ITUB20154597A1 - Manicotto per fonderia o acciaieria - Google Patents

Description

MANICOTTO PER FONDERIA 0 ACCIAIERIA

(FEEDER FOR FOUNDRY OR STEEL PLANT)

DESCRIZIONE

Campo dell'invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un manicotto per fonderia o per acciaieria, e in particolare si riferisce ad un manicotto del tipo utilizzato per realizzare materozze in fonderia o lingotti in acciaieria.

Stato dell'arte

Uno dei più noti processi usati dall'uomo per ottenere oggetti metallici consiste nel colare metallo fuso in stampi nei guali è presente una cavità di forma corrispondente al pezzo che si desidera ottenere. Una volta che il metallo si è sufficientemente raffreddato, lo stampo può essere aperto o distrutto, a seconda che si tratti di uno stampo permanente o transitorio, e il pezzo estratto.

Ad esempio la lavorazione classica di fonderia è guella della colata in terra: il metallo fuso viene colato in uno stampo composto da una terra speciale, detta terra da fonderia, che alla fine del processo viene disgregata per poter estrarre il manufatto, chiamato anche getto. Il seguente video mostra la fusione di parti complesse di un motore Ferrari realizzato in alluminio: https://www.youtube .com/watch?v=iBnOKOAfLnY.

Durante la colata la temperatura del metallo deve rimanere sempre superiore alla relativa temperatura di fusione o superiore alla temperatura di completamento della fusione nel caso di lega metallica. E indispensabile che la temperatura di colata resti sufficientemente elevata al fine di evitare che il metallo fuso inizi a solidificare durante il relativo percorso verso la forma definita nello stampo; un'eventuale solidificazione anche parziale del metallo durante la colata potrebbe compromettere la qualità del manufatto ottenuto.

Solo quando il metallo liquido ha riempito completamente lo stampo è ammesso il raffreddamento fino alla completa solidificazione . Il metallo solidificato assume la forma definitiva del manufatto che si intende ottenere con questa tecnica.

Durante la solidificazione, cioè durante il passaggio di fase da liquido a solido, tutti i metalli sono soggetti ad una contrazione volumetrica, cioè una riduzione di volume. L'entità di questa contrazione è proporzionale al gradiente di temperatura subito dal metallo. I tecnici che operano nel settore della fonderia conoscono molto bene questo fenomeno e ne tengono conto per il corretto dimensionamento dello stampo. In altre parole gli stampi sono leggermente sovradimensionati rispetto al manufatto che si desidera ottenere, ad esempio 0,51 più voluminosi, proprio perché è necessario fornire sufficiente volume al metallo in fase liquida, prima che si contragga a causa del raffreddamento .

Il processo di solidificazione del metallo all'interno dello stampo è complesso ed è spesso oggetto di studio in ambito accademico. La solidificazione del metallo inizia sempre in corrispondenza delle pareti dello stampo, cioè il manufatto si raffredda più velocemente all'esterno, per via del fatto che scambia calore proprio con lo stampo, rispetto all'interno. E' quindi sempre necessario attendere che anche 1'interno del manufatto solidifichi prima di aprire lo stampo.

Il tempo Tmnecessario ad ottenere la completa solidificazione del manufatto è espresso dalle seguenti formule:

(1) Tm= km-Mm

(2) Mn= Vm/ Sm,

dove Kmè una costante che dipendente dal metallo utilizzato e dal materiale dello stampo ed M™è il modulo termico del manufatto, espresso a sua volta dal rapporto tra il volume Vmdel manufatto e la sua superficie Sm.

E' evidente che a parità di volume Vm, se aumenta la superficie Smdel manufatto, cioè la superficie di scambio termico con lo stampo, diminuisce proporzionalmente il tempo necessario al raffreddamento fino alla solidificazione .

I manufatti caratterizzati da un modulo termico basso sono particolarmente soggetti al fenomeno cosiddetto del cono di ritiro. Gli strati di metallo che via via solidificano a partire dalla superficie del manufatto creano una sorta di imbuto nel guaie si ritira il metallo liguido; in pratica 1'ultima parte del metallo, guella che resta al centro del manufatto, solidificando si accumula nell' imbuto.

Per evitare che il cono di ritiro possa estendersi eccessivamente , rovinando il manufatto, vengono normalmente utilizzate delle materozze . Si tratta di riserve di metallo fuso che si predispongono in appositi manicotti (sleeve) sullo stampo, sopra i canali di colata o anche direttamente sul getto . I manicotti sono anche chiamati alimentatori (feeder).

Le materozze hanno una duplice funzione:

- aumentare la pressione del metallo liguido nel manufatto, cioè aumentare il montante (colonna di metallo fuso) che esercita pressione sul metallo fuso nello stampo;

spostare nella mate rozza, e guindi esternamente al manufatto, il baricentro termico del metallo in raffreddamento, dimodoché il cono di ritiro non possa mai estendersi nel manufatto, ma al più possa interessare solamente le materozze .

Il baricentro termico è il punto dove il metallo solidifica per ultimo.

Affinché una materozza sia efficace, è necessario che la solidificarione del metallo termini nella materozza, e per questo motivo il canale di colata che la collega al manufatto deve essere opportunamente dimensionato in modo da non solidificarsi prima della materozza.

Una volta che il processo è terminato, i manicotti vengono distrutti, il manufatto estratto dallo stampo e le materozze solidificate vengono tagliate, cioè separate dal manufatto. Una parte del metallo delle materozze viene riciclato. Non è possibile riciclare tutto il metallo delle materozze proprio perché nelle materozze è presente il cono di ritiro.

Allo scopo di minimizzare la velocità di raffreddamento del metallo delle materozze, sono stati proposti manicotti appositamente adibiti a questo scopo, isolanti per contenere la dispersione di calore della materozza, oppure esotermici, cioè che reagiscono con il metallo fuso colato al loro interno, generando calore.

Alcuni dei più noti produttori di manicotti sono le aziende ASK CHEMICALS, FOSECO, ASHLAND e LUNGEN.

Il seguente filmato mostra alcuni esempi di manicotti esotermici: https://www.youtube.com/watch?v=tC4qSxMrYO8.

Manicotti secondo la tecnica nota sono ad esempio descritti in WG 01/15833, WO 2014/083155, EP 2815819, EP 1868753.

EP 2489449 descrive una soluzione ibrida: un manicotto con corpo interno esotermico e camicia esterna isolante.

I manicotti oggi disponibili sono realizzati utilizzando, ad esempio, miscele di ossidi di alluminio, microsfere, leganti organici , ossidi di ferro, guarzo macinato, potassio alluminio fluoruro, alluminio metallico, ossidanti, fibra organica, fibra ceramica, o fibre biosolubili.

La formula (1) è applicabile anche ai manicotti per calcolare il tempo di solidificazione delle materozze:

(3) Tf= kf*Mf;(4) Mf= Vf/ Sf, ;dove Mfè il modulo del manicotto, espresso a sua volta come rapporto tra il volume Vfdel manicotto (e guindi il massimo volume possibile della materozza) e la superficie Sfbagnatile dal metallo al suo interno; la costante kf, chiamata fattore di estensione del modulo (FEM), è: ;(5) kf= a-b, ;dove a è un fattore che dipende dal metallo colato nel manicotto e dove b è un fattore che dipende dalle caratteristiche termiche del materiale del manicotto, dalla sua forma e dalla forma della materozza. ;I manicotti vengono progettati per fornire un fattore FEM il più grande possibile, per massimizzare il tempo Tfdi raffreddamento delle materozze , dimodoché sia sempre verificata la condizione : ;(6) Mf> M*.

I manicotti possono essere forati, per consentire di colare il metallo fuso nello stampo attraverso il manicotto stesso, oppure ciechi , se la finalità è quella di alimentare una zona interna dello stampo.

I manicotti per fonderia oggi disponibili hanno in comune la geometria interna: la cavità preposta a contenere il metallo inizialmente fuso, e quindi la mate rozza, è sostanzialmente cilindrica . Questo perché i manicotti sono da sempre concepiti come una sorta di prolungamento del canale di colata al di fuori dello stampo . Al più i manicotti esotermici noti sono provvisti di una porzione cuneiforme sporgente nella cavità interna per un tratto trascurabile . Tale porzione ha la funzione di innescare la reazione esotermica nel manicotto .

La Richiedente ha riscontrato che gli attuali manicotti per fonderia possono essere migliorati . Negli ultimi anni la ricerca è stata focalizzata sui materiali di costruzione dei manicotti , ma nonostante gli investimenti fatti dai produttori, le prestazioni dei manicotti non sono aumentate in modo sostanziale.

Una delle modalità utilizzate in acciaieria per ottenere i lingotti di acciaio è quella di solidificare in appositi stampi 1'acciaio fuso. Questi stampi sono chiamati appunto "lingottiere".

La tecnica del colaggio diretto consiste nel portare la siviera sopra la lingottiera e colare al suo interno il metallo fuso. La tecnica del colaggio in sorgente prevede di colare l'acciaio in una colonna collegata a canali sotterranei che portano il metallo a sorgere nella lingottiera dal fondo.

Dopo il colaggio le lingottiere vengono portate nel reparto per lo strippaggio, ossia si estraggono i lingotti appena solidificati dalle lingottiere. Queste sono capovolte e, tramite due becchi posti ai lati, con due speciali tenaglie si provvede a sfilare il lingotto dal contenitore.

Anche nella produzione di lingotti di acciaio si utilizzano manicotti associati alle lingottiere, anche se il termine comunemente utilizzato in acciaieria per identificare questi elementi è "hot top ". Il compito degli hot top è di creare corrispondenti accumuli di metallo sopra il lingotto in formazione.

I fenomeni fisici che governano la solidificazione dell'acciaio non sono significativamente diversi da quelli descritti sopra in relazione ai getti di fonderia. Pertanto gli inconvenienti descritti sopra in relazione ai manicotti sono riscontrabili anche nell'utilizzo degli hot top.

Sommario dell'invenzione

Per semplificare la descrizione della presente invenzione si utilizzerà più di frequente il termine manicotto rispetto all'espressione hot top, volendo identificare comunque 1'elemento da associare allo stampo o alla lingottiera, ma il tecnico del settore deve aver chiaro che 1'uso del termine materozza in acciaieria è in realtà improprio.

Analogamente, per semplicità si utilizzerà il termine materozza per identificare sia la porzione di metallo solidificato nel manicotto di fonderia che la porzione di metallo solidificato nel hot top di acciaieria.

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di mettere a disposizione un manicotto per fonderia o un hot top per acciaieria provvisto di prestazioni migliori rispetto ad un manicotto/ hot top tradizionale, a parità di materiale usato per la sua costruzione.

In particolare scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un manicotto per fonderia o un hot top per acciaieria che rispetto ad un elemento tradizionale permetta di ottenere materozze di volume minore, oppure a parità di volume delle materozze permetta di ottenere un maggiore modulo Mfdella materozza.

La presente invenzione concerne pertanto un manicotto per fonderie o un hot top per acciaierie secondo la rivendicazione 1.

In particolare il manicotto/hot top comprende una parete laterale esterna che delimita un volume interno destinato ad accogliere metallo fuso da solidificare in una materozza. A differenza delle soluzioni tradizionali il volume interno è suddiviso in due o più camere in modo tale da massimizzare il rapporto tra la superficie bagnatile dal metallo fuso e il corrispondente volume.

Il concetto alla base della presente invenzione è suddividere il volume interno del manicotto in più cavità, appunto le camere interne; guesta scelta determina un sostanziale aumento del rapporto tra la superficie di scambio termico, in pratica le pareti interne del manicotto bagnate dal metallo fuso, e il volume del metallo fuso colato nel manicotto. Questo favorisce 1'aumento del fattore di estensione del modulo (FEM).

1/espressione 'superficie bagnabile' identifica la superficie interna del manicotto / hot top che può entrare in contatto col metallo fuso guando guesto viene colato al suo interno. Di solito i manicotti sono riempiti fino all'orlo.

I vantaggi offerti dalla soluzione proposta sono molteplici.

Un primo vantaggio è che il manicotto favorisce 1'aumento del tempo necessario affinché la materozza solidifichi completamente. A parità di ingombri del manicotto rispetto ad un manicotto tradizionale , la soluzione proposta permette infatti di ottenere tempi di solidificazione più lunghi delle materozze.

Come spiegato sopra, per ottenere un buon manufatto, cioè correttamente realizzato e non uno scarto, è indispensabile che la materozza si solidifichi successivamente al manufatto stesso o alla parte del manufatto alla quale la materozza è associata. Pertanto 1'aumento del tempo necessario per completare la solidificazione della materozza e 1'aumento del modulo della materozza sono due fattori estremamente importanti per garantire la qualità dei manufatti.

Un secondo vantaggio è dato dal fatto che il manicotto secondo la presente invenzione funziona con quantità di metallo fuso sensibilmente minori rispetto ad un tradizionale manicotto avente gli stessi ingombri. In pratica il manicotto secondo la presente invenzione oltre a garantire tempi di solidificazione della materozza più lunghi ed un maggiore modulo termico, si distingue anche per il fatto di creare materozze di volume ridotto, anche di oltre il 501 rispetto ad un manicotto tradizionale. Evidentemente questo si traduce in ridotti consumi di metallo fuso, e minori scarti: dato che le materozze sono più piccole rispetto a quanto si potrebbe ottenere con manicotti tradizionali, a parità di condizioni, anche il metallo da scartare in prossimità del cono di ritiro è minore.

In altre parole il manicotto secondo la presente invenzione permette di utilizzare un minore volume di metallo fuso rispetto ad un manicotto tradizionale di pari capacità ed ingombri, oppure a parità di volume di metallo fuso utilizzato fornisce un maggiore modulo Mfdella materozza.

I vantaggi sopra descritti sono riscontrabili sia in fonderia che in acciaieria.

II manicotto può essere isolante o esotermico; i vantaggi descritti sopra si ottengono in ogni caso.

La base del manicotto è aperta per consentire al metallo fuso di colare nello stampo o nella lingottiera, oppure di risalire nel manicotto dallo stampo o dalla lingottiera. Superiormente, invece, il manicotto può essere aperto, ad esempio per permettere la colata del metallo fuso dall'esterno, come dalla siviera, o se la posizione nello stampo lo consente, oppure chiuso se il volume da alimentare è interno ed è quindi coperto dalla sabbia di formatura.

Il manicotto secondo la presente invenzione è utilizzabile con diversi metalli , ad esempio ghisa, acciaio, leghe.

Preferibilmente le camere sono separate le une dalle altre da una o più pareti interne del manicotto.

Nella forma di realizzazione preferita le pareti interne e la parete esterna sono realizzate di pezzo, cioè costituiscono una singola struttura monolitica. In alternativa le pareti interne sono definite da un inserto inseribile nel volume interno del manicotto.

Preferibilmente le pareti interne e la parete esterna sono realizzate con lo stesso materiale.

Nella forma di realizzazione preferita, le camere si estendono in altezza per almeno il 501 dell'altezza del volume interno del manicotto, e preferibilmente per almeno il 701. In altre parole le camere hanno un'estensione in altezza rilevante e non trascurabile rispetto all'estensione in altezza del manicotto stesso.

Preferibilmente il manicotto comprende una base, destinata ad essere appoggiata su uno stampo in corrispondenza di un canale di colata o del getto da alimentare oppure contro una lingottiera, e una sommità. A sua volta la sommità può essere aperta, ad esempio per permettere di colare il metallo fuso attraverso il manicotto, oppure chiusa, per alimentare una parte interna dello stampo in fonderia. In una forma di realizzazione le camere si uniscono in corrispondenza della base a formare un'unica camera inferiore, ad esempio una camera che si estende in altezza per solo il 251 dell'altezza del volume interno del manicotto. In alternativa le camere si estendono dalla base alla sommità del manicotto, per tutta 1'altezza disponibile internamente.

Le camere possono avere varie geometrie. Ad esempio possono essere coniche, con diametri decrescenti verso la sommità del manicotto, oppure possono avere generatrici parallele.

Ad esempio le camere possono avere sezione trasversale circolare, oppure ovale o poligonale.

In una forma di realizzazione le camere hanno sezione trasversale a stella, semisferica o a petalo, guadrata o frastagliata con tre o più punte, o incavi, per massimizzare la superficie bagnabile dal metallo fuso.

In generale le camere hanno tutte la stessa estensione in altezza, oppure le camere disposte più centralmente nel manicotto sono più alte di guelle esposte in corrispondenza della parete laterale esterna.

Preferibilmente il manicotto è realizzato come un singolo pezzo, ma in alternativa può essere realizzato in almeno due porzioni, una porzione inferiore che costituisce la base destinata ad essere appoggiata su uno stampo in corrispondenza di un canale di colata, o di un getto o di una lingottiera e una porzione superiore, che comprende le camere. In questa forma di realizzazione la porzione inferiore e la porzione superiore sono vincolabili una all'altra, ad esempio con un accoppiamento di forma o un incastro, oppure per incollaggio.

La porzione inferiore può essa stessa essere internamente suddivisa in camere distinte, oppure definisce al suo interno una singola camera inferiore.

In una forma di realizzazione per la fonderia il manicotto è inferiormente provvisto di un inserto metallico, oppure un inserto in sabbia o in cromite, in corrispondenza dell'apertura attraverso la quale il metallo fuso cola nello stampo o risale dallo stampo. L'inserto può essere scorrevole rispetto al manicotto, ad esempio in modo telescopico, oppure può essere un soffietto o fisso, dimodoché dopo la solidificazione del metallo la materozza possa essere tagliata con facilità dal getto. Questo inserto ha anche la funzione, nel caso di utilizzo su manicotti esotermici, di creare una distanza tra il getto e il manicotto esotermico. La reazione esotermica del manicotto se a contatto con il getto potrebbe modificare le caratteristiche del metallo del getto da alimentare.

In una forma di realizzazione alternativa del manicotto, per la quale la Richiedente si riserva di depositare una domanda di brevetto divisionale, il volume interno non è suddiviso in più camere, come nei casi precedentemente descritti; in questa forma di realizzazione la camera interna è una singola camera delimitata lateralmente dalla parete interna del manicotto. Vista in sezione trasversale (sezione orizzontale) la parete interna risulta poligonale o comunque frastagliata, con una pluralità di incavi, anche appuntiti. Ad esempio la sezione ha forma di stella a più punte, oppure è provvista di nicchie o lobi (concavi o convessi) radiali.

Questa forma di realizzazione alternativa ha una capacità maggiore rispetto alle varianti precedentemente descritte.

Si consideri che le sezioni mostrate nelle figure 31-34 possono essere usate anche per realizzare la inferiore camera 8 mostrata nelle figure 1, 3 , 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23-30, cioè la camera inferiore 8 è realizzabile con sezione poligonale o frastagliata come mostrato nelle figure 31-34.

Breve elenco delle figure

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno meglio evidenziati dall'esame della seguente descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, illustrata a titolo indicativo e non limitativo, col supporto dei disegni allegati, in cui:

- la figura 1 è una sezione verticale di un manicotto per fonderia secondo una prima forma di realizzarione

- la fiqura 2 è una sezione orizzontale del manieotto most rato in fiqura 1;

- la fiqura 3 è una sezione verticale di un manieotto per fonderia secondo una seconda forma di realizzazione - la fiqura 4 è una sezione orizzontale del manieotto most rato in figura 3;

- la figura 5 è una sezione verticale di un manieotto per fonderia secondo una terza forma di realizzarione ;

- la figura 6 è una sezione orizzontale del manieotto most rato in figura 5;

- la figura 7 è una sezione verticale di un manieotto per fonderia secondo una quarta forma di realizzazione ;

- la figura 8 è una sezione orizzontale del manieotto most rato in figura 7;

- la figura 9 è una sezione verticale di un manieotto per fonderia secondo una quinta forma di realizzazione ;

- la figura 10 è una sezione orizzontale del manieotto most rato in figura 9;

- la figura 11 è una sezione verticale di un manieotto per fonderia secondo una sesta forma di realizzarione ;

- la figura 12 una sezione orizzontale del manieotto most rato in figura 1

- la figura 13 è una sezione verticale di un manieotto per fonderia secondo una settima forma di realizzazione - la figura 14 è una sezione orizzontale del manicotto mostrato in figura 13;

- la figura 15 è una sezione verticale di un manicotto per fonderia secondo una ottava forma di realizzazione;

- la figura 16 è una sezione orizzontale del manicotto mostrato in figura 15;

- la figura 17 è una sezione verticale di un manicotto per fonderia secondo una nona forma di realizzazione;

- la figura 18 è una sezione orizzontale del manicotto mostrato in figura 17;

- la figura 19 è una sezione verticale di un manicotto per fonderia secondo una decima forma di realizzazione;

- la figura 20 è una sezione orizzontale del manicotto mostrato in figura 19;

- le figure dalla 21 alla 30 sono sezioni verticali di corrispondenti ulteriori forme di realizzazione del manicotto per fonderia secondo la presente invenzione;

- le figure dalla 31 alla 34 sono sezioni orizzontali di corrispondenti forme di realizzazione del manicotto per la guaie la Richiedente si riserva di depositare una domanda di brevetto divisionale;

- la figura 35 è uno schema che mostra la tecnica del colaggio in sorgente di lingotti in acciaieria;

- la figura 36 è uno schema che mostra la tecnica del colaggio diretto di lingotti in acciaieria;

la figura 37 è una vista in sezione orizzontale (trasversale) di un primo hot top secondo la presente invenzione per 1'utilizzo nella produzione di lingotti di acciaio;

- la figura 38 è una vista in sezione verticale (in elevazione) del hot top mostrato in figura 37;

- la figura 39 è una vista in sezione orizzontale di un secondo hot top secondo la presente invenzione per 1'utilizzo nella produzione di lingotti di acciaio;

- la figura 40 è una vista in sezione verticale del hot top mostrato in figura 39;

- la figura 41 è una vista in sezione orizzontale di un terzo hot top secondo la presente invenzione per 1'utilizzo nella produzione di lingotti di acciaio;

- la figura 42 è una vista in sezione verticale del hot top mostrato in figura 41;

- la figura 43 è una vista in sezione orizzontale di un guarto hot top secondo la presente invenzione per l'utilizzo nella produzione di lingotti di acciaio;

- la figura 44 è una vista in sezione verticale del hot top mostrato in figura 43.

Descrizione dettagliata dell'invenzione

Le figure 1 e 2 mostrano un manicotto 100 secondo la presente invenzione. In particolare la figura 100 è una vista in sezione verticale, cioè considerata su un piano verticale e diametrale ; la figura 2 è una vista in sezione trasversale presa sul piano orizzontale A-A indicato in figura 1.

Viste analoghe sono proposte per i manicotti mostrati nelle figure dalla 3 alla 20.

Tornando ora alle figure 1 e 2, il manicotto 100 mostrato è di tipo esotermico, ma la stessa geometria è utilizzabile per realizzare un manicotto isolante.

Il manicotto 100 è realizzato di pezzo, cioè è monolitico, ed è provvisto di una base 2, una sommità 3 e una parete laterale 4 che delimita un volume 5 interno al manicotto 100 stesso destinato a contenere il metallo fuso che deve solidificare a formare una materozza. La base 2 è destinata ad essere posizionata in battuta sul getto da alimentare o contro un canale di colata di uno stampo di fonderia, tipicamente uno stampo per fusioni in sabbia. Come si può notare, il volume interno 5 del manicotto 1 è in gran parte diviso in due ambienti, o camere, 6 e 7, separate . Solo in corrispondenza della base 2 le camere 6 e 7 sono unite a formare un unico ambiente 8. Si potrebbe anche dire che le camere separate 6 e 7 confluiscono in una singola camera inferiore 8, in corrispondenza della base 2.

In generale tuttavia la camera inferiore 8 può non essere presente, e le camere 6, 7 possono estendersi per tutta 1'altezza del manicotto 100.

Ciò che mantiene separate le camere 6 e 7 è una parete 9 interna del manicotto 100; la parete interna 9 è unita alla parete laterale 4 ed in particolare è integrale con essa.

Come si può notare osservando la figura 1, 1'estensione in altezza delle camere 6, 7 è pari a circa il 701 dell'altezza complessiva H del manicotto 100. La camera inferiore 8 si estende infatti in altezza per solo il 301 dell'altezza H.

Nell'esempio mostrato nelle figure 1 e 2 il manicotto 100 ha una generica sezione circolare ed è conico, ma le camere 6 e 7 hanno una sezione ovale e costante per tutta 1'estensione verticale delle camere 6 e 7 stesse.

Le camere 6 e 7, poi, si aprono verso 1'esterno in corrispondenza della sommità 3 del manicotto, per permettere di colare metallo fuso nello stampo proprio attraverso il manicotto 100. Le camere 6 e 7 si configurano guindi come prolungamenti dei canali di colata dello stampo sul guaie il manicotto 100 è posizionato.

Considerando la sezione di figura 2, e tenendo a mente che i disegni non sono in scala ma sono solo indicativi, 1'area della sezione è pari a circa 13,70 cm<2>e 1'area intercettata da ciascuna delle camere 6 e 7 è pari a circa 3,91 cm<2>.

Le figure 3 e 4 osfrano un diverso manicotto 200 che si differenzia rispetto al primo manicotto 100 per il fatto che le camere 6 e 7 sono superiormente chiuse, cioè non sono accessibili dall'esterno in corrispondenza della sommità 3. Questa forma di realizzazione è utilizzabile quando non occorre colare il metallo fuso attraverso il manicotto 200, ma la funzione del manicotto si limita a consentire la risalita del metallo fuso dallo stampo. In pratica il manicotto 200 viene posizionato sullo stampo, allineato con un canale di risalita, in modo tale che il metallo fuso che fuoriesce dallo stampo lungo il canale di risalita entri nel manicotto 200 fino a riempire almeno in parte le camere 6 e 7, dove ha inizio la solidificazione.

Le figure 5 e 6 mostrano una terza forma di realizzazione . Il volume interno 5 del manicotto 300 è diviso in tre camere 10, 11 e 12 disposte a 120° l'una dall'altra rispetto al centro della sezione orizzontale di figura 6. Le camere 10-12 sono leggermente coniche ed hanno sezione trasversale circolare.

In pratica la parete interna 9 occupa tutta la sezione trasversale del manicotto 300, tranne appunto in corrispondenza delle camere 10-12.

Anche nel manicotto 300 le camere 10-12 si aprono verso 1'alto e confluiscono nella camera 8 in corrispondenza della base 2 del manicotto.

Anche nel manicotto 300 le camere 10-12 si estendono per circa il 701 dell'altezza H del manicotto stesso.

Considerando la sezione di figura 6, e tenendo a mente che i disegni non sono in scala ma sono solo indicativi, 1'area della sezione è pari a circa 13,70 cm<2>e 1'area intercettata da ciascuna delle camere 10-12 è pari a circa 2,83 cm<2>.

Le figure 7 e 8 mostrano una guarta forma di realizzazione 400 simile alla precedente, ma che di diverso ha le camere 10-12 superiormente chiuse.

Le figure 9 e 10 mostrano una guinta forma di realizzazione 500 del manicotto. Il manicotto 500 è simile al manicotto 300, con la differenza che è presente la guarta camera 13. Le guattro camere coniche 10-13 sono disposte a croce attorno al centro della sezione mostrata in figura 10.

Anche nel manicotto 500 le camere 10-13 si estendono per circa il 701 dell'altezza H del manicotto stesso.

Le figure 11 e 12 mostrano una sesta forma di realizzazione 600 simile alla precedente, ma che di diverso ha le camere 10-13 superiormente chiuse.

Le figure 13 e 14 mostrano una settima forma di realizzazione 700 del manicotto. Il manicotto 700 è simile al manicotto 500, con la differenza che è presente la guinta camera 14. Le cingue camere coniche 10-14 sono disposte a pentagono attorno al centro della sezione mostrata in figura 14.

Evidentemente anche nel manicotto 700 le camere 10-14 si estendono per oltre il 501 dell'altezza H del manicotto stesso.

Le figure 15 e 16 mostrano un'ottava forma di realizzazione 800 simile alla precedente, ma dove le camere 10-14 sono superiormente chiuse.

La Richiedente ha effettuato test comparativi utilizzando i manicotti 100-800 ed un manicotto standard secondo la tecnica nota, effettuando fusioni in ghisa, ottenendo risultati che sono riassunti nella tabella 1 che segue, dove il modulo è espresso in centimetri, il volume del manicotto è espresso in dm<3>, la riduzione di volume rispetto al manicotto di riferimento della tecnica nota è espressa in percentuale, le guantità di ghisa sono tutte espresse in chilogrammi e la capacità di cessione in volume rispetto manicotto di riferimento della tecnica nota è espressa in percentuale.

TABELLA 1

Quantità

di ghisa Quantità Volume liquida Quantità di di ghisa Capacità Modulo del Riduzione colata/ri ghisa ceduta di Manicotto [cm] Manicotto di volume salita solidificata allo cessione [dm<3>] nel nel manicotto stampo in volume manicotto Ekg]

[kg]

[kg]

Manicotto

di

riferimen riferi Coo, to della 2,74 0,80 6,250 4,700 1,550 Z9J tecnica mento

nota

Manicotto

100 2,74 0,33 591 2,543 1,170 1,373 541 Manicotto

200 2,74 0,24 701 1,781 0,850 0,931 JcZ9oO, Manicotto

300 2,74 0,33 591 2,588 1,440 1,148 441 Manicotto

400 2,74 0,28 651 2,593 1,310 1,283 491 Manicotto

500 2,74 0,27 661 2,056 0,987 1,069 521 Manicotto

600 2,74 0,26 681 1,916 0,881 1,035 541 Manicotto

700 2,74 0,26 681 1,898 0,968 0,930 491 Manicotto

eoo 2,74 0,25 691 1,838 0,845 0,993 541

Dai test effettuati si evince che a parità di modulo rispetto ad un manicotto tradizionale privo di suddivisione interna in camere separate, ovvero un manicotto con un volume interno non suddiviso, i manicotti 100-800 secondo la presente invenzione permettono di ottenere una sostanziale riduzione della quantità di ghisa, sia quella utilizzata in fase liquida, sia la quantità che solidifica nei manicotti trasformandosi in materozze . Inoltre i manicotti 100-800 sono più piccoli.

I test hanno quindi confermato che suddividere il volume interno 5 dei manicotti in camere distinte, separate lateralmente una dall'altra, ha un effetto benefico sul rapporto tra il volume messo a disposizione del metallo fuso e la superficie bagnabile.

Risultati analoghi sono stati ottenuti anche per 1'acciaio .

Verranno ora descritte ulteriori forme di realizzazione .

Le figure 17 e 18 mostrano una nona forma di realizzazione 900 del manicotto. Il manicotto 900 è simile al manicotto 300, con la differenza che le tre camere 10-12 hanno una sezione trasversale a stella a sei punte. In generale è chiaro che il numero delle punte può anche essere diverso. Vantaggiosamente in corrispondenza delle punte della stella il metallo fuso presente nel manicotto 900 bagnerà una maggiore superficie del manicotto. In altre parole la sezione a stella, semisferica o a petalo, guadrata, o comunque frastagliata, permette di massimizzare la superficie di scambio termico tra il metallo e il manicotto aumentando il fattore di estensione del modulo (FEM).

Evidentemente anche nel manicotto 900 le camere 10-12 si estendono per oltre il 501 dell'altezza H del manicotto stesso.

Le figure 19 e 20 mostrano una decima forma di realizzazione 1000 simile alla precedente, ma dove le camere 10-12 sono superiormente chiuse.

La figura 21 mostra un'ulteriore forma di realizzazione 2000 provvista di sommità 3 a cupola e camere 10, 11 chiuse superiormente.

La figura 22 mostra un'ulteriore forma di realizzazione 3000 che si distingue per avere una camera centrale 15 più alta delle restanti camere 10, 11 posizionate attorno ad essa. Inoltre questo manicotto 3000 è privo della camera inferiore 8.

Le figure dalla 23 alla 26 mostrano ulteriori forme di realizzazione , tutte identificate con il numero 4000. La camera inferiore 8 ha una forma diversa rispetto alle versioni descritte sopra . In particolare la camera inferiore 8 è conica, con sezione decrescente verso la base 2, e ie altre camere sono parallele.

Le figure dalla 27 alla 30 mostrano ulteriori forme di realizzazione, tutte identificate con il numero 5000 . Si tratta di manicotti simili ai manicotti 4000, con la differenza che sono realizzati in tre pezzi accoppiabili uno all'altro, preferibilmente in modo modulare . In particolare sono visibili una porzione di base 20, una porzione di sommità 30 e una porzione centrale 40, unibili per incastro . Questa soluzione è vantaggiosa perché permette di comporre un manicotto 5000 come lo si desidera, assemblando le diverse parti 20, 30, 40 a seconda delle necessità, semplificando la gestione del magazzino in fonderia .

In generale però il un manicotto 5000 può essere realizzato componibile con le sole due parti 20 e 30.

Le figure dalla 31 alla 34 mostrano una variante differente del manicotto, per la guaie la Richiedente si riserva di depositare una domanda di brevetto divisionale.

In particolare la figura 31 mostra un manicotto 100' provvisto della sola camera interna 10 la cui sezione trasversale definisce una stella a più punte 101. Nel caso specifico le punte 101 sono dodici, ma il numero può essere diverso, ad esempio otto, dieci, sedici, ecc..

La figura 32 mostra un manicotto 100' provvisto della sola camera interna 10 la cui sezione trasversale è circolare con una pluralità di nicchie poligonali 102 disposte radialmente e sporgenti verso la parete esterna del manicotto 100'. Nel caso specifico le nicchie 102 sono otto, ma il numero può essere diverso, ad esempio dieci, dodici, ecc..

La figura 33 mostra un manicotto 100' provvisto della sola camera interna 10 la cui sezione trasversale è circolare con una pluralità di lobi circonferenziali 103 sporgenti verso la parete esterna del manicotto 100', come petali di un fiore. Nel caso specifico i lobi 103 sono dodici, ma il numero può essere diverso, ad esempio otto, sei, dieci, ecc..

La figura 34 mostra un manicotto 100' provvisto della sola camera interna 10 la cui sezione trasversale è circolare con una pluralità di punte 104 a forma di freccia sporgenti verso la parete esterna del manicotto 100'. Nel caso specifico le frecce 104 sono dodici, ma il numero può essere diverso, ad esempio otto, sei, dieci, ecc..

La figura 35 mostra schematicamente come si effettua la colata in sorgente in acciaieria per la produzione di lingotti. Da una siviera 6000 il metallo fuso 6001 viene colato nella colonna 6002 a sua volta collegata alla lingottiera 6003 per mezzo di canali inferiori 6004. Il metallo risale guindi nella lingottiera 6003 dal basso, cioè dalla base.

La figura 36 mostra schematicamente come si effettua la colata diretta in acciaieria per la produzione di lingotti. Da una siviera 6000 il metallo fuso 6001 viene colato direttamente nella lingottiera 6003 dall'alto.

Nelle figure 35 e 36 con il riferimento 100" è indicato schematicamente un hot top secondo la presente invenzione.

Le figure 37 e 38 mostrano un primo esempio di hot top 100" secondo la presente invenzione. La figura 38 è una sezione considerata sul piano B-B di figura 37. A differenza delle soluzioni tradizionali, il volume interno del hot top 100" è suddiviso in più camere 10, 11, ecc. come spiegato sopra in relazione al manicotto per fonderia.

Le figure 37 e 38 mostrano un esempio con camere circolari che si estendono per quasi tutta 1'altezza del hot top.

Le figure 39 e 40 mostrano un secondo esempio di hot top 100" suddiviso in camere aventi sezione a stella a sei punte. La figura 40 è una sezione considerata sul piano C-C di figura 39.

Le figure 41 e 42 mostrano un terzo esempio di hot top simile al primo mostrato nelle figure 37 e 38, ma che rispetto a guest o si differenzia per il fatto di comprendere la singola camera inferiore 8 che si estende in altezza per non oltre il 301 dell'altezza del hot top. La figura 42 è una sezione considerata sul piano D-D di figura 41.

Le figure 43 e 44 mostrano un guarto esempio di hot top simile al secondo mostrato nelle figure 39 e 40, ma che rispetto a guest o si differenzia per il fatto di comprendere la singola camera inferiore 8 che si estende in altezza per non oltre il 301 dell'altezza del hot top. La figura 44 è una sezione considerata sul piano D-D di figura 43.

Il tecnico del settore comprenderà che, in linea con i concetti della presente invenzione , anche 1'hot top può essere suddiviso in più di due camere aventi sezione circolare o poligonale e che possono restringersi o meno in corrispondenza della sommità o della base.

Anche se non mostrato nelle figure 37-44, anche 1'hot top per acciaierie è realizzabile in più pezzi accoppiabili uno all' altro come descritto sopra per il manicotto per fonderia .

Claims (17)

1. RIVENDICA2IONI 1. Un manicotto (100) per fonderia o un hot top (100") per acciaieria comprendente una parete laterale (4) esterna che delimita un volume interno (5) destinato ad accogliere metallo fuso da solidificare in una mate rozza, caratterizzato dal fatto che detto volume interno (5) è suddiviso in due o più camere (6, 7) in modo tale da massimizzare il rapporto tra la superficie bagnabile dal metallo fuso e il corrispondente volume.
2. 2. Manicotto (100) o hot top (100") secondo la rivendicazione 1, in cui le camere (6, 7) sono separate da almeno una parete interna (9) del manicotto.
3. 3. Manicotto (100) o hot top (100") secondo la rivendicazione 2, in cui la parete interna (9) e la parete esterna (4) sono realizzate di pezzo.
4. 4. Manicotto (100) o hot top (100") secondo una gualsiasi delle rivendicazioni 1-3, in cui la parete interna (9) e la parete esterna (4) sono realizzate con lo stesso materiale o in materiali differenti.
5. 5. Manicotto (100) secondo una gualsiasi delle rivendicazioni 1-4, in cui le camere (6, 7) si estendono in altezza per almeno il 501 dell'altezza (H) del manicotto (100) o hot top (100"), e preferibilmente per almeno il 70%.
6. 6. Manicotto (100) o hot top (100") secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-5, comprendente una base (2), destinata ad essere appoggiata su uno stampo, in corrispondenza di un canale di colata o sul getto, oppure su una lingottiera, e una sommità (3), aperta per permettere di colare il metallo fuso nello stampo o nella lingottiera attraverso il manicotto, oppure chiusa, in cui in corrispondenza della base (2) le camere (6, 7) si uniscono a formare un 'unica camera inferiore (8).
7. 7. Manicotto (100) o hot top (100") secondo una gualsiasi delle rivendicazioni 1-5, comprendente una base (2), destinata ad essere appoggiata su uno stampo, in corrispondenza di un canale di colata o sul getto, o su una lingottiera, e una sommità (3), aperta per permettere di colare il metallo fuso nello stampo o nella lingottiera attraverso il manicotto, oppure chiusa, in cui le camere (6, 7) si estendono dalla base (2) alla sommità (3) del manicotto .
8. 8. Manicotto (100) o hot top (100") secondo una gualsiasi delle rivendicazioni 1-7 , in cui le camere (10-12 ) sono coniche, con diametri decrescenti verso la sommità (3) del manicotto.
9. 9. Manicotto (100) o hot top (100") secondo una gualsiasi delle rivendicazioni 1-8 , in cui le camere (6, 7, 10-15) hanno sezione trasversale circolare , oppure ovale o poligonale .
10. 10. Manicotto (100) o hot top (100") secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-9, in cui le camere (10, 12) hanno sezione trasversale a stella, semisferica o a petalo quadrata o frastagliata, con tre o più punte o incavi per massimizzare la superficie di scambio termico.
11. 11. Manicotto (100) o hot top (100") secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-10, in cui le camere hanno tutte la stessa estensione in altezza, oppure le camere (15) disposte più centralmente nel manicotto sono più alte di quelle esposte in corrispondenza della parete laterale esterna.
12. 12. Manicotto (100) o hot top (100") secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-11, caratterizzato dal fatto di essere realizzato in almeno due porzioni (20, 30, 40), una porzione inferiore (20) che costituisce la base destinata ad essere appoggiata su uno stampo in corrispondenza di un canale di colata o di un getto e una porzione superiore (30), che comprende le camere (6, 7, 10-15), in cui la porzione inferiore (10) e la porzione superiore (40) sono vincolabili una all'altra.
13. 13. Manicotto (100) o hot top (100") secondo la rivendicazione 12, in cui la porzione inferiore (20) definisce al suo interno una singola camera inferiore (3) non suddivisa in più camere.
14. 14. Manicotto (100) o hot top (100") secondo la rivendic azione 13, in cui la camera inferiore (3) ha in sezione trasversale una forma poligonale o frastagliata, con una pluralità di incavi o spigoli della parete laterale che delimita la camera stessa.
15. 15 . Manicotto (100) o hot top (100") secondo una guai siasi delle rivendicazioni 12-14, in cui la porzione inferiore (10) e la porzione superiore (30) sono accoppiabili con un incastro o un accoppiamento di forma o per incollaggio.
16. 16. Manicotto (100) o hot top (100") secondo una gualsiasi delle precedenti rivendicazioni 1-15, in cui le pareti esterne e/o le pareti interne sono realizzate usando una miscela di alluminio metallico, microsfere, legante organico, ossidi di ferro, guarzo macinato, potassio alluminio fioruro, alluminio metallico, ossidanti , ed eventualmente fibra organica, fibre ceramiche o fibre biosolubili .
17. 17 . Manicotto (100') per fonderia comprendente una parete laterale (4) esterna che delimita un volume interno (5) destinato ad accogliere metallo fuso da solidificare in una materozza, caratterizzato dal fatto che detto volume interno (5) definisce una singola camera che in sezione trasversale ha una forma poligonale o frastagliata, con una pluralità di incavi o spigoli della parete laterale che delimita la camera stessa.