando il forno deve essere nuovamente riempito, il canale di uscita 14 viene staccato dalla campana, e questa viene sollevata per permettere la movimentazione del forno.

Quando il forno è stato riempito e posizionato sotto la campana, questa si abbassa ed il canale di uscita viene ricollegato ad essa. La macchina è quindi pronta per effettuare un nuovo ciclo di lavoro.

Secondo un'ulteriore possibilità di funzionamento, la caldaia 39 può essere utilizzata per bruciare l'aria contenuta nella campana e per immettervi l'anidride carbonica prodotta dalla combustione.

In ogni caso, la macchina in esame consente di ottenere un elevato risparmio energetico in quanto permette di ridurre le dispersioni termiche e quindi la richiesta di energia necessaria al mantenimento della temperatura del forno. Inoltre la compatibilità ambientale della macchina è maggiore rispetto alle macchine tradizionali in quanto consente di abbattere le emissioni di gas nocivi attraverso l'utilizzo della campana che ne permette la raccolta e l'invio in un impianto di trattamento fumi.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Macchina per il prelievo ed il versamento automatizzati ed in atmosfera controllata di un metallo fuso da un forno o siviera ad un bacino di raccolta, caratterizzata dal fatto di comprendere: - un caricatore a comando elettromeccanico (11) per il supporto e la movimentazione di una tazza ( 13) destinata a prelevare il metallo fuso dal forno o siviera (10) e versarlo in un canale di uscita (14) comunicante con il bacino di raccolta; - una campana (12) montata a bordo del caricatore e destinata ad appoggiarsi sul bordo del forno o siviera in modo da chiuderlo ermeticamente e a ricevere un gas inerte per il controllo dell'atmosfera; e - un apparato ( 15) collegato alla campana (12) per l' immissione ed il ricircolo all'interno di questa del gas inerte; dove il canale di uscita del metallo fuso è collegato alla campana e dove la tazza effettua le operazioni di prelievo e versamento del metallo fuso rimanendo sempre all'interno di detta campana.
2. Macchina secondo la rivendicazione 1, in cui il caricatore ( 11) comprende una gamba verticale di supporto (16) alla quale sono fissati dei mezzi per traslare la campana (12) tra una posizione abbassata attiva di appoggio sul forno a chiusura ermetica ed una posizione sollevata inattiva, e mezzi di traslazione verticale e rotazione della tazza.
3. Macchina secondo la rivendicazione 2, in cui i mezzi di traslazione della campana sono costituiti da una slitta (17) a comando pneumatico o elettromeccanico, in cui i mezzi di traslazione della tazza sono costituiti da uno scorrevole (19) comandato da un primo gruppo motoriduttore (18) fissato alla gamba di supporto (16), e in cui i mezzi di rotazione della tazza consistono in un secondo gruppo motoriduttore (21) montato sullo scorrevole e destinato a comandare un sistema di rinvio a tiranti e leve collegato con uno snodo (13') al quale è vincolata la tazza (13).
4. Macchina secondo la rivendicazione 3, in cui la tazza (13) con il relativo snodo (13') è vincolata allo scorrevole (19) per mezzo di una colonna (20) realizzata in un materiale termoisolante, detta colonna (20) passando attraverso la campana con possibilità di traslazione rispetto a questa.
5. Macchina secondo la rivendicazione 4, in cui tra la campana (12) e la colonna (20) è previsto un elemento anulare di tenuta (24) ed in cui tra la colonna e lo scorrevole (19) è interposto un giunto (22) con funzione di isolante termico.
6. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il canale di uscita (14) del metallo fuso è montato su una slitta ad asse orizzontale ed è movibile tra una posizione attiva di collegamento alla campana (12) ed una posizione inattiva distante da questa.
7. Macchina secondo la rivendicazione 6, in cui detto canale di uscita (14) comunica con la campana (12) con l'interposizione di un giunto (25) con funzione di tenuta.
8. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l'apparato (15) di immissione e ricircolo del gas inerte nella campana comprende almeno un serbatoio (29) contenente il gas inerte ed almeno un condotto (30) di immissione del gas inerte dal serbatoio alla campana, a detto condotto essendo associati dispositivi di regolazione della portata e della pressione del gas tarati per riempire di gas la campana quando questa si abbassa sul forno e per compensare il deflusso del metallo.
9. Macchina secondo la rivendicazione 8, comprendente inoltre un condotto di scarico (41) dell'aria presente nella campana verso l'ambiente esterno od un impianto di raccolta fumi.
10. Macchina secondo la rivendicazione 9, in cui a valle del condotto di scarico (41) è prevista una pompa di aspirazione per coadiuvare l'evacuazione dell'aria dalla campana.
11. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 8-10, comprendente inoltre un secondo condotto (31 ) di passaggio del gas inerte dal serbatoio alla campana, a detto secondo condotto essendo associati dispositivi di regolazione della portata e della pressione del gas tarati per mantenere il gas inerte nella campana una volta evacuata l'aria e compensare le eventuali perdite.
12. Macchina secondo la rivendicazione 11, in cui tra serbatoio e campana è prevista inoltre una caldaia per il riscaldamento e/o la generazione del gas inerte, detta caldaia comunicando con il serbatoio attraverso detti due condotti (30, 31) di immissione e mantenimento del gas nella campana, e con la campana attraverso due tubature (26, 27) di rispettivamente di mandata e ritorno del gas inerte.
13. Macchina secondo le rivendicazioni 9 e 12, in cui il condotto di scarico dell'aria (41 ) si diparte dalla tubatura di ritorno (27) del gas dalla campana alla caldaia, in detta tubatura di ritorno essendo prevista una saracinesca (42) destinata a porre in comunicazione selettivamente la tubatura di ritorno (27) con l'ambiente esterno o con l'impianto di raccolta fumi per l'evacuazione dell'aria dalla campana ( 12) e con la caldaia (39) per il ricircolo del gas nella campana.
14. Macchina per il prelievo ed il versamento automatizzati ed in atmosfera controllata di un metallo fuso da un forno o siviera ad un bacino di raccolta, come sostanzialmente sopra descritta, illustrata e rivendicata per gli scopi specificati.