ITMI20011559A1 - Dispositivo e metodo di lubrificazine per colata continua - Google Patents

Description

Descrizione dell’ invenzione industriale dal titolo:

“Dispositivo e metodo di lubrificazione per colata continua”,

Campo dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce a un dispositivo di lubrificazione per colata continua di metallo fuso, preferibilmente acciaio, e al relativo metodo di impiego, in particolare applicabile negli impianti di colata continua di billette, blumi e bramme, allo scopo di migliorare la lubrificazione e di conseguenza di aumentare la velocità di colata e di migliorare la qualità superficiale del prodotto colato.

Stato della tecnica

La colata continua è una tecnica oggi usata ampiamente nella produzione di corpi metallici di varie forme e dimensioni, quali bramme, billette, blumi e similari, nella descrizione qui di seguito definiti genericamente come prodotti di colata. Uno degli obiettivi perseguiti dai progettisti degli impianti di colata è quello di incrementare la velocità di colata perché si riducano i costi d’investimento e i costi operativi. Un aumento della velocità di colata comporta ostacoli da superare quali per esempio la possibilità che la pelle solidificata, nella zona del cristallizzatore o in quella immediatamente al di sotto, si rompa con le conseguenze negative di una fuoriuscita dell’acciaio ancora allo stato liquido e/o di un danneggiamento della qualità superficiale e interna dei prodotti finiti. Tale fenomeno che si definisce nel gergo tecnico inglese “breakout” è causato dai due fattori seguenti. Il primo fattore è in relazione all'elevato valore della forza di attrito che esiste tra il prodotto colato e la parete interna del cristallizzatore. La deformazione della pelle solidificata risulta dipendente da questa forza di attrito e quanto più essa risulta elevata, tanto maggiore è l’eventualità che la pelle solidificata si rompa. Per ridurre la forza di attrito sono stati usati nel passato dei lubrificanti vegetali, quali l’olio di colza e successivamente polveri sintetiche a base ceramica. Attualmente la polvere ceramica viene sparsa sul bagno metallico in quantità opportuna, dove fonde a contatto con l’acciaio liquido formando una scoria superficiale che si infiltra nell’interstizio tra l’acciaio della colata e il rame del cristallizzatore, garantendo la lubrificazione necessaria allo scorrimento. Un secondo fattore che entra in conto nel causare il breakout è correlato alla insufficiente lubrificazione che si instaura tra il prodotto di colata e la superficie interna del cristallizzatore provocata da un cattivo funzionamento delle polveri di lubrificazione, da parametri di lubrificazione non corretti e dal comportamento fluidodinamico dell’acciaio liquido nella zona del menisco.

L’eliminazione o la riduzione degli inconvenienti sopra citati assume grande rilevanza tanto per l’ottenimento di una qualità elevata del prodotto di colata quanto per l’ottimizzazione della produzione ottenibile con il sistema di colata e per la riduzione del costo della successiva trasformazione o lavorazione dei prodotti finiti.

La riduzione della forza di attrito tra il prodotto colato e la parete interna del cristallizzatore costituisce quindi una condizione importante per aumeritare la velocità di colata dell’impianto e migliorare la qualità del prodotto stesso.

Tentativi sono stati fatti per migliorare l’azione della lubrificazione nella zona del menisco intervenendo sulla liquefazione delle polveri. Ciò viene effettuato mandando una certa quantità di acciaio liquido alimentato direttamente dallo scaricatore alla temperatura più elevata possibile, e con una componente di velocità orizzontale sufficientemente alta sul menisco per garantire uno scambio di calore sufficiente a fondere la polvere solida, invece di richiamare acciaio dalla zona bassa del cristallizzatore. Questo metodo ha tuttavia lo svantaggio che, alimentando direttamente il menisco con acciaio liquido, si produce una grande turbolenza in tale zona e si hanno difficoltà nel controllare il livello del menisco stesso e nel garantire la prima solidificazione. Anche in questo caso si possono causare difetti sul prodotto di colata.

Tali difetti inoltre si accentuano qualora si presentino particolari condizioni di colata, quali ad esempio una elevata velocità di colata, durante la colata di bramme sottili in generale e, in particolare, quando si devono colare acciai speciali, durante la colata di sezioni sempre più vicine alle dimensioni di utilizzo finale, durante la colata di acciai che hanno una bassa temperatura di liquefazione.

Finora, i sistemi noti non hanno dato risultati soddisfacenti e pertanto la presente invenzione si propone di ovviare agli inconvenienti sopra discussi che presentano i sistemi noti dello stato della tecnica.

Riassunto dell’invenzione

Uno scopo primario del presente trovato è quello di superare gli inconvenienti sopra lamentati realizzando un dispositivo di lubrificazione e un relativo metodo di impiego per impianti di colata continua che consenta un miglioramento sostanziale della lubrificazione tra le pareti interne del cristallizzatore e il prodotto colato. Il miglioramento della lubrificazione consente di migliorare nel contempo sia la qualità superficiale del prodotto colato che la produttività, riducendo in tal modo i costi di investimento e i costi di manutenzione rispetto a quelli dei noti impianti di colata continua.

Un altro oggetto della presente invenzione riguarda il miglioramento della fluidodinamica dell’acciaio liquido nel cristallizzatore che non è più legata alla fusione delle polveri sopra il menisco; in altre parole, si semplifica il modo di distribuire l'acciaio liquido nel cristallizzatore.

Questi scopi, nonché altri che verranno meglio chiariti nel seguito, sono raggiunti da un dispositivo quale espresso e caratterizzato nella rivendicazione 1 della presente domanda.

Grazie a tale dispositivo di lubrificazione si garantisce che sia presente uno strato di polvere fusa sul menisco di spessore sufficiente, adattabile in funzione delle condizioni di colata e in grado di proteggere l’acciaio liquido dall'ossidazione che altrimenti si produrrebbe nella zona. Inoltre si evita la formazione dei ponti di solidificazione sulla superficie delle polveri che si trovano in contatto con l’aria.

Secondo un ulteriore aspetto del trovato, è previsto un metodo di impiego del dispositivo di cui sopra che presenta le caratteristiche della rivendicazione 12.

Grazie a tale metodo, si evitano fenomeni di incollatura del materiale colato alle pareti del cristallizzatore e si garantisce anche un consumo minore della superficie del materiale di cui è fatto o è ricoperto l’interno del cristallizzatore.

Breve descrizione delle figure

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite ma non esclusive di un dispositivo di lubrificazione a colata continua, per la produzione di bramme, billette, blumi e prodotti di colata similari, illustrato a titolo esemplificativo e non limitativo con l'ausilio delle unite tavole di disegno in cui:

- la Fig. 1 rappresenta una vista schematica in prospettiva di una prima forma di realizzazione del dispositivo di lubrificazione secondo l'invenzione;

- la Fig. 2 rappresenta una vista schematica in prospettiva di una seconda forma di realizzazione del dispositivo di lubrificazione per la produzione di bramme o bramme sottili, in accordo con l’invenzione. Descrizione in dettaglio di forme di realizzazione preferite dell'invenzione Con particolare riferimento alla Figura 1 , un dispositivo di lubrificazione comprende un cristallizzatore 1 composto da due elementi affacciati le cui pareti interne 3 definiscono un canale di colata nel quale si forma il prodotto di colata. Nel cristallizzatore, il prodotto di colata presenta una pelle solidificata 14 nella zona inferiore, mentre nella parte superiore il metallo è ancora in uno stato completamente liquido.

L’acciaio liquido viene colato all’interno del cristallizzatore 1 per mezzo di uno scaricatore 2 alimentato da una siviera 10 e da una paniera 11.

Un recipiente 4 contenente la polvere, inizialmente inserita allo stato freddo, è provvisto in maniera nota di mezzi di riscaldamento 5 del tipo a bruciatore di gas, a resistenza elettrica, a induzione o similari. Con l’azionamento dei mezzi di riscaldamento la polvere viene liquefatta e il contenitore è vantaggiosamente provvisto di un sistema di protezione a gas inerte per evitare l’ossidazione della polvere liquefatta.

E’ previsto un condotto 6 per distribuire la polvere allo stato fuso il quale collega il recipiente 4 alla zona superiore del cristallizzatore dove si trova il menisco del metallo fuso. Con la messa in opera del dispositivo conforme all’invenzione si forma sulla superficie del menisco uno strato di polvere lubrificante fusa 13 sul menisco.

Nell’altra variante di realizzazione conforme all’invenzione e con particolare riferimento alla Figura 2, dove gli elementi comuni alla variante della Fig. 1 sono indicati con lo stesso numero di riferimento, detto condotto 6 dispone, alla estremità verso il cristallizzatore, di un collettore 7 parallelo ad un piano mediano del cristallizzatore 1. Il collettore 7 è provvisto di una pluralità di tubi o becchi distributori 8 diretti verticalmente verso la superficie superiore del menisco per scaricarvi la polvere fusa che forma uno strato 13. L’alimentazione del materiale lubrificante avviene per gravità, ma possono essere previsti dispositivi per l’alimentazione forzata, quali pompe o dispositivi equivalenti. Nel condotto 6 può vantaggiosamente essere prevista una valvola di regolazione 9 per regolare la portata della polvere fusa in funzione delle condizioni di colata. La valvola di ; 3⁄4 V regolazione è opportunamente realizzata in grafite per resistere meglio alle elevate temperature che sono presenti nel condotto.

Per garantire il mantenimento di una temperatura costante alla polvere fusa e ridurre al minimo le perdite termiche, il condotto è isolato termicamente e provvisto eventualmente di mezzi riscaldanti.

Il processo di lubrificazione, nei dispositivi conformi all'invenzione, si svolge secondo le fasi seguenti. Il materiale di lubrificazione allo stato solido, preferibilmente polvere ceramica, viene inserito nel contenitore 4 nel quale esso è riscaldato alcune centinaia di gradi al di sopra della sua temperatura di fusione, preferibilmente 250-350°C in più, in modo da aumentarne la viscosità e diminuire il rischio di solidificazione nel successiva fase di distribuzione sopra il menisco. Una volta raggiunta la temperatura desiderata, il materiale di lubrificazione viene estratto dal contenitore attraverso il condotto 6 e, secondo la prima forma di realizzazione dell’invenzione, deposto direttamente sul menisco del metallo fuso nel cristallizzatore 1 dell’impianto di colata oppure, in accordo con una seconda forma di realizzazione, distribuito lungo un piano mediano del cristallizzatore attraverso il collettore 7 e i tubi o becchi di distribuzione 8.

Qualora il dispositivo di lubrificazione non preveda un sistema di alimentazione forzata della polvere fusa, l’alimentazione del materiale di lubrificazione sul menisco del metallo fuso avviene per gravità seguendo lo stesso percorso.

Durante tutta l’operazione di colata, nel corso della quale viene effettuata la lubrificazione per mezzo del dispositivo conforme all'invenzione, il materiale di lubrificazione allo stato fuso nel contenitore 4 è protetto dall’ossidazione mediante un opportuno gas inerte. Inoltre è prevista la regolazione della portata di materiale di lubrificazione per mezzo di una valvola di regolazione 9 inserita sul condotto 6. La presenza di coibentazione e di mezzi di riscaldamento nel condotto 9 garantisce che la polvere fusa raggiunga la superficie del menisco del metallo fuso alla temperatura ottimale per ottenere una lubrificazione corretta tra le pareti interne del cristallizzatore e la pelle in formazione del prodotto colato.

V

Claims (18)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di lubrificazione della zona disposta tra le pareti interne (3) di un cristallizzatore (1 ) di un apparato di colata continua e la pelle in formazione del prodotto colato, comprendente mezzi di alimentazione di materiale lubrificante al menisco del metallo liquido, caratterizzato dal fatto che comprende almeno un contenitore (4) di materiale lubrificante, mezzi di fusione (5) del materiale lubrificante solido e mezzi di alimentazione (6) del materiale lubrificante fuso da detto contenitore (4) a detto cristallizzatore (1 ) in prossimità di detto menisco.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 , in cui detti mezzi di fusione comprendono mezzi riscaldanti (5) di detto contenitore (4).
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, in cui detti mezzi riscaldanti (5) comprendono bruciatori di combustibile e/o resistenze elettriche e/o induttori.
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 , in cui detti mezzi di alimentazione comprendono almeno un condotto di convogliamento (6) di detto materiale lubrificante fuso.
5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, in cui detto almeno un condotto di convogliamento (6) prevede almeno un collettore (7) posto alla estremità in corrispondenza della zona di detto menisco e sostanzialmente parallelo a un piano mediano di detto cristallizzatore (1).
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, in cui detto almeno un collettore (7) prevede una pluralità di tubi distributori (8) di detto materiale lubrificante fuso disposti sostanzialmente verticali su detto menisco.
7. 7. Dispositivo secondo le rivendicazioni da 1 a 6, in cui l’alimentazione al menisco di detto materiale lubrificante fuso avviene per gravità.
8. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2 in cui detto contenitore (4) è provvisto di mezzi di protezione contro l’ossidazione di detto materiale lubrificante fuso mediante gas inerte.
9. 9. Dispositivo secondo le rivendicazioni da 1 a 6, in cui sono previsti mezzi di coibentazione e/o riscaldamento di detto condotto (6), di detto collettore (7) e di detti tubi o becchi di distribuzione (8).
10. 10. Dispositivo secondo la rivendicazione 7, in cui detto condotto (6) è provvisto di almeno una valvola di regolazione (9) per regolare la portata di detto materiale lubrificante fuso in funzione delle condizioni di colata.
11. 11 . Dispositivo secondo la rivendicazione 9 in cui detta valvola di regolazione (9) è di grafite.
12. 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 in cui detto materiale lubrificante è polvere ceramica.
13. 13. Metodo di lubrificazione, messo in opera per mezzo di un dispositivo secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che prevede le seguenti fasi: a) inserimento di materiale lubrificante solido in un contenitore (4); b) riscaldamento di detto materiale lubrificante solido in detto contenitore (4) oltre la sua temperatura di fusione; c) convogliamento del materiale di lubrificazione allo stato fuso da detto contenitore (4) a detto menisco per realizzare la lubrificazione della zona disposta tra le pareti interne (3) di un cristallizzatore (1) di una macchina di colata continua e la pelle in formazione del prodotto colato.
14. 14. Metodo di lubrificazione secondo la rivendicazione 13, in cui la temperatura a cui viene riscaldato detto materiale lubrificante solido è preferibilmente 250-350 °C superiore alla sua temperatura di fusione.
15. 15. Metodo di lubrificazione secondo la rivendicazione 13, in cui il convogliamento di detto materiale di lubrificazione allo stato fuso da detto contenitore (4) a detto menisco avviene attraverso almeno un condotto (6).
16. 16. Metodo di lubrificazione secondo le rivendicazione da 13 a 15 in cui l’alimentazione di detto materiale di lubrificazione allo stato fuso su detto menisco avviene per gravità.
17. 17. Metodo di lubrificazione secondo la rivendicazione 12, in cui detto materiale di lubrificazione allo stato fuso è protetto dall’ossidazione mediante un gas inerte.
18. 18. Metodo di lubrificazione secondo la rivendicazione 14, in cui avviene la regolazione della portata di detto materiale di lubrificazione allo stato fuso in funzione di condizioni di colata mediante una valvola di regolazione (9) disposta su detto condotto (6).