ITVI20080259A1 - Forno a colata continua - Google Patents

Description

Descrizione

Il presente trovato riguarda un forno a colata continua, secondo la parte generale della rivendicazione 1.

Allo stato attuale della tecnica, per la produzione di semilavorati, quali filo, piatto, tubo, in materiale prezioso quale oro e sue leghe e non prezioso, quali leghe ferrose, vengono impiegati i cosiddetti “forni a colata continua” costituiti, sostanzialmente, da un crogiolo, in cui avviene la fusione del metallo, da ima sottostante filiera, raffreddata ad acqua per solidificare il materiale estruso e da un sottostante dispositivo di traino, che provvede all’estrazione controllata del semilavorato dalla macchina.

Di frequente, per conferire al semilavorato delle particolari proprietà metallurgiche, oltre ai suddetti tre componenti la macchina è equipaggiata con un ulteriore dispositivo di raffreddamento diretto dell’estruso, costituito da una vaschetta d’acqua, posta immediatamente al di sotto della filiera, attraverso la quale viene fatto passare il prodotto solidificato e da raffreddare ulteriormente.

L’intero impianto si sviluppa lungo un asse verticale, con direzione di estrazione verticale con verso dall’alto verso il basso; il processo di estrusione e solidificazione è continuo.

L’inconveniente che si manifesta durante l’utilizzazione di questi impianti è costituito dalle colate di metallo fuso che, uscendo in modo improvviso ed incontrollato dalla filiera, creano una grave situazione di pericolo a causa degli schizzi di metallo ad altissima temperatura che possono investire l’operatore addetto alla macchina.

In particolare, quando l’impianto è dotato del sistema di raffreddamento diretto con acqua, oltre che dagli schizzi di metallo fuso, l’operatore può essere raggiunto anche dagli spruzzi di vapore e liquido ad alta temperatura provocati dalla violenta reazione del metallo in caduta con l’acqua contenuta nella vaschetta; tale violenta reazione ha carattere deflagrante, con le relative conseguenze per la sicurezza.

All’atto pratico, tale situazione anomala e pericolosa di funzionamento, che avviene quando il metallo, raggiunta la temperatura di fusione nel crogioli, fuoriesce dalla filiera per gravità, generando una colata incontrollata, è conseguente, sostanzialmente, al fatto che:

- non è stata inserita nella filiera, prima dell’ inizio dell’operazione di fusione, l’asta di aggancio che provvede all’estrazione iniziale dalla filiera dell’estruso; - durante l’estrazione dell’asta di aggancio, quando essa è ancora scorrevole all’interno della filiera, la massa di metallo in solidificazione si stacca dalla suddetta asta;

- durante l’estrusione, nella massa di metallo che si sta solidificando si generano delle rotture che provocano il distacco e la caduta incontrollata della porzione di metallo estruso posta a valle di detta massa.

Operativamente, le cause scatenanti che provocavo le colate improvvise e pericolose dalla filiera sono notevoli e molto diverse e che vengono qui di seguito elencate.

Se l’asta di aggancio iniziale ha una dimensione tale non poter garantire un sufficiente interspazio (gioco) tra sé e le pareti della filiera, il metallo non può penetrare in modo omogeneo in detto interspazio e quindi non può attaccarsi in modo omogeneo alla suddetta asta.

Questa situazione anomala comporta che il metallo fuso risulta a contatto solamente con la superficie superiore e non anche con le superfici laterali dell’asta.

Di conseguenza, quando inizia l’estrazione dell’asta di aggancio, la suddetta asta scende, senza trascinare con sé il metallo solidificato, per cui si genera uno spazio vuoto e la parte semisolida del metallo in filiera, non più raffreddata dal flusso refrigerante proveniente dal basso, fonde e ciò provoca una colata incontrollata, quando la suddetta asta è uscita dalla filiera.

Di contro, se l’asta di aggancio iniziale ha una dimensione tale per cui l’interspazio (gioco) tra sé e le pareti della filiera risulta notevole, il metallo può penetrare e scorrere agevolmente in detto interspazio e quindi uscire direttamente dalla filiera per gravità; tale situazione si presenta, in particolare, durante la fase di travaso dal crogiolo di prefusione al crogiolo della colata continua.

Nel caso di utilizzazione di un’asta di aggancio di metallo diverso dal metallo che deve essere estruso, a causa delle due diverse temperature di fusione, sia in positivo che in negativo, potrebbero insorgere delle difficoltà nell’azione di unione-aggrappaggio-fusione tra l’asta ed il metallo da estrudere.

Ciò comporta che, quando inizia l’estrazione dell’asta di aggancio, la suddetta asta scende, senza però trascinare con sé il metallo allo stato solido e quindi si genera uno spazio vuoto (gap) che può dar luogo ad una colata incontrollata quando la suddetta asta è uscita dalla filiera.

Tale inconveniente si manifesta anche quando viene eseguito un riaggancio, utilizzando un’ asta precedentemente interrotta, che presenta quindi l’estremità a sezione inclinata poiché, reinfilandola nella filiera, la possibilità di rifusione fra asta/metallo risulta alquanto difficoltosa per cui, quando essa viene riawiata, si genera uno spazio vuoto con il rischio di una colata incontrollata.

Se la superficie interna della filiera è deteriorata o danneggiata, ad esempio a causa dell’impiego di un’asta di aggancio (in acciaio e/o in lega preziosa) che non è in buono stato, oppure sono presenti delle “fessurazioni profonde” nel corpo della filiera stessa, in corrispondenza della zona di solidificazione del metallo, può verificarsi che l’estruso che si sta solidificando si interrompa, ovvero si stacchi dall’ estruso che lo precede in uscita, creando, anche in questo caso, uno spazio vuoto, con il rischio di una colata incontrollata.

Se la filiera è troppo calda, per esempio, per la eccessiva fornitura di potenza di riscaldamento, la temperatura delle parete interna potrebbe raggiungere un valore uguale o maggiore alla temperatura di fusione del metallo, per cui non avviene la solidificazione.

Sempre se la filiera è troppo calda, il metallo che scende si “stira” quando è ancora allo stato semi-solido, staccandosi dalla massa dell’estruso che lo precede, creando uno spazio vuoto, che provoca il rischio di una colata incontrollata.

Analogo inconveniente si manifesta nel caso di una rottura del crogiolo, in quanto la fuoriuscita di metallo attraverso le fessure del crogiolo porta ad un repentino innalzamento della temperatura della filiera e quindi a creare le condizioni di distacco dell’ estruso.

Di contro, se la filiera è troppo fredda, il metallo non si solidifica in modo uniforme, secondo i tempi ottimali che sono richiesti per ottenere una regolare struttura metallurgica, per cui è possibile la formazione di “cricche da freddo” le quali, aumentando gradualmente, provocano il distacco dell’estruso dalla massa che lo precede, creando uno spazio vuoto che provoca il rischio di una colata incontrollata.

Se la velocità di estrazione è troppo elevata, è possibile che il “punto di solidificazione” del metallo venga portato talmente in basso da risultare fuori dal corpo della filiera per cui il metallo, che non ha il tempo necessario per solidificare airintemo della filiera, esce dalla suddetta ancora in uno stato liquido o semiliquido.

Ancora, quando la velocità di estrazione è troppo elevata, è possibile uno “stiramento” del metallo allo stato semi-solido (stiramento pastoso), per cui il metallo che scende troppo rapidamente si “stira”, staccandosi dalla massa di estruso che lo precede, creando uno spazio vuoto che provoca il rischio di una colata incontrollata.

Infine, nel caso di travaso dal crogiolo di prefusione al crogiolo di colata continua, che avvenga senza che vi sia all’ interno del crogiolo di colata continua un sufficiente livello di metallo “di base”, oppure avvenga in modo troppo violento, può verificarsi la formazione di riflussi e bolle che potrebbero provocare il distacco dell’estruso durante la fase di solidificazione, con le conseguenze sopra riportate.

Scopo del presente trovato è la realizzazione di un forno a colata continua del tipo sopra descritto, che risulti privo degli inconvenienti operativi sopra descritti e garantisca la sicurezza degli operatori alla macchina.

Specificatamente, scopo del presente trovato è la realizzazione di un forno a colata continua, dotato di dispostivi che evitino la fuoriuscita improvvisa ed incontrollata di colate di metallo fuso dalla filiera.

Sempre specificatamente, scopo del presente trovato è quello di dotare il forno a colta continua di un efficace raffreddamento rapido supplementare dell’estruso, garantendo sempre l’incolumità dell’operatore,

Tali scopi sono ottenuti dotando il forno di due circuiti elettronici per il monitoraggio di due parametri di funzionamento della filiera, ovvero la temperatura di esercizio nella filiera e la presenza/assenza del materiale lungo il canale di estrusione di detta filiera.

Tali scopi sono ulteriormente ottenuti realizzando un sistema di raffreddamento rapido nel quale Γ estruso, anziché attraversare per immersione il fluido raffreddante, venga investito da una doccia di acqua spruzzata da uno o più anelli concentrici.

Infine, il dispositivo di raffreddamento rapido comprende una vaschetta di raccolta dell’acqua proveniente dalle docce munite di ampia superficie e con scarico sovradimensionato, in modo da rendere minima la quantità d’acqua residua per cui, nel caso di una colata incontrollata, il metallo fuso, oltre che essere immediatamente raccolto e quindi non risultare a contatto con gli altri organi della macchina, quando viene a contatto con l’acqua non genera situazioni di sovrapressione od esplosioni, ma si sviluppa solamente del vapore che fuoriesce dallo spazio appositamente ricavato sopra la suddetta vaschetta salvacolata.

Inoltre il suddetto dispositivo è dotato di una porta mobile munita di vetro rinforzato, che permette all’operatore di esaminare l’estruso, il tutto in condizioni di massima sicurezza.

Queste ed altre caratteristiche del trovato verranno ora illustrate, con riferimento ad una sua possibile forma di realizzazione, resa a solo titolo di esempio illustrativo e non limitativo, con l’aiuto delle tavole di disegno allegate, dove:

- la fig.l (tav. I) rappresenta una vista prospettica e parzialmente sezionata del forno a colata continua di cui al trovato;

- la fig.2 (tav. II) rappresenta una sezione schematica frontale del forno a colata continua di cui al trovato;

- le figg. 3-5 rappresentano tre diverse condizioni operative del forno di cui al trovato.

Come visibile in fig.l, il forno a colata continua è sostanzialmente costituito da un crogiolo 1 , contenente il metallo fuso “M”, da una filiera 2, dove avviene la graduale solidificazione e la trafilatura del metallo del metallo per realizzare il prodotto semilavorato “P” e da coppie di rulli 3, che provvedono all’estrazione (traino) del prodotto solidificato dalla macchina.

Inoltre la macchina è dotata un dispositivo di raffreddamento diretto supplementare dell’estruso “P”, indicato complessivamente con il riferimento 4, posto immediatamente a valle della filiera 2.

Come visibile in fig. 2, una prima caratteristica di novità del trovato è costituita dal fatto che sulla filiera, alle termocoppie 10, usualmente installate, vengono affiancati dei rilevatori 20.

Con tale soluzione costruttiva, tramite le termocoppie 10 ed i rilevatori 20 vengono monitorati in continuo ed in tempo reale due parametri di funzionamento quali, rispettivamente, la temperatura della filiera e la presenza/assenza, nella massa del prodotto “P” posto all’intemo della filiera e le sue irregolarità strutturali; i dati dei suddetti apparecchi (termocoppie e rilevatori) vengono elaborati da una centralina elettronica 30, che regola il funzionamento o provvede aU’arresto della macchina, in presenza di anomalie.

Specificatamente, uno o più termocoppie 10, collegate a delle routines software, hanno la funzione di un triplice controllo termico e precisamente: - il controllo dello scarto o “gap positivo” e dello scarto o “gap negativo” del riscaldamento della filiera”;

- il controllo dello scarto o “gap positivo” e dello scarto o “gap negativo” del raffreddamento della filiera”;

- il controllo del “gap negativo” sui valori di picco del raffreddamento della filiera.

Praticamente, il controllo del “gap positivo/negativo del riscaldamento della filiera” rileva lo scostamento della temperatura di riscaldamento rispetto al valore della temperatura impostata o di “set-point”; se il valore della temperatura reale supera i valori di “gap positivo” o di “gap negativo” impostati la centralina di controllo attiva un allarme, che blocca istantaneamente il dispositivo di traino, fermando quindi la fuoriuscita dell’estruso.

Analogamente, il controllo del gap positivo/negativo del raffreddamento della filiera” rileva lo scostamento della temperatura di raffreddamento rispetto al valore della temperatura impostata o di “set-point”; se il valore della temperatura reale supera i valori di “gap positivo” o di “gap negativo” impostati la centralina di controllo attiva un allarme che blocca istantaneamente il dispositivo di traino fermando quindi la fuoriuscita dell’ estruso.

Viceversa il controllo del “gap negativo sui valori di picco del raffreddamento della filiera” è un valore di “gap temperatura/tempo”, impostabile in (negativo), relativo alla temperatura reale ed istantanea di picco, raggiunta nel corso del raffreddamento dalla filiera.

Esemplificando, se la temperatura reale della filiera sale con continuità e regolarmente (condizione normale durante i primi minuti dall’ inizio dell’estrazione) o si stabilizza ad un determinato valore (condizione normale quando l’estrazione ha raggiunto la condizione di stabilità) il funzionamento del forno risulta regolare.

Di contro, se la temperatura reale di raffreddamento della filiera inizia a scendere con notevole rapidità rispetto alla temperatura precedentemente letta e tale valore oltrepassa il valore del “gap” impostato, la centralina attiva un allarme che blocca immediatamente il dispositivo di traino e quindi l’estrazione viene interotta.

A titolo di esempio, in una specifica condizione di funzionamento la temperatura reale di raffreddamento della filiera ha raggiunto i 620°C ed il “gap” di sicurezza è impostato su un valore di 3°C/s; se a causa del distacco dell’estruso la temperatura reale di raffreddamento della filiera inizia a scendere con un gradiente superiore a 3°C/s, il traino e Γ estrazioni vengono bloccati, con relativo allarme.

Specificatamente, i rilevatori 20, applicati prima del foro di uscita dell’estruso “P” dalla filiera, rilevano sia la totale mancanza (V) del prodotto (fig. 3), che le irregolarità presenti all’estremità (fig. 4), ovvero in presenza di una sezione inclinata (Z), anziché piatta, ed ancora la presenza di cricche (K.) lungo i bordi esterni o all’interno della massa del suddetto estruso (fig.5) .

Come visibile nelle figg. 1, 2, il dispositivo di raffreddamento diretto 4 comprende una doccia di raffreddamento, costituita da uno o più anelli 5 che spruzzano l’acqua sull’estruso “P”, contenuti all’interno di una vaschetta 6, di raccolta dell’acqua spruzzata; il tutto è chiuso frontalmente da una porta mobile 7, dotata di parete in vetro 8, che permette all’operatore, tramite la parete frontale ribassata 9 della vaschetta, la visione interna , in condizioni di totale sicurezza.

Inoltre la vaschetta 6 presenta un’ampia base “B” per la raccolta dell’acqua delle docce ed è dotata di uno scarico “S” sovradimensionato, in modo da rendere minima la quantità d’acqua residua.

Infine è previsto un adeguato interspazio “H” fra la filiera 2 ed il dispositivo di raffreddamento 4, specificatamente costituito da una vaschetta 6, in modo da permettere l’evacuazione rapida del vapore che si sviluppa nel caso di una colata incontrollata, quando il metallo fuso viene a contatto con l’acqua della vaschetta.

Sono ovviamente possibili forme di realizzazione diverse del trovato, in funzione delle caratteristiche e degli elementi costituenti il suddetto, senza, per questo, uscire dall’ambito delle seguenti rivendicazioni.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. FORNO A COLATA CONTINUA, del tipo costituito da un crogiolo (1), contenente il metallo fuso (M), da una filiera (2), dove avviene la graduale solidificazione e la trafilatura del metallo per realizzare il prodotto estruso semilavorato (P) e da coppie di rulli (3), che provvedono all’estrazione o al traino del prodotto solidificato dalla macchina, nonché da un dispositivo (4) di raffreddamento diretto e supplementare dell’ estruso, posto immediatamente a valle della filiera (2), detto forno a colata continua caratterizzandosi per il fatto di prevedere contemporaneamente l’applicazione sulla filiera di termocoppie (10) e di rilevatori (20) con i quali vengono monitorati in continuazione ed in tempo reale i due segmenti parametri di funzionamento: la temperatura della filiera (2) e la presenza/assenza della massa del prodotto (P) all’interno della suddetta filiera e le sue irregolarità strutturali, i dati dei suddetti apparecchi (10,20) essendo elaborati da una centralina elettronica (30), che regola il funzionamento o provvede all’arresto della macchina, in presenza di anomalie.
2. 2. FORNO A COLATA CONTINUA, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i rilevatori (20), applicati prima del foro di uscita dell’estruso (P) dalla filiera (2) rilevano, oltre che la totale mancanza del prodotto (V), anche la presenza di eventuali irregolarità, quale una sezione inclinata (Z) anziché piatta e la formazione di cricche (K) sulla superfìcie e/o all’interno della massa del suddetto estruso.
3. 3. FORNO A COLATA CONTINUA, secondo la rivendicazione 1. caratterizzato dal che le termocoppie (10), collegate alla centralina elettronica e controllate da routines software, hanno la finizione di un triplice controllo termico e precisamente: - il controllo dello scarto o “gap positivo” e dello scarto o “gap negativo” del riscaldamento della filiera”; - il controllo dello scarto o “gap positivo” e dello scarto o “gap negativo” del raffreddamento della filiera”; - il controllo del “gap temperatur^empo” del raffreddamento della filiera.
4. 4. FORNO A COLATA CONTINUA, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di raffreddamento diretto (4) comprende una doccia costituita da uno o più anelli (5), che spruzzano l’acqua sull’estruso (P).
5. 5. FORNO A COLATA CONTINUA, secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che la doccia (5) è contenuta all’interno di una vaschetta (6) di raccolta dell’acqua spruzzata.
6. 6. FORNO A COLATA CONTINUA, secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto di prevedere una porta mobile (7), dotata di parete in vetro (8), disposta di fronte alla vaschetta (6), ciò che permette all’operatore, tramite la parete frontale ribassata (9) della vaschetta, la visione interna della zona di spruzzatura, in condizioni di totale sicurezza.
7. 7. FORNO A COLATA CONTINUA, secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che la vaschetta (6) presenta un’ampia base (B) per la raccolta dell’acqua delle docce ed è dotata di imo scarico (S) sovradimensionato in modo da rendere minima la quantità d’acqua residua.
8. 8. FORNO A COLATA CONTINUA, secondo le rivendicazioni 4 e 5, caratterizzato dal fatto che è previsto un adeguato interspazio (H) fra la filiera (2) ed il dispositivo di raffreddamento (4), costituito specificatamente da una vaschetta (6), in modo da permettere l’evacuazione rapida del vapore che si sviluppa nel caso di una colata incontrollata, quando il metallo fuso viene a contatto con l’acqua della vaschetta.