ITMI20000427A1 - Procedimento per la realizzazione di tubi metallici e relativa apparecchiatura - Google Patents

Description

Descrizione della domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo: “Procedimento per la realizzazione di tubi metallici e relativa apparecchiatura”.

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un procedimento per la realizzazione di tubi metallici.

Più in particolare, la presente invenzione riguarda un procedimento di colata continua per ottenere tubi metallici e profilati ad uso industriale specialmente destinati allo scambio termico, cioè utilizzabili per scambiatori di calore, oppure per dissalatori e nell’ambito di impianti chimici e petrolchimici. I materiali impiegati sono in genere costituiti da rame e sue legh cupronickel, ottoni speciali, bronzi all’alluminio e simili; ques materiali presentano diverse caratteristiche che li rendono idon allo scopo, come ad esempio un’elevata conducibilità elettrica e termica, una buona resistenza alla corrosione e un’ottima lavorabilità sia a caldo che a freddo.

Nella produzione di questi tubi si fa riferimento a specifiche norme codificate, che individuano la composizione chimica e le tolleranze del materiale; dette norme sono ad esempio quelle conosciute con le sigle ASTM Bi ll, DIN 1785, UNI 6785, AFNOR NFA 51.102.

I tubi di cui si tratta sono tradizionalmente ottenuti con un procedimento che comprende numerose fasi operative e che determina, di conseguenza, un costo elevato del prodotto finito. A partire dalla classificazione delle materie prime e degli sfridi infatti, una prima fase prevede la fusione del materiale in forni elettrici a induzione, con trattamenti preparatori sul metallo fuso quali la titolazione e l’alligazione. Mediante colata vengono quindi ricavate le billette, cioè semilavorati cilindrici di diametro in genere compreso tra 80 e 350 mm., che sono sottoposti a interventi di taglio o massellatura per essere trasferiti, nella giusta pezzatura, su presse di estrusione, previo riscaldamento a una temperatura compresa tra 700 e 1100° C. Con dette presse si ottengono sbozzati tubolari, sottoposti a controlli dimensionali e qualitativi in genere, e quindi avviati a un laminatoio e/o trafila per ridurne a freddo la sezione; questa fase di lavoro determina approssimativamente una riduzione della sezione dei corpi dell’ 80%, che si allungano e si riducono quanto a diametro e spessore. Sono talvolta richiesti, in presenza di particolari leghe da lavorare, trattamenti termici intermedi per agevolare la continuazione della lavorazione a freddo degli sbozzati. Con successive operazioni di trafilatura si ottiene il prodotto quasi finito, la cui sezione è ulteriormente ridotta; la finitura effettiva comprende il taglio dei pezzi, con eventuale loro raddrizzatura, nonché controlli ed esami previo sgrassaggio o pulitura.

Questo procedimento, evidentemente lungo e laborioso, richiede l’impiego di molteplici macchinari specifici e genera anche un’elevata percentuale di scarti o sfridi nelle varie fasi, sia durante la fusione che dà luogo alla realizzazione delle billette che durante l’estrusione a caldo e anche in seguito; nell’ economia generale del ciclo produttivo la generazione di sfridi determina nel complesso un rapporto di resa totale pari a circa 2:1. Tutt’altro che trascurabili, inoltre, sono i costi degli impianti, riferiti ai forni di colata e alle presse di estrusione, che contribuiscono ad aumentare i costi del prodotto.

Scopo della presente invenzione è quello di ovviare agli inconvenienti sopra lamentati.

Più in particolare, lo scopo della presente invenzione è quello di approntare un procedimento per la realizzazione di tubi metallici e profilati; specialmente destinati alla produzione di scambiatori di calore, dissalatori, o utilizzabili negli impianti chimici e petrolchimici, che comprende un numero limitato di fasi operative, pur dando luogo a un prodotto finito provvisto di tutti i requisiti richiesti quanto a precisione, affidabilità e resistenza. Ulteriore scopo dell’invenzione è quello di approntare un procedimento come sopra definito che comporti, per la sua attuazione, esigenze limitate di impianti di produzione.

Ulteriore scopo dell’invenzione è quello di mettere a disposizione degli utilizzatori un procedimento per la realizzazione di tubi metallici in grado di limitare sostanzialmente non solo la lunghezza del ciclo produttivo, ma anche la quantità degli sfridi generati.

Ulteriore scopo dell’invenzione è quello di provvedere un’apparecchiatura atta a consentire l’attuazione di detto procedimento.

Questi e altri scopi ancora vengono raggiunti dal procedimento per la realizzazione di tubi metallici della presente invenzione che in particolare per tubi in leghe di rame, ottoni speciali e cupronickel destinati allo scambio termico, detto procedimento comprende le seguenti fasi:

- ottenere da fusione uno sbozzato cavo di forma tubolare;

- laminare e/o trafilare detto sbozzato per ridurne la sezione;

- trafilare con uno o più interventi concatenati lo stesso sbozzato per ridurne ulteriormente la sezione e ottenere il prodotto dimensionalmente finito;

- tagliare a misura, previa raddrizzatura ed eventuale sgrassaggio, il prodotto finito.

L’apparecchiatura di attuazione del procedimento comprende una lingottiera provvista di fori assiali e radiali, tra loro comunicanti, di alimentazione del metallo fuso proveniente da un crogiolo. Detto ultimo, di preferenza, presenta internamente una camera centrale pressurizzata con gas inerti.

Le caratteristiche operative del procedimento della presente invenzione, nonché quelle costruttive e funzionali della relativa apparecchiatura di attuazione, potranno essere meglio comprese dalla descrizione che segue, in cui si fa riferimento alla allegata tavola di disegni che rappresenta una forma di esecuzione preferita e non limitativa dell’ apparecchiatura stessa e in cui: la figura 1 rappresenta schematicamente una vista parziale dellì impianto in generale e dell’ apparecchiatura per la realizzazione di tubi metallici e profilati a uso industriale secondo il procedimento dell’ invenzione;

la figura 2 rappresenta schematicamente una sezione longitudinale parziale della stessa apparecchiatura, costituita da una lingottiera;

la figura 3 rappresenta una sezione trasversale dell’ apparecchiatura di cui alla precedente figura.

Secondo l’invenzione, il procedimento per la realizzazione di tubi metallici comprende diverse fasi operative, nel seguito dettagliate secondo una sequenza preferita e non critica.

La prima di dette fasi prevede che la materia prima e gli eventuali sfridi, compatibili con la lega da ottenere, siano caricati allo stato solido in forni elettrici per realizzarne la fusione, che si ottiene a una temperatura compresa tra 900 e 1350°C. La lega così ottenuta è riversata in un impianto di colata continua, associato alla apparecchiatura, di cui si dirà in seguito, costituita fondamentalmente da una specifica lingottiera per mezzo della quale si realizza uno sbozzato cavo, di forma tubolare. Detto ultimo, di dimensione variabile ed esemplificativamente compresa tra 70 e 80 mm. quanto a diametro e 5 - 10 mm. quanto a spessore, è quindi avviato alle ulteriori fasi di lavorazione a freddo su laminatoi e trafile, per ridurne progressivamente la sezione; durante la laminazione si ottiene una riduzione della sezione dello sbozzato di circa l' 80%, mentre con gli ulteriori interventi di trafilatura, due o più concatenati, la sezione si riduce ulteriormente di una quota compresa tra il 20% e il 40%, sino ad ottenere il prodotto dimensionalmente finito. Tra la fase di laminazione e quelle di trafilatura sono talvolta effettuati trattamenti termici intermedi, specie in presenza di particolari leghe quali ad esempio gli ottoni speciali e i cupronickel; anche durante le trafilature possono essere previste ricotture intermedie dello sbozzato. Detto ultimo è quindi sottoposto alle convenzionali operazioni di finitura, cioè il taglio a misura previa raddrizzatura, l’eventuale sgrassaggio e i controlli individuali o a campione.

Il procedimento descritto riduce sostanzialmente la complessità e la lunghezza del ciclo produttivo, posto che la base di partenza è costituita da uno sbozzato cavo ottenuto da colata continua; si escludono quindi diverse fasi operative, non essendo necessario ottenere una billetta dalla quale ricavare, su presse di estrusione, lo sbozzato tubolare. Si riduce conseguentemente la formazione di sfridi, del 50% passando ad un rapporto di resa totale di 1,5:1, sia durante la fusione che dà luogo alla billetta che durante l’estrusione a caldo della medesima, mentre gli altri costi di produzione, quali ad esempio quelli energetici, di manodopera e di consumi in genere, vengono ridotti di una quota variabile dal 20% al 40% a seconda della dimensione del tubo finito.

Secondo una forma di attuazione preferita, la fase di estrazione del prodotto dall’ apparecchiatura o lingottiera si realizza con un movimento bidirezionale, a partire dalla tradizionale modalità definita “go and stop”. Quest’ultima prevede che il tubo o profilato metallico sia estratto con fasi che alternano alla trazione brevi momenti di sosta, ad evitare scollamenti nel prodotto. Tali scollamenti, che danno luogo a un tubo o profilato non omogeneo, tendono comunque a verificarsi; nel procedimento dell’invenzione è quindi vantaggiosamente intercalato un ulteriore movimento nella fase di estrazione go and stop. Tale movimento consiste nel far arretrare di una quota minima il prodotto estratto dalla lingottiera, e non ancora completamente consolidato, per compattarlo ed escludere quindi il pericolo di scollamenti. Il movimento complessivo di estrazione prevede, pertanto, una fase di trazione tradizionale, una fase di sosta e una fase ulteriore di arretramento, diretta cioè nella direzione contraria alla trazione di estrazione. Dette fasi possono eventualmente articolarsi con sequenza diversa, cioè ad esempio con arretramento immediatamente successivo alla trazione, preliminare alla sosta. I tubo o manufatto non ancora solidificato viene in questo modo compattato e reso omogeneo.

Secondo un’ulteriore modalità di attuazione preferita e non critica, il prodotto estratto dalla lingottiera è sottoposto a intervento di calibrazione, che ne garantisce la compattezza della struttura metallografica; tale calibrazione prevede una laminazione a caldo in linea, effettuata attraverso un convenzionale induttore di riscaldo e con l' intervento di una testa di turco motorizzata. A questa fase segue di preferenza un raffreddamento rapido con acqua.

L’apparecchiatura specialmente idonea all’attuazione del procedimento della presente invenzione è costituita dalla lingottiera indicata con 10 a figura 1, formata da un corpo o involucro metallico esterno 12 e da un coassiale spinotto o spina 14 in grafite o altro idoneo materiale. Detta lingottiera è provvista di convenzionali fori assiali 16 di alimentazione del metallo fuso, alimentato da un crogiolo 18, schematizzato a figura 1, ottenuto in materiale refrattario, grafite o muratura. I fori 16 sono formati su un supporto o ponte 20 che sostiene la spina 14. In aggiunta a detti fori 16, la lingottiera 10 è vantaggiosamente provvista di ulteriori fori radiali di alimentazione 22, ad esempio quattro, disposti a 90°, formati sul corpo esterno 12 a valle del ponte 20. I fori 22, esemplificativamente inclinati, comunicano con i fori 16 e permettono di alimentare nella lingottiera 10 una quantità aggiuntiva di metallo fuso che mescola opportunamente e si mantiene alla temperatura stabile richiesta per la formatura del tubo. L’omogeneizzazione del metallo, grazie all’alimentazione aggiuntiva che si effettua dai fori 22, riveste fondamentale importanza ove si tratti, come nel caso presente, di leghe i cui componenti hanno punti di fusione e caratteristiche fisicochimiche diversi.

Secondo un’ulteriore vantaggiosa caratteristica, l’apparecchiatura usata nel procedimento della presente invenzione prevede di mantenere costante il peso generato dal carico metallostatico nella zona di alimentazione della lingottiera 10, anche durante le variazioni di liquido che si verificano nel crogiolo 18. Detto ultimo è allo scopo provvisto di una campana 26, inserita centralmente nel crogiolo medesimo e ad esso vincolata con mezzi noti, il cui fronte superiore 28 è costituito da un coperchio a tenuta. A detto coperchio 28 è collegato un tubo o condotto 40 attraverso il quale è inserito gas inerte nella campana 26; quest’ultima forma, all’interno del crogiolo 18, una camera centrale 30 nella quale al metallo fuso viene applicata una pressione compresa di preferenza tra 0 e 2 bar.

A figura 1 sono schematizzati con L1 e con L2 i livelli del metallo fuso rispettivamente esistenti all’interno e all’esterno della camera centrale 30. Attraverso tale pressurizzazione con gas inerti il metallo allo stato liquido è alimentato in modo costante e omogeneo nella lingottiera 10, a partire dai fori 16, 22 della medesima, e non risente delle variazioni di livello.

Come si può rilevare da quanto precede, sono evidenti i vantaggi che l' invenzione consegue.

Con il procedimento per la realizzazione di tubi metallici della presente invenzione si riducono sostanzialmente la lunghezza e la complessità del ciclo produttivo, essendo possibile ottenere lo sbozzato cavo da fusione anziché da estrusione. Vengono parimenti ridotti in misura rilevante gli sfridi di lavorazione e le esigenze impiantistiche, non essendo necessaria la colata per ottenere le billette e la pressa di estrusione.

L’invenzione, così come sopra descritta e più avanti rivendicata, è stata tuttavia proposta a puro titolo esemplificativo e non limitativo, intendendosi che la stessa potrà essere suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte peraltro rientranti neH’ambito del concetto inventivo.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un procedimento per la realizzazione di tubi metallici o profilati industriali da sbozzato fuso, in particolare per tubi in leghe di rame, ottoni speciali e cupronickel destinati allo scambio termico, caratterizzato dal fatto che detto procedimento comprende le seguenti fasi: - ottenere da fusione uno sbozzato cavo di forma tubolare; - laminare e/o trafilare detto sbozzato per ridurne la sezione; - trafilare con uno o più interventi concatenati lo stesso sbozzato per ridurne ulteriormente la sezione e ottenere il prodotto dimensionalmente finito; - tagliare a misura, previa raddrizzatura ed eventuale sgrassaggio, il prodotto finito.
2. 2. Un procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l' estrazione dello sbozzato cavo è realizzata con una pluralità di fasi di trazione, sosta e arretramento parziale, nella direzione opposta a quella di trazione, dette fasi essendo eventualmente concatenate con sequenza diversa.
3. 3. Un procedimento secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di calibrazione dello sbozzato cavo mediante laminazione a caldo e successivo raffreddamento rapido.
4. 4. Apparecchiatura per l' attuazione del procedimento secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere una lingottiera (10), collegata a un crogiolo (18), formata da un corpo metallico esterno (12), da una coassiale spina (14), da una pluralità di fori assiali (16) di alimentazione del metallo fuso formati su un ponte (20) che supporta detta spina e da uno o più fori radiali (22) di alimentazione dello stesso metallo fuso.
5. 5. Apparecchiatura secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che detto foro/i radiali (22) sono realizzati sul corpo esterno (12) della lingottiera (10) a valle del ponte (20).
6. 6. Apparecchiatura secondo le rivendicazioni 6 e 7, caratterizzata dal fatto che i fori radiali (22) sono disposti a 90° e comunicano con i fori assiali (16).
7. 7. Apparecchiatura secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto crogiolo (18) è provvisto di una campana (26), inserita centralmente nel crogiolo stesso, il cui fronte superiore (28) è costituito da un coperchio a tenuta connesso a un tubo o condotto (40) di alimentazione di gas inerte.
8. 8. Prodotto ottenuto secondo il procedimento di cui alle rivendicazioni precedenti.