IT202100008636A1 - Apparato per il monitoraggio in continuo di un materiale metallico in un processo di laminazione, e relativo metodo per il monitoraggio in continuo di un materiale metallico in un processo di laminazione - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
Campo tecnico
La presente invenzione fa riferimento ad un apparato per il monitoraggio in continuo di un materiale metallico, in particolare di un acciaio, in un processo di laminazione.
La presente invenzione fa inoltre riferimento ad un metodo per il monitoraggio in continuo di un materiale metallico, in particolare di un acciaio, in un processo di laminazione.
L?invenzione trova applicazione preferita nell?industria metalmeccanica, per esempio in relazione alla produzione di laminati d?acciaio, e la descrizione che segue ? fatta con riferimento a questo campo di applicazione con il solo scopo di semplificarne l?esposizione.
Arte nota
Un processo di laminazione, a caldo e a freddo, ? completamente descritto dalla scheda di laminazione che consiste nella specifica del numero di passate, dalla deformazione di ciascuna passata di laminazione, dalla temperatura che il nastro o lamiera deve avere durante la deformazione e infine dal tempo tra una passata e la successiva (denominato ?interpass time?).
Attualmente, le schede di laminazione sono calcolate mediante modelli matematici basati su equazioni empiriche di letteratura che stimano l?evoluzione della microstruttura del materiale metallico in funzione del tempo, mediante il calcolo dello stato della precipitazione e della frazione di ricristallizzazione della lamiera. Alternativamente, le schede di laminazione sono calcolate utilizzando modelli statistici, per esempio basati su metodologie ?Machine Learning?, che richiedono una quantit? elevata di dati di processo e di propriet? meccaniche e microstrutturali ad alta temperatura o alternativamente sui prodotti finiti. ? evidente che questi dati metallurgici, necessari alla fase di addestramento dei modelli, sono ottenibili solo su scala di laboratorio che notoriamente non pu? riprodurre le condizioni reali del processo industriale di laminazione con una sufficiente affidabilit? e precisione.
Un problema che affligge i modelli empirici e i modelli di tipo ?Machine Learning? attuali risiede nel fatto che le condizioni al contorno istantanee usate nel modello metallurgico costituite dal profilo termico nella lamiera, cinetiche di ricristallizzazione e precipitazione e condizioni di interazione lamiera-cilindri di laminazione non sono note con precisione o non sono note affatto. Le previsioni dei modelli metallurgici attualmente in uso nei laminatoi a caldo sono caratterizzati da errori ancora molto elevati per cui sono utilizzati per lo pi? per la simulazione off-line e la definizione qualitativa di schede di laminazione.
All?attuale stato dell?arte manca quindi un dispositivo e relativa metodologia di misura in continuo e in tempo reale dell?evoluzione della microstruttura durante le varie fasi del processo di laminazione a caldo o a freddo. Questo dispositivo offrirebbe l?opportunit? di dare dati sperimentali per la calibrazione dei modelli empirici e/o ?Machine Learning? ricavabili direttamente dal processo industriale.
Sintesi dell?invenzione
Uno scopo della presente invenzione ? quello di ovviare ad inconvenienti della tecnica nota.
Uno scopo particolare della presente invenzione ? quello di presentare una metodologia e un apparato atti alla valutazione della microstruttura di un materiale metallico durante il processo di laminazione, a caldo oppure a freddo.
Un ulteriore scopo particolare della presente invenzione ? quello di effettuare un monitoraggio in continuo di un materiale metallico in un processo di laminazione che risulti pi? preciso.
Un ulteriore scopo particolare della presente invenzione ? di sfruttare efficacemente la conoscenza delle condizioni al contorno istantanee, per esempio costituite dal profilo termico nella lamiera, e/o dalle condizioni di interazione lamiera-cilindri di laminazione.
Questi ed altri scopi sono raggiunti mediante un apparato per il monitoraggio in continuo di un materiale metallico in un processo di laminazione e da un relativo metodo, secondo le caratteristiche delle allegate rivendicazioni che formano parte integrante della presente descrizione.
Un?idea alla base della presente invenzione ? di prevedere un apparato per il monitoraggio in continuo di un materiale metallico in un processo di laminazione, che comprende: almeno un sensore di forza di laminazione configurato per misurare nel tempo una forza di laminazione applicata da almeno una coppia di cilindri su un nastro di materiale metallico durante il processo di laminazione; almeno un sensore di deformazione configurato per misurare nel tempo una deformazione a cui ? sottoposto il materiale metallico durante il processo di laminazione; almeno un sensore di temperatura configurato per misurare nel tempo una temperatura del materiale metallico durante il processo di laminazione; almeno un modulo di calcolo di incrudimento comprendente almeno un processore configurato per calcolare nel tempo un incrudimento del materiale metallico, l?incrudimento essendo dipendente dalla temperatura del materiale metallico e da una velocit? di deformazione a cui ? sottoposto il materiale metallico. L?incrudimento ? calcolato dal modulo di calcolo di incrudimento in funzione almeno: della forza di laminazione applicata dall?almeno una coppia di cilindri sul materiale metallico, dalla deformazione a cui ? sottoposto il materiale metallico, da una dimensione di raggio associata a un cilindro di lavoro della coppia di cilindri, da uno spessore del materiale metallico, da un angolo di contatto tra il cilindro di lavoro e il materiale metallico, un coefficiente di attrito effettivo tra il materiale metallico e la coppia di cilindri.
Un?ulteriore idea alla base della presente invenzione ? di prevedere un metodo per il monitoraggio in continuo di un materiale metallico in un processo di laminazione, che comprende: misurare nel tempo una forza di laminazione applicata da almeno una coppia di cilindri su un nastro di materiale metallico durante il processo di laminazione; misurare nel tempo una deformazione a cui ? sottoposto il materiale metallico durante il processo di laminazione; misurare nel tempo una temperatura del materiale metallico durante il processo di laminazione; calcolare nel tempo un incrudimento del materiale metallico, l?incrudimento essendo dipendente dalla temperatura del materiale metallico e da una velocit? di deformazione a cui ? sottoposto il materiale metallico. L?incrudimento ? calcolato in funzione almeno: della forza di laminazione applicata dall?almeno una coppia di cilindri sul materiale metallico, dalla deformazione a cui ? sottoposto il materiale metallico, da una dimensione di raggio associata a un cilindro di lavoro della coppia di cilindri, da uno spessore del materiale metallico, da un angolo di contatto tra il cilindro di lavoro e il materiale metallico, da un coefficiente di attrito effettivo tra il materiale metallico e la coppia di cilindri.
Vantaggiosamente, il monitoraggio in continuo del materiale metallico secondo la presente invenzione consente di realizzare un impianto di laminazione, a freddo oppure a caldo, dotato di avanzati ?sensori intelligenti? metallurgici, mediante cui ? possibile monitorare l?evoluzione della microstruttura del materiale metallico durante l?intero processo di laminazione.
In particolare, vantaggiosamente, il monitoraggio in continuo del materiale metallico secondo la presente invenzione pu? essere utilizzato per lo scopo di operare una retroazione dinamica del processo di laminazione, e/o per apportare correzioni in tempo reale al processo di laminazione.
Vantaggiosamente, il monitoraggio in continuo del materiale metallico secondo la presente invenzione consente di introdurre aggiustamenti online alla scheda di laminazione del materiale metallico, al fine di ottimizzare la produttivit? e migliorare la qualit? finale del nastro / lastra e le prestazioni meccaniche.
Vantaggiosamente, il monitoraggio in continuo del materiale metallico secondo la presente invenzione consente di raggiungere un significativo vantaggio competitivo dovuto ai minori costi di produzione e alla migliore capacit? di soddisfare le pi? rigorose aspettative e specifiche tecniche degli utenti finali.
Preferibilmente, una caratteristica principale del monitoraggio in continuo del materiale metallico secondo la presente invenzione ? lo sviluppo di un sensore virtuale costituito da modelli fisici, implementati nel processo di laminazione, che forniscono per ciascuna gabbia di laminazione e ad ogni passaggio l?evoluzione dei meccanismi di ricristallizzazione (formazione di nuovi grani), recupero (ridistribuzione delle dislocazioni) o incrudimento (moltiplicazione delle dislocazioni) del materiale metallico, che si verificano nel processo di laminazione di nastri / lamiere.
Preferibilmente, un fattore abilitante chiave del monitoraggio in continuo del materiale metallico secondo la presente invenzione ? la misurazione in linea dell?incrudimento istantaneo della lamiera / nastro mediante specifiche equazioni.
Vantaggiosamente, il calcolo dei parametri del modello avviene in automatico e senza la necessit? di test di laboratorio, grazie ad un algoritmo di ?self training?.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione dettagliata fatta qui di seguito di forme di realizzazione preferite, non limitative, della presente invenzione, e dalle rivendicazioni dipendenti che delineano forme di realizzazione preferite e particolarmente vantaggiose dell?invenzione.
Breve descrizione dei disegni
L?invenzione ? illustrata con riferimento alle seguenti figure, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, in cui:
- La Figura 1 esemplifica un laminatoio comprendente un apparato per il monitoraggio in continuo di un materiale metallico secondo la presente invenzione.
- La Figura 2 esemplifica un nastro di materiale metallico durante un processo di laminazione secondo la presente invenzione.
- La Figura 3 esemplifica un incrudimento del materiale metallico in dipendenza dalla temperatura, calcolato con il metodo per il monitoraggio in continuo di un materiale metallico secondo la presente invenzione.
Nelle differenti figure, elementi analoghi saranno identificati da numeri di riferimento analoghi.
Descrizione di dettaglio
La Figura 1 esemplifica un laminatoio 10 comprendente un apparato 100 per il monitoraggio in continuo di un materiale metallico secondo la presente invenzione. Il materiale metallico ? un nastro (non rappresentato in Figura 1) che ? soggetto a laminazione da parte di almeno una coppia di cilindri 11 e 12, configurati contrapposti tra loro appunto per agire sul nastro di materiale metallico.
L?apparato 100 per il monitoraggio in continuo comprende almeno un sensore di forza di laminazione 101 configurato per misurare nel tempo una forza di laminazione applicata dall?almeno una coppia di cilindri 11, 12 sul nastro di materiale metallico, durante il processo di laminazione. I cilindri 11, 12 del laminatoio 10 possono avere medesimo diametro o diametri differenti tra loro.
Preferibilmente, il sensore di forza di laminazione 101 comprende almeno una cella di carico applicata ad almeno un cilindro della coppia di cilindri 11, 12.
L?apparato 100 per il monitoraggio in continuo comprende ulteriormente almeno un sensore di deformazione 102 configurato per misurare nel tempo una deformazione a cui ? sottoposto il materiale metallico durante il processo di laminazione.
Preferibilmente, in forme di realizzazione per laminazione a caldo, il sensore di deformazione 102 comprende almeno un misuratore di spessore del nastro di materiale metallico, mediante misura della separazione dei cilindri 11, 12 o mediante dispositivi a ultrasuoni, a raggi X o ad isotopi radioattivi.
Preferibilmente, in forme di realizzazione per laminazione a freddo, il sensore di deformazione 102 comprende almeno un misuratore di spessore del nastro di materiale metallico mediante un dispositivo a raggi X, o almeno un velocimetro o almeno un encoder applicato a uno o pi? dei cilindri 11, 12.
L?apparato 100 per il monitoraggio in continuo comprende ulteriormente almeno un sensore di temperatura 103 configurato per misurare nel tempo una temperatura del materiale metallico durante il processo di laminazione.
L?apparato 100 per il monitoraggio in continuo comprende ulteriormente almeno un modulo di calcolo di incrudimento 104 comprendente almeno un processore 105 configurato per calcolare nel tempo un incrudimento del materiale metallico.
In generale, l?incrudimento del materiale metallico dipende dalla temperatura del materiale metallico e da una velocit? di deformazione a cui ? sottoposto il materiale metallico.
In particolare, l?incrudimento del materiale metallico ? definito come derivata di uno stress rispetto a una deformazione.
Il modulo di calcolo di incrudimento 104 ? configurato per calcolare l?incrudimento in funzione almeno della forza di laminazione applicata dall?almeno una coppia di cilindri 11, 12 sul materiale metallico.
Il modulo di calcolo di incrudimento 104 ? configurato per calcolare l?incrudimento ulteriormente in funzione almeno della deformazione (?strain?) a cui ? sottoposto il materiale metallico.
Preferibilmente, il processore 105 ? ulteriormente configurato per calcolare nel tempo una velocit? di deformazione a cui il materiale metallico ? sottoposto durante il processo di laminazione. Preferibilmente, il processore 105 ? ulteriormente configurato per calcolare l?incrudimento in funzione della deformazione e della velocit? di deformazione, e ulteriormente in funzione di un gradiente di deformazione sul materiale metallico.
Il modulo di calcolo di incrudimento 104 ? configurato per calcolare l?incrudimento ulteriormente in funzione almeno di una dimensione di raggio associata a un cilindro di lavoro 11 della coppia di cilindri 11, 12.
Preferibilmente, l?apparato 100 comprendente ulteriormente un dispositivo di misurazione di raggio 106, configurato per misurare la dimensione di raggio associato al cilindro di lavoro 11, mentre il processore 105 ? ulteriormente configurato per ricevere la dimensione di raggio misurata del cilindro di lavoro 11.
Il modulo di calcolo di incrudimento 104 ? configurato per calcolare l?incrudimento ulteriormente in funzione almeno di uno spessore del materiale metallico.
Il modulo di calcolo di incrudimento 104 ? configurato per calcolare l?incrudimento ulteriormente in funzione almeno di un angolo di contatto tra il cilindro di lavoro 11 e il materiale metallico.
Il modulo di calcolo di incrudimento 104 ? configurato per calcolare l?incrudimento ulteriormente in funzione almeno di un coefficiente di attrito effettivo tra il materiale metallico e la coppia di cilindri 11, 12.
Preferibilmente, l?apparato 100 comprende ulteriormente almeno un sensore di velocit? (non rappresentato) configurato per misurare una velocit? del materiale metallico entrante e/o uscente dalla almeno una coppia di cilindri 11, 12, e comprende ulteriormente almeno un sensore di rotazione (non rappresentato) configurato per misurare una velocit? rotazionale del cilindro di lavoro 11. In tal caso, il processore 105 ? ulteriormente configurato per calcolare il coefficiente d?attrito effettivo in funzione di un forward slip dipendente dalla velocit? del materiale metallico 20 e dalla velocit? rotazionale del cilindro di lavoro 11.
In una prima forma di realizzazione, l?apparato 100 ? utilizzato per il monitoraggio in continuo di un materiale metallico in un processo di laminazione a caldo.
Nel contesto della presente invenzione, a titolo esemplificativo, si considera un processo di laminazione a caldo un processo di deformazione di un materiale metallico per effetto di cilindri metallici controrotanti, in cui la temperatura del materiale metallico durante la fase di deformazione ? uguale o superiore al 30% della temperatura di fusione del materiale metallico (ovvero, Temp/Tempm ? 0.3).
In tale forma di realizzazione in un processo di laminazione a caldo, l?almeno un sensore di temperatura 103 ? configurato per misurare nel tempo almeno un profilo di temperatura lungo il materiale metallico sottoposto a detto processo di laminazione a caldo. Preferibilmente, il processore 105 ? ulteriormente configurato per calcolare l?incrudimento in funzione di almeno una temperatura derivata dal profilo di temperatura.
Pi? preferibilmente, l?almeno un sensore di temperatura 103 ? ulteriormente configurato per misurare nel tempo almeno un primo profilo di temperatura, lungo una larghezza del materiale metallico in prossimit? della almeno una coppia di cilindri 11, 12, e ancor pi? preferibilmente l?almeno un sensore di temperatura 103 ? ulteriormente configurato per misurare nel tempo almeno un secondo profilo di temperatura, lungo una lunghezza assiale di laminazione del materiale metallico sottoposto al processo di laminazione a caldo.
Preferibilmente, in ulteriori forme di realizzazione, il processore 105 ? ulteriormente configurato per un calcolo auto-apprendente di almeno un flow stress del materiale metallico, in funzione di temperatura e velocit? di deformazione, usando l?Intelligenza Artificiale.
In una seconda forma di realizzazione, l?apparato 100 ? utilizzato per il monitoraggio in continuo di un materiale metallico in un processo di laminazione a freddo.
Nel contesto della presente invenzione, a titolo esemplificativo, si considera un processo di laminazione a freddo un processo di deformazione di un materiale metallico per effetto di cilindri metallici controrotanti, in cui la temperatura del materiale metallico durante la fase di deformazione ? inferiore al 30% della temperatura di fusione del materiale metallico (ovvero, Temp/Tempm < 0.3).
In tale forma di realizzazione in un processo di laminazione a freddo, l?apparato 100 comprende ulteriormente almeno un sensore di forza di tensione (non rappresentato) configurato per misurare nel tempo una forza di tensione longitudinale applicata da almeno un cilindro di briglia (non rappresentato) sul nastro del materiale metallico, durante il processo di laminazione a freddo.
In questa forma di realizzazione, il modulo di calcolo di incrudimento 104 ? configurato per calcolare l?incrudimento anche in funzione della forza di tensione longitudinale applicata dall?almeno un cilindro di briglia sul materiale metallico.
Un?ulteriore forma di realizzazione dell?apparato 100 per il monitoraggio in continuo secondo la presente invenzione pu? vantaggiosamente includere ulteriori moduli di calcolo (non mostrati in Figura 1) configurati per calcolare propriet? microstrutturali aggiuntive del materiale metallico sottoposto al processo di laminazione. Queste propriet? microstrutturali aggiuntive possono includere, ma non sono limitate a: ricristallizzazione (recrystallization), recupero (recovery), evoluzione della dimensione del grano (grain size evolution), flow stress, deformazione accumulata (retained strain), dislocazioni trattenute (stored dislocations).
La Figura 2 esemplifica un nastro di materiale metallico 20 durante un processo di laminazione secondo la presente invenzione.
In una forma di realizzazione preferita, l?almeno un processore 105 del modulo di calcolo di incrudimento 104 ? configurato per calcolare l?incrudimento secondo la seguente equazione:
in cui ??? ? un flow stress del materiale metallico 20, in cui ? ? una deformazione del materiale metallico 20, in cui ? l?incrudimento, essendo una funzione di velocit? di deformazione ?? e temperatura
in cui ? una pressione agente sul materiale metallico 20 dovuta alla forza di laminazione, in cui ? ? un angolo di contatto tra il cilindro di lavoro 11 e il materiale metallico 20, in cui ? ? una tensione longitudinale del materiale metallico 20 (di entit? rilevante in caso di laminazione a freddo, come spiegato, mentre di entit? minore in caso di laminazione a caldo), in cui ? un raggio associato al cilindro di lavoro 11, in cui ? ? uno spessore medio del materiale metallico 20 lungo un arco di contatto 21 tra il cilindro di lavoro 11 e il materiale metallico 20, in cui ? un coefficiente di attrito effettivo tra il materiale metallico 20 e la coppia di cilindri 11, 12.
In particolare, il coefficiente di attrito effettivo ha un segno meno (-) in una zona di ingresso 22 di laminazione e avente un segno pi? (+) in una zona di uscita 23 di laminazione. In particolare, la zona di ingresso 22 di laminazione e la zona di uscita 23 di laminazione sono divise da un piano neutro 24 del materiale metallico, il piano neutro 24 essendo definito come un piano in cui una velocit? locale del materiale metallico ? uguale ad una velocit? locale del cilindro di lavoro.
In una forma di realizzazione, l?almeno un processore 105 ? configurato per approssimare l?incrudimento secondo la seguente formula:
in cui ? un?approssimazione a differenze finite di detto incrudimento, essendo una funzione di una velocit? di deformazione ? e temperatura in cui ? una variazione di uno sforzo in una direzione ortogonale a detto nastro di detto materiale metallico 20 tra un piano di ingresso di detta zona di ingresso 2 di laminazione e un piano di uscita di detta zona di uscita 23 di laminazione, in cui ? una deformazione complessiva di un passo di laminazione, in cui ? ? un angolo di contatto complessivo tra detto cilindro di lavoro 11 e detto materiale metallico 20, in cui ? una pressione media agente su detto materiale metallico 20 dovuta a detta forza di laminazione.
In una forma di realizzazione, l?almeno un processore 105 ? configurato per calcolare (anzich? misurare, come descritto precedentemente) il raggio associato al cilindro di lavoro 11 come un raggio deformato secondo la seguente equazione:
in cui ? ? un raggio non deformato del cilindro di lavoro 11, in cui ? ? una forza per unit? di larghezza agente sul materiale metallico 20 dovuta alla forza di laminazione, in cui ? ? una costante di rigidezza del cilindro di lavoro 11, in cui ?? ? una variazione di spessore del materiale metallico prima e dopo la coppia di cilindri 11, 12.
Preferibilmente, l?almeno un processore 105 ? ulteriormente configurato per calcolare il coefficiente d?attrito effettivo tra il materiale metallico 20 e la coppia di cilindri 11, 12, secondo la seguente equazione:
in cui ? una coppia di laminazione per unit? di larghezza agente sul materiale metallico 20, in cui ? una forza per unit? di larghezza agente sul materiale metallico 20 dovuta alla forza di laminazione, in cui ? il raggio deformato del cilindro di lavoro, in cui
? il forward slip, in cui ? un rapporto di riduzione di spessore del materiale metallico 20 nel processo di laminazione.
Preferibilmente, l?almeno un processore 105 ? ulteriormente configurato per calcolare il forward slip secondo la seguente equazione:
in cui ? una velocit? di uscita del materiale metallico 20 uscente dall?almeno una coppia di cilindri 11, 12, e in cui ? una velocit? tangenziale del cilindro di lavoro 11.
Un?ulteriore forma di realizzazione dell?apparato 100 per il monitoraggio in continuo secondo la presente invenzione pu? vantaggiosamente calcolare ulteriori propriet? microstrutturali aggiuntive del materiale metallico sottoposto a un processo di laminazione a freddo. Tali propriet? microstrutturali aggiuntive includono una misura della frazione volumetrica della fase martensite
e della dimensione media delle particelle di martensite essendo
queste due caratteristiche metallurgiche proporzionali all?incrudimento istantaneo, calcolato come illustrato sopra.
In particolare, una formulazione preferita di tale frazione volumetrica della fase martensite e della dimensione media delle particelle di martensite ? espressa nella seguente equazione:
dove K, n e m sono parametri costanti determinabili mediante prove di laboratorio per una specifica composizione del materiale metallico.
La Figura 3 esemplifica un incrudimento del materiale metallico in dipendenza dalla temperatura, calcolato con il metodo per il monitoraggio in continuo di un materiale metallico secondo la presente invenzione.
In particolare, il metodo per il monitoraggio in continuo di un materiale metallico in un processo di laminazione, secondo la presente invenzione, comprende i passi di:
- misurare nel tempo una forza di laminazione applicata da almeno una coppia di cilindri 11, 12 su un nastro di materiale metallico 20 durante il processo di laminazione;
- misurare nel tempo una deformazione a cui ? sottoposto il materiale metallico 20 durante il processo di laminazione;
- misurare nel tempo una temperatura del materiale metallico 20 durante il processo di laminazione;
- calcolare nel tempo un incrudimento del materiale metallico 20, l?incrudimento essendo dipendente dalla temperatura del materiale metallico 20 e da una velocit? di deformazione a cui ? sottoposto il materiale metallico 20.
L?incrudimento ? calcolato in funzione almeno della forza di laminazione applicata dall?almeno una coppia di cilindri 11, 23 sul materiale metallico 20, della deformazione a cui ? sottoposto detto materiale metallico, da una dimensione di raggio associata a un cilindro di lavoro 11 della coppia di cilindri 11, 12, da uno spessore del materiale metallico 20, da un angolo di contatto ? tra il cilindro di lavoro 11 e il materiale metallico 20, da un coefficiente di attrito effettivo
tra il materiale metallico 20 e la coppia di cilindri 11, 12.
In generale, il metodo per il monitoraggio in continuo secondo la presente invenzione ? implementato in un apparato per il monitoraggio in continuo secondo la presente invenzione, quale l?apparato 100 sopra descritto. Pertanto, ? inteso che il metodo per il monitoraggio in continuo secondo la presente invenzione comprende caratteristiche tecniche funzionali corrispondenti alle caratteristiche tecniche strutturali del relativo apparato per il monitoraggio in continuo qui descritte.
A titolo di esempio, si considera un acciaio come materiale metallico, avente un contenuto in Carbonio [C wt%] 0.18, un contenuto di Manganese [Mn wt%] 1.49, un contenuto di Niobio [Nb wt%] 0.026 e una temperatura di non-ricristallizzazione [Temp_no-rx] 1075 ?C. In questo esempio, il laminatoio ha un raggio di cilindro di 330 mm, una forza di laminazione massima di 35000 KN, una larghezza di nastro massima di 3000 mm, uno spessore di nastro compreso tra 230 e 300 mm. In questo esempio, i parametri di processo prevedono 19 passaggi, una velocit? di deformazione compresa tra 0.1 e 10 [1/s], una larghezza di nastro di 2450 mm, uno spessore di nastro in ingresso di 250 mm, uno spessore di nastro in uscita di 70 mm, una temperatura iniziale di 1060?C e una temperatura finale di 960?C.
Calcolando l?incrudimento (presentato in Mpa sull?asse delle ordinate di Fig. 3) dell?acciaio sopra caratterizzato, in funzione dei 19 passaggi in laminatoio (presentati sull?asse delle ascisse di Fig. 3, che riporta anche un?indicazione dell?associata temperatura espressa in ?C), si pu? notare che l?incrudimento mostra una forte dipendenza dalla temperatura e dalle deformazioni accumulate, con una pendenza di curva pi? rilevante nei passaggi finali di laminazione, nell?intorno dei 900-950?C.
Applicabilit? industriale
Vantaggiosamente, il monitoraggio in continuo del materiale metallico secondo la presente invenzione pu? essere utilizzato per lo scopo di operare una retroazione dinamica del processo di laminazione, e/o per apportare correzioni in tempo reale al processo di laminazione.
Vantaggiosamente, il monitoraggio in continuo del materiale metallico secondo la presente invenzione consente una raffinata messa a punto della scheda di laminazione e per ridurre i tempi per lo sviluppo di nuovi prodotti ad alta resistenza.
Vantaggiosamente, il monitoraggio in continuo del materiale metallico secondo la presente invenzione consente di rilevare l?evoluzione della deformazione immagazzinata e l?evoluzione della microstruttura durante le diverse passate di laminazione.
Vantaggiosamente, il monitoraggio in continuo del materiale metallico secondo la presente invenzione consente di rilevare e riconoscere in tempo reale i fenomeni di rinvenimento e / o indurimento del materiale metallico, e a quale temperatura si verificano.
Vantaggiosamente, il monitoraggio in continuo del materiale metallico secondo la presente invenzione consente di studiare, direttamente in ambito industriale, la cinetica della ricristallizzazione statica (SRX), dinamica (DRX) e metadinamica (MDRX) della microstruttura in funzione della composizione chimica del materiale metallico, del percorso di deformazione e della temperatura.
Considerando la descrizione qui riportata, il tecnico del ramo potr? congegnare ulteriori modifiche e varianti, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche.
? evidente che, ove non vi siano incompatibilit? tecniche evidenti al tecnico del ramo, le configurazioni di specifici elementi descritti con riferimento a talune forme di realizzazione, potranno essere utilizzate in altre forme di realizzazione qui descritte.
Per esempio, il monitoraggio in continuo potrebbe essere ottimizzato per differenti materiali metallici o leghe, e per processi di laminazione a caldo e/o a freddo.
Inoltre, caratteristiche tecniche di una o pi? forme di realizzazione qui descritte possono essere incorporate in altre forme di realizzazione qui descritte, qualora non sussistano incompatibilit? tecniche apparenti al tecnico del ramo.
Le forme di realizzazione qui descritte sono pertanto da intendersi esempi illustrativi e non limitativi dell?invenzione.
Claims (16)
- RIVENDICAZIONI 1. Apparato (100) per il monitoraggio in continuo di un materiale metallico (20) in un processo di laminazione, detto apparato (100) comprendendo: - almeno un sensore di forza di laminazione (101) configurato per misurare nel tempo una forza di laminazione applicata da almeno una coppia di cilindri (11, 12) su un nastro di detto materiale metallico (20) durante detto processo di laminazione, - almeno un sensore di deformazione (102) configurato per misurare nel tempo una deformazione a cui ? sottoposto detto materiale metallico (20) durante detto processo di laminazione, - almeno un sensore di temperatura (103) configurato per misurare nel tempo una temperatura di detto materiale metallico (20) durante detto processo di laminazione, - almeno un modulo di calcolo di incrudimento (104) comprendente almeno un processore (105) configurato per calcolare nel tempo un incrudimento di detto materiale metallico (20), detto incrudimento essendo dipendente da detta temperatura di detto materiale metallico (20) e da una velocit? di deformazione a cui ? sottoposto detto materiale metallico (20), caratterizzato dal fatto che detto incrudimento ? calcolato da detto modulo di calcolo di incrudimento (104) in funzione almeno di: - detta forza di laminazione applicata da detta almeno una coppia di cilindri (11, 12) su detto materiale metallico (20), - detta deformazione a cui ? sottoposto detto materiale metallico (20), - una dimensione di raggio associata a un cilindro di lavoro (11) di detta coppia di cilindri (12), - uno spessore di detto materiale metallico (20), - un angolo di contatto tra detto cilindro di lavoro (11) e detto materiale metallico (20), - un coefficiente di attrito effettivo tra detto materiale metallico (20) e detta coppia di cilindri (11, 12).
- 2. Apparato secondo la rivendicazione 1, in cui detto incrudimento ? definito come derivata di uno stress rispetto a una deformazione.
- 3. Apparato secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto almeno un processore (105) ? configurato per calcolare detto incrudimento secondo l a seguente equazione: in cui ??? ? un flow stress di detto materiale metallico (20), in cui ? ? una deformazione di detto materiale metallico (20), in cui ? detto incrudimento, essendo una funzione di velocit? di deformazione ? e temperaturain cui ? ? una pressione agente su detto materiale metallico (20) dovuta a detta forza di laminazione, in cui ? un angolo di contatto tra detto cilindro di lavoro (11) e detto materiale metallico (20), in cui ? una tensione longitudinale di detto materiale metallico (20), in cui ? un raggio associato a detto cilindro di lavoro (11), in cui ? uno spessore medio di detto materiale metallico (20) lungo un arco di contatto (21) tra detto cilindro di lavoro (11) e detto materiale metallico (20), in cui ? un coefficiente di attrito effettivo tra detto materiale metallico (20) e detta coppia di cilindri (11, 12), avente un segno meno (-) in una zona di ingresso (22) di laminazione e avente un segno pi? (+) in una zona di uscita (23) di laminazione, detta zona di ingresso (22) di laminazione e detta zona di uscita (23) di laminazione essendo divise da un piano neutro (24) di detto materiale metallico (20), il piano neutro (24) essendo definito come un piano in cui una velocit? locale del materiale metallico (20) ? uguale ad una velocit? locale del cilindro di lavoro (11).
- 4. Apparato secondo la rivendicazione 3, in cui detto almeno un processore (105) ? configurato per approssimare detto incrudimento second o la seguente formula: in cui ? un?approssimazione a differenze finite di detto incrudimento, essendo una funzione di una velocit? di deformazione e temperaturain cui ? una variazione di uno sforzo in una direzione ortogonale a detto nastro di detto materiale metallico (20) tra un piano di ingresso di detta zona di ingresso (22) di laminazione e un piano di uscita di detta zona di uscita (23) di laminazione, in cui ? una deformazione complessiva di un passo di laminazione, in cui ? ? un angolo di contatto complessivo tra detto cilindro di lavoro (11) e detto materiale metallico (20), in cui ? una pressione media agente su detto materiale metallico (20) dovuta a detta forza di laminazione.
- 5. Apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui detto almeno un processore (105) ? ulteriormente configurato per calcolare nel tempo una velocit? di deformazione a cui detto materiale metallico (20) ? sottoposto durante detto processo di laminazione, e in cui detto almeno un processore (105) ? ulteriormente configurato per calcolare detto incrudimento in funzione di detta deformazione e di detta velocit? di deformazione, e ulteriormente in funzione di un gradiente di deformazione su detto materiale metallico (20).
- 6. Apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, ulteriormente comprendente almeno un sensore di velocit? configurato per misurare una velocit? di detto materiale metallico (20) entrante e/o uscente da detta almeno una coppia di cilindri (11, 12), e ulteriormente comprendente almeno un sensore di rotazione configurato per misurare una velocit? rotazionale di detto cilindro di lavoro (11), in cui detto almeno un processore (105) ? ulteriormente configurato per calcolare detto coefficiente d?attrito effettivo in funzione di un forward slip, detto forward slip dipendendo da detta velocit? di detto materiale metallico (20) e da detta velocit? rotazionale di detto cilindro di lavoro (11).
- 7. Apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui detto processo di laminazione ? un processo di laminazione a caldo, in cui detto almeno un sensore di temperatura (103) ? configurato per misurare nel tempo almeno un profilo di temperatura lungo detto materiale metallico (20) sottoposto a detto processo di laminazione a caldo, e in cui detto almeno un processore (105) ? ulteriormente configurato per calcolare detto incrudimento in funzione di almeno una temperatura derivata da detto profilo di temperatura.
- 8. Apparato secondo la rivendicazione 7, in cui detto almeno un sensore di temperatura (103) ? ulteriormente configurato per misurare nel tempo almeno un primo profilo di temperatura lungo una larghezza di detto materiale metallico (20) in prossimit? di detta almeno una coppia di cilindri (11, 12), e preferibilmente ulteriormente configurato per misurare nel tempo almeno un secondo profilo di temperatura lungo una lunghezza assiale di laminazione di detto materiale metallico (20) sottoposto a detto processo di laminazione a caldo.
- 9. Apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui detto processo di laminazione ? un processo di laminazione a freddo, in cui detto apparato comprende ulteriormente almeno un sensore di forza di tensione configurato per misurare nel tempo una forza di tensione longitudinale applicata da almeno un cilindro di briglia su detto nastro di detto materiale metallico (20) durante detto processo di laminazione a freddo, e in cui detto incrudimento ? calcolato da detto modulo di calcolo di incrudimento (104) in funzione di detta forza di tensione longitudinale applicata da detto almeno un cilindro di briglia su detto materiale metallico (20).
- 10. Apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui detto almeno un processore (105) ? ulteriormente configurato per un calcolo auto-apprendente di almeno un flow stress di detto materiale metallico (20) in funzione di temperatura e velocit? di deformazione, usando l?Intelligenza Artificiale.
- 11. Apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui detto almeno un sensore di forza di laminazione (101) comprende almeno una cella di carico applicata ad almeno un cilindro di detta coppia di cilindri (11, 12), e in cui detto almeno un sensore di deformazione (102) comprende almeno uno dei seguenti: un misuratore di spessore di detto nastro di detto materiale metallico (20) mediante misura di separazione di detta coppia di cilindri (11, 12); o un misuratore di spessore di detto nastro di detto materiale metallico (20) mediante dispositivi a ultrasuoni, a raggi X o ad isotopi radioattivi; o almeno un velocimetro; o almeno un encoder applicato a uno o pi? di detta coppia di cilindri (11, 12)
- 12. Laminatoio (10) comprendente almeno una coppia di cilindri (11, 12) configurati per agire su un nastro di materiale metallico (20), e ulteriormente comprendente un apparato (100) per il monitoraggio in continuo di un materiale metallico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 11.
- 13. Metodo per il monitoraggio in continuo di un materiale metallico (20) in un processo di laminazione, detto metodo comprendendo: - misurare nel tempo una forza di laminazione applicata da almeno una coppia di cilindri (11, 12) su un nastro di detto materiale metallico (20) durante detto processo di laminazione, - misurare nel tempo una deformazione a cui ? sottoposto detto materiale metallico (20) durante detto processo di laminazione, - misurare nel tempo una temperatura di detto materiale metallico (20) durante detto processo di laminazione, - calcolare nel tempo un incrudimento di detto materiale metallico (20), detto incrudimento essendo dipendente da detta temperatura di detto materiale metallico (20) e da una velocit? di deformazione a cui ? sottoposto detto materiale metallico (20), caratterizzato dal fatto che detto incrudimento ? calcolato in funzione almeno di: - detta forza di laminazione applicata da detta almeno una coppia di cilindri (11, 12) su detto materiale metallico (20), - detta deformazione a cui ? sottoposto detto materiale metallico (20), - una dimensione di raggio associata a un cilindro di lavoro (11) di detta coppia di cilindri (11, 12), - uno spessore di detto materiale metallico (20), - un angolo di contatto tra detto cilindro di lavoro (11) e detto materiale metallico (20), - un coefficiente di attrito effettivo tra detto materiale metallico (20) e detta coppia di cilindri (11, 12).
- 14. Metodo secondo la rivendicazione 13, essendo implementato in un apparato (100) per il monitoraggio in continuo di un materiale metallico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 11.
- 15. Metodo secondo la rivendicazione 13 o 14, ulteriormente comprendente il passo di operare una retroazione dinamica di detto processo di laminazione, e/o di apportare correzioni in tempo reale a detto processo di laminazione.
- 16. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 13 a 15, ulteriormente comprende il passo di misurare una frazione volumetrica di fase martensite e di dimensione media di particelle di martensite, in maniera proporzionale a detto incrudimento di detto materiale metallico (20).
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