ITMI20000224A1 - Procedimento ed impianto per il controllo del surriscaldamento di prodotti semilavorati sbozzati - Google Patents

Description

Titolo: "Procedimento ed impianto per il controllo del surriscaldamento di prodotti semilavorati sbozzati"

La presente invenzione ha come oggetto un procedimento ed un impianto per il controllo del surriscaldamento di prodotti semilavorati sbozzati. Com'è noto, in siderurgia, ed in particolare nel campo della laminazione di prodotti piani, al fine di avere un prodotto finale di elevata qualità, che sia in accordo con le attuali richieste del mercato, è determinante che il prodotto in entrata al treno sbozzatore/finitore abbia una distribuzione di temperatura che sìa la più omogenea possibile.

Un esempio particolare di tali produzioni è dato dalla produzione di rotoli di nastro, dove il prodotto in entrata al treno sbozzatore/finitore è solitamente costituito da bramme.

Le bramme vengono portate alla temperatura di laminazione (1150-1300°C) mediante l'impiego di forni continui di riscaldo a longheroni mobili.

In tali forni, le bramme vengono fatte avanzare nella direzione normale alla dimensione massima del pezzo e sono trasportate per mezzo di barre mobili.

Il riscaldo delle bramme è generato da un impianto di combustione, costituito da bruciatori a fiamma libera posti nelle pareti e/o nella volta del forno a seconda dei casi.

Esempi di tali forni a longheroni sono descritti nei brevetti IT 1208279, IT 1261896 ed U.S. 4,330,262. In tali forni, oltre al ben noto problema dello skidmark (tracce nere generate dal contatto dei pezzi con le guide mobili raffreddate ad acqua), esiste il problema del surriscaldamento delle estremità delle bramme, ed in particolare delle teste e delle code. Tale fenomeno è dovuto al maggior rapporto tra superficie e volume delle estremità rispetto al corpo del pezzo.

L’entità del surriscaldamento (normalmente variabile da 30 a 100DC) dipende da una serie di fattori quali dimensioni del pezzo, geometria del forno, disposizione del pezzo nel forno, tempo di permanenza in forno e temperatura dell'ambiente di riscaldo. Il livello di qualità richiesto dal mercato richiede di contrastare tale fenomeno per avere surriscaldamenti inferiori.

Secondo la tecnica nota, il surriscaldamento delle estremità delle bramme è stato limitato in diversi modi.

Un primo modo è la riduzione di set-point di temperatura nell'ambiente forno.

Lo svantaggio di tale tecnica è dovuto al fatto che, a parità di produzione richiesta, essa necessita di una maggiore lunghezza di forno e dunque di un più elevato investimento iniziale.

Inoltre, il maggior tempo di permanenza dei pezzi in forno genera una maggiore formazione di scaglia che pregiudica ulteriormente la qualità del prodotto.

Una seconda possibilità per intervenire su tale problema si può concretizzare, agendo sulla disposizione dei longheroni in forno; tale possibilità però non viene solitamente presa in considerazione, in ragione degli elevati costi di investimento e di conduzione impianto che si verrebbero a creare.

Un'altra possibilità è intervenire mediante l'impiego di elementi internamente raffreddati.

Tali elementi (tubi, travi, piastre ecc.) possono essere collocati in parete forno o essere sospesi in prossimità delle teste delle bramme.

Tuttavia, tale sistema non permette un controllo del surriscaldamento e risulta essere per nulla flessibile; inoltre esso comporta un incremento di consumo energetico.

Un'altra possibilità è data dall'impiego di schermi non raffreddati.

Tali sistemi sono costituiti da elementi di tipo refrattario e/o di acciaio resistente al calore posti in prossimità delle teste e hanno lo scopo di limitare l’irraggiamento.

Anche in questo caso il controllo del riscaldamento risulta problematico, se non impossibile.

Esistono anche progetti che prevedono un sistema di schermi mobili che consente una sorta di controllo; un sistema di questo tipo è descritto nel brevetto giapponese JP 62124215 a nome Nippon Kokan KK.

Esistono altri progetti che prevedono l'uso di materiali refrattari speciali, i quali vengono applicati in parete e/o in volta al fine di ridurre la capacità emissiva delle superfici del forno e di conseguenza il flusso termico diretto verso le bramme e soprattutto sulle teste delle medesime; tale ultimo sistema non è però flessibile.

Si noti tuttavia che è ben noto l'utilizzo di fluidi a bassa temperatura, relativamente alla carica da raffreddare, in campo siderurgico.

L'uso dei cosiddetti jet-coolers è un esempio classico di raffreddamento controllato di nastro nei forni continui di trattamento termico (ricottura continua, zincatura a caldo, alluminatura, ecc.).

La finalità di tali sistemi è il raffreddamento complessivo del prodotto per portarlo alla temperatura richiesta dal ciclo di trattamento.

E' noto che anche in questi impianti avviene un raffreddamento differenziato tra bordi e centro nastro .

Tuttavia, tale tecnica non risulta essere mai stata impiegata nei forni di riscaldo continui ed in particolare nei forni a longheroni per controllare il surriscaldamento delle teste delle bramme.

Scopo della presente invenzione è, pertanto, quello di realizzare un procedimento ed un impianto che permetta di risolvere i sopracitati problemi, in modo da ottenere un efficace limitazione del surriscaldamento dei prodotti semilavorati sbozzati nei forni siderurgici, ottimizzando l'impiego di spazio e di risorse.

In particolare, si desidera limitare il surriscaldamento delle code e delle teste delle bramme in forno.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di realizzare un impianto per il controllo del surriscaldamento di prodotti semilavorati sbozzati che consenta elevate prestazioni, pur offrendo notevole facilità ed economicità di installazione. Questi ed altri scopi sono raggiunti da un procedimento per il controllo del surriscaldamento di prodotti semilavorati sbozzati, secondo la rivendicazione 1, a cui si rimanda per brevità.

L'invenzione ha come oggetto anche un impianto per il controllo del surriscaldamento di prodotti semilavorati sbozzati, secondo la rivendicazione 10. Ulteriori caratteristiche della presente invenzione sono definite, inoltre, nelle altre rivendicazioni. Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione che segue e dai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio esplicativo e non limitativo, nei quali:

la figura 1 rappresenta una vista schematica, in pianta, di un impianto per il controllo del surriscaldamento di prodotti semilavorati sbozzati, secondo una prima realizzazione della presente invenzione;

la figura 2 rappresenta una vista, in sezione lungo il piano II-II, della realizzazione dell'impianto di figura 1;

la figura 3 rappresenta una vista, in sezione lungo un piano verticale, di una seconda realizzazione dell'impianto dell'invenzione;

la figura 4 rappresenta una vista in assonometria di un'ulteriore realizzazione dell'impianto dell'invenzione; e

la figura 5 rappresenta una vista, in sezione lungo un piano verticale, di un particolare dell'impianto di figura 4.

Con particolare riferimento innanzitutto alla figura 1, l'impianto per il controllo del surriscaldamento di prodotti semilavorati sbozzati, secondo una prima realizzazione dell'invenzione è indicato globalmente con il riferimento numerico 10.

L'impianto 10 comprende, all'interno di un forno di riscaldo continuo nel quale transitano prodotti semilavorati sbozzati, un gruppo di longheroni 11 e 12, alcuni dei quali fissi ed altri mobili, i quali supportano e trasportano in senso longitudinale i prodotti semilavorati sbozzati 13, quali ad esempio bramme.

Lateralmente rispetto al senso di avanzamento delle bramme 13, sono presenti una pluralità di diffusori 14, 15 per la diffusione di getti di fluido a bassa temperatura, diretti contro le estremità, in particolare contro le teste e le code delle bramme 13, il tutto al fine di ridurre localmente la temperatura di tali pezzi, in modo controllabile.

I diffusori 14, 15 sono a loro volta collegati a tubazioni, rispettivamente indicate con i riferimenti numerici 16 e 17, che convogliano il fluido da impiegare, prelevandolo a valle del forno.

Più in particolare, in una prima realizzazione dell'impianto dell'invenzione, raffigurata schematicamente in figura 2, i diffusori 14 e 15 sono collocati in un'unica fila per ognuno dei due lati paralleli al senso di avanzamento delle bramme 13, in modo da produrre getti orizzontali diretti sulle estremità delle bramme 13.

II gruppo di diffusori 14 è collegato alla tubazione 16, mentre il gruppo di diffusori 15 è collegato alla tubazione 17.

In una seconda realizzazione dell'impianto dell'invenzione, raffigurata schematicamente in figura 3 ed indicata globalmente con il riferimento numerico 10', sono presenti diffusori 18, 19, 20 e 21, che sono collocati in una doppia fila per ognuno dei due lati paralleli al senso di avanzamento delle bramine 13, in modo da produrre, per ogni lato, due getti opportunamente inclinati e diretti sulle estremità delle bramme 13.

Il gruppo di diffusori 19 è collegato alla tubazione 23, mentre il gruppo di diffusori 18 è collegato alla tubazione 22, la quale è posta superiormente rispetto alla tubazione 22.

Analogamente, sull'altro alto del forno di riscaldo continuo, il gruppo di diffusori 21 è collegato alla tubazione 25, mentre il gruppo di diffusori 20 è collegato alla tubazione 24, la quale è posta superiormente rispetto alla tubazione 25.

Il fluido da portare sulle bramme 13 per mezzo dei diffusori 18, 19, 20 e 21 viene preferibilmente prelevato a valle del forno e convogliato ai diffusori 18, 19, 20 e 21 mediante tubazioni, rispettivamente indicate con i riferimenti numerici 22, 23, 24, e 25.

In tutti i casi, il fluido può essere prelevato a valle dai fumi del forno di riscaldo medesimo.

Un'altra realizzazione dell'impianto dell'invenzione è indicata globalmente con il riferimento numerico 10'' nelle figure 4-5.

In tale realizzazione, i fumi prelevati a valle delle bramine 13 sono ad esse convogliati mediante una tubazione 30 che si dirama in due rami 31, 32, i quali convergono in un corpo scatolare 33.

Dal corpo scatolare 33 si proiettano una pluralità di diffusori 34 che convogliano i fumi, dall'alto, sull'estremità delle bramme 13.

In figura 5 è visibile, in sezione, il corpo scatolare 33, al quale sono fissati i diffusori 34 mediante l'ausilio, per ognuno di tali diffusori 34, di un corpo filettato 35, sul quale si avvita una bussola 36 che fissa l'estremità dell'ugello 34.

La finalità dei sistemi descritti è quella di limitare i surriscaldamenti delle bramme 13, ed in particolare delle teste e delle code delle bramme 13, nel forno a longheroni, durante la fase di riscaldo. La presente invenzione ha come oggetto, inoltre, un procedimento per il controllo del surriscaldamento di prodotti semilavorati sbozzati, nel quale i prodotti semilavorati sbozzati, in particolare le bramme 13, che transitano in un forno di riscaldo continuo, sono sottoposti a getti di fluido a bassa temperatura, relativamente alla temperatura di tali prodotti, e diretti contro le loro estremità per ridurre localmente la loro temperatura, in modo controllabile.

Il fluido usato, come si è visto, può essere costituito, anche se non necessariamente, da fumi prodotti dalla combustione all'interno dello stesso forno.

I fumi possono essere prelevati, anche se non necessariamente, a valle del recuperatore di calore installato nel condotto fumi solitamente impiegato nei forni di riscaldo e convogliati tramite un ventilatore surpressore agli ugelli posti in parete, e cioè ai diffusori 14, 15, 18, 19, 20 e 21.

Un'altra possibilità è convogliare i fumi dall'alto sulle estremità delle bramme 13, mediante i diffusori 34, come illustrato nelle figure 4-5.

Il processo di scambio termico descritto è caratterizzato da una componente di irraggiamento ed una convettiva; la tecnica proposta agisce infatti su entrambe le componenti.

La velocità di impatto del fluido (determinata dalla pressione del fluido), la temperatura del getto e la portata di fluido regolano il processo di raffreddamento.

Controllando con continuità uno o tutti e tre i parametri si può regolare, secondo le necessità, il grado di surriscaldamento delle teste delle bramme 13, grazie ad un segnale di temperatura, acquisito normalmente a valle del treno di laminazione ed utilizzato come retroazione.

La posizione, il numero e la forma degli ugelli dei diffusori 14, 15, 18, 19, 20, 21 e 34, nonché la suddivisione in più zone di regolazione determinano l'efficienza globale del sistema e possono essere variate ed ottimizzate a seconda del tipo di forno e delle condizioni operative (produzione, geometrìa della carica, ecc).

Tale fatto indica la particolare e vantaggiosa flessibilità di progettazione e di impiego garantita dalla presente invenzione.

Si indicano ora alcuni parametri di riferimento (a puro titolo di esempio non limitativo delle possibilità dell'invenzione) relativi al funzionamento del processo: pressione del fluido, 100-1500 mm H20; temperatura del fluido: 200-800 °C; portata del fluido: in funzione della produzione del forno.

Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche del procedimento e dell'impianto per il controllo del surriscaldamento di prodotti semilavorati sbozzati che è oggetto della presente invenzione, così come chiari ne risultano i vantaggi. Come si visto, infatti, l'impiego di getti di fluido diretti contro le estremità delle bramme 13 permette di ridurre localmente la temperatura di tali prodotti, in modo controllabile.

E' chiaro infine che numerose varianti possono essere apportate al procedimento ed all'impianto per il controllo del surriscaldamento di prodotti semilavorati sbozzati dell'invenzione, senza per questo uscire dai princìpi di novità insiti nell'idea inventiva .

Nella pratica attuazione dell'invenzione, i materiali, le forme e le dimensioni dei dettagli illustrati potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e gli stessi potranno essere sostituiti con altri tecnicamente equivalenti.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il controllo del surriscaldamento di prodotti semilavorati sbozzati (13), caratterizzato dal fatto che i suddetti prodotti semilavorati sbozzati (13), mentre' sono fatti transitare all'interno di un forno di riscaldo continuo, sono sottoposti, in modo controllato, a getti di fluido a bassa temperatura, relativamente alla temperatura dei suddetti prodotti semilavorati sbozzati (13), dove tali getti sono diretti contro almeno alcune delle loro estremità, al fine di ridurre localmente la temperatura dei suddetti prodotti semilavorati sbozzati (13) in modo controllabile .
2. 2. Procedimento, come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il suddetto fluido è costituito da fumi prodotti dalla combustione effettuata all'interno dello forno stesso.
3. 3. Procedimento, come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i suddetti fumi sono prelevati a valle di un recuperatone di calore installato nel condotto fumi ed impiegato nel suddetto forno di riscaldo continuo e sono convogliati, tramite un ventilatore surpressore, ad ugelli appartenenti a gruppi di diffusori (14, 15, 18, 19, 20, 21} per i suddetti fumi.
4. 4. Procedimento, come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'immissione del suddetto fluido avviene mediante una pluralità di getti orizzontali, diretti sulle estremità dei suddetti prodotti semilavorati sbozzati (13).
5. 5. Procedimento, come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'immissione del suddetto fluido avviene mediante una pluralità di getti, opportunamente inclinati, sulle estremità dei suddetti prodotti semilavorati sbozzati (13).
6. 6. Procedimento, come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'immissione del suddetto fluido avviene mediante una pluralità di getti verticali sulle estremità dei suddetti prodotti semilavorati sbozzati (13).
7. 7. Procedimento, come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di prevedere una fase di controllo continuo di uno o più dei seguenti parametri: velocità di impatto, temperatura del getto di fluido e portata di fluido, il tutto al fine di regolare il raffreddamento dei suddetti prodotti semilavorati sbozzati (13), mediante un segnale di temperatura acquisito a valle del treno di laminazione ed utilizzato in retroazione. B.
8. Procedimento, come alla rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che la pressione del suddetto fluido è compresa tra 100 e 1500 mm H2O.
9. 9. Procedimento, come alla rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che la temperatura del suddetto fluido è compresa tra 200 e 800 °C.
10. 10. Impianto (10, 10', 10'') per il controllo del surriscaldamento di prodotti semilavorati sbozzati (13), transitanti all'interno di un forno di riscaldo continuo del tipo comprendente una pluralità di longheroni (11, 12), alcuni dei quali fissi ed altri mobili, i quali supportano e trasportano i suddetti prodotti semilavorati sbozzati (13), caratterizzato dal fatto che, lateralmente rispetto al senso di avanzamento dei suddetti prodotti semilavorati sbozzati (13), sono presenti una pluralità di diffusori (14, 15, 18, 19, 20, 21, 34) per la diffusione di getti di fluido a bassa temperatura, diretti contro le estremità dei suddetti prodotti semilavorati sbozzati (13), il tutto al fine di ridurre localmente la temperatura dei suddetti prodotti semilavorati sbozzati (13), in modo controllabile.
11. 11. Impianto (10, 10'), come alla rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che i suddetti diffusori (14, 15, 18, 19, 20, 21, 34) sono collegati a tubazioni (16, 17, 22, 23, 24, 25, 30, 31, 32) che convogliano il fluido da impiegare, prelevandolo a valle del suddetto forno di riscaldo continuo.
12. 12. Impianto (10, 10'), come alla rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che i suddetti diffusori (14, 15) sono collocati in un unica fila per ognuno dei due lati paralleli al senso di avanzamento dei suddetti prodotti semilavorati sbozzati (13), in modo da produrre getti orizzontali diretti sulle estremità dei suddetti prodotti semilavorati sbozzati (13).
13. 13. Impianto (10, 10'), come alla rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che i suddetti diffusori (18, 19, 20, 21) sono collocati in una doppia fila, per ognuno dei due lati paralleli al senso di avanzamento suddetti prodotti semilavorati sbozzati (13), in modo da produrre, per ogni lato, due getti opportunamente inclinati e diretti sulle estremità dei suddetti prodotti semilavorati sbozzati (13).
14. 14. Impianto (10''), come alla rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che i suddetti diffusori (34) sono collocati in modo tale da convogliare i suddetti fumi, dall'alto, sull'estremità dei suddetti prodotti semilavorati sbozzati (13).
15. 15. Procedimento ed impianto per il raffreddamento di prodotti semilavorati sbozzati, come sostanzialmente descritto ed illustrato nei disegni allegati .