IT201800011025A1

IT201800011025A1 - Metodo di realizzazione di un apparato di colata continua ed apparato di colata continua cosi’ ottenuto

Info

Publication number: IT201800011025A1
Application number: IT102018000011025A
Authority: IT
Inventors: Nikolas Salvador; Luca Entesano; Luca Andrea De
Original assignee: Danieli Off Mecc
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2020-06-12
Also published as: WO2020121348A1; EP3894110A1; CN113423520A; CN113423520B; US11865607B2; EP3838441A1; US20220288672A1

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"METODO DI REALIZZAZIONE DI UN APPARATO DI COLATA CONTINUA ED APPARATO DI COLATA CONTINUA COSI’ OTTENUTO"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Il presente trovato si riferisce ad un metodo di realizzazione di un apparato di colata continua per la produzione di billette aventi una sezione trasversale poligonale.

Forma altresì oggetto del presente trovato un apparato di colata continua ottenuto con il metodo di realizzazione.

In particolare, il metodo e l’apparato, in accordo con il presente trovato, permettono di colare billette con una velocità di colata maggiore rispetto a metodi ed apparati noti, ottenendo un incremento della produttività dell’intero apparato, riducendo notevolmente o eliminando il contenimento delle billette a valle della lingottiera.

STATO DELLA TECNICA

Sono noti apparati di colata continua che comprendono una lingottiera configurata per colare prodotti di sezione trasversale sostanzialmente quadra, oppure di sezione tonda.

Nella lingottiera viene introdotto il metallo fuso per essere progressivamente solidificato con la formazione di una pelle solida.

All’uscita dalla lingottiera il prodotto colato presenta un guscio esterno solidificato avente funzione di contenimento del metallo liquido ancora presente al suo interno. La lingottiera definisce, inoltre, una linea di colata lungo la quale il prodotto metallico in via di solidificazione avanza progressivamente.

Gli apparati noti comprendono, inoltre, direttamente a valle della lingottiera, un dispositivo di contenimento configurato per impedire il rigonfiamento, anche detto “ bulging ”, della pelle del prodotto colato che si verifica a causa della pressione ferrostatica esercitata dal metallo liquido. Questo fenomeno si verifica principalmente nel caso di colata di prodotti con sezione sostanzialmente quadra in cui i lati della sezione, se non opportunamente contenuti, tendono a spanciare verso l’esterno. Tale deformazione può comportare la formazione di cricche che se si estendono fino alla superficie esterna provocando la rottura della pelle con conseguente fuoriuscita di metallo liquido ( breakout ). Questo fenomeno viene prevenuto attraverso una pluralità di gruppi di rulli di contenimento.

Ciascun gruppo di contenimento è provvisto di rulli di contenimento che circondano, in uso, perifericamente una porzione del prodotto colato. Fra i rulli di contenimento sono previsti dispositivi di raffreddamento, cosiddetto secondario, del prodotto metallico, quali ugelli di erogazione.

La posizione dei rulli di contenimento rispetto alla superfice esterna del prodotto colato deve essere accuratamente regolata per il corretto contenimento dei lati della sezione. In particolare, ogni qualvolta si verifica un breakout, o un degrado della qualità del prodotto colato stesso, per esempio per la presenza di cricche interne o superficiali, viene richiesta un’azione di regolazione della posizione dei rulli di contenimento.

La regolazione della posizione dei rulli viene effettuata considerando quantomeno il ritiro dimensionale del materiale, a causa del raffreddamento secondario, e la necessità di non comprimere eccessivamente il prodotto per non deformarlo e quindi per non ostacolarne l’avanzamento lungo la linea di colata.

Le operazioni di regolazione dell’allineamento dei rulli di contenimento sono complesse e vengono effettuate manualmente fuori linea da operatori specializzati, richiedendo un elevato tempo e costo di operativo di manutenzione.

Inoltre, la manutenzione dei dispositivi di contenimento richiede un’adeguata ricambistica a magazzino, con relativi costi di gestione, e pone vincoli all’operatività della macchina di colata qualora si verifichino più breakouts nella stessa settimana.

È pure noto che la produzione di billette di sezione tonda permette di ridurre il numero di, o addirittura eliminare i, gruppi di contenimento, lungo la linea di colata, rispetto alla produzione di prodotti a sezione sostanzialmente quadra, grazie alla maggior capacità del prodotto tondo di autosostenersi e resistere alla pressione ferrostatica del metallo liquido contenuto dalla pelle solidificata.

È anche noto che la colata di prodotti tondi permette di avere un’elevata omogeneità di raffreddamento della sezione trasversale del prodotto colato, e pertanto un’elevata qualità di quest’ultimo.

Per contro, tuttavia, i prodotti tondi non permettono di raggiungere elevate velocità di colata in quanto la conicità interna del cristallizzatore, seppur studiata e ottimizzata, non consente in tutte le condizioni di processo un perfetto contatto con il prodotto colato e pertanto durante il ritiro la pelle solidificata tende a staccarsi dalle pareti del cristallizzatore riducendo l’uniformità dello scambio termico.

Solitamente le sezioni tonde vengono colate con velocità di colata comprese tra 0,2 e 2,0 m/min.

Le billette di sezione sostanzialmente quadra, invece, a parità di lunghezza di contenimento con la sezione tonda, permettono di raggiungere velocità di colata maggiori, ad esempio fino a 4-5 m/min, e pertanto produttività più alte.

Tali velocità di colata delle sezioni sostanzialmente quadre possono essere aumentate, ma a patto che venga adottato un dispositivo di contenimento di lunghezza adeguata che comunque sarà maggiore rispetto a quella richiesta da una sezione tonda. Ad elevate velocità di colata, infatti, la pelle in uscita dal cristallizzatore è più sottile e calda e tende maggiormente a “spanciare” sotto l’azione della pressione ferrostatica.

I prodotti a sezione sostanzialmente quadra, rispetto ai prodotti tondi, inoltre, presentano una disuniformità di temperatura superficiale. Gli spigoli, infatti, possono essere più freddi rispetto al centro-faccia e quindi possono generare difetti nei successivi processi di laminazione a valle.

È uno scopo del trovato mettere a punto un metodo per la realizzazione di un apparato di colata continua, che permetta di raggiungere velocità di colata, e pertanto produttività, molto maggiori rispetto alle soluzioni attuali note.

È anche uno scopo del trovato mettere a punto un metodo per la realizzazione di un apparato di colata continua che permetta nel contempo di ridurre l’estensione longitudinale del dispositivo di contenimento o addirittura di eliminarlo completamente. Ciò a vantaggio di una riduzione del numero di rulli di contenimento e pertanto anche delle azioni di regolazione e allineamento richieste per il corretto loro posizionamento.

Altro scopo del presente trovato è quello di mettere a punto un metodo per la realizzazione di un apparato di colata continua che permetta di ottenere prodotti colati con una maggiore qualità sia superficiale che interna.

Ulteriore scopo del presente trovato è realizzare un apparato per la colata continua che riduca i costi di investimento (CAPEX) e i costi operativi (OPEX) e che permetta di ridurre notevolmente gli interventi di manutenzione.

È anche uno scopo del trovato mettere a punto un apparato di colata che permetta di raggiungere velocità di colata, e pertanto produttività, molto maggiori rispetto alle soluzioni note.

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

In accordo con i suddetti scopi, un metodo di realizzazione di un apparato di colata continua per colare, attraverso la cavità di un cristallizzatore di una lingottiera, un prodotto con sezione trasversale poligonale.

In accordo con un aspetto del trovato, il metodo prevede di determinare la lunghezza di contenimento minima di un dispositivo di contenimento a rulli posto a valle della lingottiera e configurato per contenere la deformazione del prodotto colato con un dispositivo di contenimento a rulli. La lunghezza di contenimento minima è determinata, di volta in volta, in funzione quantomeno della larghezza del lato del poligono, di una freccia massima ammissibile di deformazione del lato del poligono del prodotto colato al di fuori della lingottiera, e della velocità di colata.

In forme realizzative, il metodo prevede anche il caso in cui la lunghezza di contenimento sia pari a zero e quindi non si rende necessario un contenimento del prodotto colato a valle della lingottiera con il dispositivo di contenimento.

Il presente trovato permette, infatti, di fornire un insegnamento relativamente alla necessità o meno di prevedere un contenimento della sezione trasversale del prodotto colato al fine di evitare i fenomeni di bulging che portino alla rottura della pelle, soprattutto a elevate velocità di colata. Controllando opportunamente la freccia di deformazione del lato del prodotto colato, e sulla base delle dimensioni dei lati del poligono e della velocità di colata, è infatti possibile individuare se è necessario prevedere una lunghezza di contenimento del prodotto e, in caso affermativo, individuare qual è la sua lunghezza minima necessaria. Riducendo, o eliminando, la presenza del dispositivo di contenimento è possibile semplificare meccanicamente i dispositivi di contenimento stessi e/o agevolare la loro manutenzione, e/o regolazione quale ad esempio rallineamento dei rulli, con notevole riduzione di tempi e costi. Possibili implementazioni del presente trovato possono prevedere che la sezione trasversale della cavità di colata sia di forma ottagonale.

La Richiedente ha infatti testato che colando un prodotto di sezione ottagonale è possibile incrementare la capacità di sostenimento della struttura solida del prodotto anche per spessori della pelle piuttosto sottili e in questo modo è possibile raggiungere velocità di colata superiori rispetto alle soluzioni note.

Per alcune combinazioni di velocità di colata e lunghezza del lato dell’ottagono, il dispositivo di contenimento può vantaggiosamente essere completamente eliminato.

Forme realizzative del presente trovato sono relative anche ad un apparato di colata continua che comprende una lingottiera provvista di un cristallizzatore definente una cavità di colata con sezione trasversale avente forma poligonale. A partire dall’estremità di uscita della lingottiera e per una lunghezza di contenimento predefinita, è presente un dispositivo di contenimento, ed in cui la lunghezza di contenimento è calcolata con il metodo sopra descritto.

In accordo con un aspetto del trovato, l’apparato di colata può comprendere un dispositivo di contenimento provvisto di rulli di contenimento configurati per contenere la deformazione del prodotto colato al di fuori della lingottiera, detto dispositivo avente una lunghezza minima strettamente necessaria ad evitare un “bulging” eccessivo delle facce della sezione trasversale poligonale.

Inoltre, il dispositivo di contenimento si estende a partire dall’estremità inferiore della lingottiera per una lunghezza di contenimento minima determinata, di volta in volta, in funzione quantomeno della larghezza del lato della sezione poligonale, di una freccia massima ammissibile di deformazione di detto lato del poligono al di fuori della lingottiera e della velocità di colata.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

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

- la fig. 1 è una vista laterale schematica di un apparato di colata continua, in accordo con il presente trovato, ottenibile con un metodo di realizzazione secondo il trovato;

- la fig. 2 è una vista in sezione trasversale, lungo la linea di sezione II-II, di fig. 1;

- la fig. 3 è una variante di fig. 2;

- la fig. 4 è un’ulteriore variante di fig. 2;

- la fig. 5 è una vista in sezione trasversale lungo la linea di sezione V-V, di fig. 1 in accordo con una possibile soluzione realizzativa;

- la fig. 6 è una variante di fig. 5;

- la fig. 7 è un’ulteriore variante di fig. 5;

- la fig. 8 è una vista in sezione trasversale lungo la linea di sezione VIII-VIII di fig. 1;

- la fig. 9 illustra schematicamente forme di sezioni trasversali colabili con il metodo e l’apparato in accordo con il presente trovato aventi le stesse dimensioni della sezione trasversale;

- la fig. 10 è una grafico schematico dell’andamento della freccia di deformazione di un lato di un poligono;

- la fig. 11 è un’illustrazione schematica di una linea di colata;

- le figg. 12-15 illustrano dei grafici di funzioni per la determinazione di una lunghezza di contenimento del prodotto colato;

- la fig. 16 è un grafico che correla fra loro la lunghezza di contenimento, la larghezza del lato e la velocità di colata;

- la fig. 17 è un’illustrazione schematica di una possibile applicazione del presente trovato.

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 FORME DI REALIZZAZIONE

Forme realizzati ve del presente trovato si riferiscono ad un metodo di realizzazione di un apparato per la colata continua indicato nel suo complesso con il numero di riferimento 10, e configurato per produrre un prodotto colato P.

In accordo con possibili soluzioni realizzative, l’apparato 10 ha un’elevata produttività, ad esempio, maggiore di 50ton/h.

L’apparato 10, secondo il presente trovato, comprende una lingottiera 11 provvista di un cristallizzatore 12 configurato per solidificare il metallo liquido che viene introdotto all’interno.

La lingottiera 11 definisce, inoltre, una linea di colata Z lungo la quale transita il prodotto metallico P in via di solidificazione.

Il cristallizzatore 12 ha una cavità di colata 13 con sezione trasversale di forma poligonale, ovvero definita da un predefinito numero di lati, maggiore di tre.

La sezione trasversale della cavità di colata 13 definisce sostanzialmente la forma della sezione trasversale del prodotto colato P. Preferibilmente il numero di lati della sezione trasversale può essere un numero pari, vale a dire multiplo di due.

Ancor più preferibilmente, il numero di lati della sezione trasversale può essere quattro, o un multiplo di quattro.

Nel prosieguo e nelle figure si fa riferimento principalmente ad una sezione trasversale ottagonale, ma analoghe considerazioni possono essere applicate anche ad una sezione poligonale con un numero di lati diverso da otto.

Il cristallizzatore 12 comprende una pluralità di pareti 14 reciprocamente associate fra loro a definire la cavità di colata 13.

Le pareti 14, ovvero i lati della sezione trasversale, hanno larghezze W sostanzialmente uguali fra loro.

Le pareti 14 possono avere tutte lo stesso spessore per garantire uniformità di raffreddamento del prodotto colato P.

Le pareti 14 possono essere collegate fra loro in corrispondenza di spigoli 15.

Gli spigoli 15 possono essere raccordati o smussati.

In accordo con possibili forme realizzative (fig. 2), le pareti 14 possono essere elementi distinti e separati e collegati in corrispondenza degli spigoli 15 mediante mezzi di collegamento, ad esempio filettati. Secondo possibili varianti realizzative (figg. 3 e 4), le pareti 14 possono essere collegate fra loro in corpo unico, ovvero a definire un corpo monolitico.

Il cristallizzatore 12 è, inoltre, provvisto di dispositivi di raffreddamento 16, anche denominati nel settore dispositivi di raffreddamento primario, configurati per raffreddare il metallo fuso a contatto con le pareti 14.

Secondo una possibile variante realizzativa (fig. 2), i dispositivi di raffreddamento 16 comprendono una camicia esterna 29 nel quale è inserito il cristallizzatore 12. Fra la camicia esterna 29 ed il cristallizzatore 12 si viene a definire un’intercapedine 30, che circonda esternamente l’intero cristallizzatore 12 e nella quale, in uso, viene fatto circolare il fluido di raffreddamento.

Secondo possibili soluzioni realizzative del trovato, i dispositivi di raffreddamento 16 (figg. 3 e 4) comprendono canali di raffreddamento 17, associati al cristallizzatore 12 e nei quali viene fatto circolare un liquido di raffreddamento.

In particolare, secondo una possibile variante realizzativa (fig. 3), il cristallizzatore 12 può essere provvisto, nel suo spessore, di una pluralità di canali di raffreddamento 17 che si sviluppano in direzione sostanzialmente parallela allo sviluppo longitudinale della lingottiera 11. Secondo un’altra variante realizzativa (fig. 4), il cristallizzatore 12 è provvisto sulla sua superficie esterna di una pluralità di scanalature 19 ricavate aperte verso l’esterno e parallele allo sviluppo longitudinale del cristallizzatore 12 stesso.

In accordo con una possibile soluzione realizzativa (fig. 4), sulla superficie, in uso esterna, è applicato uno strato di rivestimento 18 allo scopo di chiudere, rispetto all’esterno, le scanalature 19 e definire i canali di raffreddamento 17. Lo strato di rivestimento 18 può essere realizzato con fasce di fibre, ad esempio di carbonio, avvolte attorno all’asse della linea di colata Z e impregnate con una resina polimerica.

Secondo altre soluzioni realizzative, le scanalature 19 possono essere chiuse a definire i suddetti canali di raffreddamento 17 secondo una e/o l’altra delle forme realizzative descritte in WO-A-20 14/207729 a nome della Richiedente.

Secondo una possibile soluzione realizzativa, i dispositivi di raffreddamento 16 possono comprendere organi di alimentazione e di evacuazione, non illustrati nei disegni, e configurati per far circolare il fluido di raffreddamento lungo i canali di raffreddamento 17.

Il cristallizzatore 12 ha una lunghezza cristallizzatore LM, determinata lungo la linea di colata Z. Tale lunghezza cristallizzatore LM può essere compresa fra 500mm e 1500mm, preferibilmente fra 780mm e 1000mm. In accordo con un aspetto del presente trovato, l'apparato 10 comprende, a valle della lingottiera 1 1 , un dispositivo di contenimento 21 configurato per contenere la deformazione verso l' esterno delle facce del prodotto colato P in uscita dalla lingottiera 11.

Il dispositivo di contenimento 21 può essere provvisto di una pluralità di gruppi di contenimento 22 posti uno in successione all’altro e ciascuno previsto per contenere una porzione del prodotto colato P.

I gruppi di contenimento 22 sono distanziati fra loro lungo la linea di colata Z di un predefinito passo “S”.

Il passo S può essere uniforme lungo la linea di colata Z.

Secondo possibili soluzioni realizzative, il passo S può aumentare progressivamente lungo la linea di colata Z spostandosi verso valle, in quanto la pelle solidificata assume spessori via via maggiori grazie al raffreddamento secondario e pertanto aumenta la propria resistenza alla pressione ferrostatica.

In accordo con possibili soluzioni realizzative del trovato, i rulli di contenimento 23 di gruppi di contenimento 22 adiacenti sono distanziati fra loro, lungo la linea di colata Z, di un passo S compreso fra 1 ,05 e 5 volte il diametro dei rulli di contenimento 23.

Ciascun gruppo di contenimento 22 è provvisto di una pluralità di rulli di contenimento 23 giacenti su uno stesso piano di giacitura e che circondano, in uso, il perimetro del prodotto colato P.

In accordo con una prima soluzione realizzativa (fig. 5), si può prevedere che ciascun gruppo di contenimento 22 comprenda un numero di rulli di contenimento 23 uguale al numero di lati del poligono definente la sezione trasversale del prodotto colato P ed in cui a ciascun lato del poligono è associato un rispettivo rullo di contenimento 23.

Secondo una variante realizzativa (fig. 6), si può prevedere che ciascun gruppo di contenimento 22 comprenda un numero di rulli di contenimento 23 uguale al numero di lati del poligono definente la sezione trasversale del prodotto colato P ed in cui ciascun rullo di contenimento 23 è associato a un rispettivo spigolo del poligono. In questo caso pertanto, ciascun rullo di contenimento 23 è opportunamente sagomato per porsi in appoggio su due lati adiacenti della sezione trasversale del prodotto colato P.

Secondo un’ulteriore variante realizzativa (figg. 7 e 8), si può prevedere che ciascun gruppo di contenimento 22 comprenda un numero di rulli di contenimento 23 pari a metà del numero di lati del poligono definente la sezione trasversale del prodotto colato P e detti rulli sono disposti a coppie fra loro contrapposti e posizionati, in uso, a contatto con rispettivi lati del poligono.

Il gruppo di contenimento 22 adiacente e successivo rispetto a quello considerato, presenta lo stesso numero di rulli del gruppo precedente ma è sfalsato angolarmente rispetto ad esso in modo che le sue coppie di rulli siano a contatto con i restanti lati del poligono.

Con riferimento, ad esempio, a una sezione ottagonale rappresentata in fig. 7, una delle coppie presenta i propri rulli di contenimento 23 posti rispettivamente sul lato di intradosso e sul lato di estradosso del prodotto colato P, ovvero della linea di colata Z. L’altra coppia di rulli di contenimento 23 è ruotata di 90° rispetto alla disposizione dei rulli di contenimento 23 della prima coppia ed è a contatto con i fianchi laterali del prodotto.

I rulli di contenimento 22, di un primo gruppo di contenimento 22, sono posti a contatto di quattro, degli otto lati, del prodotto colato P (fìg.

7). In fig. 8 è rappresentato il gruppo di contenimento 22 immediatamente a valle e adiacente al primo gruppo di contenimento 22 che è anch’esso dotato di quattro rulli ed è sfalsato angolarmente di 45° rispetto al precedente in modo da contenere le altre quattro facce.

In accordo con una possibile soluzione realizzativa del trovato, i dispositivi di contenimento 21 comprendono almeno un telaio di supporto 24 configurato per supportare tutti i gruppi di contenimento 22. Il telaio di supporto 24 permette di definire il posizionamento preciso e reciproco di ciascuno dei gruppi di contenimento 22 rispetto agli altri. Il telaio di supporto 24 può essere installato in posizione fissa, ovvero non oscilla assieme alla lingottiera 11.

In accordo con possibili implementazioni del trovato, la lingottiera 11 comprende una pluralità di rulli di guida, anche denominati rulli al piede 25, disposti all’estremità di uscita del cristallizzatore 12 e che fanno parte integrante della lingottiera 11.

I rulli al piede 25 guidano l’uscita del prodotto colato P e hanno la funzione di mantenerlo centrato nel cristallizzatore 12 in modo che le pareti del prodotto colato P siano tutte a contatto con le rispettive superfici interne del cristallizzatore 12 e quindi lo scambio termico risulti uniforme su tutte le facce.

In possibili implementazioni del trovato, i rulli al piede 25 sono collegati a, e mobili solidalmente con, la lingottiera 11.

A tale scopo i rulli al piede 25 possono essere installati su un comune elemento di supporto 26 fissato alla lingottiera 11.

In accordo con possibili soluzioni realizzative, i rulli al piede 25 possono essere raggruppati in almeno un gruppo di rulli al piede, nel caso illustrato in fig. 1 due gruppi di rulli al piede 25, distanziati lungo la linea di colata Z. Ciascun gruppo di rulli al piede 25 circonda, in uso, almeno parzialmente una sezione trasversale del prodotto colato P.

I rulli al piede 25 di ciascun gruppo sono posti su uno stesso piano di giacitura parallelo alla sezione trasversale del prodotto colato P.

I rulli al piede 25 sono installati direttamente a valle dell’uscita del cristallizzatore 12.

In accordo con una possibile implementazione del trovato, la lingottiera 11 può comprendere un numero compreso fra 1 e 3, preferibilmente 2, di quadruple di rulli al piede 25.

I rulli al piede 25 possono essere disposti secondo schemi analoghi a quelli di posizionamento dei rulli di contenimento 23, e illustrati, a solo titolo esemplificativo, nelle figg. 5-8.

In accordo con possibili soluzioni realizzative, i rulli al piede 25 sono installati in una porzione longitudinale della linea di colata Z avente una lunghezza di guida LG.

La lunghezza di guida LG può essere compresa fra 150mm e 800mm, preferibilmente fra 200mm e 500mm.

In possibili implementazioni del trovato, il dispositivo di contenimento 21 si estende per una lunghezza di contenimento LC determinata, di volta in volta, in funzione quantomeno della larghezza W del lato del poligono definente la sezione trasversale della cavità di colata 13, della freccia massima ammissibile F di deformazione di detto lato del poligono durante colata, e della velocità di colata Ve.

Il metodo di realizzazione in accordo con il presente trovato prevede la determinazione della suddetta lunghezza di contenimento LC minima del dispositivo di contenimento a rulli 21. Con il termine lunghezza di contenimento minima si può anche intendere che il metodo possa fornire anche un’indicazione del fatto che per le particolari condizioni di funzionamento poste, non sia necessario il dispositivo di contenimento a rulli in quanto la lunghezza di contenimento LC è nulla. La Richiedente ha, infatti, sperimentato che in funzione delle dimensioni del lato del poligono è possibile determinare la lunghezza di contenimento LC minima che è in grado di prevenire il fenomeno di bulging o, peggio, di break-out della pelle del prodotto colato P.

In questo modo è possibile ridurre al minimo essenziale il numero di gruppi di contenimento 22 richiesti, ovvero il numero di rulli di contenimento 23, con conseguente riduzione delle azioni di regolazione / allineamento richieste per questi ultimi.

Secondo forme realizzative del trovato, la lunghezza di contenimento LC del dispositivo di contenimento 21 è determinata a partire dall’estremità di uscita dei rulli al piede25 fino all’estremità di uscita del dispositivo di contenimento 21 .

In accordo con un aspeto del presente trovato, la lunghezza di contenimento LC è correlata alla freccia massima ammissibile F di deformazione di ciascun lato del poligono, ovvero alla deformazione massima ammessa e dovuta all’effetto di bulging.

La freccia di deformazione può essere espressa in termini assoluti, e in questo caso viene indicata con “F” e viene misurata in millimetri [mm], oppure può essere espressa in termini relativi (o percentuali) rispeto alla larghezza del lato W e in questo caso viene indicata con “f = F/W” ed è adimensionale.

In accordo con una possibile soluzione realizzativa, la freccia “f’ è compresa fra 0,2% e 5%, preferibilmente fra 0,2% e 3%, ancor più preferibilmente fra 0,3% e 1,5%, la larghezza W del lato poligono.

In accordo con una possibile soluzione realizzativa, la lunghezza di contenimento LC è determinata in funzione della velocità di colata Ve del prodoto colato P.

Secondo possibili implementazioni, la velocità di colata Ve è maggiore di 6m/min, preferibilmente maggiore di 6,5m/min. Tali velocità si possono raggiungere, per esempio, con una sezione otagonale di dimensioni equivalenti a quelle di una sezione quadrata di lato compreso fra 130 e 160 mm.

Tale impostazione della velocità di colata Ve permete di raggiungere elevate produtività dell’impianto siderurgico, in cui l’apparato 10 è installato.

Secondo altre possibili implementazioni, la velocità di colata Ve può essere anche molto bassa, ad esempio inferiore a 1 m/min, o uguale a 0,5 m/min, per esempio nella produzione di acciai speciali che richiedono un’elevata qualità, o nel caso in cui vengano colate sezioni poligonali di elevate dimensioni, corrispondenti ad esempio a sezioni quadre equivalenti aventi lato anche fino a 750 mm.

Secondo possibili soluzioni realizzative, la lunghezza di contenimento LC è determinata anche in funzione della geometria dell’apparato di colata 10.

In forme realizzative, la lunghezza di contenimento LC è determinata quantomeno in relazione del raggio macchina Rm (fig. 1), ovvero del raggio di curvatura della linea di colata Z.

Il raggio macchina Rm può essere un valore compreso fra 5m e 25m, preferibilmente fra 7m e 20m, ancora più preferibilmente fra 7m e 18m.

In accordo con possibili implementazioni del trovato, la lunghezza di contenimento LC è determinata anche in relazione della tipologia di materiale che viene colato. A solo titolo esemplificativo, la lunghezza di contenimento LC del dispositivo di contenimento 21 è correlata quantomeno ad uno dei seguenti parametri del materiale: modulo di elasticità, o modulo di Young, spessore di pelle solidificata, e densità p. Il modulo di Young è un valore variabile lungo l’estensione longitudinale del prodotto colato P, in relazione alla temperatura di quest’ultimo, quantomeno lungo l’estensione della lunghezza di contenimento LC.

A solo titolo esemplificativo, il modulo di Young, lungo l’estensione della lunghezza di contenimento LC, che può avere un valore medio compreso tra circa 50MPa e circa 60MPa.

Lo spessore di pelle solidificata cresce nel tempo proporzionalmente a una costante di solidificazione K che è determinabile da letteratura ed è un valore variabile in relazione alle dimensioni ed alla tipologia di prodotto colato P e pertanto dal processo di colata che viene attuato. A solo titolo esemplificativo, la costante di solidificazione K può essere compresa fra preferibilmente fra

La densità p del materiale, per quanto riguarda la colata di acciaio, può essere impostata ad un valore di circa 7750kg/m^3.

In accordo con una possibile implementazione del trovato, la suddetta lunghezza di contenimento LC è:

- uguale a zero se L ≤ LM LG

- uguale a

in cui:

LM: è la lunghezza del cristallizzatore 12;

LG: è la lunghezza di guida nella quale sono posti i rulli al piede 25; L è determinata in modo da soddisfare la seguente relazione:

In cui:

p: è la densità del materiale colato

g: è l’accelerazione gravitazionale

E: è il modulo di Young

K: è la costante di solidificazione

W: è la larghezza del lato del poligono colato

Ve: è la velocità di colata

Rm: è il raggio di curvatura linea di colata Z

f: è la freccia massima ammissibile di deformazione del lato, espressa in percentuale sulla larghezza W del lato del poligono.

La relazione Eq. 1 sopra riportata è stata determinata tenendo in considerazione che la pelle del prodotto colato P, in uscita dal dispositivo di contenimento 21, deve avere uno spessore tale che, sotto l’azione del battente di metallo liquido, i lati della sezione trasversale del prodotto colato si deformino al massimo di una freccia “f ’ predefmita.

Nello specifico i lati del poligono del prodotto colato P hanno un comportamento che si approssima ragionevolmente a quello di una trave incastrata agli estremi e sottoposta ad un carico uniformemente distribuito che è la pressione ferrostatica, come illustrato in fig. 10. La sezione di detta trave ha forma rettangolare con lato minore “b” e lato maggiore “h”. Quest’ultimo rappresenta lo spessore della pelle solidificata nel piano di flessione della trave.

La freccia “f ’ è pertanto determinabile dalla relazione

in cui:

- “p” è il carico distribuito agente sulla pelle del prodotto colato P in uscita dal dispositivo di contenimento 21 e determinabile dalla relazione: p = p·g·H , in cui H (fig. 11) è l’altezza del battente di metallo liquido che agisce sulla pelle di prodotto colato P in uscita dal dispositivo di contenimento 21. H è determinabile anche come

- “I” è il momento quadratico di superfìcie della sezione resistente definito dalla relazione in cui “h” rappresenta lo spessore di

pelle solidificata, che è anche esprimibile dalla formula empirica

La relazione Eq. 1 sopra riportata, in termini generali ammette sempre la soluzione zero ed eventualmente anche altre soluzioni.

La relazione Eq. 1 sopra riportata per la determinazione di “L” identifica una funzione il cui risultato da considerare ai fini del presente trovato è la prima soluzione utile di “L” diversa da zero, oppure, se non sono ammesse altre soluzioni, L è da considerarsi uguale a zero.

Quando L è uguale a zero significa che non è necessario prevedere il dispositivo di contenimento 21.

Per valori di lunghezza di contenimento si

assume che

La relazione Eq. 1 per la determinazione di L, sopra riportata, è definita dalla differenza di due funzioni illustrate nelle figg. 12-15, di cui una prima funzione FI esponenziale L<1,5 >, ed una seconda funzione F2 sinusoidale

Nelle figg. 12-15 vengono illustrati esempi realizzativi di determinazione della lunghezza L.

Nel primo esempio di fig. 12 si assume che p=7750kg/m<3>, E=54,8MPa, W=0,059m, f=1%, Rm=9m, Vc=3 m/min. Dal grafico di fig. 12 è possibile verificare che nell’andamento della curva Eq. 1, corrispondente alla differenza tra le due funzioni F1 ed F2, non vi sono intersezioni con l’asse X e pertanto si assume che L sia uguale a zero.

Nel secondo esempio di fig. 13 si assume che p=7750kg/m<3>, E=54,8MPa, K=3,68*10<'3 >m/s<0>’<5>, W=0,059m, f=1%, Rm=9m, Vc=6m/min. Dal grafico di fig. 13 è possibile determinare L uguale a circa 0,004m, ovvero una lunghezza di contenimento LC=0.

Nel terzo esempio di fig. 14 si assume che p=7750kg/m , E=54,8MPa, K=3,68*10<-3 >m/s<0>’<5>, W=0,5m, f=1%, Rm=9m, Vc=6m/min. Dal grafico di fig. 14 è possibile determinare L uguale a circa 25m, ovvero una lunghezza di contenimento LC che si estende per l’intera lunghezza della linea di colata, dato che l’andamento della curva Eq. 1 interseca l’asse X a questo valore.

Nel quarto esempio di fig. 15 si assume che p=7750kg/m<3>, E=54,8MPa, K=3,68*10<-3 >m/s<0>’<5>, W=0,6m, f=1%, Rm=9m, Vc=9m/min. Dal grafico di fig. 15, utilizzando il metodo di cui sopra, è possibile determinare L uguale a circa 27m, ovvero una lunghezza di contenimento LC che si estende per l’intera lunghezza della linea di colata. Si noti che il valore da considerare è il primo punto di intersezione dell’asse X, con L>0 in quanto l’andamento della curva Eq.

1 interseca più volte l’asse X.

La fig. 16 è, invece, un grafico che illustra l’andamento della lunghezza di contenimento LC minimo per diverse velocità di colata Vc, ovvero per velocità di colata di 3m/s, 6m/s e 9m/s, ed al variare della larghezza W del lato della billetta.

Nello specifico il grafico di fig. 16 è determinato impostando p=7750kg/m<3>, E=54,8MPa, f=1%, Rm=16m, una temperatura dell’acciaio di circa 1073K, LC=0,9m, LG=0,35m.

Sulla base dei parametri determinabili con gli insegnamenti secondo il presente trovato, un esperto del settore potrà valutare, di volta in volta, ed a seconda delle richieste di progetto, legate ad esempio alla produttività, alla tipologia di prodotti che vuole colare, alle lunghezze di contenimento massime che è disposto ad accettare, quali sono i parametri costruttivi dell’apparato che dovrà realizzare.

A solo titolo esemplificativo, un esperto del settore potrà valutare qual è la velocità di colata massima raggiungibile senza contenimento per diverse geometrie della sezione trasversale del prodotto colato. Oppure, in relazione ad una produttività desiderata, con il presente trovato è possibile determinare una combinazione di forma del poligono, dimensioni e velocità di colata che permettono di eliminare o minimizzare la lunghezza di contenimento LC.

In accordo con un’ulteriore forma realizzativa del trovato, l’apparato 10 comprende almeno un mezzo di guida 27, nella fattispecie due mezzi di guida 27, installati a valle del dispositivo di contenimento 21 e configurati per guidare il prodotto colato P lungo la linea di colata Z. In accordo con una possibile forma realizzativa del trovato, ciascun mezzo di guida 27 comprende almeno, nel caso di specie solo, una coppia di rulli di guida 28 posizionati rispettivamente sul lato di intradosso e di estradosso del prodotto colato P.

I mezzi di guida 27 sono installati in posizione fissa e sono configurati per guidare lungo la linea di colata Z, il prodotto colato P a valle del dispositivo di contenimento 21.

L’apparato, in accordo con il presente trovato, è inoltre provvisto di una pluralità di organi di raffreddamento, non illustrati nei disegni, installati a valle della lingottiera 11 e configurati per raffreddare il prodotto colato P. Gli organi di raffreddamento possono comprendere una pluralità di ugelli erogatori, interposti fra i rulli di guida 26, i rulli di contenimento 26 ed i rulli di guida 28, e configurati per erogare un liquido di raffreddamento del prodotto colato P.

L’apparato 10 fin qui descritto può essere vantaggiosamente installato in un impianto siderurgico in cui una linea di colata alimenta direttamente la linea di laminazione, ad esempio in modalità endless riducendo di molto o eliminando la necessità di un riscaldo intermedio, grazie alla maggior velocità di colata e quindi alla maggiore temperatura del prodotto colato.

In accordo con possibili implementazioni (fig. 17), l’apparato 10 sopra descritto può essere installato anche in un impianto siderurgico 100 provvisto di più linee di colata di produzione di billette o blumi.

L’impianto 100 può comprendere una prima linea di laminazione 101 posta direttamente in linea con una prima linea di colata e configurata per laminare ad esempio in modalità endless il prodotto colato (colaminazione).

L’impianto può comprendere inoltre ulteriori linee di colata parallele alla prima che alimentano in modalità carica calda diretta, tramite una placca di trasferimento comune 102 posta a valle delle linee di colata, una seconda linea di laminazione 103.

Diretamente a monte della prima linea di laminazione 101 e/o della seconda linea di laminazione 103 può essere interposto un dispositivo di riscaldo ad induzione 104 per il riscaldo rapido delle billete o blumi. È chiaro che all’apparato 10 ed al metodo fin qui descriti possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti, senza per questo uscire dall’ambito del presente trovato.

È anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descrito con riferimento ad alcuni esempi specifici, una persona esperta del ramo potrà senz’altro realizzare molte altre forme equivalenti di apparato 10 e di metodo, aventi le carateristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tute rientranti nell’ambito di protezione da esse definito.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo di realizzazione di un apparato di colata continua per colare, attraverso la cavità di colata (13) di un cristallizzatore (14) di una lingottiera (11), un prodotto colato (P) con sezione trasversale poligonale, caratterizzato dal fatto che detto metodo prevede di determinare la lunghezza di contenimento (LC) minima di un dispositivo di contenimento (21) a rulli posto a valle di detta lingottiera (11) e configurato per contenere la deformazione di detto prodotto colato (P) con un dispositivo di contenimento (21) a rulli, detta lunghezza di contenimento (LC) minima essendo determinata, di volta in volta, in funzione quantomeno della larghezza (W) del lato del poligono, di una freccia (f) massima ammissibile di deformazione di detto lato del poligono al di fuori della lingottiera (1 1), e della velocità di colata (Ve). 2. Metodo come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto cristallizzatore (12) ha una lunghezza cristallizzatore (LM), che detta lingottiera (11) comprende una pluralità di rulli di guida (25) disposti all’estremità di uscita del cristallizzatore (12) e che si estendono per una lunghezza di guida (LG) lungo una linea di colata (Z), e che detta lunghezza di contenimento (LC) è: - uguale a zero se L ≤ LM LG - uguale a L - (LM LG) se L > LM LG in cui: LM: è la lunghezza del cristallizzatore (12); LG: è la lunghezza di guida coperta dai rulli di guida (25); L è determinata in modo da soddisfare la seguente relazione:
in cui: p: è la densità del materiale colato g: è l’accelerazione gravitazionale E: è il modulo di Young K: è una costante di solidificazione W: è la larghezza del lato del poligono colato Ve: è la velocità di colata Rm: è il raggio di curvatura della linea di colata Z f: è la freccia massima ammissibile di deformazione del lato, espressa in percentuale sulla larghezza W del lato del poligono. 3. Metodo come nella rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che per valori di lunghezza di contenimento (LC) maggiori di
si assume che
4. Metodo come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta freccia (f) massima ammissibile è compresa fra 0,2% e 5%, preferibilmente fra 0,2% e 3%, ancor più preferibilmente fra 0,3% e 1,5%, la larghezza W del lato poligono.
5. Metodo come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta velocità di colata (Ve) è maggiore di 6m/min, preferibilmente maggiore di 6,5m/min.
6. Metodo come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il numero di lati di detta sezione trasversale è un numero pari, preferibilmente quattro, o un multiplo di quattro.
7. Metodo come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che detta cavità di colata (13) ha una forma della sezione trasversale ottagonale.
8. Apparato di colata continua comprendente una lingottiera (11) provvista di un cristallizzatore (12) definente una cavità di colata (13) con sezione trasversale poligonale, in cui, a partire dall’estremità di uscita di detta lingottiera (1 1) e per una lunghezza di contenimento (LC) è presente un dispositivo di contenimento (21), ed in cui detta lunghezza (LC) è calcolata con il metodo in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7.
9. Apparato come nella rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto cristallizzatore (12) ha una lunghezza cristallizzatore (LM), che detta lingottiera (11) comprende una pluralità di rulli di guida (25) disposti fra l’estremità di uscita del cristallizzatore (12) e detto dispositivo di contenimento (21), e che si estendono per una lunghezza di guida (LG) lungo una linea di colata (Z), e che detta lunghezza di contenimento (LC) è: - uguale a zero

- uguale a

in cui: LM: è la lunghezza del cristallizzatore (12); LG: è la lunghezza di guida coperta dai rulli di guida (25); L è determinata in modo da soddisfare la seguente relazione:

in cui: p: è la densità del materiale colato g: è l’accelerazione gravitazionale E: è il modulo di Young K: è una costante di solidificazione W: è la larghezza del lato del poligono colato Ve: è la velocità di colata Rm: è il raggio di curvatura della linea di colata f: è la freccia massima ammissibile di deformazione del lato, espressa in percentuale sulla larghezza W del lato del poligono.
10. Apparato come nella rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che per valori di lunghezza di contenimento (LC) maggiori di si assume che