ITMI20100113A1 - Impianto per la laminazione di tubi. - Google Patents

Description

"Impianto per la laminazione di tubi"

La presente invenzione riguarda un impianto per la produzione di tubi senza saldatura, in particolare per la produzione di tubi senza saldatura di grande diametro. L’invenzione riguarda inoltre un metodo per tale produzione. Con l’espressione “grande diametro†si intendono qui e di seguito diametri compresi tra 457,2 mm e 711,2 mm (cioà ̈ tra 18†e 28†).

La produzione di tubi di grande diametro e di spessore sottile avviene oggi principalmente per deformazione di lamiere, ottenendo con ciò tubi saldati longitudinalmente. Tale tecnologia per la produzione dei tubi, pur ampiamente apprezzata, non à ̈ esente da svantaggi. Essa innanzitutto consente di ottenere tubi con spessore di parete relativamente ridotto; le lamiere con cui sono ottenuti i tubi possono avere uno spessore massimo dell’ordine dei 30÷35 millimetri. Un ulteriore svantaggio dei tubi saldati rispetto a quelli senza saldatura à ̈ che i primi offrono minor resistenza meccanica e alla corrosione, in particolar modo lungo la saldatura.

In alternativa ai tubi saldati, à ̈ anche possibile produrre tubi senza saldatura. Nella produzione di tubi di grande diametro senza saldatura à ̈ impiegato in modo noto un tipo di laminatoio detto “a passo del pellegrino†. Tale laminatoio impiega rulli scanalati aventi una gola con profondità variabile lungo la circonferenza. La sezione centrale del rullo à ̈ dunque sagomata a camma, cioà ̈ non circolare. La lavorazione del tubo in tale laminatoio richiede continui spostamenti del semilavorato avanti e indietro lungo l’asse di laminazione.

Pur essendo attualmente l’unica macchina utilizzata per la produzione industriale di tubi di grande diametro senza saldatura, il laminatoio a passo del pellegrino non à ̈ esente da difetti.

Innanzitutto à ̈ una macchina piuttosto lenta; si consideri che la produttività tipica di tale macchina si aggira attorno ai 12÷15 pezzi all’ora, a fronte dei 60 e più pezzi dei normali laminatoi continui.

Inoltre il semilavorato forato destinato alla laminazione a passo del pellegrino non può essere ottenuto da una comune billetta da colata continua. Infatti la laminazione a passo del pellegrino impone necessariamente, per le sue specifiche caratteristiche, un forte allungamento del semilavorato forato. Tale allungamento del semilavorato forato deve essere necessariamente compensato da una sensibile riduzione del diametro. A fronte di questi vincoli tecnologici, la produzione di tubi di grande diametro richiede necessariamente grandi diametri anche per quanto riguarda i semilavorati forati di partenza, che di conseguenza non possono essere ottenuti da comuni billette da colata continua. Il diametro massimo delle comuni billette non supera ad oggi infatti i 500÷550 mm, ed à ̈ quindi insufficiente. Billette di diametri maggiori potrebbero essere ottenute da impianti di colata continua appositamente dimensionati. La quantità di billette di grande diametro richiesta normalmente del mercato non giustifica però l’ingente investimento necessario per la realizzazione di un simile impianto.

Pertanto i semilavorati forati per la laminazione a passo del pellegrino devono prevedere diametri fino a circa 950 mm e di conseguenza devono essere ottenuti da lingotti che abbiano diametri sufficientemente grandi. La persona esperta sa che il lingotto ha, per motivi tecnologici e di produzione, un costo maggiore fino al 30% circa rispetto alla billetta. Inoltre la qualità del lingotto à ̈ inferiore a quella della billetta da colata continua. Infatti il lingotto presenta caratteristiche poco uniformi e lo scarto legato al metodo produttivo, ovvero alla materozza, penalizza notevolmente i costi di realizzazione.

Sono inoltre elevati gli scarti connessi alla coda del tubo laminato a passo del pellegrino. Tale laminazione infatti presenta una tipica “campana†, ovvero una sezione terminale del tubo che non può essere laminata e che deve essere inevitabilmente tagliata e scartata. Considerando quindi il materiale di partenza e il tipo di processo, il metodo a passo del pellegrino ha complessivamente una resa modesta.

Un problema importante, connesso all’uso del laminatoio a passo del pellegrino, à ̈ inoltre la scarsa qualità del tubo finito. Il tipo di lavorazione descritto sopra e la geometria del forato in ingresso fanno sì che le pareti del tubo finito siano piuttosto irregolari. Tale caratteristica dei tubi ottenuti mediante il laminatoio a passo del pellegrino non à ̈ stata considerata tradizionalmente un problema. Al giorno d’oggi però, a fronte degli standard qualitativi di ben altro livello comunemente ottenuti con i laminatoi continui, tale caratteristica comincia ad essere percepita come un difetto, soprattutto a fronte del costo elevato del prodotto.

In passato à ̈ stata sfruttata anche un’altra tecnologia per la produzione di tubi senza saldatura di grande diametro. Tale tecnologia à ̈ basata su una macchina detta espansore. L’espansore consente in pratica di deformare un semilavorato tubolare così da ottenere un tubo finito con diametro maggiore, spessore di parete inferiore e lunghezza sostanzialmente uguale rispetto al semilavorato tubolare. L’aumento percentuale di diametro, o espansione, tipicamente ottenuto con l’espansore può essere stimato fino ad un massimo del 60%. L’espansione massima che può essere ottenuta con l’espansore dipende però dagli spessori di parete del semilavorato tubolare in ingresso.

Tipicamente, nella lavorazione all’espansore, resta sostanzialmente invariato il peso metrico tra il semilavorato in ingresso e quello in uscita. Per questo motivo, per ottenere grandi spessori in uscita, occorrerebbe partire da spessori in entrata talmente grandi da essere difficilmente realizzabili. Inoltre, se anche si riuscisse a ottenere tali spessori per il semilavorato in entrata all’espansore, le tipiche eliche interne che si riscontrano nel semilavorato in uscita sarebbero marcatissime e quindi inaccettabili.

Nell’espansore infatti, l’asta che regge la punta interna al tubo lavora a compressione. È noto che tale stato di sforzo impone un limite al carico massimo, limite piuttosto basso per evitare l’insorgere nell’asta di fenomeni di instabilità da carico di punta e per poter garantire il corretto set up della macchina e il preciso controllo del processo. Per questo motivo i grandi spessori di parete, determinando alti carichi di compressione sulla punta, impongono ridotte espansioni percentuali.

Inoltre, grandi espansioni di diametro con grossi spessori di parete determinano irregolarità crescenti all’interno del tubo in uscita dall’espansore. Tali irregolarità, che si presentano sotto forma di eliche, difficilmente possono essere eliminate dalle successive lavorazioni.

Tale tecnologia non ha goduto di grandi successi a motivo dei considerevoli svantaggi che presentava. Innanzitutto la produzione dei tubi partiva da semilavorati tubolari che erano anch’essi, all’atto pratico, tubi finiti. Dati i rapporti di dilatazione tipici degli espansori, per ottenere un tubo finito da 28†occorreva partire con un semilavorato da 18†. All’epoca in cui venivano impiegati comunemente gli espansori, i tubi da 18†erano ottenuti mediante il già citato laminatoio a passo del pellegrino poiché per simili diametri non erano ancora disponibili laminatoi a mandrino trattenuto. Naturalmente la scadente qualità di parete dei tubi di partenza si ripercuoteva in modo diretto sulla qualità dei tubi finiti. La fase di lavorazione all’espansore non poteva certo migliorare la qualità e anzi introduceva anche ulteriori difetti. Anche per questo motivo tale tecnologia à ̈ stata di fatto abbandonata a vantaggio di laminatoi a passo del pellegrino maggiorati, capaci di produrre direttamente in un solo passaggio tubi del diametro desiderato e di qualità paragonabile.

Un ulteriore svantaggio della tecnologia legata all’espansore nasceva dal fatto che i semilavorati tubolari dovevano essere scaldati in un apposito forno prima della lavorazione. Tale fase di riscaldamento à ̈ sempre stata piuttosto critica. La temperatura dei tubi doveva essere infatti aumentata dalla temperatura ambiente tipica dei magazzini ai 1200÷1250°C necessari per la lavorazione. Tale riscaldamento comportava quindi tempi e costi notevoli. In particolare, per raggiungere una temperatura il più possibile uniforme sul tubo e sufficientemente alta da consentirne una buona lavorazione, occorreva protrarre a lungo la fase di riscaldamento, soprattutto per i semilavorati di grande spessore. Più veniva protratta la fase di riscaldamento e più era massiccia la produzione di ossidi che si verificava all’interno del tubo. Tali ossidi dovevano poi essere rimossi per poter ottenere una buona lavorabilità del tubo, ridurre i difetti interni e garantire uno standard minimo sulla qualità del prodotto finito. La rimozione degli ossidi à ̈ tuttora un’operazione piuttosto complessa e implica l’uso di soluzione salina. Si tratta dunque di un’operazione critica soprattutto dal punto di vista della sicurezza ambientale.

I problemi evidenziati sopra per la produzione di tubi in acciaio comune sono ancor più amplificati nella produzione di tubi in acciai altolegati, ad esempio in acciai contenenti una percentuale di cromo del 10% o più. Le caratteristiche meccaniche tipiche di questi acciai determinano una minor deformabilità del materiale e quindi, per quanto riguarda l’espansore, impongono maggiori sforzi sulla punta nel caso di elevate espansioni. Inoltre i tubi in acciai altolegati sono comunemente richiesti dal mercato con spessori di parete medio-grandi, amplificandone ulteriormente le difficoltà di lavorazione all’espansore.

La produzione di tubi di grande diametro senza saldatura potrebbe essere realizzata anche mediante un laminatoio continuo del tipo comunemente usato per i tubi di diametro medio. In tale tipo di macchina, il tubo viene laminato attraverso una successione di gabbie (o stazioni) di laminazione comprendenti ciascuna due o più rulli, solitamente tre. Le gabbie di laminazione sono normalmente cinque o più e la posizione dei rulli à ̈ regolabile in direzione radiale. Questo tipo di lavorazione richiede che all’interno del tubo sia posto un mandrino adatto a contrastare la spinta radiale esercitata dai rulli durante la laminazione. Per esercitare questa azione di contrasto, il mandrino deve essere estremamente rigido in senso radiale. Inoltre, per poter conferire una finitura di qualità alla superficie interna del tubo, il mandrino deve avere una superficie esterna il più possibile liscia. Tale requisito renderebbe estremamente difficile la realizzazione di mandrini in più pezzi giuntati tra loro. La zona della giunzione à ̈ infatti necessariamente caratterizzata da discontinuità superficiali. Inoltre tale zona sarebbe troppo delicata per poter validamente supportare la pressione radiale di laminazione.

È noto, in tale settore, l’uso del mandrino trattenuto: il mandrino à ̈ vincolato assialmente e viene trattenuto in modo che avanzi a velocità controllata. Tale soluzione presenta un notevole svantaggio. La singola sezione del mandrino infatti, ancorché frenata, viene fatta avanzare assialmente lungo il laminatoio e si viene così a trovare impegnata in successione, nelle maggiori condizioni di deformazione, in tutte le stazioni di laminazione. In corrispondenza delle stazioni di laminazione, il mandrino subisce forti sollecitazioni termiche e meccaniche, dovute all’energia di deformazione e agli attriti dovuti allo strisciamento del materiale del tubo. Il passaggio sotto più di una stazione di laminazione provoca quindi un forte innalzamento della temperatura del mandrino; da ciò deriva la necessità di predisporre diversi esemplari di mandrino tra loro identici in modo che ciascuno possa essere opportunamente raffreddato al termine della laminazione e quindi lubrificato per il successivo ciclo di laminazione. Oltre a ciò si deve considerare che il singolo mandrino, deve essere realizzato in materiale particolarmente pregiato al fine di resistere alle sollecitazioni tipiche della laminazione. Naturalmente l’investimento necessario per un mandrino dipende dalle dimensioni di quest’ultimo. Le lunghezze tipiche dei mandrini trattenuti, rendono di fatto svantaggiosa la realizzazione degli interi set di mandrini di grande diametro (oltre i 20 pollici) necessari per la laminazione continua tradizionale.

Scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello si superare almeno parzialmente gli inconvenienti riportati sopra con riferimento alla tecnica nota.

In particolare, compito della presente invenzione à ̈ quello di rendere disponibile un impianto e un metodo per la produzione di tubi senza saldatura di grande diametro.

Inoltre, compito della presente invenzione à ̈ quello di rendere disponibile un impianto e un metodo per la produzione di tubi con spessori di parete compresi in un’ampia gamma (da sottili a grandi).

Ancora, compito della presente invenzione à ̈ quello di rendere disponibile un impianto e un metodo per la produzione di tubi con differenti tipi di acciai, sia al carbonio che alto-legati.

Inoltre, compito della presente invenzione à ̈ quello di rendere disponibile un impianto e un metodo che consentano di ottenere tubi finiti di qualità migliore rispetto a quelli ad oggi disponibili sul mercato.

Infine, compito della presente invenzione à ̈ quello di rendere disponibile un impianto che possa produrre anche tubi senza saldatura di diametro medio, compreso cioà ̈ tra 339,7 mm e 508 mm (tra 133/8†e 20†).

Lo scopo e i compiti sopra indicati sono raggiunti da un impianto in accordo con quanto rivendicato nella rivendicazione 1 e da un metodo secondo la rivendicazione 11.

Le caratteristiche e gli ulteriori vantaggi dell’invenzione risulteranno dalla descrizione, fatta qui di seguito, di alcuni esempi di realizzazione, dati a titolo indicativo e non limitativo con riferimento alle figure allegate, in cui: - la figura 1 rappresenta uno schema a blocchi di un impianto secondo l’arte nota;

- la figura 2 rappresenta uno schema a blocchi di un impianto secondo l’invenzione;

- la figura 3 rappresenta schematicamente il dettaglio di un espansoreallungatore utilizzato nell’impianto secondo l’invenzione;

- la figura 4 rappresenta schematicamente il laminatoio principale continuo utilizzato nell’impianto secondo l’invenzione;

- la figura 5 rappresenta schematicamente, in un diagramma spessorediametro, le diverse tipologie di tubi che possono essere prodotte secondo l’invenzione.

L’impianto per la laminazione di un tubo senza saldatura secondo l’invenzione comprende i seguenti componenti:

- un forno adatto a riscaldare billette prodotte da colata continua; - un laminatoio perforatore adatto a perforare longitudinalmente le billette così da ottenere un semilavorato forato;

- un laminatoio espansore-allungatore adatto ad espandere il diametro del semilavorato forato e adatto ad allungare il semilavorato forato così da ottenere un tubo semilavorato;

- un laminatoio principale continuo del tipo comprendente gabbie a due o più rulli, in cui la posizione radiale dei rulli à ̈ regolabile, per la laminazione su mandrino trattenuto di un tubo;

- un laminatoio estrattore-riduttore a rulli fissi posizionato a valle del laminatoio principale e in linea con esso, il laminatoio estrattore-riduttore essendo adatto ad estrarre il tubo dal mandrino e a definire il diametro del tubo fino ad un valore predeterminato;

- un laminatoio calibratore adatto a definire il diametro del tubo finito, il laminatoio calibratore essendo del tipo in cui la posizione radiale dei rulli à ̈ regolabile; e

- un letto di raffreddamento;

Inoltre l’impianto secondo l’invenzione comprende una linea di by-pass adatta ad alimentare, ove possibile, il semilavorato forato in uscita dal laminatoio perforatore direttamente al laminatoio principale, evitando il laminatoio espansore-allungatore.

Viene fornita di seguito una descrizione dei componenti dell’impianto, in accordo con alcune sue forme di realizzazione. Tale descrizione à ̈ a tratti piuttosto rapida poiché parte dei componenti dell’impianto à ̈ in sé nota alla persona esperta, pur se disposta e impiegata in modi differenti.

Il forno per le billette à ̈ un forno tradizionalmente impiegato nel settore e ben noto alla persona esperta.

Il perforatore per le billette può essere un comune perforatore a rulli conici, comprendente due rulli ad assi sghembi che agiscono sulla superficie esterna della billetta e una punta che viene inserita al centro della billetta lungo il foro.

Il laminatoio espansore-allungatore à ̈ concettualmente una macchina piuttosto simile al perforatore. Per questo motivo, in accordo con alcune forme di realizzazione dell’invenzione, il laminatoio perforatore e il laminatoio espansore-allungatore possono essere la medesima macchina predisposta con due differenti configurazioni, come descritto sotto più in dettaglio.

Nella allegata figura 3 à ̈ fornito uno schema di un laminatoio a rulli conici ad assi sghembi, nella configurazione in cui esso à ̈ adatto a svolgere la funzione di laminatoio espansore-allungatore. Il laminatoio, indicato nel suo complesso con 10, comprende una coppia di rulli 12 a conicità multipla rotanti attorno a rispettivi assi. Gli assi di rotazione dei rulli 12 sono tra loro sghembi. L’espansore 10 comprende inoltre una punta ogivale 14 connessa ad un’asta 16. L’asta 16 può essere disposta come nella figura 3 allegata, così da essere caricata a compressione durante la laminazione. In alternativa, l’asta 16 può essere vantaggiosamente posta dalla parte opposta della punta ogivale 14 in modo tale da essere caricata a trazione. Il semilavorato forato 20 à ̈ messo in rotazione attorno al proprio asse ed à ̈ spinto contro la punta conica 14 nella direzione della freccia f di figura 3. Come si può notare dallo schema di figura 3, la geometria combinata dei rulli 12 e della punta ogivale 14 definisce un percorso entro il quale il materiale del semilavorato forato deve scorrere. Il passaggio attraverso questo percorso determina la deformazione di espansione-allungamento desiderata.

In particolare, in accordo con alcune forme di realizzazione, i profili dei rulli 12 e della punta ogivale 14 sono definiti in modo tale che una parte del percorso determini l’espansione del diametro e l’allungamento del tubo e la restante parte del percorso determini invece la restante espansione desiderata per il diametro del tubo. Naturalmente, lungo l’intero percorso si ottiene anche la riduzione dello spessore di parete del tubo.

Ad esempio, in accordo con una forma di realizzazione, i profili dei rulli 12 e della punta ogivale 14 sono definiti in modo tale che i primi 2/3 circa del percorso determinino contemporaneamente la riduzione dello spessore di parete, l’espansione del diametro e l’allungamento del tubo. Il restante 1/3 circa del percorso determina invece la riduzione dello spessore di parete e la restante espansione desiderata per il diametro del tubo.

In accordo con una forma di realizzazione, il laminatoio espansore-riduttore determina una espansione del diametro di circa il 35% e un allungamento del tubo di un fattore 1,7 circa.

In accordo con alcune forme di realizzazione, il laminatoio di figura 3 à ̈ adatto ad essere rapidamente riconfigurato in modo da svolgere alternativamente la funzione di laminatoio perforatore e la funzione di laminatoio espansore-allungatore. In particolare, il passaggio da una configurazione all’altra può essere ottenuto mediante una differente orientazione degli assi dei rulli 12 e mediante una punta ogivale 14 di forma differente.

In tal caso, il semilavorato forato in uscita dalla macchina configurata come laminatoio perforatore à ̈ rilavorato con la medesima macchina riconfigurata come laminatoio espansore-allungatore. Solo dopo il secondo passaggio il tubo semilavorato viene alimentato al laminatoio principale.

L’uso di tale macchina riconfigurabile, seppur complicata e in sé piuttosto costosa, può comunque essere vantaggiosa rispetto all’uso di due macchine distinte di tipo convenzionale.

Il laminatoio principale, del tipo con gabbie a due o più rulli regolabili e mandrino trattenuto, può essere ad esempio del tipo descritto nella domanda di brevetto internazionale PCT/EP99/01402 depositata a nome Demag Italimpianti S.p.A. e pubblicata con il numero WO 99/47284. Preferibilmente il laminatoio principale secondo l’invenzione comprende gabbie a tre rulli.

In accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione, il laminatoio principale comprende quattro successive gabbie di laminazione. Tale soluzione rappresenta un adattamento particolarmente conveniente dei tradizionali laminatoi a due o più rulli regolabili. Tali laminatoi comprendono infatti solitamente cinque o più gabbie di laminazione successive.

I controlli retroazionati della posizione dei rulli nel laminatoio principale, basata sullo spessore del tubo, e nel laminatoio calibratore, basata sulla temperatura e sul diametro del tubo, possono essere vantaggiosamente del tipo descritto nella domanda di brevetto IT MI2009A001085 depositata dalla medesima richiedente il 19 giugno 2009.

In accordo con alcune forme di realizzazione dell’impianto secondo l’invenzione, il laminatoio principale à ̈ caratterizzato dal fatto che utilizza un mandrino lento. Nella presente trattazione, con “mandrino lento†si intende un mandrino trattenuto in modo tale che nessuna delle sue sezioni sia sottoposta all’azione di due successive stazioni di laminazione. Più in particolare, con riferimento anche alla figura 4 allegata, si avrà che:

Vm< d/Tl

dove Vmà ̈ la velocità del mandrino 32; d à ̈ l’interasse minimo tra due successive gabbie di laminazione 34; e Tlà ̈ il tempo di laminazione. Vale inoltre la relazione

Tl= Lt/Vt

dove Ltà ̈ la lunghezza del tubo 20 e Vtà ̈ la velocità assiale del tubo 20 lungo il laminatoio 30.

Da quanto detto sopra si deduce che il mandrino 32 necessario per il funzionamento del laminatoio principale 30 impiegato nell’impianto secondo l’invenzione potrà essere relativamente corto. La lunghezza minima necessaria sarà infatti pari all’interasse complessivo D (cioà ̈ la distanza tra la prima e l’ultima stazione di laminazione) aumentato dello spostamento Smche il mandrino 32 compie durante il tempo di laminazione: Sm=VmTl. Dalle relazioni precedenti si ottiene anche che, Sm< d.

Considerando la forma di realizzazione del laminatoio principale 30 secondo l’invenzione schematizzata in figura 4, l’interasse complessivo D à ̈ piuttosto limitato perché il laminatoio comprende poche gabbie di laminazione 34, nel caso specifico solo quattro gabbie. Inoltre la velocità del mandrino Vmestremamente limitata consente di limitare anche lo spostamento Smdel mandrino 32. Considerando i valori medi che tipicamente assumono le variabili nominate sopra, si avrà che la lunghezza minima del mandrino 32, uguale a D Sm, sarà compresa tra i 5 e i 6 metri circa. Tale lunghezza consente una realizzazione del mandrino 32 relativamente economica, nonostante le grandi sezioni trasversali necessarie per la produzione dei tubi con diametro fino a 28 pollici.

Inoltre, grazie al fatto che ogni singola sezione del mandrino à ̈ sottoposta all’azione di una sola gabbia di laminazione, il riscaldamento complessivo del mandrino durante il processo à ̈ contenuto. Da ciò deriva la possibilità di realizzare il mandrino con materiali di tipo più economico rispetto ai convenzionali mandrini più veloci, senza per questo avere alcuna ripercussione negativa.

Inoltre, come si può notare nella figura 4 allegata, i tre interassi che separano le quattro gabbie di laminazione 34 non sono uguali tra loro. Il primo interasse d che separa la prima gabbia dalla seconda e il terzo interasse d che separa la terza gabbia dalla quarta sono sostanzialmente uguali tra loro. Al contrario, il secondo interasse che separa la seconda gabbia dalla terza à ̈ maggiore degli altri due. Tra la seconda e la terza gabbia di laminazione à ̈ infatti collocata una minigabbia di sostegno 36 per il mandrino 32 che altrimenti si protenderebbe a sbalzo lungo il laminatoio 30.

Si assume, come in figura 4, che il secondo interasse sia maggiore degli altri due di una lunghezza j; ciascuna delle sezioni del mandrino 32, durante l’intero processo di laminazione, percorre al massimo un tratto di lunghezza Sm< d. Nell’ambito del secondo interasse si può identificare dunque un tratto del mandrino 32 avente lunghezza almeno pari a j che non subisce alcuna laminazione, né dalla seconda gabbia né dalla terza gabbia. Tale tratto di lunghezza j à ̈ dunque disponibile per effettuare una giunta 33 tra due spezzoni 32’ e 32†del mandrino 32. Rimanendo all’esempio considerato sopra, i due spezzoni 32’ e 32†del mandrino 32 avrebbero ciascuno una lunghezza compresa tra i 2,5 e i 3 metri circa. Tali lunghezze consentono di semplificare drasticamente la realizzazione e la gestione del mandrino 32, anche a fronte dei grandi diametri qui considerati (oltre i 24 pollici).

Inoltre, utilizzando un mandrino di tipo composto, à ̈ eventualmente possibile sostituire la sola porzione usurata. Al contrario, impiegando i convenzionali mandrini non composti à ̈ necessario sostituire l’intero mandrino anche se esso presenta solo usure localizzate. Questa possibilità offerta dal mandrino composto riduce significativamente i costi operativi del laminatoio.

La soluzione qui adottata del mandrino lento e di tipo composto, nonchà ̈ le dimensioni complessive ridotte come descritto sopra, determinano quindi la possibilità di rendere più che competitivo sul mercato il laminatoio principale per i tubi di grande diametro.

Il laminatoio estrattore-riduttore, a rulli fissi, ha lo scopo di estrarre il tubo semilavorato dal mandrino e ridurre il diametro del tubo semilavorato fino ad un valore predeterminato prossimo a quello desiderato per il tubo finito. In accordo con una forma di realizzazione dell’impianto, il laminatoio estrattore-riduttore può essere sostituito da una combinazione di macchinari che nel complesso sono adatti a svolgere una funzione analoga. Ad esempio il laminatoio estrattore-riduttore può essere sostituito dalla combinazione di un laminatoio estrattore, specificamente destinato ad estrarre il tubo dal mandrino, con un laminatoio riduttore, adatto a definire il diametro del tubo semilavorato fino ad un valore predeterminato.

In accordo con alcune forme di realizzazione dell’invenzione, l’impianto comprende inoltre, a valle del laminatoio estrattore-riduttore, mezzi di misurazione dello spessore della parete del tubo semilavorato. In tali forme di realizzazione, il laminatoio principale à ̈ adatto a regolare la posizione radiale dei rulli sulla base della misura dello spessore di parete del tubo in uscita dal laminatoio estrattore-riduttore.

In accordo con alcune forme di realizzazione dell’invenzione, il laminatoio calibratore comprende mezzi di misurazione della temperatura del tubo in entrata e mezzi di misurazione del diametro del tubo finito in uscita. In tali forme di realizzazione, il laminatoio calibratore à ̈ adatto a regolare la posizione radiale dei rulli sulla base della misura della temperatura del tubo in entrata e sulla base della misura del diametro del tubo finito in uscita. L’invenzione riguarda inoltre un metodo per la laminazione di tubi senza saldatura. Il metodo secondo l’invenzione comprende le seguenti fasi.

- Riscaldare una billetta prodotta da colata continua.

- Perforare longitudinalmente la billetta riscaldata così da ottenere un semilavorato forato.

- Espandere ed allungare il semilavorato forato per aumentarne il diametro e la lunghezza e ridurne lo spessore.

- Laminare il tubo semilavorato in un laminatoio principale così da ottenere un tubo; il laminatoio principale à ̈ del tipo continuo, a mandrino trattenuto, comprendente gabbie a due o più rulli regolabili.

- Estrarre il tubo dal mandrino.

- Definire il diametro del tubo finito, in un laminatoio calibratore del tipo a rulli regolabili, fino ad un valore predeterminato.

- Raffreddare il tubo finito.

In accordo con altre forme di realizzazione, il metodo comprende inoltre le fasi di

- Misurare lo spessore della parete del tubo dopo l’estrazione dal mandrino; e

- Regolare la posizione radiale dei rulli del laminatoio principale sulla base della misura dello spessore di parete del tubo.

In accordo con altre forme di realizzazione, il metodo comprende inoltre le fasi di

- Misurare la temperatura del tubo in entrata nel laminatoio calibratore;

- Misurare il diametro del tubo in uscita dal laminatoio calibratore; e - Regolare la posizione radiale dei rulli del laminatoio calibratore sulla base della misura della temperatura del tubo in entrata e sulla base della misura del diametro del tubo in uscita.

In accordo con alcune forme di realizzazione del metodo, la fase di perforare longitudinalmente la billetta à ̈ portata a termine mediante una macchina riconfigurabile. In tali forme di realizzazione il metodo comprende inoltre, dopo la fase di perforare longitudinalmente la billetta così da ottenere un semilavorato forato, la fase di riconfigurare la macchina in modo da renderla adatta ad espandere ed allungare il semilavorato forato per aumentarne il diametro e la lunghezza e ridurne lo spessore.

Verranno di seguito evidenziati alcuni dei vantaggi derivanti dall’impianto e dal metodo per la produzione di tubi secondo l’invenzione.

Figura 4 rappresenta schematicamente, in un diagramma spessore-diametro, le diverse tipologie di tubi che possono essere prodotte mediante l’impianto secondo l’invenzione. In particolare, su tale diagramma sono state individuate tre classi di tubi.

Una prima classe à ̈ quella racchiusa nell’area indicata con A che rappresenta i tubi aventi spessori di parete piccoli e diametri medio piccoli. Una seconda classe à ̈ quella racchiusa nell’area indicata con B che rappresenta i tubi aventi diametri grandi e spessori di parete qualsiasi. Una terza classe à ̈ quella racchiusa nell’area indicata con C che rappresenta i tubi aventi spessori di parete medio-grandi e diametri medio piccoli.

La classe di tubi C à ̈ l’unica che può essere prodotta by-passando il laminatoio espansore-allungatore e utilizzando il solo laminatoio principale continuo a due o più rulli regolabili, per la laminazione su mandrino trattenuto. Come si vede dunque l’aggiunta all’impianto del laminatoio espansore-allungatore consente di ampliare nettamente le tipologie di tubi che possono essere prodotti dall’impianto. In particolare la classe di tubi indicata con A non può essere ottenuta mediante il solo laminatoio principale perché richiede una forte riduzione dello spessore di parete rispetto al semilavorato forato in uscita dal perforatore. Per contro, la classe di tubi indicata con B non può essere ottenuta mediante il solo laminatoio principale perché richiede una forte espansione del diametro rispetto al semilavorato forato in uscita dal perforatore.

Come descritto sopra, l’impianto e il metodo secondo l’invenzione prevedono l’uso di billette ottenute da colata continua. Tali billette hanno, rispetto ai lingotti tradizionalmente usati per la produzione di tubi di grande diametro, alcuni notevoli vantaggi. Innanzitutto l’acciaio in billetta ha una qualità più omogenea, più controllata e, in generale, migliore. Inoltre il costo delle billette à ̈ di un 30% circa inferiore al costo dei lingotti.

Un grande vantaggio, reso possibile dall’impianto e dal metodo secondo l’invenzione, riguarda la netta riduzione dei costi di produzione. Come detto nell’introduzione, la tecnica nota prevedeva di alimentare l’espansore con tubi finiti, disponibili a magazzino. Nella configurazione dell’impianto secondo l’invenzione invece il semilavorato di partenza à ̈ ottenuto immediatamente prima da una billetta. Senza la necessità di permanere nel forno per il lungo riscaldamento dalla temperatura ambiente alla temperatura di lavorazione, si evita il problema della formazione di ossidi all’interno del tubo. Inoltre la lavorazione al perforatore determina un sensibile aumento della temperatura interna del semilavorato, dovuto agli attriti e alla liberazione dell’energia di rottura del materiale sotto forma di calore. In questo modo si ottengono due sensibili vantaggi: il materiale interno al semilavorato rimane esposto all’atmosfera per un tempo minimo e la temperatura interna del semilavorato, la più difficile da innalzare in forno, à ̈ addirittura maggiore di quella esterna. Alla sensibile riduzione dell’energia e del tempo di lavorazione, occorre inoltre aggiungere il minor costo della billetta rispetto al lingotto, di cui si à ̈ già detto sopra.

Una ulteriore riduzione dei costi deriva dalla totale eliminazione del magazzino intermedio di tubi che implica un notevole risparmio di investimento, di spazio, di costi operativi e di manutenzione.

Infine il laminatoio principale realizza allungamenti modesti, quindi gli scarti del tubo (testa e coda) sono minimi rispetto a quello che avviene in altre macchine, come ad esempio nel laminatoio a passo del pellegrino. L’alta resa del materiale riduce quindi i costi di produzione. Per inciso, gli allungamenti modesti determinano che anche gli sforzi sono molto contenuti, a vantaggio dell’usura dell’attrezzatura.

Rispetto alla tecnica nota, l’impianto e il metodo secondo l’invenzione consentono inoltre di ottenere sensibili vantaggi in termini di qualità del tubo finito. Della miglior qualità dell’acciaio da billetta rispetto al lingotto si à ̈ già detto sopra. Inoltre la ridottissima formazione di ossidi ottenuta mediante la lavorazione secondo l’invenzione, determina una lavorabilità nettamente migliore del materiale e quindi una miglior qualità finale. Infine, eliminando la laminazione a passo del pellegrino si ottiene una miglior qualità superficiale del tubo semilavorato e, quindi, del tubo finito, nonché tolleranze dimensionale molto più strette.

Inoltre, poiché nell’impianto secondo l’invenzione il laminatoio espansoreallungatore à ̈ posto all’inizio della linea produttiva, le successive lavorazioni riescono a ridurre sensibilmente i problemi connessi all’uso di tale macchina. In particolare, il laminatoio principale à ̈ in grado di appianare le irregolarità elicoidali che tipicamente si trovano sulla parete interna del tubo al termine della lavorazione all’espansore. Tale caratteristica dell’invenzione consente di ottenere tubi di qualità nettamente migliore rispetto a quelli ottenuti mediante le tecnologie tradizionali. Studi appositi condotti dalla richiedente hanno portato a definire “molto alta†la qualità interna dei tubi prodotti secondo l’invenzione. Analoghi studi condotti su tubi dello stesso tipo ma prodotti con laminatoio a passo del pellegrino o con laminatoio espansore tradizionale hanno portato a definire la qualità di tali tubi “medio-bassa†.

Si consideri ancora che dagli studi condotti dalla richiedente risulta in modo evidente la migliore concentricità dello spessore di parete (cioà ̈ la sua uniformità lungo la circonferenza del tubo) che si può ottenere con l’impianto secondo l’invenzione rispetto agli impianti di tipo noto, in particolare rispetto al laminatoio a passo del pellegrino e rispetto all’espansore di tipo tradizionale.

Considerando ad esempio gli spessori di parete grandi ed extra-grandi, le tolleranze percentuali sulla concentricità risultano circa la metà di quelle ottenute con un laminatoio a passo del pellegrino e poco più della metà di quelle ottenute con un espansore tradizionale. Tale vantaggio qualitativo si riduce leggermente al diminuire dello spessore di parete, mantenendosi però su valori di tolleranze percentuali nettamente inferiori rispetto alla tecnica nota.

In termini di sicurezza ambientale e degli operatori, la ridottissima formazione di ossidi riduce al minimo il problema della loro rimozione e del conseguente impiego di soluzione salina.

Infine, l’impianto secondo l’invenzione à ̈ caratterizzato anche da una certa flessibilità. Infatti tale impianto non consente solo la produzione dei tubi di grande diametro, diametro cioà ̈ compreso tra 18†e 28†. L’impianto secondo l’invenzione consente anche, by-passando il laminatoio espansoreallungatore, la produzione di tubi di medio diametro, compreso cioà ̈ tra 13 3/8†e 20†, e anche di grande spessore. La produzione à ̈ estremamente competitiva in termini di qualità del tubo finito e consente di aumentare la produttività complessiva dell’impianto. I tubi di grande diametro rappresentano infatti una quota relativamente piccola del mercato e abbinare la produzione di tubi di medio diametro può velocizzare sensibilmente l’ammortamento dell’intero impianto e il ritorno del relativo investimento.

Come risulterà chiaro alla persona esperta, l’impianto e il metodo secondo l’invenzione superano almeno parzialmente gli inconvenienti individuati con riferimento alla tecnica nota.

Alle forme di realizzazione dell’impianto e del metodo per la produzione di tubi senza saldatura di grande diametro secondo l’invenzione, la persona esperta potrà, al fine di soddisfare specifiche esigenze, apportare modifiche e/o sostituzioni di elementi descritti con elementi equivalenti, senza per questo uscire dall’ambito delle rivendicazioni allegate.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto per la laminazione di tubi senza saldatura, comprendente: - un forno adatto a riscaldare billette prodotte da colata continua; - un laminatoio perforatore adatto a perforare longitudinalmente le billette così da ottenere un semilavorato forato; - un laminatoio espansore-allungatore adatto ad espandere il diametro del semilavorato forato e adatto ad allungare il semilavorato forato così da ottenere un tubo semilavorato; - un laminatoio principale continuo del tipo comprendente gabbie a due o più rulli, in cui la posizione radiale dei rulli à ̈ regolabile, per la laminazione su mandrino trattenuto di un tubo; - un laminatoio estrattore-riduttore a rulli fissi posizionato a valle del laminatoio principale e in linea con esso, il laminatoio estrattore-riduttore essendo adatto ad estrarre il tubo dal mandrino e a definire il diametro del tubo fino ad un valore predeterminato; - un laminatoio calibratore adatto a definire il diametro del tubo finito, il laminatoio calibratore essendo del tipo in cui la posizione radiale dei rulli à ̈ regolabile; e - un letto di raffreddamento; in cui l’impianto comprende una linea di by-pass adatta ad alimentare il semilavorato forato in uscita dal perforatore direttamente al laminatoio principale, evitando il laminatoio espansore-allungatore.
2. 2. Impianto secondo la rivendicazione 1 in cui il laminatoio perforatore comprende una coppia di rulli rotanti attorno a rispettivi assi tra loro sghembi, e una punta ogivale.
3. 3. Impianto secondo la rivendicazione 1 o 2 in cui il laminatoio espansore-allungatore (10) comprende una coppia di rulli (12) a conicità multipla rotanti attorno a rispettivi assi tra loro sghembi, e una punta ogivale (14).
4. 4. Impianto secondo una qualsiasi rivendicazione precedente in cui il laminatoio perforatore e il laminatoio espansore-allungatore sono la medesima macchina (10), tale macchina essendo predisposta per poter assumere due differenti configurazioni definite dall’orientazione degli assi dei rulli (12) e dalla forma della punta ogivale (14).
5. 5. Impianto secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, in cui il laminatoio principale (30) comprende gabbie di laminazione (34) a tre o più rulli.
6. 6. Impianto secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, in cui il laminatoio principale (30) comprende quattro successive gabbie di laminazione (34).
7. 7. Impianto secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, comprendente inoltre, a valle del laminatoio estrattore-riduttore, mezzi di misurazione dello spessore della parete del tubo semilavorato; il laminatoio principale essendo adatto a regolare la posizione radiale dei rulli sulla base della misura dello spessore di parete del tubo in uscita dal laminatoio estrattore-riduttore.
8. 8. Impianto secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, in cui il mandrino (32) del laminatoio principale (30) à ̈ trattenuto in modo tale che nessuna delle sue sezioni sia sottoposta all’azione di due successive stazioni di laminazione (34).
9. 9. Impianto secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, in cui il mandrino (32) del laminatoio principale (30) à ̈ composto da almeno due spezzoni (32’, 32†); e in cui la giunta (33) tra due spezzoni (32’, 32†) non à ̈ impegnata sotto nessuna stazione di laminazione (34) durante la laminazione.
10. 10. Impianto secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, in cui il laminatoio calibratore comprende mezzi di misurazione della temperatura del tubo in entrata e mezzi di misurazione del diametro del tubo finito in uscita; detto laminatoio calibratore essendo adatto a regolare la posizione radiale dei rulli sulla base della misura della temperatura del tubo in entrata e sulla base della misura del diametro del tubo finito in uscita.
11. 11. Metodo per la laminazione di tubi senza saldatura, comprendente le fasi di: - Riscaldare una billetta prodotta da colata continua; - Perforare longitudinalmente la billetta riscaldata così da ottenere un semilavorato forato; - Espandere ed allungare il semilavorato forato per aumentarne il diametro e la lunghezza e ridurne lo spessore; - Laminare il tubo semilavorato in un laminatoio principale continuo, a mandrino trattenuto, con gabbie a due o più rulli regolabili, così da ottenere un tubo; - Estrarre il tubo dal mandrino; - Definire il diametro del tubo finito, in un laminatoio calibratore del tipo a rulli regolabili, fino ad un valore predeterminato; e - Raffreddare il tubo finito.
12. 12. Metodo secondo la rivendicazione precedente, comprendente inoltre le fasi di: - Misurare lo spessore della parete del tubo dopo l’estrazione dal mandrino; e - Regolare la posizione radiale dei rulli del laminatoio principale sulla base della misura dello spessore di parete del tubo.
13. 13. Metodo secondo la rivendicazione 11 o 12, comprendente inoltre le fasi di: - Misurare la temperatura del tubo in entrata nel laminatoio calibratore; - Misurare il diametro del tubo in uscita dal laminatoio calibratore; e - Regolare la posizione radiale dei rulli del laminatoio calibratore sulla base della misura della temperatura del tubo in entrata e sulla base della misura del diametro del tubo in uscita.
14. 14. Metodo secondo una qualsiasi rivendicazione da 11 a 13, in cui la fase di perforare longitudinalmente la billetta una così da ottenere un semilavorato forato à ̈ portata a termine mediante una macchina riconfigurabile, ed à ̈ seguita dalla fase di riconfigurare la macchina in modo da renderla adatta ad espandere ed allungare il semilavorato forato per aumentarne il diametro e la lunghezza e ridurne lo spessore.