ITUD950151A1 - Procedimento di colata continua per prodotti lunghi e relativa linea di colata continua - Google Patents

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"PROCEDIMENTO DI COLATA CONTINUA PER PRODOTTI LUNGHI E RELATIVA LINEA DI COLATA CONTINUA"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Forma oggetto del presente trovato un procedimento di colata continua per prodotti lunghi e la linea di colata continua che attua detto procedimento come espressi nelle rispettive rivendicazioni principali.

In particolare, il trovato viene utilizzato per colare e laminare in continuo prodotti lunghi, quali in particolare billette e blumi, senza la necessità di accantonamenti e/o magazzinaggi temporanei del prodotto, senza la necessità del taglio a misura all'uscita della colata e, entro certi limiti operativi e/o gestionali, senza imporre fermate e/o pause al processo.

STATO DELLA TECNICA

Negli impianti di colata continua convenzionali, la macchina di colata continua ed il treno di laminazione sono normalmente componenti operativamente slegati e necessitano di almeno un elemento intermedio a polmone di accumulo e/o di magazzinaggio temporaneo.

Detto polmone di accumulo serve a compensare ed a gestire le differenti capacità di produzione di tali componenti, macchina di colata e treno di laminazione, allo scopo di assicurarne un funzionamento secondo quelli che sono i parametri operativi identificati come ottimali per l'ottenimento di un prodotto dalle elevate caratteristiche qualitative.

Gli impianti noti sono generalmente strutturati secondo una delle due seguenti tipologie.

Una prima tipologia di impianto prevede la macchina di colata continua, il taglio a misura, il raffreddamento del prodotto a temperatura ambiente, lo stoccaggio, il successivo riscaldo per portare il prodotto alla temperatura migliore per la laminazione e quindi la laminazione.

Questo metodo comporta una netta separazione fra macchina di colata e treno di laminazione, alti costi di produzione, ingente spazio occupato, tempi morti, maggior mano d’opera, difficoltà operative di gestione, movimentazione e magazzinaggio dei prodotti, ecc .

La seconda tipologia di processo prevede colaggio, il taglio a misura, l'infornamento deg spezzoni in un forno polmone posto in linea per l ’equalizzazione della temperatura, con eventuale movimentazione degli spezzoni stessi all'interno di detto forno, e quindi la laminazione.

Questo secondo tipo di processo permette di stabilire un collegamento operativo più stretto fra macchina di colata e treno di laminazione, di ridurre i costi di produzione e consente inoltre di ottenere un risparmio energetico derivante dal minor combustibile utilizzato per il riscaldamento del prodotto da avviare alla laminazione.

Ancora, con questo tipo di processo si ottiene un compattamento ed una razionalizzazione degli spazi nella progettazione del lay-out, con notevoli vantaggi nella realizzazione delle opere civili, dei carroponti e quindi economie negli investimenti di tipo strutturale.

Un altro vantaggio che questo processo permette di ottenere è costituito dall'eliminazione della movimentazione del prodotto grezzo uscente dalla colata e delle aree di stoccaggio e magazzinaggio temporaneo.

Tutto ciò porta ad aumentare la resa e l'efficienza dell'impianto e ad un minor impiego di mano d'opera.

Anche in questo caso, tuttavia, permangono limiti all'efficienza ed alla produttività dell'impianto legati al fatto che macchina di colata continua e treno di laminazione lavorano comunque in modo parzialmente slegato, senza continuità, e rimane la necessità di una polmonatura intermedia che possa far fronte alle differenti esigenze operative di questi componenti dell'impianto.

Inoltre, esiste il rilevante problema della necessità frequente di asportare le parti di.testa e di coda dello spezzone in quanto spesso il processo di lavorazione non permette di ottenere un livello qualitativo sufficiente anche per queste parti.

Ciò comporta uno scarto anche elevato di materiale, componenti ed operazioni ausiliarie, necessità di continue verifiche qualitative ed altri problemi ancora.

Per eliminare tutti questi inconvenienti come presenti negli impianti di colata continua della tecnica nota, nonché per ottenere altri ed ulteriori vantaggi, la proponente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nella rivendicazione principale.

Le rivendicazioni secondarie espongono varianti all'idea di soluzione principale.

Lo scopo del trovato è quello di realizzare un procedimento di colata continua, e la relativa lìnea, in particolare ma non solo per prodotti lunghi quali billette o blumi, idonei a razionalizzare l'utilizzo dei componenti per conseguire un aumento di efficienza operativa e gestionale ed una migliore produttività dell'impianto.

Il trovato prevede un collegamento diretto tra la macchina di colata continua ed il treno di laminazione senza richiedere la presenza di sistemi di accumulo e/o svincolo tra detti due componenti. Ancora, il trovato prevede di non tagliare a misura il prodotto uscente dalla colata, ma di far arrivare al treno di laminazione il prodotto come alimentato in continuo dalla macchina di colata continua.

Secondo il trovato, il procedimento di colata continua prevede che il prodotto, dopo il colaggio, venga avviato in linea ad un sistema di mantenimento ed equalizzazione della temperatura e poi direttamente laminato, sempre in linea, senza interruzioni, deviazioni o pause.

Tale procedimento elimina in tal modo qualsiasi tipo di discontinuità, assicurando una elevata produttività, eliminando problemi di stoccaggio e/o magazzinaggio e/o movimentazione del prodotto ed ottenendo un razionale sfruttamento delle potenzialità di ogni componente dell'impianto.

Inoltre, viene completamente eliminato il problema della spuntatura di testa e di coda eccetto che nelle fasi di avvio e fine colata.

Detto procedimento secondo il trovato prevede un elevato grado di coordinazione delle velocità di produzione della macchina di colata continua e del treno di laminazione affinchè nessuno dei componenti dell'impianto, ed in particolare il treno di laminazione, venga a trovarsi in condizioni di sotto utilizzo o comunque di sfruttamento parziale delle potenzialità.

Secondo il trovato, la linea prevede una macchina di colata continua atta a colare il prodotto ad alta velocità, ad esempio nell'intorno di 5,0÷6,0 m/min fino ad oltre 8 m/min in funzione della sezione colata, garantendo un elevato livello qualitativo. Detta alta velocità, oltre a garantire un utilizzo razionale del treno di laminazione in termini di efficienza produttiva, è la velocità di regime prossima alla velocità critica al di sotto della quale sui cilindri di laminazione si generano criccature e/o deformazioni.

A valle della colata, dopo la raddrizzatura, sono previsti sistemi di mantenimento atti a limitare le perdite di temperatura del prodotto avanzante alle basse velocità di colata che si possono avere in situazioni transitorie al verificarsi di un gualche problema operativo per motivi gestionali e/o di produzione.

A monte del treno di laminazione, la linea secondo il trovato prevede un sistema di riscaldo e/o equalizzazione, il cui scopo è essenzialmente quello di uniformare la temperatura fra cuore e superficie del prodotto, riportandola su valori idonei per la laminazione.

Tra il sistema di riscaldo e/o equalizzazione e la prima gabbia del treno può essere vantaggiosamente prevista una distanza che permette al cuore un tempo di rinvenimento, completando l'azione di equalizzazione, in modo da fornire al treno di laminazione un prodotto a temperatura uniforme ed omogenea.

Subito a valle del sistema di riscaldo e/o equalizzazione può essere presente un gruppo scagliatore per rimuovere la scaglia dalla superficie del prodotto.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Le figure allegate sono fornite a titolo esemplificativo, non limitativo, ed illustrano una soluzione preferenziale del trovato.

Nella tavola abbiamo che:

- la fig.1 illustra un possibile lay-out della linea di colata continua per prodotti lunghi secondo il trovato;

- la fig.2 illustra un diagramma delle temperature, rispettivamente superficiale ed interna, assunte dal prodotto laminato lungo la linea di colata illustrata in fig.1.

DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La linea di colata continua 10 illustrata in fig.

1 comprende una macchina di colata 11 costituita almeno da mezzi di scaricamento del metallo liquido identificati con 12 e da una lingottiera 13.

La linea tratteggiata 14 identifica esemplificativamente la posizione del menisco di metallo liquido all'interno della lingottiera 13.

Il raggio di raddrizzatura "r" della macchina di colata 11 è calcolato per ottenere un compromesso tra l'altezza della detta macchina 11, la riduzione del tratto di solidificazione e la caduta di temperatura del prodotto 16 alla ridotta velocità di colata.

Il sistema di raffreddamento secondario in uscita dalla lingottiera 13 è ottimizzato per controllare il rinvenimento ed evitare la formazione di cricche superficiali e/o subsuperficiali.

Secondo una variante, la curva di raddrizzatura in uscita dalla lingottiera 13 è definita da una linea a più raggi allo scopo di contenere le eventuali deformazioni del prodotto all'interno di limiti preordinati.

La macchina di colata 11 utilizzata nella linea 10 secondo il trovato prevede il completamento della solidificazione del prodotto colato 16 in una posizione a valle dell'uscita della lingottiera 13. Ciò permette di poter eseguire un eventuale processo di prelaminazione controllata in uscita dalla lingottiera 13 stessa.

Date le alte velocità di colata, il prodotto colato 16 presenta ancora un cuore liquido di entità elevata quando già si trova nel tratto orizzontale raddrizzato della linea 10.

Nel caso di specie , sos tanz ialmente in corrispondenza del primo tratto orizzontale della linea sono presenti stirrer elettromagnetici, nel caso di specie, primo 15a e secondo 15b.

Detti stirrer elettromagnetici 15a e 15b hanno la funzione di ridurre l'asimmetria nella struttura di solidificazione interna provocata dal lungo tratto orizzontale della linea sul quale la solidificazione del cuore liquido viene completata.

La posizione ed il numero di detti stirrer elettromagnetici 15a e 15b viene regolata in funzione dei valori di velocità di colata ipotizzati, del tipo di materiale colato e della sezione del prodotto 16 in lavorazione.

A valle di detti stirrer 15a e 15b la linea presenta sistemi di mantenimento temperatura, ad esempio costituiti da cappe coibentate, nel caso di specie 22a e 22b.

Dette cappe coibentate 22a e 22b, che possono essere sostituite da altri sistemi di mantenimento aventi anche un'eventuale funzione di preriscaldo, servono per limitare le perdite di temperatura del prodotto colato 16 transitante alla bassa velocità di colata.

Nel caso di specie, tra la prima 22a e la seconda cappa 22b è presente una prima cesoia 17a che viene utilizzata nelle situazioni di emergenza, ad esempio in caso di problemi e/o interruzioni e/o cambio sezione nel laminatoio 18, permettendo la costituzione di un polmone sulla via a rulli di alimentazione a monte di detta prima cesoia 17a.

In tali situazioni, la velocità di colata viene ridotta, senza necessità di fermarla, in modo da fornire il tempo, prima che la testa del prodotto 16 giunga al punto ove si è verificato il problema, per evacuare il laminatoio 18 ed eseguire il necessario intervento di ripristino.

Tale velocità ridotta è funzione delle normali velocità operative della colata e del lay-out dell'impianto e deve essere fissata in base al compromesso fra non provocare elevate perdite di temperatura del prodotto 16 colato e mantenere la compattezza dell'impianto complessivo.

Secondo una variante, al verificarsi di uno dei problemi summenzionati nel laminatoio 18, il prodotto colato 16 viene tagliato con la prima cesoia 17a, ed il processo di colata viene arrestato per un tempo sufficiente a permettere l'evacuazione del laminatoio 18 e consentire l'esecuzione dei necessari interventi di ripristino.

Una volta terminato detto ripristino, la colata viene riavviata.

In questo caso, i mezzi di scaricamento 12 dell’acciaio liquido nella lingottiera 13, ad esempio la paniera, devono essere configurati in modo da evitare la solidificazione dell'acciaio liquido ivi presente.

In particolare, detti mezzi di scaricamento 12 devono essere attrezzati, ad esempio, con torce al plasma, mezzi di mantenimento di atmosfera controllata, mezzi di copertura isolanti, speciali cassetti della paniera.

Utilizzando uno o l'altro di detti sistemi di polmonatura, sulla via a rulli o sull'acciaio liquido in paniera e gestendo opportunamente i parametri operativi collegati all'interruzione della linea, si possono ottenere tempi di ripristino nel laminatoio 18 fino a 15÷20 minuti circa.

La prima cesoia 17a può anche essere utilizzata per la predisposizione di prodotti particolari, quali billette tagliate a misura od altro.

Ulteriori cesoie 17b e 17c sono presenti, nel caso di specie, in uscita dalla seconda cappa coibentata 22b, che servono per fronteggiare tutte le eventuali situazioni operative che si possono verificare sulla linea 10, quali in particolare nel caso di incagli sul treno di laminazione 18.

A monte del treno di laminazione 18 è presente un sistema di riscaldo e/o equaliz zazione 19, vantaggiosamente di tipo a riscaldo rapido.

Nel caso di specie, detto sistema di riscaldo e/o equalizzazione 19 comprende un forno ad induzione 119 all'interno del quale viene innalzata notevolmente la temperatura del prodotto colato 16 (vedi fig. 2, in cui la linea tratteggiata 20b indica la temperatura del cuore del prodotto 16, mentre la linea continua 20a indica la temperatura superficiale).

Detto forno ad induzione 119 presenta parametri di funzionamento, quali potenza, frequenza di lavoro e lunghezza, tali da garantire l'ottenimento di una omogeneizzazione ed uniformazione della temperatura per qualsiasi tipo di prodotto 16 ed in ogni condizione operativa che si può presentare.

Ciò permette di garantire elevata flessibilità e versatilità della linea 10.

L'ottenimento di una ottimale omogeneizzazione ed uniformazione della temperatura su tutta la sezione del prodotto 16 permette di prevenire i problemi di allungamenti, incurvamenti e deformazioni che possono verificarsi durante la laminazione a causa di accentuate disomogeneità di temperatura.

Nel caso di specie, per raggiungere le temperature ottimali di laminazione a cuore, nelle situazioni transitorie di bassa velocità, la temperatura della superficie del prodotto colato 16 viene innalzata ad un valore elevato; si deve pertanto definire una distanza ottimale "a" tra l'uscita del forno ad induzione 119 e l'entrata della prima gabbia di laminazione 18a, in modo che in questo tratto di lunghezza "a" il cuore caldo possa ulteriormente rinvenire e la superficie raffreddare.

In tal modo, il prodotto colato 16 entra nella prima gabbia 18a con una temperatura sostanzialmente uniforme ed omogenea e posta ad un valore definibile in funzione dei parametri ottimali di laminazione. Subito a monte del forno ad induzione 119 viene vantaggiosamente previsto almeno un gruppo scagliatore 21.

Detto gruppo scagliatore 21 ha la funzione di ripulire la superficie del prodotto 16 dalla scaglia e/o da altre eventuali impurità che si è già parzialmente spaccata all'interno del forno ad induzione 119 a causa della differente dilatazione termica fra acciaio e scaglia.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1 - Procedimento di colata continua, vantaggiosamente ma non esclusivamente per prodotti lunghi quali billette o blumi , in cui la solidificazione del prodotto colato (16) viene completata in una posizione posta a valle dell'uscita della lingottiera (13), caratterizzato dal fatto che il prodotto colato (16), uscente da una macchina di colata continua (11) ad una velocità di almeno 4 m/min, viene inviato in linea senza essere tagliato a misura, ad un sistema di mantenimento temperatura e preriscaldo, quindi viene inviato ad un sistema di equalizzazione e riscaldamento rapido ed infine inviato alla laminazione senza discontinuità e/o interruzioni di processo. 2 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la velocità di colata a regime è almeno superiore alla velocità critica dei cilindri del treno di laminazione (18). 3 - Procedimento come alla rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che tra il sistema di equalizzazione e riscaldamento rapido e la prima gabbia di laminazione è prevista almeno una fase di rinvenimento del cuore del prodotto colato (16) con uniformazione ed omogeneizzazione della temperatura fra cuore e superficie del prodotto (16) . 4 - Procedimento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che almeno a valle del sistema di equalizzazione e riscaldamento rapido è prevista una fase di scagliatura. 5 - Procedimento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che a monte del sistema di mantenimento temperatura e preriscaldo il prodotto colato (16) coopera con mezzi di agitazione elettromagnetica (15a, 15b) cooperanti con il cuore liquido. 6 - Procedimento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che prevede il taglio del prodotto colato (16) ed una fase di polmonatura a monte della zona di taglio in caso di situazioni di interruzione in linea determinate da esigenze operative. 7 - Procedimento come alla rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che la polmonatura viene effettuata in linea sulla via a rulli di alimentazione del prodotto colato (16) e prevede almeno il rallentamento della velocità di colata rispetto alla normale velocità a regime. 8 - Procedimento come alla rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che la velocità di colata rallentata nelle situazioni transitorie è funzionale al contenimento delle perdite di temperatura del prodotto colato (16) ed al contenimento della lunghezza complessiva della linea. 9 - Procedimento come alla rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che la polmonatura viene effettuata sull’acciaio liquido in cooperazione con i mezzi di scaricamento (12) in lingottiera (13) . 10 - Procedimento come alla rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che, almeno nella fase di polmonatura sull'acciaio liquido in paniera, in cooperazione con i mezzi di scaricamento (12) in lingottiera (13) vengono attivati mezzi atti ad impedire la solidificazione di detto acciaio liquido quali torce al plasma, mezzi di mantenimento di atmosfera controllata, mezzi di copertura isolanti, speciali cassetti di paniera. 11 - Procedimento come ad una l’altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che adotta i contenuti di cui alla descrizione. 12 - Procedimento come ad una l'altra dellerivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che adotta i contenuti di cui ai disegni. 13 - Linea di colata continua, vantaggiosamente ma non esclusivamente per prodotti lunghi quali billette o blumi, comprendente almeno una macchina di colata continua (11), mezzi di mantenimento temperatura ed eventuale preriscaldo (22a, 22b), mezzi di riscaldamento rapido ed equalizzazione (19) ed un treno di laminazione (18), caratterizzata dal fatto che i componenti (11, 22a-22b, 19 e 18) sono disposti in sequenza ed in linea ed il prodotto (16) colato si estende senza soluzione di continuità dalla macchina di colata (11) al treno di laminazione (18). 14 - Linea di colata come alla rivendicazione 13, caratterizzata dal fatto che la velocità di colata della macchina di colata (11) è di almeno 4 m/min. 15 - Linea di colata come alla rivendicazione 13 o 14, caratterizzata dal fatto che tra la macchina di colata (11) ed il sistema di mantenimento temperatura ed equalizzazione è presente almeno uno stirrer elettromagnetico (15a, 15b) cooperante con il cuore liquido del prodotto colato (16). 16 Linea di colata come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti da 13 in poi, caratterizzata dal fatto che almeno subito a valle dei mezzi di riscaldamento rapido ed equalizzazione (19) è presente un gruppo di scagliatura (21). 17 - Linea di colata come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti da 13 in poi, caratterizzata dal fatto che tra l'uscita dei mezzi di riscaldamento rapido ed equalizzazione (19) e la prima gabbia (18a) del treno di laminazione (18) è presente almeno un tratto di rinvenimento di lunghezza "a" correlata alla temperatura massima raggiunta dal cuore del prodotto colato (16) all'interno dei mezzi di riscaldamento rapido ed equalizzazione (19). 18 - Linea di colata come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti da 13 in poi, caratterizzata dal fatto che in una posizione intermedia tra i mezzi di mantenimento temperatura ed eventuale preriscaldo (22a, 22b) ed i mezzi di riscaldamento rapido ed equalizzazione (19) è presente almeno una cesoia di emergenza (17a). 19 - Linea di colata come ad una l'altra delle rivendicazioni precedenti da 13 in poi, caratterizzata dal fatto che adotta i contenut di cui alla descrizione. 20 Linea di colata come ad una l'altra dell rivendicazioni precedenti da 13 in poi, caratterizzata dal fatto che adotta i contenuti di cui ai disegni.