ITUD960179A1 - Procedimento per l'ottenimento di vibrazioni delle pareti del cristallizzatore di una lingottiera mediante pulsazione del - Google Patents

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"PROCEDIMENTO PER L’OTTENIMENTO DI VIBRAZIONI DELLE PARETI DEL CRISTALLIZZATORE DI UNA LINGOTTIERA MEDIANTE PULSAZIONE DEL LIQUIDO DI RAFFREDDAMENTO "

CAMPO DI APPLICAZIONE

Forma oggetto del presente trovato un procedimento per l'ottenimento di vibrazioni delle pareti del cristallizzatore di una lingottiera mediante pulsazione del liquido di raffreddamento come espresso nella rivendicazione principale.

Il presente trovato si applica nel settore della colata continua di billette, blumi o bramine di qualsivoglia tipo e sezione allo scopo di diminuire l'attrito fra prodotto colato e pareti del cristallizzatore, consentendo l'aumento della velocità di colata e riducendo il rischio di breakout della pelle del prodotto in formazione.

STATO DELLA TECNICA

Sono noti i problemi collegati ai tentativi di ridurre la forza richiesta per estrarre il prodotto colato dall'interno del cristallizzatore.

E ' noto infatti che la pelle in solidificazione tende, almeno nella parte superiore del cristallizzatore, ad incollarsi alle pareti generando un notevole attrito nella fase di estrazione .

Per facilitare il distacco fra pelle e parete, è nota la procedura di generare oscillazioni meccaniche longitudinali sulla lingottiera che facilitano l'estrazione del prodotto colato consentendo di aumentare la velocità di colata e la qualità superficiale del prodotto uscente dal cristallizzatore.

E' noto inoltre che nella parte inferiore del cristallizzatore la pelle ormai solidificata tende a staccarsi da dette pareti, creando un gap d'aria che determina la diminuzione dello scambio termico fra parete raffreddata e pelle solidificata e quindi una riduzione del flusso termico asportato dal metallo fuso attraverso la parete del cristallizzatore.

La proponente, nella domanda di brevetto europeo EP-A-0686445 , ha descritto l'utilizzo di un cristallizzatore a pareti sottili associato ad un procedimento di controllo delle deformazioni di dette pareti; in tale trovato, viene utilizzata la regolazione della pressione del fluido di raffreddamento che scorre nel canale di transito adiacente a dette pareti per compensare il differente ritiro della pelle del prodotto colato lungo il cristallizzatore in funzione del tipo di acciaio e della velocità di colata.

Secondo detto documento, le pareti del cristallizzatore assumono un andamento elastico in relazione alle differenti pressioni del fluido refrigerante che scorre all'esterno di esse, in modo da annullare, nel primo tratto del cristallizzatore, la conicità negativa indotta dal campo termico e, nella parte bassa del cristallizzatore, da minimizzare il gap d'aria che si viene a creare tra pelle solidificata e pareti.

Dette pressioni vengono calcolate in modo da ottenere la voluta deformazione delle pareti e mantenute sostanzialmente fisse fino a che non vengono a mutare i parametri di colata, quali in particolare il tipo di acciaio e la velocità di colata.

La proponente, con il presente trovato, si è posta 1'obiettivo di ottenere una soluzione applicabile sostanzialmente a qualsiasi tipo di cristalizzatore che permetta di ottenere vantaggi in termini di riduzione della forza di estrazione richiesta nonché del fenomeno di incollaggio tra pelle e parete, di riduzione della forza di attrito tra parete del cristallizzatore e prodotto colato, di aumento della qualità superficiale nonché altri vantaggi ancora. A tal proposito, essa 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 per l'ottenimento di vibrazioni delle pareti del cristallizzatore mediante pulsazione del liquido di raffreddamento che permetta di ridurre l'attrito fra la parete del cristallizzatore ed il prodotto colato e di conseguenza consenta di ridurre l'entità della forza richiesta per estrarre il prodotto colato dal cristallizzatore.

Ulteriore scopo del trovato è quello di ottenere un conseguente aumento della qualità superficiale del prodotto colato così ottenuto.

Il trovato favorisce inoltre il distacco del metallo nella parte alta del cristallizzatore, riducendo l'attrito dovuto all'incollaggio e riducendo il rischio di deterioramenti della superficie del prodotto colato dovuto agli strisciamenti della stessa sulla parete.

Secondo il trovato, il sistema di adduzione del liquido di raffreddamento delle pareti del cristallizzatore viene regolato in modo da generare vibrazioni forzate e controllate di dette pareti, dette vibrazioni essendo indotte dalla variazione ciclica, o pulsazione, della pressione con cui viene alimentato detto liquido di raffreddamento.

Tali vibrazioni sono vantaggiosamente di piccola ampiezza in modo da favorire in continuo il distacco della pelle del prodotto colato dalla parete del cristallizzatore non appena tale fenomeno si manifesta .

La pulsazione ciclica della pressione del liquido di raffreddamento determina un coniugato spostamento ciclico di vibrazione delle pareti del cristallizzatore rispetto alla massa di metallo fuso presente tra dette pareti.

Detto spostamento ciclico di vibrazione favorisce il distacco tra il metallo fuso e la parete, in particolare nel primo tratto del cristallizzatore, diminuendo l'attrito relativo e quindi permettendo di ridurre la forza di estrazione richiesta per il processo di colata.

La variazione ciclica o pulsazione della pressione può essere ottenuta in vari modi, sia agendo su intercettatori parziali o totali, agenti ad esempio sulla conduttura di uscita del liquido di raffreddamento,· sia attraverso una variazione significativa della pendenza della curva di resistenza del circuito che provoca nella pompa ampie variazioni della pressione volumetrica nel circuito stesso, che ancora attraverso uno sfasamento dei vari pistoni della pompa volumetrica. Tale variazione della pressione dell'acqua di raffreddamento determina anche un aumento del coefficiente di scàmbio termico tra la parete del cristallizzatore e l'acqua di raffreddamento stessa. Secondo una soluzione preferenziale del trovato, non limitativa, il circuito di raffreddamento è suddiviso in almeno due parti distinte lungo l'estensione longitudinale del cristallizzatore; ciò permette di applicare parametri di vibrazione differenziata in relazione alle differenti condizioni di incollaggio e quindi di attrito che si generano fra pelle e parete all’interno del cristallizzatore.

In una soluzione preferenziale del trovato, il circuito di raffreddamento che concretizza il procedimento secondo il trovato comprende una pompa volumetrica di alimentazione ed una valvola di regolazione ad apertura (pervietà) variabile posta, lungo il circuito, a valle del cristallizzatore.

L'utilizzo di una pompa volumetrica consente di ottenere una risposta molto più marcata della pulsazione della pressione del liquido di raffreddamento alle variazioni di apertura della valvola di regolazione.

Infatti, la curva caratteristica di una pompa volumetrica (Q-H) presenta un andamento sostanzialmente verticale, per cui una variazione sic'nif icativa della pendenza della curva di resistenza del circuito, determinata agendo sull’apertura della valvola di regolazione, determina consistenti variazioni di pressione lungo il circuito stesso senza modificare la portata dell 'acqua.

Secondo una variante, la pulsazione della pressione del liquido di raffreddamento viene ottenuta mediante sfasamento dei pistoni della pompa volumetrica, sfruttandone quindi le caratteristiche intrinseche, senza la necessità di prevedere a valle valvole di regolazione.

Secondo il trovato, per ottenere i risultati più significativi in termini di frequenza massima di vibrazione delie pareti del cristallizzatore al variare della pressione. del liquido di raffreddamento, è vantaggioso che il volume d'acqua presente nel canale di transito adiacente a dette pareti sia estremamente ridotto.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Le figure allegate sono fornite a titolo esemplificativo non limitativo ed illustra.no una soluzione preferenziale del trovato.

Nelle tavole abbiamo che:

- la fig. 1 illustra una sezione longitudinale schematica e parziale di una lingottiera in cui viene applicato il procedimento di regolazione della pressione del liquido di raffreddamento secondo il trovato ;

- la fig. 2 illustra schematicamente il circuito di raffreddamento che concretizza il procedimento secondo il trovato;

- la fig. 3 illustra graficamente l'andamento delle curve caratteristiche di risposta di due tipi differenti di pompe di alimentazione;

- la fig. 4 illustra una variante di fig. 2;

- la fig. 5 illustra un'ulteriore variante di fig.2.

DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La lingottiera 10 illustrata in fig. 1 comprende un cristallizzatore 11 vantaggiosamente ma non esclusivamente del tipo a pareti sottili, con spessore compreso tra 4 e 15 min, vantaggiosamente tra 4 e 10 mm.

La lingottiera 10 presenta pareti di contenimento 12 disposte esternamente al cristallizzatore 11 e definenti con esso la camera in cui circola il liquido di raffreddamento.

Nel caso illustrato nelle figg. 1 e 2, la camera di raffreddamento è suddivisa in due parti poste longitudinalmente in sequenza, rispettivamente 13a e 13fc, alle quali il liquido di raffreddamento è alimentato in modo separato ed indipendente.

Nel caso di specie, le camere di raffreddamento 13a e 13b presentano una rispettiva parete intermedia 14 che concretizza, con la relativa parete del cristallizzatore 11, un canale di transito 16 del liquido di raffreddamento di larghezza estremamente ridotta.

La parete intermedia 14 può essere mobile nella direzione delle frecce 15 per concretizzare un canale di transito 16 a sezione variabile.

Ogni camera di raffreddamento 13a e 13b presenta rispettive entrate ed uscite del fluido refrigerante, rispettivamente 17a, 117a e 17b e 117b.

Secondo il trovato, il circuito di raffreddamento comprende almeno una pompa di tipo volumetrico 18 che alimenta il liquido di raffreddamento, nel caso di fig. 2, alla camera di raffreddamento 13a associata al tratto superiore del cristallizzatore 11.

Sul circuito di raffreddamento del detto tratto superiore, in corrispondenza del lato di scarico 21, è presente una valvola 19 ad apertura variabile in modo controllato, il cui azionamento può essere asservito ad un'unità di elaborazione e comando, qui non illustrata.

L’utilizzo di una valvola 19 ad apertura variabile sul lato di scarico del circuito di raffreddamento permette di concretizzare una variazione ciclica e controllata, o pulsazione, secondo parametri definiti, della pressione del liquido di raffreddamento che circola nella relativa camera di raffreddamento ed in particolare nel canale di transito 16.

La variazione ciclica della pressione, o pulsazione della pressione, determina una coniugata vibrazione ciclica delle pareti del cristallizzatore 11 adiacenti al detto canale di transito 16.

Detta vibrazione ciclica favorisce il distacco tra metallo e parete, in particolare nel tratto superiore del cristallizzatore, ove si verificano fenomeni di incollaggio, a partire dalla linea del menisco 23, tra il metallo 24 ancora allo stato liquido e la parete interna del cristallizzatore 11. L 'utilizzo di una pompa volumetrica 18 al posto di una. convenzionale pompa centrifuga 20 permette di ottenere elevate variazioni della pressione modificando la pendenza della curva di resistenza del circuito attraverso la valvola 19.

Come si vede in fig. 3, una pompa volumetrica presenta una curva caratteristica H-Q, indicata con A, la quale presenta un andamento sostanzialmente verzicale.

Dal grafico si vede come una variazione della pendenza della parabola di resistenza del circuito di raffreddamento provoca uno spostamento molto più marcato del punto di funzionamento, con una variazione consistente della pressione senza variare la portata dell’acqua, e quindi l'entità de raffreddamento, 'rispetto al caso di una pompa centrifuga che presenta una curva caratteristica, indicata con B, ad andamento sostanzialmente orizzontale.

Nella soluzione illustrata in fig. 2, il circuito di raffreddamento modificato con regolazione ciclica della pressione interessa la parte superiore della lingottiera' 10, mentre la parte inferiore è associata ad un circuito di raffreddamento convenzionale con relativa pompa centrifuga 20.

Nella variante di fig. 4, la lingottiera 10 coopera con un unico circuito di raffreddamento del tipo con pompa volumetrica 18 e valvola ad apertura variabile 19, con regolazione ciclica della pressione univoca per tutta l'estensione longitudinale di detta lingottiera 10.

Nel caso di specie, è presente una seconda pompa, di tipo volumetrico o centrifugo, che interviene nelle situazioni di emergenza o in ausilio della pompa principale 18.

Nell’ulteriore variante di fig. 5, la pulsazione della pressione dell'acqua viene provocata dallo sfasamento dei vari pistoni della pompa volumetrica, sfruttando in questo modo le caratteristiche intrinseche di questo tipo di pompa.

In questo caso, non vi è la necessità di utilizzare una valvola a valle quale la valvola 19 di fig. 2.'

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI Procedimento per l'ottenimento di vibrazioni delle pareti del cristallizzatore (11) di una lingottiera (10) mediante pulsazione del liquido di raffreddamento, detta lingottiera (10) potendo presentare una o più aree (13a, 13b) periferiche, longitudinalmente disposte, di circolazione fluido di raffreddamento, il circuito di raffreddamento comprendendo almeno mezzi a pompa di alimentazione, un condotto di mandata ed uno di scarico, caratterizzato dal fatto che in almeno una di dette aree (13a, 13b) la pressione del fluido refrigerante, almeno in cooperazione con la parete del cristallizzatore (11), è di tipo pulsante. 2 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la pompa di alimentazione (18) del liquido di raffreddamento è di tipo volumetrico. 3 - Procedimento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la pulsazione della pressione viene ottenuta agendo su mezzi di intercettazione (19) ad apertura variabile disposti almeno sulla tubazione di scarico (21). 4 - Procedimento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti fino a 2, caratterizzato dal fatto che la pulsazione della pressione viene ottenuta mediante sfasamento dei pistoni della pompa (18) di tipo volumetrico. 5 - Procedimento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la frequenza della pulsazione della pressione del fluido di raffreddamento è regolabile. 6 - Procedimento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la frequenza della pulsazione della pressione del fluido di raffreddamento è variabile fra una zona longitudinale (13a) e l'altra (13b). 7 - Procedimento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che adotta i contenuti di cui alla descrizione ed ai disegni.