ITMI971875A1 - Lingottiera per la colata continua di bramme d'acciaio a contatto migliorato - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal

"LINGOTTIERA PER LA COLATA CONTINUA DI BRAMME D’ACCIAIO. A CONTATTO MIGLIORATO"

La presente invenzione riguarda una lingottiera perfezionata, a contatto migliorato, di colata continua per bramine d’acciaio aventi spessore di 50-120 mm, particolarmente adatte ad essere laminate fino a valori di spessore di nastro sottile, cioè anche inferiori ad 1 mm.

Dal brevetto tedesco No. 887990 è nota una lingottiera raffreddata ad acqua per la colata continua di bramme metalliche che nella zona di imbocco superiore presenta una forma sostanzialmente ad imbuto con allargamento centrale, in cui sbocca il tuffante, che si riduce gradatamente scendendo lungo la lingottiera fino ad assumere molto prima dell’uscita effettiva valori di larghezza pari allo spessore di uscita della bramma dalla lingottiera.

Il successivo brevetto europeo No. 0149734 si è posto il problema di evitare che. in conseguenza del restringimento della lingottiera verso i lati minori, a causa della forma ad imbuto con pareti ad angolo, si abbia una solidificazione localizzata nell’ambito delle facce strette, dove convergono i lati maggiori, portando anche alla conseguenza di un bloccaggio della colata. Tale problema veniva risolto prevedendo che, di fianco alla zona di colata imbutiforme, le pareti laterali maggiori si estendono piane e parallele tra loro. Tuttavia, è molto probabile che una lingottiera di questo tipo dia luogo a problemi di turbolenza nelle zone a superfici parallele, laterali rispetto alla bombatura centrale, venendo a mancare l’auspicabile smaltimento dei riflussi dovuti alle correnti ascendenti di metallo fuso dal tuffante. Le conseguenze negative sulla qualità superficiale del prodotto finale sono sentite specialmente per laminati di spessore ultrasottile, in cui le polveri restano intrappolate a causa della turbolenza.

Da DE-A-4031691 è nota una lingottiera per bramine sottili con una bombatura o concavità centrale delle due piastre opposte che la formano, le quali presentano un primo tratto, iniziente nella zona di imbocco della lingottiera, che è sostanzialmente verticale fino a circa metà dell’altezza, assumendo quindi un profilo curvo nella parte finale, di uscita dalla lingottiera, con un raggio di curvatura che per la piastra interna o intradosso è uguale a quello della piastra esterna o estradosso, ridotto dello spessore della bramma sottile.

È stato osservato che una lingottiera con le piastre sagomate secondo queste caratteristiche, pur presentando certi vantaggi rispetto alle lingottiere precedenti, specialmente per quanto riguarda l’omogeneità di raffreddamento, non risolve il problema di un possibile distacco del prodotto di colata dalle pareti nelle zone in cui si ha un’improvvisa variazione di curvatura.

Ciò dà luogo ad una discontinuità longitudinale che non solo comporta un raffreddamento non omogeneo, ma può anche provocare sollecitazioni meccaniche locali, sia a compressione che a tensione, rispettivamente all’intradosso ed all’estradosso, con possibilità di cricche o rotture della pelle nelle zone maggiormente sollecitate fino a dar luogo ai cosiddetti “break-out”. Per evitare questi inconvenienti il brevetto italiano No. 1265065 a nome dello stesso richiedente si è preoccupato di modificare il profilo longitudinale della lingottiera in modo che una sezione verticale delle due piastre che la formano sia costituita da un certo numero di linee curve raccordate l’una all’altra con raggi di curvatura crescenti verso l’alto fino ad un valore pressoché infinito, con tangente verticale in corrispondenza dell’imbocco.

Restavano tuttavia i problemi di turbolenza al menisco, che venivano ulteriormente affrontati nella domanda MI 96A002336 a nome dello stesso richiedente, la quale forniva parametri ottimali, in condizioni di elevata velocità di colata, sotto forma di rapporti tra area compresa tra tuffante e facce larghe della lingottiera e la parte restante di area nella stessa sezione, nonché fra tuffante e lati minori, ed i rispettivi perimetri che definiscono dette aree, cercando cosi di migliorare il comportamento in corrispondenza del menisco senza però intervenire sul profilo delle piastre in sezione orizzontale.

Altre lingottiere per colata continua sono note dalle pubblicazioni EP-A-0658387 e DE-C-44 03 045, la prima con le facce larghe a forma di archi di cerchio convessi in sezione e la seconda a concavità costante, nessuna però con un ottimale contatto con la pelle della bramma. Lo stesso si può dire per la domanda di brevetto giapponese pubblicata No. 51 - 112730 che prevede una lingottiera a facce larghe contrapposte presentanti profilo curvo rispettivamente convesso o concavo, simmetrico rispetto a due assi mediani ortogonali e raccordato alle estremità ad un andamento rettangolare.

Costituisce pertanto uno scopo della presente invenzione quello di fornire una lingottiera che consenta il contatto continuo con la pelle della bramma in ogni punto delle sezioni orizzontali e verticali, durante l’estrazione della bramma stessa. In tal modo si ha un raffreddamento omogeneo che permette di ottenere uno spessore uniforme della pelle lungo tutto il profilo di una stessa sezione, ed una variazione continua di tale spessore al variare della sezione, condizioni ideali queste per evitare ritiri e tensioni irregolari che inevitabilmente portano alla formazione di cricche longitudinali sulla superficie della bramma.

Inoltre, si vuole ottenere a livello del menisco una ridotta velocità dei flussi ascendenti dell’acciaio nelle zone laterali della lingottiera per avere così onde stazionarie molto basse in tali zone, con notevoli benefici sulla qualità superficiale dei prodotti finiti.

Ciò viene ottenuto con una particolare forma bombata della lingottiera che conferisce alle sue facce larghe una determinata conicità attraverso superfici ad ampia curvatura concavo-convessa (e quindi non solo concava o solo convessa come nella summenzionata pubblicazione giapponese) che raccordano le facce strette alla zona centrale, a profilo rettilineo, della bombatura.

La lingottiera secondo la presente invenzione presenta in generale le caratteristiche enunciate nella rivendicazione 1 e, con riferimento ad aspetti particolarmente preferiti dell’ invenzione, caratteristiche limitative come riportate nelle rivendicazioni dipendenti da questa.

Questi ed altri scopi, vantaggi e caratteristiche della lingottiera perfezionata secondo la presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla seguente dettagliata descrizione di una sua forma realizzativa preferita, riportata a titolo d’esempio non limitativo con riferimento ai disegni annessi in cui:

la FIGURA 1 mostra una vista schematica, prospetica di una lingottiera secondo la presente invenzione;

le FIGURE 2a e 2b mostrano viste schematiche, in sezione verticale, prese lungo il piano X-X tracciato in Fig. 1, limitatamente alla sola piastra di estradosso, di due lingottiere di diverso profilo, rispettivamente a più raggi raccordati come nel brevetto 1265065. ed a profilo diritto;

la FIGURA 3 mostra una vista, pure schematica, in pianta dall’alto e sezione orizzontale, delle due piastre della lingottiera di Fig. 1 in una prima forma realizzativa; e

la FIGURA 4 mostra una vista, in maggiore dettaglio geometrico, ancora in pianta dall'alto, di una sola piastra in una diversa forma realizzativa della lingottiera.

Con riferimento alle figure, una lingottiera secondo la presente invenzione é costituita come è noto da due piastre affacciate in rame, le cui facce interne, oltre ad una bombatura centrale di profondità variabile a possono presentare andamenti diversi in senso verticale, come illustrato a titolo d’esempio nelle Figg. 2a e 2b. Dette piastre, ed in particolare le loro facce attive interne o “facce larghe” F, sono raffreddate ad acqua e racchiuse lateralmente da due “facce strette” f, dette anche spallette, il cui posizionamento determina la larghezza della bramma.

Secondo la presente invenzione, le facce larghe F presentano centralmente un tratto limitato Ce, di lunghezza 2tl, rettilineo o curvo, più precisamente concavo rispetto all’ interno della lingottiera, che in generale si può dire generato da un raggio re ≥ 10 m con centro in Oc sull’asse trasversale mediano X-X, come si vede meglio in figura 3. Per re = oo si ha un andamento rettilineo di Ce, la cui lunghezza coincide allora con tl, come rappresentato a tratto intero in Fig. 3, mentre per valori finiti di re, si hanno andamenti più o meno curvi come in Fig. 4 o nella rappresentazione a punti di Fig. 3. In ogni caso re è costante ed il centro Oc è fisso per ogni sezione della lingottiera, mentre il tratto Ce è sempre simmetrico a quello della piastra opposta rispetto ad un piano mediano Z-Z ortogonale a X-X.

Sempre con riferimento alla figura 3, ciascun tratto Ce si raccorda, simmetricamente rispetto al piano mediano X-X, alle facce strette f su entrambi i lati con ampi raccordi concavi-convessi, rispetto all’interno della lingottiera, la quale può presentare come unici tratti paralleli le zone centrali Ce nel caso siano rettilinee con re = ∞. In corrispondenza di qualsiasi sezione orizzontale, partendo dal tratto Ce, si ha dapprima un arco concavo, con il centro 01 su una retta XI che forma con l’asse X-X un angolo a ≥ 0°, che si raccorda a Ce. Questo arco concavo continua fino ad una distanza t2 dall’asse trasversale mediano X-X, vale a dire fino ad un punto di flesso β, dove la curva diventa convessa avendo il centro di curvatura nel punto 02 situato da parte opposta del centro 01, su una retta X2 che forma con l’asse X-X un angolo y >0°. 1 centri di curvatura 01 e 02 sono complanari ed i due raggi ri, r2 stanno tra loro in un rapporto compreso tra 0,6 e 1,4. Preferibilmente il rapporto è pari a 1 ed i due raggi sono uguali tra loro con rl=r2=r in corrispondenza di ogni sezione orizzontale presa ad una qualsiasi delle quote indicate lungo l’asse y di Fig. 1. In tal caso gli angoli a e y sono uguali. I valori di ri ed r2 sono comunque crescenti all’aumentare della quota y verso il basso, con riferimento alla Fig. 2.

In particolare, secondo una forma realizzativa preferita della presente invenzione, rappresentata in Fig. 3, dove rl=r2=r, i punti di flesso fi fra tratto concavo e tratto convesso si trovano a metà distanza, pari a b, tra l’inizio della faccia stretta f ed il termine del tratto Ce che si estende, su entrambi i lati, per una distanza tl dall’asse centrale X-X (e la cui lunghezza coincide con 2tl per re = ∞). Pertanto in questo caso b= t2-tl, dove t2 è la distanza dal punto di flesso β dall’asse mediano trasversale X-X. Si noti altresì che, con re— >∞, gli angoli a e γ sono nulli, cioè le rette XI e X2 su cui sono posti i centri 01 e 02 sono parallele all’asse X-X quando il tratto Ce è rettilineo come si vede con riferimento a Fig. 3.

Da quanto precede deriva che tutta la parte attiva delle facce larghe e delimitata da una posizione qualsiasi delle facce strette, mobili entro due precise posizioni limite, è bombata in modo sostanzialmente simmetrico rispetto al piano Z-Z e perfettamente simmetrico rispetto al piano X-X; si può dire che la larghezza della bombatura coincide con quella della lingottiera.

La profondità a della bombatura è rappresentata, oltre che nelle figure 3 e 4, anche in figura 2 con: a= Xc-Xb, dove Xc e Xb sono le distanze, rispettivamente del profilo laterale interno della lingottiera (ad una distanza t3 dall’asse X-X) e della parte più profonda della bombatura, in tl, rispetto all’asse verticale y considerato coincidente con la parete esterna della piastra. Il suo valore é variabile in direzione verticale per esempio secondo il brevetto italiano No.1265065. ma preferibilmente riducendosi fino ad una certa quota lungo l’altezza della lingottiera (indicata con ybc in Fig. 2) e rimanendo costante (e comunque a < 5 mm, preferibilmente = 0,7 mm) fino all’uscita, con Xb parallelo a Xc.

Si noti che, per un valore costante di a < 1,75 mm per quote a partire da ybc verso il basso, e per qualsiasi forma del tratto centrale Ce (rettilineo o concavo), fra il tratto di raccordo convesso con centro 02 ed il tratto terminale, non parallelo, delle facce larghe F è previsto un ulteriore raccordo concavo a raggio costante (non rappresentato) con il centro di curvatura da parte opposta di 02, a partire daH’imbocco, cioè per y=0 fino aH'uscita dalla lingottiera.

. Si noti altresì che, indicata con t3 la semilarghezza della bombatura, si è trovato che la sua profondità a, ed eventualmente anche il valore del raggio r = ri = r2 (come si vedrà più avanti), è preferibilmente connessa alla distanza t3 - tl, (pari a 2b quando rl=r2). Sembra infatti che il colaggio sia possibile soltanto per a < 0,15(t3-tl) all’imbocco, cioè per y=0. Qualora il rapporto tra la profondità di bombatura e la lunghezza del tratto concavoconvesso delle facce larghe, attraverso il quale il tratto centrale Ce si raccorda con le facce strette, fosse maggiore di questo valore, il colaggio verrebbe gravemente compromesso.

È preferibile inoltre che la profondità di bombatura a, nel tratto a valore variabile dall’imbocco a ybc, risulti in una relazione dimensionale inversa rispetto alla quota y, riducendosi all ’aumentare di questa verso il basso, ed in particolare si abbia a < 0,1 (ybc) all’imbocco, cioè per y=0.

Restando entro i limiti suddetti e con raggi di curvatura conseguenti, si ha la certezza che la bramma avanzi nella direzione di colaggio trovando sezioni sempre minori, il che dà il vantaggio di accompagnare il normale ritiro del materiale, per cui si evitano distacchi dalle pareti. Inoltre le polveri di colata, che producono scorie fluide lubrificanti, lavorano meglio non essendovi zone laterali parallele che potrebbero impedire lo smaltimento dei riflussi di acciaio fuso dovuti alle correnti ascendenti dal tuffante e che danno luogo generalmente alle indesiderate turbolenze. In particolare, dove è importante la qualità superficiale, è essenziale che non vi siano turbolenze che possano inglobare le polveri di colata, con gli effetti negativi a tutti noti. Come già si è accennato in precedenza, particolarmente utile, per il calcolo del raggio di curvatura delle superfici concavo-convesse, quando r=rl=r2, in funzione della profondità di bombatura a e delle distanza b può risultare la formula: r=(4b2 a2)/4a. Pertanto, a titolo di esempio, applicando i parametri summenzionati, per una lingottiera avente un metro di larghezza ed un metro di altezza, con un tratto centrale largo 260 mm pari a 2tl, ma non necessariamente rettilineo, e quindi con t3=500 mm e tl =130 mm, si ha:

Alla sezione di imbocco, per una lingottiera del tipo descritto per esempio nel brevetto italiano n.1265065 si può prevedere un valore di a pari a circa 24 mm, valore certamente < 0,15 x 2b (che darebbe 55,5 mm). È quindi soddisfatta la prima condizione sopra indicata per la profondità di bombatura. Il raggio di curvatura per la zona di raccordo concava, pari al corrispondente controraggio per la parte convessa sarebbe, applicando la formula sopra riportata:

All’estremità inferiore della lingottiera, oltre ybc e fino all’uscita della bramma, è ipotizzata una profondità costante di bombatura minima, pari per esempio a circa 0,7 mm, (comunque < 5 mm come detto in precedenza) ed il valore di r in questo caso raggiunge un valore di circa 45.000 mm, quindi il raggio di curvatura è molto maggiore in quella zona. Dato il valore di a in quella zona, come deto in precedenza sarà richiesto un ulteriore trato di raccordo concavo nella zona più esterna della lingottiera, ad una distanza t3 dall’asse X-X.

Naturalmente, ad ogni livello della lingotiera si hanno valori leggermente differenti di a quando si consideri l’intradosso o l’estradosso, e quindi anche i raggi r1 e r2 rispecchieranno tali lievi variazioni tenendo conto della formula di calcolo sopra indicata.

Si noti che la lunghezza tl del tratto centrale Ce (e l’arco stesso, data la costanza del raggio re) è preferibilmente uguale per tute le sezioni orizzontali dall’imbocco al fondo della lingottiera, ma naturalmente non è escluso che questa lunghezza possa variare gradualmente, aumentando o diminuendo, con la larghezza della lingotiera o eventualmente con la quota.

Infine, come si può notare in particolare in Fig. 3, la condizione di assenza di trati paralleli, a parte eventualmente il trato centrale Ce (quando coincide con tl per re = ∞), riferita in generale alle sole parti ative della lingottiera, vale preferibilmente anche per la zona normalmente inativa delle facce larghe F oltre le spallete o facce strete f, indicata con i trati angolati e convergenti verso l’esterno. Questa condizione risulta idonea ad evitare movimenti indesiderati delle spallette verso l’esterno, soto la spinta della pressione ferrostatica, dando luogo alla cosiddetta "perdita di conicità".

Eventuali aggiunte e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti del ramo alla forma realizzativa sopra descritta e illustrata della lingottiera secondo la presente invenzione senza uscire dall’ambito dell’invenzione stessa.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Lingottiera per la colata continua di bramine d’acciaio di spessore compreso fra 50 e 120 mm particolarmente adatte ad essere laminate in nastro sottile, comprendente due facce strette (f) che chiudono lateralmente due facce larghe (F) contrapposte, che presentano nella sezione verticale d’estremità, in corrispondenza di dette facce strette (f), un profilo curvo o rettilineo (Xc) rispettivamente di intradosso e di estradosso, con una bombatura centrale di profondità (a), avente un profilo curvo (Xb) nella zona di maggiore profondità, lungo un piano mediano trasversale (X-X), variabile per almeno un certo tratto dall’imbocco, caratterizzata dal fatto che detta bombatura comprende tratti centrali (Ce) in sezione orizzontale, di lunghezza (2tl), simmetrici sia rispetto a (X-X), sia rispetto ad un piano mediano longitudinale (Z-Z), di dette due facce larghe (F), raccordati a dette facce strette (f) da entrambi i Iati con tratti ad ampia curvatura concavo-convessa, privi di ulteriori tratti paralleli, pure simmetrici rispetto a detti piani (X-X) e (Z-Z), con i raggi della parte concava (ri) e di quella convessa (r2) che stanno tra loro in un rapporto compreso tra 0,6 e 1,4 in corrispondenza di ogni sezione orizzontale della lingottiera, il cui valore aumenta nella direzione di uscita dalla lingottiera, mentre la profondità (a = Xc - Xb) della bombatura, è decrescente verso il basso.
2. 2. Lingottiera secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il tratto centrale (Ce) è generato da un raggio re > 10 m, costante per ogni sezione orizzontale della lingottiera, con il centro di curvatura (Oc) situato sull’asse mediano trasversale (X-X) da parte opposta rispetto all’asse longitudinale (Z-Z) per dar luogo ad un arco concavo, visto daH’intemo della lingottiera.
3. 3. Lingottiera secondo la rivendicazione 2 in cui il centro di curvatura (Ol) con raggio ri della parte concava della curva di raccordo è, per ogni sezione orizzontale, su una retta (XI) che forma con l’asse (X-X) un angolo a ≥ 0°, ed il centro (02) della parte convessa di detta curva, con raggio r2, su una retta (X2) che forma con l’asse (X-X) un angolo y ≥ 0°, da parte opposta rispetto all’asse (Z-Z).
4. 4. Lingottiera secondo la rivendicazione 3, in cui il raggio re di detto tratto centrale (Ce) è infinito, per cui l’angolo di inclinazione a della retta su cui è situato il centro di curvatura (01) della parte concava di raccordo con il tratto centrale, rettilineo (Ce) è nullo.
5. 5. Lingottiera secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto rapporto rl/r2 è pari a 1 ed il valore di r = ri = r2 è dato dalla seguente relazione:

   dove a è la suddetta profondità di bombatura e b è la semidistanza tra il termine del tratto centrale (Ce) e la corrispondente faccia stretta (f), il punto di flesso (β) tra curva concava e convessa essendo ad una distanza (b) dalle estremità laterali della bombatura, pari a metà distanza tra il tratto centrale (Ce) e le facce strette (f).
6. 6. Lingottiera secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto profilo (Xb), a partire da una quota determinata (ybc) dall’imbocco, verso il basso, è parallelo al profilo (Xc) e la profondità a è costante oltre tale quota.
7. 7. Lingottiera secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che alla quota y=0, cioè all’imbocco, a è < 0,15 (t3-tl ), dove t3 è la semilarghezza della bombatura fino alle facce strette (f).
8. 8. Lingottiera secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che alla quota y=0, cioè all’imbocco, a è < 0,1 (ybc).
9. 9. Lingottiera secondo la rivendicazione I, caratterizzata dal fatto che la lunghezza (2tl) del tratto centrale (Ce) è uguale per tutte le sezioni orizzontali.
10. 10. Lingottiera secondo la rivendicazione 6, in cui per a < 1,75 mm costante a quote inferiori a (ybc), è previsto un ulteriore arco di raccordo a raggio costante e curvatura concava tra la zona di raccordo convesso ed il tratto d’estremità laterale confinante con la corrispondente faccia stretta (f).