ITMI20001604A1 - Dispositivo per il raffreddamento di un massello o segmento di barra metallico - Google Patents

Description

Descrizione

L'invenzione si riferisce a un dispositivo per il raffreddamento di un massello o segmento di barra metallico con acqua.

Da una molteplicità' di pubblicazioni è noto che mediante riscaldamento di un massello composto da leghe AlMgSi, fino alla temperatura di discioglimento delle fasi MgSi, con successivo raffreddamento alla temperatura di estrusione, inferiore di circa 80 fino a 100 K, è possibile sia aumentare la velocita' di estrusione che migliorare la qualità' delle caratteristiche del materiale del profilato estruso (p.es. Oddvin Reiso et al.: "The Effect of Cooling Rate After Homogenization and Billet Preheating Practice on Extrudability and Section Properties, Part 1: Extrudability and Mechanical Properties").

In aggiunta il raffreddamento può' essere utilizzato anche per generare nel massello un profilo di temperatura decrescente nel senso della lunghezza del massello in direzione opposta a quella di estrusione, una cosiddetta rastremazione termica, che permette una estrusione isotermica.

Anche questa tecnologia della estrusione isotermica appartiene da molto allo stato della tecnica, vedi p.es. il US-A-5,027,634.

Per l'esecuzione del procedimento di raffreddamento è nota una serie di dispositivi di raffreddamento. Il US-A-5,027,634 descrive un dispositivo di raffreddamento, il quale è composto da almeno un anello di raffreddamento, attraverso il quale il massello viene fatto scorrere durante il procedimento di raffreddamento, mediante un dispositivo di spinta. Mediante la variazione della velocita' di spinta è possibile influenzare il raffreddamento lungo il massello ottenuto con il dispositivo di raffreddamento. Lo stesso anello di raffreddamento presenta una molteplicità' di fori con diametro relativamente ridotto, attraverso i quali l'acqua usata come fluido refrigerante viene spruzzata sul massello. Per il passaggio del dispositivo di spinta si prevede una apertura superiore nell'anello di raffreddamento. In questo dispositivo, oltre al complicato controllo del movimento del massello e della complessa meccanica per il trasporto, risultano svantaggiosi in particolare i piccoli ugelli di raffreddamento, che tendono facilmente ad occludersi, e l'effetto di raffreddamento non uniforme sulla circonferenza, dovuto all'apertura superiore presente nell'anello di raffreddamento per il passaggio del dispositivo di spinta, dato che in questa zona mancano gli ugelli di raffreddamento.

Con il dispositivo secondo il US-A-5 ,425,386 si tenta di evitare lo svantaggio dei piccoli fori nell'anello di raffreddamento, precedendo una fessura anulare circolare quale apertura ugello. La complessa meccanica di trasporto e il difficile controllo del movimento del massello sono pero' comunque richiesti. Inoltre l'anello circolare quale apertura ugello viene alimentato da una precamera con il fluido refrigerante, cosi che attorno alla circonferenza dell 'intera fessura ugello è disponibile la stessa pressione. Non esiste quindi la possibilità' di adattare il raffreddamento alle esigenze di orientamento della superficie del massello. Durante l'intero procedimento di raffreddamento, la temperatura superficiale del massello si trova notevolmente al di sopra della temperatura Leidenfrost, cosi che il procedimento di raffreddamento viene determinato dal film di vapore direttamente sulla superficie del massello. In caso di disposizione orizzontale del massello, questo film di vapore risulta diverso sul lato inferiore, sul lato superiore e su entrambi i lati del massello, dove la tangente alla superficie è verticale. Quindi anche il raffreddamento dovrebbe essere adattato a questa situazione differente.

Con il dispositivo secondo il US-A-5, 325,694 si tenta, mediante la realizzazione di un circuito di regolazione, che associa l'abbassamento di temperatura del massello ottenuto con il raffreddamento alla velocita' di avanzamento del massello, di semplificare la gestione del dispositivo e di automatizzare il controllo. Il dispositivo pero' risulta in questo caso per via dei sensori richiesti aggiuntivamente, non solo piu' complicato, ma anche piu' sensibile ai guasti .

Il US-A-5,337,768 descrive una ulteriore forma di realizzazione della regolazione di un tale dispositivo, il quale pero' presenta gli stessi svantaggi di principio del dispositivo secondo il precedente US-A-5,325 ,694.

Sussiste quindi il compito di realizzare un dispositivo di raffreddamento, il quale eviti gli svantaggi descritti.

Ciò' viene ottenuto secondo l'invenzione con le caratteristiche della rivendicazione l.

Forme di realizzazione vantaggiose vengono definite dalle sottorivendicazioni. Il massello -o nel caso di utilizzo di una cesoia a caldo, il tratto di barra - si trova nel caso di raffreddamento con acqua quindi durante il procedimento di raffreddamento in una posizione fissa nel dispositivo di raffreddamento, che è composto da schiere anulari di singoli ugelli, i cui assi sono orientati radialmente rispetto all'asse orizzontale massello e i quali vengono fatti funzionare singolarmente o in gruppi a pressioni e/o con tempi di attivazione differenti.

L'invenzione viene di seguito descritta per mezzo di un esempio di realizzazione vantaggioso. Le figure fungono da chiarimento. In particolare La fig. 1 mostra un dispositivo di raffreddamento in una sezione semplificata, mostrata schematicamente,

la fig. 2 mostra una vista longitudinale schematica semplificata del dispositivo, in cui l'involucro è mostrato in sezione, e

la fig- 3 mostra uno schema con curve di raffreddamento tipiche per i punti di misurazione indicati schematicamente nel massello da raffreddare .

Un massello 1 è circondato da gruppi di singoli ugelli 2, i quali sono disposti ad anello, con un passo 20 adattato allo schema di spruzzatura degli ugelli, nella direzione longitudinale del massello 1, attorno a questo. Gli ugelli 2 di un gruppo di ugelli sono in questo caso collegati tra loro mediante un tubo di alimentazione anulare 3, il quale viene alimentato a sua volta da un tubo di alimentazione di un gruppo ugelli, con il fluido refrigerante. Quale fluido refrigerante viene usata l'acqua, che se necessario può essere trattata in modo particolare, p.es. mediante demineralizzazione. Un tubo di alimentazione centrale 10, nel quale opera una pompa non mostrata, alimenta il tubo di alimentazione 7 del gruppo di ugelli e presenta un organo di chiusura 8 azionato elettricamente e una valvola di regolazione di pressione 9, la quale può' essere comandata o elettricamente o manualmente .

Al di sotto del massello si trova una vasca d'acqua 6, dalla quale la pompa non mostrata fa ritornare attraverso il condotto di aspirazione 21, il fluido refrigerante nel condotto di alimentazione centrale 10. In questo circuito vengono inseriti, secondo lo stato della tecnica generale, ancora una unita' filtrante cosi come un raffreddatore di ritorno per lo smaltimento del calore asportato tramite il fluido refrigerante dal massello.

Il massello 1 viene fissato su entrambi i lati frontali da un fissaggio a morsa, il quale - in modo simile a un morsetto a C - è composto da una parte fissa 4a e da una parte mobile 4b, laddove la parte mobile 4b viene serrata mediante cilindri 12 verso la parte fissa 4a. Si possono utilizzare sia cilindri pneumatici che cilindri idraulici. Inoltre il fissaggio a morsa è realizzato in modo che dei nasi 4c, che afferrano inferiormente il massello 1, ne impediscono una caduta.

Per la guida della parte mobile del fissaggio a morsa 4b viene usata una guida lineare 11, che è collegata in modo fisso a rotaie di guida 14, spostabili in rulli di guida 13 nella direzione longitudinale massello. Questo spostamento provoca un inserimento e una estrazione del massello alloggiato con il fissaggio a morsa in una posizione di carico e scarico 18 (vedi fig. 2). Lo spostamento può' essere ottenuto, come anche il serraggio a morsa mediante cilindri pneumatici o idraulici o con un altro azionamento lineare, p . es . mediante azionamento a catena o a cremagliera.

Il massello perviene nella posizione di carico e scarico 18 con un dispositivo di spostamento trasversale 19, che introduce il massello nel dispositivo a morsa aperto. Con il fissaggio a morsa è possibile bloccare masselli di lunghezza diversa. In questo caso un lato determinato e definito, p.es. il lato utensile, del massello, si trova sempre a contatto con la parte fissa 4a del fissaggio a morsa, cosi da ottenere un chiaro coordinamento tra il profilo di temperatura e massello .

Nella fig. 2 la possibilità' di bloccare masselli 1 di lunghezza diversa è indicata con la posizione tratteggiata 4b2 del fissaggio morsa mobile .

La zona di spruzzatura del dispositivo è circondata da un involucro 16, il quale può' essere asportato in modo semplice. L'involucro 16 presenta sul lato di carico e scarico un portello sollevabile 17. risulta vantaggioso generare nell'involucro 16, p.es. con un ventilatore dimensionato in modo corrispondente una depressione, per il fatto che i gas di scarico vengono condotti dall'involucro 16 verso l'esterno, p.es. attraverso il tetto. In questo modo si impedisce in modo affidabile che umidita' e vapore pervengano nella camera di installazione del dispositivo di raffreddamento e quindi nella zona di lavoro della pressa. L'intero dispositivo viene supportato da un telaio di acciaio profilato 5, il quale può' essere disposto sul pavimento piano dell 'impianto.

Il passo angolare 22 dei singoli ugelli 2 varia in funzione del relativo schema di spruzzatura. In generale è sufficiente un angolo di passo di 45°, ovvero sono previsti otto ugelli 2. Questo angolo di passo permette la disposizione senza problemi della guida lineare 11 senza danneggiare lo schema di spruzzatura degli ugelli 2 sulla superficie del massello .

Con l'ausilio degli organi di chiusura azionati elettricamente 8 è possibile attivare singolarmente i gruppi di ugelli. La corrispondente valvola di regolazione 9 permette l'impostazione individuale della pressione desiderata per ciascun gruppo di ugelli. L'impostazione delle valvole di regolazione 9 e l'azionamento degli organi di chiusura 8 avvengono vantaggiosamente con un controllo a processore. Per un procedimento di raffreddamento, in cui il massello viene sia raffreddato complessivamente che soggetto a un "tapering di temperatura", inizialmente si attivano contemporaneamente tutti i gruppi ugello. Dopo un intervallo di tempo sufficiente per il raffreddamento complessivo, vengono disattivati in successione i gruppi ugello, iniziando dal lato utensile del massello, cosi da fare aumentare la durata di raffreddamento complessiva dall'inizio massello (lato utensile) alla fine massello (lat»o stampo pressa). Quanto maggiore è la differenza di tempo tra la disattivazione del gruppo ugelli all'inizio massello e alla fine massello, tanto maggiore è la differenza di temperatura nel senso della lunghezza del massello e tanto piu' accentuato è il "tapering di temperatura".

Il fissaggio a morsa usato per il massello 1 garantisce una applicazione uniforme, non influenzata da eventuali sovrapposizioni, sulla superficie del massello, del fluido refrigerante. Il fissaggio a morsa scherma al contempo le superfici frontali del massello, cosi che il flusso di calore nel massello 1 abbia luogo anche alle estremità' in modo quasi radiale, e la distribuzione di temperatura ottenuta con il raffreddamento non venga influenzata in modo disturbante da effetti di estremità' sui lati frontali. L'applicazione uniforme del fluido refrigerante, in questo caso acqua, garantisce nella zona di interesse delle temperature superficiali del massello, un raffreddamento uniforme, dato che al di sopra della temperatura Leidenfrost, nel campo della evaporazione film stabile, il passaggio di calore su una superficie piana dipende solo piu' sostanzialmente dalla densità' di applicazione dell'acqua. L'influenza dell'orientamento diverso della superficie cilindrica del massello sull'effetto raffreddante -orizzontale nel caso di raffreddamento dall'alto sul lato superiore massello, verticale su entrambi i lati e orizzontale nel caso di raffreddamento dal basso sul lato inferiore massello - può' essere compensata, nell'uso secondo l'invenzione di ugelli singoli, mediante ugelli di spruzzatura scelti in modo corrispondente con dimensioni diverse, preferibilmente dello stesso tipo.

La fig. 3 mostra tipiche curve di raffreddamento per diversi punti di misurazione in un massello 1. La posizione dei punti di misura è indicata nello schema di fig. 3. Si riconosce che dopo un tempo di raffreddamento di circa 18 s e un tempo di compensazione successivo al tempo di raffreddamento, di circa 60 s, si instaura il desiderato "tapering di temperatura" di circa 10K/100 mm e la temperatura risulta compensata anche lungo la sezione del massello fino a un massimo circa di 20 K. Questa compensazione della temperatura prosegue durante il periodo di tempo di circa 25 s che passa fino all'inizio della estrusione e richiesto per la movimentazione e il posizionamento del massello, cosi che durante il procedimento di estrusione sono presenti sua il desiderato raffreddamento che il desiderato "tapering di temperatura" con una buona e riproducibile precisione. Dato che il raffreddamento ottenuto con il dispositivo di raffreddamento secondo l'invenzione del massello inizialmente riscaldato fino alla temperatura di omogeneizzazione, in particolare permette un aumento della velocita' di estrusione e quindi della produzione, si possono ottenere dei tempi di successione masselli pari o inferiori a 60 s. Per t:empo di successione masselli cosi brevi risulta quindi ragionevole fare funzionare in parallelo almeno due dei dispositivi di raffreddamento secondo l'invenzione descritti, cosi che nonostante i brevi tempi di successione masselli sia disponibile ancora un tempo sufficiente per la desiderata compensazione della temperatura lungo la sezione del massello.

Il raffreddamento secondo l'invenzione in una posizione fissa con tempi di raffreddamento diversi lungo la lunghezza dei masselli sfrutta in questo caso la nota caratteristica fisica dei procedimenti di compensazione di temperatura, che rallentano in modo quadratico al crescere della distanza tra i punti a uguale differenza di temperatura, e quindi si svolgono in direzione radiale sensibilmente piu' rapidamente rispetto alla direzione assiale.

Claims (11)

1. Rivendicazioni 1. Dispositivo per il raffreddamento di un massello metallico o in caso di utilizzo di una cesoia a caldo, di un tratto di barra, preferibilmente in una lega di metalli leggeri, con acqua, prima del procedimento di estrusione, sia complessivamente, sia per l'ottenimento di una distribuzione di temperatura lungo l'asse massello, caratterizzato dal fatto che il massello (1) si trova durante il procedimento di raffreddamento in una posizione fissa in un dispositivo di raffreddamento, che presenta schiere anulari di singoli ugelli (2), i cui assi sono diretti radialmente rispetto all'asse orizzontale massello, e i quali possono essere fatti funzionare singolarmente o a gruppi a pressioni e/o con tempi di attivazione diversi.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che un gruppo di ugelli è formato rispettivamente dagli ugelli (2) di una schiera anulare di ugelli.
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che gli ugelli (2) sono diversi rispettivamente sono di dimensioni diverse in funzione dell'orientamento rispetto alla superficie periferica del massello (1).
4. 4. Dispositivo secondo almeno una delle rivendicazioni 1 fino a 3, caratterizzato dal fatto che il massello (1) durante il procedimento di raffreddamento viene bloccato da un fissaggio a morsa (4a, 4b) che agisce sulle superfici frontali massello.
5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il fissaggio a morsa (4a, 4b) può1 essere impostato su differenti lunghezze massello.
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto che il fissaggio a morsa (4a, 4b) presenta sul lato inferiore massello sporgenze (4c) per il fissaggio aggiuntivo del massello (1) mediante accoppiamento di forma.
7. 7. Dispositivo secondo una o piu' delle rivendicazioni 4 fino a 6, caratterizzato dal fatto che il massello (1) viene alloggiato e depositato dal fissaggio a morsa (4a, 4b) in una posizione di carico e scarico (18) davanti al dispositivo di raffreddamento .
8. 8. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni 1 fino a 7, caratterizzato dal fatto che il tempo di raffreddamento è diverso per i singoli gruppi di ugelli .
9. 9. Dispositivo secondo almeno una delle rivendicazioni 1 fino a 8, caratterizzato dal fatto che al tempo di raffreddamento fa seguito un periodo per la compensazione di temperatura.
10. 10. Dispositivo secondo almeno una delle rivendicazioni 1 fino a 9, caratterizzato dal fatto che nel caso di tempo di successione brevi tra i masselli vengono fatti funzionare in parallelo almeno due dispositivi.
11. 11. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che quale fluido refrigerante viene utilizzata l'acqua, in particolare acqua demineralizzata.