ITUD20100020A1

ITUD20100020A1 - Procedimento per il monitoraggio di un'attrezzatura di colata

Info

Publication number: ITUD20100020A1
Application number: IT000020A
Authority: IT
Inventors: Daniele Andreatta; Luca Andrea De; Alfredo Poloni
Original assignee: Danieli Off Mecc
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2011-08-06
Also published as: EP2531316A1; WO2011095873A1; EP2531316B1

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"PROCEDIMENTO PER IL MONITORAGGIO DI UN’ATTREZZATURA DI COLATA"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Il presente trovato si riferisce ad un procedimento per il monitoraggio di un’attrezzatura di colata, ad esempio una lingottiera o un cristallizzatore, utilizzata nelle lavorazioni per la colata continua in un impianto di produzione di prodotti in acciaio.

In particolare, il procedimento secondo il presente trovato consente di monitorare e memorizzare lo stato di funzionamento di un cristallizzatore e/o di una lingottiera utilizzata per la produzione di billette, blumi o bramine.

STATO DELLA TECNICA

Sono note le attrezzature di colata comprendenti una lingottiera, provvista di un cristallizzatore che funge da stampo per il metallo liquido e la cui sezione trasversale definisce la sezione dello specifico prodotto colato.

Il cristallizzatore è costruito generalmente in rame ed è raffreddato esternamente con acqua per determinare la progressiva solidificazione del metallo liquido. La lingottiera e il cristallizzatore sono normalmente associati ad un banco oscillante la cui continua oscillazione favorisce la discesa del metallo evitando aderenze sulle pareti.

I cristallizzatori prevedono di norma un massimo numero di ore operative, al termine dei quali vengono rimossi, assieme all’associata lingottiera, e sostituiti.

Dopo la rimozione i cristallizzatori vengono di nonna sottoposti ad una verifica ispettiva, ad esempio vengono inviati ad un centro di assistenza o al loro produttore, al fine di valutare lo stato di conservazione del rivestimento interno, la presenza di eventuali deformazioni sulla sezione trasversale o sulla curvatura del profilo, quindi sostanzialmente il grado di usura effettivamente raggiunto. In tali impianti la supervisione e il controllo di processo vengono effettuati a più livelli di supervisione mediante apparati di automazione di tipo noto, ad esempio mediante controllori a logica programmabile o PLC collegati mediante bus di campo a sensori, trasduttori ed attuatori associati a differenti parti dell’impianto. La supervisione prevede inoltre la presenza di uno o più elaboratori elettronici collegati mediante una rete di comunicazione dati ai suddetti controllori.

In questo modo è possibile impostare e supervisionare i differenti parametri funzionali, di ingresso e di uscita, del processo di produzione durante le differenti fasi di lavorazione. Tali parametri, oltre ad essere visualizzabili in tempo reale sugli elaboratori di supervisione, possono essere memorizzati in una base dati, ad esempio, suddivisa tra differenti controllori o in un’unica memoria centralizzata.

Tuttavia, non è sempre possibile memorizzare in maniera efficace i parametri operativi di funzionamento, ad esempio pregressi, di uno specifico cristallizzatore od altra attrezzatura connessa. Nell’ esempio del cristallizzatore, nel caso di sua rimozione temporanea per esigenze di manutenzione, e di un suo successivo riutilizzo su una differente macchina di colata, non sempre è possibile disporre di detti parametri di funzionamento pregressi.

Inoltre, la sostituzione di un cristallizzatore prevede sempre una fase di installazione in cui, dopo aver effettuato il suo montaggio, assieme alla relativa lingottiera, su un banco oscillante di un gruppo di colata, è anche necessario effettuare una specifica impostazione manuale, ad esempio mediante una idonea interfaccia utente degli elaboratori elettronici di supervisione, di alcuni parametri identificativi del cristallizzatore, come specificarne il materiale di rivestimento, le dimensioni dei prodotti da realizzare od altre. In questo modo, vengono impostati i parametri operativi del processo di produzione dei prodotti in acciaio. Tali impostazioni, essendo ad esempio effettuate manualmente, possono risultare erronee, ciò comportando problemi all’inizio o durante la produzione.

Inoltre, quando in fase di manutenzione, o a fine vita di esercizio, il cristallizzatore viene sottoposto alla suddetta verifica ispettiva, non risulta sempre possibile disporre di un quadro riassuntivo completo ed esatto delle sue effettive condizioni di esercizio, come il numero complessivo di ore di colata, la velocità media di colata o altre, che consenta un’analisi dell’ effettivo stato di usura in funzione delle sue reali condizioni di utilizzo.

Questo a sua volta determina una previsione non corretta della massima durata media utile dei cristallizzatori e, quindi, un possibile abbassamento della qualità dei prodotti realizzati, la possibilità che si verifichino più frequentemente fenomeni di “breakout” e di “sticking” nel metallo in colata, un incremento dei tempi di manutenzione e/o di diagnosi e, quindi, la diminuzione della produttività dell’impianto. Uno scopo del presente trovato è quello di mettere punto un procedimento per il monitoraggio di un’attrezzatura di colata, in particolare di un cristallizzatore, che consenta di controllare in maniera efficace lo stato operativo di tale attrezzatura, in modo da ridurre tempi e costi di manutenzione e permettere di variare i parametri funzionali della lavorazione in base all’effettivo stato operativo dell’attrezzatura.

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni indipendenti.

Le relative rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato, o varianti dell’idea di soluzione principale.

In accordo con il suddeto scopo, un procedimento per il monitoraggio di un’attrezzatura di colata in un impianto di produzione comprende almeno una fase di installazione in cui ciascuna attrezzatura di colata, ad esempio un cristallizzatore e/o una lingottiera, viene montata, su un corrispondente gruppo di colata. Il procedimento comprende almeno una fase operativa in cui l’attrezzatura di colata viene utilizzata per svolgere le usuali operazioni e cicli di colata, in cui la produzione viene controllata e supervisionata mediante mezzi elettronici di elaborazione e controllo. Secondo un aspetto carateristico del presente trovato, il procedimento prevede che a ciascuna specifica atrezzatura di colata, in particolare al cristallizzatore, utilizzata vengano univocamente e stabilmente associati, prima o nella fase di installazione, mezzi di memorizzazione, operativamente collegabili ai suddeti mezzi eletronici di memorizzazione, supervisione e controllo. Nei suddeti mezzi di memorizzazione vengono memorizzati, prima dell’ utilizzo dell’attrezzatura di colata nell’impianto di produzione, suoi specifici parametri identificativi. Deti parametri identificativi vengono letti mediante i mezzi elettronici di elaborazione, supervision e controllo e utilizzati almeno per impostare, in maniera sostanzialmente automatica, predeterminati parametri funzionali di processo all’inizio e/o durante la fase operativa di realizzazione dei prodotti in acciaio con la specifica attrezzatura di colata.

Grazie al trovato è possibile, ad esempio, ridurre i tempi di installazione dei cristallizzatori nell’impianto di produzione, diminuendo nel contempo la possibilità di effettuare impostazioni errate di detti parametri funzionali di processo.

Secondo una variante del presente trovato, detti parametri identificativi comprendono almeno dati relativi ad un numero di serie univoco, un codice di progetto, ad uno specifico raggio di curvatura, alle dimensioni dei prodotti realizzabili, allo specifico materiale di cui sono fatti, al tipo di rivestimento interno.

Secondo una ulteriore variante del presente trovato, in detti mezzi di memorizzazione vengono almeno memorizzati predeterminati parametri funzionali di processo relativi al cristallizzatore e rilevati e/o modificati durante la fase operativa.

In questo modo, è possibile memorizzare in maniera univoca, nei mezzi elettronici di memorizzazione, gli specifici parametri funzionali di processo relativi a ciascuna attrezzatura di colata, in particolare di un cristallizzatore o di una lingottiera ad esso associata, durante il suo effettivo utilizzo. È possibile, sia in caso di una sostituzione temporanea che nel caso di una sostituzione definitiva del cristallizzatore e/o della lingottiera, mantenere stabilmente associati al cristallizzatore e/o alla lingottiera tutti i gli effettivi dati pregressi di utilizzo, agevolando e migliorando l’analisi ispettiva.

Secondo una soluzione preferenziale, i parametri funzionali memorizzati comprendono almeno la data del primo ciclo di fusione, il numero di ore in cui il metallo fuso è stato presente all’ interno del cristallizzatore, il numero di sequenze lavorative, cioè il numero di ripartenze complessive di fusione, la data dell’ultima fusione, la velocità di colata, come la velocità media o altri specifici dati statistici relativi al cristallizzatore.

Inoltre, nel caso di riutilizzo del cristallizzatore nello stesso o in un altro impianto, i dati memorizzati nei mezzi elettronici consentono di tener conto della sua effettiva vita pregressa di esercizio, prevenendo eventuali anomalie e malfunzionamenti, come ad esempio la possibilità che si manifestino fenomeni di “breakout” e “sticking” nel metallo fuso.

Secondo una variante del presente trovato, i mezzi di memorizzazione comprendono almeno un tag a radiofrequenza RFID, del tipo a lettura/scrittura.

Questa soluzione consente di utilizzare dispositivi molto semplici e a basso costo, facilmente applicabili all’attrezzatura di colata, ad esempio ai cristallizzatori, durante la produzione dei cristallizzatori stessi, e di collegarli agevolmente sia ai mezzi elettronici di elaborazione, supervisione e controllo, ad esempio a specifici controllori PLC, sia di collegarli a strumenti di analisi e diagnosi quando i cristallizzatori vengono inviati ad un centro di assistenza o al produttore stesso.

In questo modo è possibile effettuare anche una analisi statistica media su differenti lotti di cristallizzatori in maniera da apportare eventuali correzioni progettuali sui successivi lotti di produzione e, quindi, incrementare l’efficienza produttiva negli impianti di produzione di prodotti in acciaio.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferenziale di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:

- la fig. 1 è una vista schematica di un cristallizzatore e di un trasduttore di supervisione ad esso associato;

- la fig. 2 è una vista laterale parzialmente sezionata di parte di un gruppo di colata comprendente il cristallizzatore di fig. 1;

- la fig. 3 è uno schema semplificato di collegamento elettrico del trasduttore di fig. 1.

Per facilitare la comprensione, numeri di riferimento identici sono stati utilizzati, ove possibile, per identificare elementi comuni identici nelle figure. Va inteso che elementi e caratteristiche di una forma di realizzazione possono essere convenientemente incorporati in altre forme di realizzazione senza ulteriori precisazioni.

DESCRIZIONE DI UNA FORMA PREFERENZIALE DI

REALIZZAZIONE

Con riferimento alle figure allegate, un procedimento per il monitoraggio per attrezzature di colata, che nel caso di specie viene illustrato per un cristallizzatore 10, secondo il presente trovato viene utilizzato nella produzione di prodotti in acciaio, quali billette od altri, in un relativo impianto di produzione mediante colata continua.

Il procedimento comprende una fase di installazione in cui ciascun cristallizzatore 10 viene montato su un corrispondente gruppo di colata, non illustrato nelle presenti figure. In particolare, ciascun cristallizzatore 10 di tipo tubolare, ad esempio in rame, viene montato in modo noto su una lingottiera 20 del gruppo di colata. Il montaggio del cristallizzatore 10 e della lingottiera 20 può essere effettuato alfawiamento dell’impianto o successivamente, a seguito di una sua sostituzione al termine della massima durata di funzionamento, o per esigenze di manutenzione.

La lingottiera 20 è fissata in modo noto ad un banco oscillante 23, disposto superiormente al gruppo di colata e predisposto ad oscillare, in una successiva fase operativa, sostanzialmente in direzione verticale, cioè in maniera concorde alla direzione di avanzamento del metallo fuso nel cristallizzatore 10. L’oscillazione del banco oscillante 23 viene effettuata mediante una coppia di contrapposti cilindri idraulici 15.

Prima di tale fase di installazione, o durante la fase di installazione stessa, a ciascun cristallizzatore 10 viene associato un “tag” RFID 30 di memorizzazione di lettura/scrittura in cui vengono memorizzati almeno specifici parametri identificativi.

Tali parametri comprendono almeno un numero seriale atto ad identificare univocamente lo specifico cristallizzatore 10, vantaggiosamente stampato anche su una etichetta incorporata al cristallizzatore 10 stesso. Detti parametri identificativi memorizzati nel tag 30 comprendono inoltre un codice di illustrazione o disegno del cristallizzatore 10, il suo raggio di curvatura, la dimensione delle billette realizzabili con lo specifico cristallizzatore 10, il materiale di cui è fatto ed il materiale del suo rivestimento interno.

Il tag RFID 30 è vantaggiosamente di tipo passivo privo, pertanto, di una propria sorgente autonoma di alimentazione e predisposto a cooperare con una testa di lettura/scrittura 35 come verrà descritto di seguito.

Il tag RFID 30 viene stabilmente accoppiato a ciascun cristallizzatore 10 al termine della sua produzione, di norma dal produttore stesso, in maniera da Fingere da supporto di memorizzazione utilizzato in modo noto per agevolare le operazioni logistiche di immagazzinamento e trasporto.

Nella fase di installazione (fig. 2), prima che il cristallizzatore 10 venga montato sulla lingottiera 20 ed utilizzato, il tag RFID 30 viene prelevato dal cristallizzatore 10 stesso e viene montato sullo specifico gruppo di colata, ad esempio sul banco oscillante 23, su una sua superficie inferiore e almeno parzialmente all’interno di un telaio di protezione, non illustrato.

In particolare, il tag RFID 30 viene montato in una sede cava 24 realizzata sulla superficie inferiore del banco 23. Il tag 30 viene inserito ad una determinata profondità nella sede cava e viene collegato ad una corrispondente antenna 3 1 di ricetrasmissione fissata in corrispondenza della sede 24 e disposta sporgente al di sotto del banco oscillante 23. L’antenna 31 è predisposta sia a ricevere l’energia elettromagnetica irradiata dalla testa 35, per trasformarla in corrispondente energia elettrica per l’alimentazione del tag 30, che a ricevere i dati da memorizzare nel tag 30 e a trasmettere alla testa di lettura 35 i dati già memorizzati nel tag 30.

La testa di lettura/scrittura 35 viene posizionata stabilmente, ad esempio fissata su una staffa di aggancio, in stretta prossimità dell’antenna 31 in maniera da permettere la reciproca interazione. Resta inteso che la testa 30 possa anche essere posizionata selettivamente in prossimità deH’antenna 31 solamente quando si renda necessario effettuare le operazioni di lettura e scrittura. Ad esempio la testa 30 può essere associata ad un organo di movimentazione, come ad esempio un braccio telescopico in cui la testa 35 di lettura è disposta ad un’estremità del braccio stesso.

Con riferimento alla fìg. 3 in cui viene illustrato uno schema di collegamento elettrico, la testa di lettura/scrittura 35 è collegata elettricamente mediante un cavo 37 ad una specifica unità a microprocessore 38, predisposta a trasmettere e ricevere i dati alla/dalla testa 35 stessa e a fornirle la corretta tensione e corrente di alimentazione. L’unità a microprocessore 38 è, inoltre, provvista di un’uscita dati 38a collegata mediante una linea dati 39, come ad esempio una rete Profibus o altro idoneo bus di campo, ad un controllore, o PLC, 40 (Programmable Logic Controller) predisposto a controllare e supervisionare più tag 30 di altri cristallizzatori di altrettante linee di colata ed altre variabili di processo.

I PLC 40 sono inoltre collegati ad una o più unità di supervisione, quali uno o più elaboratori elettronici provvisti di una interfaccia utente atta a visualizzare in maniera efficace l’intero processo di produzione.

Al termine della fase di installazione o comunque prima di iniziare una successiva fase operativa è possibile leggere i dati identificativi del cristallizzatore 10 così installato contenuti nella testa di lettura 35 e trasferirli al PLC 40 e/o agli elaboratori di supervisione. Questo consente di impostare, in maniera sostanzialmente automatica, determinati parametri funzionali di processo ad esempio della fusione, colata od altri diminuendo i tempi di set-up iniziale ed evitando la possibilità di commettere errori di inserimento.

Il procedimento secondo il presente trovato comprende una fase operativa in cui la linea di colata in cui è stato installato il cristallizzatore 10 viene messa in funzione, immettendo il metallo fuso nel cristallizzatore 10 e determinandone la fuoriuscita in un successivo gruppo di laminatura, controllando e supervisionando tutto rimpianto di produzione mediante gli elaboratori di supervisione e i differenti PLC 40.

In corrispondenza della prima colata in cui viene utilizzato lo specifico cristallizzatore 10, mediante l’associato PLC viene memorizzato nel corrispondente tag 30 la relativa data di inizio del suo utilizzo operativo. Nel tag 30 possono essere inoltre memorizzati altri dati relativi, ad esempio, all’identificazione della specifica linea di colata in cui il cristallizzatore 10 è stato installato.

Inoltre, durante la fase operativa nel tag 30 vengono memorizzati, ad istanti predeterminati, ulteriori dati relativi a parametri funzionali dello specifico cristallizzatore durante il suo funzionamento. Vengono memorizzati ad esempio il numero di ore di effettivo utilizzo dello specifico cristallizzatore 10, cioè il numero di ore in cui il metallo fuso è stato presente aU’interno del cristallizzatore 10, il numero di sequenze lavorative effettuate, nella fattispecie il numero di ripartenze del processo di colata che sono state effettuate,

Viene inoltre vantaggiosamente memorizzata la data dell’ultima colata per fusione che è stata effettuata. Viene inoltre memorizzata la velocità media di colata o altri specifici dati statistici relativi al cristallizzatore 10, elaborati ad esempio mediante il PLC 40 o mediante gli elaboratori di supervisione. Questo consente di memorizzare in maniera univoca lo stato pregresso di utilizzo del cristallizzatore 10.

In questo modo, durante la fase operativa è possibile variare ed adattare i parametri di processo tenendo effettivamente conto della vita di esercizio del cristallizzatore 10 installato, cioè delle ore di esercizio come memorizzate nel tag 30. Questo consente di regolare ad esempio la velocità di colata in funzione dell’utilizzo pregresso effettivamente memorizzato del cristallizzatore 10, diminuendo la possibilità che si verifichino fenomeni di “breakout” e “sticking” nel metallo fuso che viene colato.

Al termine della massima vita di esercizio del cristallizzatore 10, cioè raggiunto un massimo numero di ore di effettivo utilizzo in base ai dati memorizzati nel tag 30, la linea di colata viene fermata per consentire la rimozione della lingottiera 20 e dell’associato cristallizzatore 10 dal gruppo di colata assieme all’ associato tag 30. La lingottiera 20, il cristallizzatore 10 ed il tag 30 vengono quindi inviati ad un centro di manutenzione, in cui dopo aver effettuato la separazione del cristallizzatore 10 e del tag 30 della lingottiera 20, i dati memorizzati nel tag 30 vengono scaricati e trasferiti in una base dati. Questo consente, ad esempio, di analizzare più approfonditamente lo stato di utilizzo dello specifico cristallizzatore 10 in base ai dati effettivamente memorizzati nel tag 30 e di effettuare analisi statistiche medie su differenti lotti di produzione dei cristallizzatori in modo da apportare eventuali modifiche e/o correzioni progettuali.

E chiaro che al procedimento per il monitoraggio per cristallizzatori 10 fin qui descritto possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti e/o fasi, senza per questo uscire dall’ambito del presente trovato. È anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad alcuni esempi specifici, una persona esperta del ramo potrà senz’altro realizzare molte altre forme equivalenti di procedimento per il monitoraggio per cristallizzatori, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell’ambito di protezione da esse definito.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il monitoraggio di un’attrezzatura di colata, ad esempio un cristallizzatore (10) o una lingottiera (20), utilizzabile in lavorazioni per colata continua in un impianto di produzione di prodotti in acciaio, comprendente almeno una fase di installazione in cui ciascuna attrezzatura di colata (10, 20) viene associata ad un corrispondente gruppo di colata, e almeno una fase operativa in l’attrezzatura di colata (10, 20) viene utilizzata per la produzione di detti prodotti in acciaio mediante colata di metallo fuso nel cristallizzatore (10), in cui la produzione di detti prodotti in acciaio viene controllata e supervisionata mediante mezzi elettronici di elaborazione e controllo (40), caratterizzato dal fatto che a ciascuna specifica attrezzatura di colata (10, 20) vengono univocamente e stabilmente associati, prima o nella fase di installazione, mezzi di memorizzazione (30), operativamente collegabili ai mezzi elettronici di elaborazione e controllo (40) e in cui vengono memorizzati, prima dell’ utilizzo dell’attrezzatura di colata (10, 20) specifici parametri identificativi, essendo detti parametri identificativi letti mediante i mezzi elettronici di elaborazione e controllo (40) e utilizzati almeno per impostare, in maniera sostanzialmente automatica, predeterminati parametri funzionali di processo all’inizio e/o durante la fase operativa.
2. Procedimento come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti parametri identificativi comprendono almeno dati relativi ad un numero di serie univoco, un codice di progetto, al raggio di curvatura, alle dimensioni dei prodotti realizzabili, allo specifico materiale di cui sono fatti, al tipo di rivestimento interno.
3. Procedimento come ad una o l’altra delle rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che in detti mezzi di memorizzazione (30) vengono almeno memorizzati predetenninati parametri funzionali di processo relativi alla corrispondente attrezzatura di colata (10, 20) come rilevati e/o modificati durante la fase operativa.
4. Procedimento come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti predeterminati parametri funzionali comprendono almeno la data della prima fusione, il numero di ore in cui il metallo fuso è stato presente nell’attrezzatura di colata (10, 20), il numero di sequenze lavorative, la data dell’ultima fusione, la velocità di colata, la velocità media di colata.
5. Procedimento come ad una o l’altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i mezzi di memorizzazione comprendono un tag a radiofrequenza RJFID (30), del tipo a lettura/scrittura.
6. Impianto di produzione di prodotti in acciaio provvisto di almeno una attrezzatura di colata, ad esempio una lingottiera (20) e/o un associato cristallizzatore (10), essendo l’impianto controllato e supervisionato mediante mezzi elettronici di elaborazione e controllo (40), caratterizzato dal fatto che ciascuna attrezzatura di colata (10, 20) è provvista di mezzi di memorizzazione (30), operativamente associabili a detti mezzi elettronici di elaborazione e controllo (40), per la memorizzare di specifici parametri identificativi, detti parametri identificativi essendo trasferiti ai mezzi elettronici di elaborazione e controllo (40) almeno per impostare, in maniera sostanzialmente automatica, predeterminati parametri funzionali di processo.
7. Impianto come nella rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di memorizzazione (30) sono atti alla memorizzazione di predeterminati parametri funzionali di processo relativi all’attrezzatura di colata (10, 20) come rilevati e e/o modificati durante il suo funzionamento.
8. Impianto come ad una o l’altra delle rivendicazione 6 o 7, caratterizzato dal fatto che i mezzi di memorizzazione comprendono un tag a radiofrequenza RFID (30), del tipo a lettura/scrittura,