ITUA20164053A1 - Impianto di distaffatura di getti da fonderia - Google Patents

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ITUA20164053A1
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ITUA2016A004053A
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Massimo Ansaloni
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Fonderia Ghirlandina Spa
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Description

“IMPIANTO DI DISTAFFATURA DI GETTI DA FONDERIA”.
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un impianto di distaffatura di getti da fonderia.
Nell’ambito della metallurgia, ed in particolare nel settore della fonderia per la realizzazione di getti da fonderia in ghisa, sono noti impianti provvisti di un gruppo di forni atti alla fusione, e quindi al passaggio di stato da solido a liquido, dei materiali metallici per l’ottenimento della ghisa desiderata.
Gli impianti di tipo noto sono provvisti di forni primari, generalmente del tipo di cubilotti, altoforni o forni rotativi, in cui vengono introdotti i materiali di base (ferro e carbonio) e, in aggiunta ad essi, uno o più materiali additivi (rame, fosforo, ferro-silicio, ferro-molibdeno, ferromanganese, ferro-cromo) che, mescolandosi con i materiali di base, consentono di ottenere la ghisa desiderata in termini di caratteristiche fisico-chimiche.
Gli impianti comprendono inoltre un forno di colata in collegamento fluidodinamico con i forni primari per l’erogazione di una quantità predefinita della ghisa liquida colata in uno stampo, generalmente in materiale sabbioso, per l’ottenimento di un getto da fonderia in ghisa.
Gli stampi in materiale sabbioso sono ottenuti mediante la compattazione di particolari sabbie e la realizzazione di impronte sul materiale sabbioso compattato mediante opportuni attrezzi per l’ottenimento del profilo desiderato.
Generalmente, gli stampi comprendono due mezze impronte, ciascuna corrispondente ad una metà della forma del getto da fonderia da realizzare, associate tra loro per definire lo stampo vero e proprio del getto.
Una volta completata la fase di colata della ghisa liquida all’interno di ciascuno stampo segue una fase di raffreddamento degli stampi e relativi getti da fonderia ed una fase di pulizia dei getti dal materiale sabbioso costituente gli stampi stessi.
Generalmente, gli impianti di tipo noto sono provvisti di opportuni mezzi distaffatori per l’esecuzione delle fasi di raffreddamento e pulizia dei getti da fonderia dal materiale sabbioso.
I mezzi distaffatori, ad esempio, possono comprendere un elemento a tamburo distaffatore provvisto di un’apertura di ingresso, in cui i getti da fonderia e gli stampi in materiale sabbioso vengono inseriti per la fase di raffreddamento, ed un’apertura di uscita da cui tali getti da fonderia escono ripuliti dal materiale sabbioso dello stampo.
Ciascun getto da fonderia ed il relativo stampo in materiale sabbioso è mobile tra l’apertura di ingresso e l’apertura di uscita lungo una direzione di avanzamento.
Tali mezzi distaffatori sono provvisti di impianti di aspirazione dell’aria contenuta all’interno dell’elemento a tamburo, i quali sono atti a definire un flusso di aria che fluisce sostanzialmente in controcorrente rispetto alla direzione di avanzamento in modo da favorire il raffreddamento dei getti da fonderia e del materiale sabbioso.
Inoltre, i mezzi distaffatori sono provvisti di mezzi erogatori di acqua disposti in corrispondenza dell’apertura di ingresso e di uscita e atti all’erogazione di quantità di acqua proporzionali alle temperature in gioco all’interno dei mezzi distaffatori e alla portata di materiale transitante al proprio interno, in modo da favorire la riduzione della temperature dei getti da fonderia e del materiale sabbioso.
L’aria contenuta all’interno dell’elemento a tamburo comprende quindi il vapore che si genera dall’evaporazione dell’umidità relativa residua della sabbia e dell’acqua erogata dai mezzi erogatori.
A tal proposito, gli impianti sono provvisti di mezzi aspiratori, collegati fluidodinamicamente ai mezzi distaffatori, dotati di cappe di aspirazione disposte in corrispondenza delle aperture di ingresso e uscita e atte all’aspirazione dell’aria contenuta all’interno dei mezzi distaffatori.
Gli impianti di tipo noto sono provvisti di opportuni mezzi bruciatori operanti in corrispondenza dell’apertura di ingresso ed uscita ed atti al riscaldamento del flusso di aria uscente dalle cappe di aspirazione per la riduzione del livello di umidità relativa presente nel flusso di aria stesso. Il flusso di aria uscente, mediante la relativa aspirazione, fluisce attraverso un dispositivo di filtraggio tale da consentire il filtraggio delle particelle fini e l’espulsione dell’aria filtrata.
I mezzi bruciatori sono dotati di un sistema di gestione autonomo ed indipendente rispetto all’effettivo stato termodinamico dell’aria nelle zone di ingresso ed uscita dell’elemento a tamburo.
Più in dettaglio, i mezzi bruciatori sono impostati ad un valore prefissato di temperatura che viene generalmente modificato al variare delle stagioni, e quindi in funzione della temperatura e dell’umidità relativa dell’aria esterna.
Negli impianti di tipo noto, la ventola principale dei mezzi aspiratori opera secondo un regime di funzionamento prestabilito ed indipendente rispetto all’effettiva portata dell’aria circolante all’interno dei condotti dei mezzi aspiratori stessi.
Questi impianti di fonderia di tipo noto presentano alcuni inconvenienti. Il principale inconveniente è legato al fatto che la fase di raffreddamento e ripulitura dei getti da fonderia dai relativi stampi in materiale sabbioso vengono svolte in modo prestabilito ed indipendente rispetto alle caratteristiche igrometriche dell’aria contenuta all’interno dell’elemento a tamburo e circolante nei condotti di aspirazione dei mezzi aspiratori.
Ne consegue quindi che la regolazione del funzionamento dei mezzi bruciatori viene effettuata manualmente da un operatore il quale imposta una temperatura di esercizio prefissata ed indipendente dalle reali condizioni igrometriche dell’aria contenente i vapori generati dal raffreddamento dei getti da fonderia e del materiale sabbioso.
In altre parole, la regolazione manuale degli impianti di distaffatura di tipo noto fa sì che rende difficoltose le operazioni di distaffatura del materiale sabbioso dai getti da fonderia nei casi in cui i mezzi bruciatori operano a temperature troppo basse e il materiale sabbioso presenta una percentuale elevata di umidità relativa.
Al contrario, nei casi in cui i mezzi bruciatori operano a temperature troppo elevate, l’aria aspirata mediante i mezzi di aspirazione può causare danneggiamenti al dispositivo di filtraggio e ai mezzi di aspirazione stessi, comportando spese elevate in termini di consumi energetici e danni all’impianto di distaffatura.
Un inconveniente degli impianti di distaffatura di getti da fonderia di tipo noto è legato al fatto che risulta privo di regolazione del relativo funzionamento in funzione delle caratteristiche igrometriche dell’aria aspirata in corrispondenza delle cappe, ovvero nei casi in cui la temperatura dell’aria aspirata in corrispondenza della cappa è inferiore rispetto alla relativa temperatura di condensazione.
Un altro inconveniente degli impianti di fonderia di tipo noto è legato ai consumi elevati derivanti dalle modalità di funzionamento dei mezzi bruciatori e dei mezzi aspiratori indipendentemente dalle caratteristiche igrometriche dell’aria contenuta presente nell’elemento a tamburo.
Ancora un inconveniente è legato alle eventuali difficoltà che si manifestano durante le operazioni di separazione e pulizia dei getti da fonderia dagli stampi in materiale sabbioso nei casi in cui il controllo dei mezzi bruciatori e dei mezzi aspiratori sia inadeguato alle caratteristiche igrometriche dell’aria contenuta all’interno dei mezzi distaffatori, con una conseguente richiesta di tempi di lavorazione maggiori ed ulteriori operazioni accessorie per il completamento di tali operazioni.
Inoltre, nei casi in cui la temperatura dell’aria aspirata dai mezzi aspiratori sia troppo elevata o troppo bassa, si può incorrere in danneggiamenti del sistema di filtraggio e aspirazione dell’aria con conseguenti rotture dell’impianto di fonderia e interruzioni del processo produttivo.
Il compito principale della presente invenzione è quello di escogitare un impianto di distaffatura di getti da fonderia che consenta di ottimizzare le operazioni di raffreddamento e ripulitura dei getti da fonderia dal materiale sabbioso in modo automatico ed in funzione delle caratteristiche igrometriche dell’aria contenuta all’interno dell’elemento a tamburo.
Uno scopo del presente trovato è quello di escogitare un impianto di distaffatura di getti da fonderia che consenta di ridurre i consumi energetici legati al funzionamento dei mezzi distaffatori e dei mezzi aspiratori, con un conseguentemente adeguamento rispetto alle effettive condizioni igrometriche dell’aria contenuta in essi.
Ancora uno scopo del presente trovato è quello di escogitare un impianto di distaffatura di getti da fonderia che consenta di ridurre gli eventuali danneggiamenti e guasti dovuti a modalità operative scorrette ed inadeguate rispetto alle effettive caratteristiche igrometriche dell’aria circolante in essi.
Altro scopo del presente trovato è quello di escogitare un impianto di distaffatura di getti da fonderia che consenta di superare i menzionati inconvenienti della tecnica nota nell’ambito di una soluzione semplice, razionale, di facile ed efficace impiego e dal costo contenuto.
Gli scopi sopra esposti sono raggiunti dal presente impianto di distaffatura di getti da fonderia avente le caratteristiche di rivendicazione 1.
Altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, di un impianto di distaffatura di getti da fonderia, illustrata a titolo indicativo, ma non limitativo, nelle unite tavole di disegni in cui:
la figura 1 è una rappresentazione schematica dell’impianto secondo il trovato;
le figura 2 e 3 sono diagrammi di flusso che spiegano il funzionamento dell’impianto secondo il trovato.
Con particolare riferimento a tali figure, si è indicato globalmente con 1 un impianto di distaffatura di getti da fonderia comprendente mezzi per la separazione di getti da fonderia 2 da relativi stampi in materiale sabbioso 3. Nello specifico, l’impianto 1 è atto alla distaffatura di getti da fonderia 2 in ghisa dai relativi stampi in materiale sabbioso 3, in cui tale materiale sabbioso 3 è opportunamente sagomato a definire il profilo desiderato del getto da fonderia 2 da realizzare, e al cui interno la ghisa liquida viene colata.
L’impianto 1 comprende un elemento a tamburo 4 rotante, provvisto di un’apertura di ingresso 5 di almeno uno dei getti da fonderia 2 da distaffare e dei relativi stampi in materiale sabbioso 3, ed un’apertura di uscita 6 del getto da fonderia 2 raffreddato e distaffato e del materiale sabbioso 3.
Generalmente, l’elemento a tamburo 4 presenta una conformazione sostanzialmente cilindrica ed è provvisto di almeno un setto vagliante atto alla separazione dei getti da fonderia 2 dal materiale sabbioso 3 dei relativi stampi.
In particolare, l’elemento a tamburo 4 è di tipo rotante ed è disposto sostanzialmente inclinato rispetto al suolo in modo da favorire l’avanzamento, durante la relativa rotazione, dei getti da fonderia 2 distaffati dal materiale sabbioso 3 lungo una direzione di avanzamento A. Più in dettaglio, durante la rotazione dell’elemento a tamburo 4, gli stampi in materiale sabbioso 3 si sgretolano ed avviene la separazione dei getti da fonderia 2 dal materiale sabbioso 3.
Gli stampi in materiale sabbioso 3 possono essere realizzati mediante terre o altri materiali sabbiosi mescolati con agglomerati tali da compattare il materiale sabbioso 3.
Utilmente, l’elemento a tamburo 4 comprende mezzi erogatori 7 di un fluido liquido, generalmente acqua, disposti in corrispondenza di almeno una tra l’apertura di ingresso 5 e l’apertura di uscita 6 e atti al raffreddamento dei getti da fonderia 2 e del materiale sabbioso 3.
Vantaggiosamente, i mezzi erogatori 7 sono disposti in corrispondenza sia dell’apertura di ingresso 5 che dell’apertura di uscita 6.
In particolare, i mezzi erogatori 7 sono atti all’erogazione dell’acqua in corrispondenza di un tratto iniziale dell’elemento a tamburo 4 prossimo all’apertura di ingresso 5 per l’ottenimento di un primo abbassamento della temperatura dei getti da fonderia 2 e degli stampi in materiale sabbioso 3 entranti attraverso l’apertura di ingresso stessa.
Analogamente, i mezzi erogatori 7 sono atti all’erogazione dell’acqua in corrispondenza di un tratto finale dell’elemento a tamburo 4 prossimo all’apertura di uscita 6 per l’ottenimento di un ulteriore abbassamento della temperatura dei getti da fonderia 2 e per la gestione delle caratteristiche igrometriche del materiale sabbioso 3 uscente dall’apertura di uscita 6 e destinata al riutilizzo.
I mezzi erogatori 7 sono provvisti di mezzi di comando impostabili dall’operatore per l’ottenimento dell’erogazione di una quantità predefinita di acqua in corrispondenza dell’apertura di ingresso 5 e dell’apertura di uscita 6.
L’operatore imposta i mezzi di comando in funzione delle temperature in gioco e del quantitativo dei getti da fonderia 2 e dei relativi stampi in materiale sabbioso 3 entranti all’interno dell’apertura di ingresso 5.
L’impianto 1 comprende mezzi di aspirazione 8 dell’aria provvisti di almeno una cappa 10, 11 disposta in corrispondenza di almeno una tra l’apertura di ingresso 5 e l’apertura di uscita 6.
L’impianto 1 comprende almeno un dispositivo bruciatore 12, 13 collegato fluidodinamicamente alla cappa 10, 11 e atto all’erogazione di un fluido riscaldante per il riscaldamento dell’aria in corrispondenza della cappa stessa.
Inoltre, l’impianto 1 è provvisto di almeno un gruppo sensore 14, 15 associato alla cappa 10, 11 e atto alla rilevazione della temperatura di esercizio T1, T2e dell’umidità relativa di esercizio Ur1, Ur2 dell’aria in corrispondenza della cappa 10, 11.
Secondo il trovato, l’impianto 1 comprende un’unità di gestione e controllo 9 operativamente collegata al gruppo sensore 14, 15 e al dispositivo bruciatore 12, 13 ed atta a:
- calcolare una temperatura di condensazione Tc1, Tc2 dell’aria nella cappa 10, 11 a partire dalla temperatura di esercizio T1, T2e dall’umidità relativa di esercizio Ur1, Ur2 rilevate dal gruppo sensore 14, 15;
- calcolare lo scarto di temperatura ΔT1, ΔT2della cappa 10, 11 pari alla differenza tra la temperatura di esercizio T1, T2e la temperatura di condensazione Tc1, Tc2 dell’aria nella cappa 10, 11;
- regolare il dispositivo bruciatore 12, 13 in modo da mantenere lo scarto di temperatura ΔT1, ΔT2 della cappa 10, 11 compreso tra due valori limite predefiniti.
Più in dettaglio, nell’ambito della presente trattazione, con l’espressione temperatura di condensazione dell’aria nella cappa si intende la temperatura al di sotto della quale avviene la transizione tra lo stato aeriforme e lo stato liquido del vapore acqueo contenuto nell’aria in corrispondenza della cappa 10, 11 e viene calcolata dall’unità di gestione e controllo 9 in funzione dei valori di temperatura di esercizio T1, T2e di umidità relativa di esercizio Ur1, Ur2.
Preferibilmente, l’unità di gestione e controllo 9 è dotata di un opportuno programma software atto ad attivare il ciclo di funzionamento dell’unità di gestione e controllo stessa, ad intervalli di controllo Tckperiodici e prestabiliti.
Preferibilmente, tali intervallo di controllo Tcksono compresi tra 60 sec e 150 sec.
Nella preferita forma di attuazione mostrata nelle figure, i mezzi di aspirazione 8 comprendono due cappe 10, 11 di cui una prima cappa 10, disposta in corrispondenza dell’apertura di ingresso 5, ed una seconda cappa 11, disposta in corrispondenza dell’apertura di uscita 6.
Utilmente, la prima cappa 10 e la seconda cappa 11 sono atte ad aspirare l’aria, rispettivamente, in corrispondenza dell’apertura di ingresso 5 e dell’apertura di uscita 6 in modo tale da generare un flusso di aria controcorrente rispetto alla direzione di avanzamento A per favorire il raffreddamento dei getti da fonderia 2 e del materiale sabbioso 3 ulteriormente rispetto a ciò che risulta ottenibile mediante i mezzi erogatori 7.
L’impianto 1 comprende due dispositivi bruciatori 12, 13 di cui un primo dispositivo bruciatore 12, disposto in corrispondenza della prima cappa 10 e atto al riscaldamento dell’aria in corrispondenza della prima cappa 10, ed un secondo dispositivo bruciatore 13, disposto in corrispondenza della seconda cappa 11 e atto al riscaldamento dell’aria in corrispondenza della seconda cappa 11.
Ciascuno dei dispositivi bruciatori 12, 13 è regolabile dall’operatore affinché il fluido riscaldante da essi erogato presenti una temperatura di riscaldamento Tb1,Tb2predefinita e preimpostata dall’operatore stesso a seconda delle applicazioni.
Nella fattispecie, ciascun dispositivo bruciatore 12, 13 è atto all’erogazione del fluido riscaldante avente una temperatura di riscaldamento Tb1,Tb2minima sostanzialmente pari a 80°C, al di sotto della quale i dispositivi bruciatori 12, 13 si spengono.
Più in dettaglio, il primo dispositivo bruciatore 12 ed il secondo dispositivo bruciatore 13 operano per l’erogazione del fluido riscaldante, rispettivamente, ad una prima temperatura di riscaldamento Tb1e ad una seconda temperatura di riscaldamento Tb2sostanzialmente comprese tra 80°C e 185°C.
Preferibilmente, entrambi i dispositivi bruciatori 12, 13 vengono regolati in modo da erogare ciascuno il fluido riscaldante alla temperatura di riscaldamento Tb1,Tb2sostanzialmente pari a 80°C.
Utilmente, l’impianto 1 comprende due gruppi sensori 14, 15 di cui: - un primo gruppo sensore 14 associato alla prima cappa 10 e atto alla rilevazione di una prima temperatura di esercizio T1e di una prima umidità relativa di esercizio Ur1dell’aria in corrispondenza della prima cappa 10; e
- un secondo gruppo sensore 15 associato alla seconda cappa 11 e atto alla rilevazione di una seconda temperatura di esercizio T2e di una seconda umidità relativa di esercizio Ur2dell’aria in corrispondenza della seconda cappa 11.
Più in dettaglio, ciascun gruppo sensore 14, 15 è del tipo di una sonda atta alla rilevazione della temperatura e dell’umidità relativa dell’aria circolante in prossimità della sonda stessa.
Nel caso della prima cappa 10, il primo gruppo sensore 14 rileva la prima temperatura di esercizio T1e la prima umidità relativa di esercizio Ur1relativa alle caratteristiche igrometriche dell’aria in corrispondenza della prima cappa 10 e quindi dipendenti dalla temperatura dei getti da fonderia 2 e dei relativi stampi in materiale sabbioso 3 entranti attraverso l’apertura di ingresso 5.
L’unità di gestione e controllo 9 è operativamente collegata al primo gruppo sensore 14 e al primo dispositivo bruciatore 12 ed è atta a:
- calcolare una prima temperatura di condensazione Tc1dell’aria nella prima cappa 10 a partire dalla prima temperatura di esercizio T1e dalla prima umidità relativa di esercizio Ur1;
- calcolare un primo scarto di temperatura ΔT1della prima cappa 10 pari alla differenza tra la prima temperatura di esercizio T1e la prima temperatura di condensazione Tc1dell’aria nella prima cappa 10; - regolare il primo dispositivo bruciatore 12 in modo da mantenere il primo scarto di temperatura ΔT1della prima cappa 10 compreso tra due valori limite predefiniti.
In figura 2 è mostrato un diagramma di flusso che illustra la modalità di funzionamento preferita dell’unità di gestione e controllo 9 atta a pilotare il primo gruppo sensore 14 e il primo dispositivo bruciatore 12.
Più in dettaglio, il primo dispositivo bruciatore 12 è atto a mantenere il primo scarto di temperatura ΔT1della prima cappa 10 compreso tra un primo valore limite inferiore, al di sotto del quale l’aria aspirata dalla prima cappa 10 presenta una temperatura sostanzialmente inferiore alla prima temperatura di condensazione Tc1, e un primo valore limite superiore, al di sopra del quale l’aria presenta una temperatura sostanzialmente elevata. Ne consegue che l’aria aspirata dalla prima cappa 10 presenta una prima temperatura di esercizio T1superiore rispetto alla prima temperatura di condensazione Tc1, evitando così la transizione dallo stato aeriforme allo stato liquido dell’acqua contenuta nell’aria nella prima cappa 10.
Più in dettaglio, se il primo scarto di temperatura ΔT1della prima cappa 10 è compreso tra un valore limite inferiore pari a 8°C ed un valore limite superiore pari a 11°C, allora l’unità di gestione e controllo 9 è atta al mantenimento del primo dispositivo bruciatore 12 ad una prima temperatura di riscaldamento regolata Tb1rcoincidente con la prima temperatura di riscaldamento Tb1:
Tb1r= Tb1
Se il primo scarto di temperatura ΔT1della prima cappa 10 è inferiore al primo valore limite inferiore, allora l’unità di gestione e controllo 9 regola il primo dispositivo bruciatore 12 in modo che la prima temperatura di riscaldamento Tb1aumenti ad un valore predefinito.
Ad esempio, se il primo scarto di temperatura ΔT1 della prima cappa 10 è inferiore al valore limite inferiore pari a 5°C, allora l’unità di gestione e controllo 9 regola il primo dispositivo bruciatore 12 in modo che la prima temperatura di riscaldamento regolata Tb1rsia pari a 160°C.
Se il primo scarto di temperatura ΔT1della prima cappa 10 è compreso tra un valore limite inferiore pari a 5°C ed un valore limite superiore pari a 8°C, allora l’unità di gestione e controllo 9 è atta a regolare il primo dispositivo bruciatore 12 ad una prima temperatura di riscaldamento regolata Tb1rpari a:
Tb1r= Tb1+ 20°C
Se il primo scarto di temperatura ΔT1della prima cappa 10 è superiore ad un valore limite superiore, allora l’unità di gestione e controllo 9 regola il primo dispositivo bruciatore 12 in modo che la prima temperatura di riscaldamento Tb1si riduca di un valore predefinito.
Ad esempio, se il primo scarto di temperatura ΔT1 della prima cappa 10 è superiore a 11°C ma inferiore a 13°C, allora l’unità di gestione e controllo 9 regola il primo dispositivo bruciatore 12 in modo che la prima temperatura di riscaldamento regolata Tb1rsia pari a:
Tb1r= Tb1- 10°C
Se il primo scarto di temperatura ΔT1 della prima cappa 10 è superiore a 13°C, allora l’unità di gestione e controllo 9 regola il primo dispositivo bruciatore 12 in modo che la prima temperatura di riscaldamento regolata Tb1rsia pari a:
Tb1r= Tb1- 20°C
L’unità di gestione e controllo 9 è configurata in modo che all’avanzare del tempo di esecuzione Texdell’impianto 1, al termine di ogni intervallo di controllo Tck, tale modalità di funzionamento si ripeta.
L’unità di gestione e controllo 9 è operativamente collegata anche al secondo gruppo sensore 15 e al secondo dispositivo bruciatore 13 ed è atta a:
- calcolare una seconda temperatura di condensazione Tc2dell’aria nella seconda cappa 11 a partire dalla seconda temperatura di esercizio T2e dalla seconda umidità relativa di esercizio Ur2;
- calcolare un secondo scarto di temperatura ΔT2della seconda cappa 11 pari alla differenza tra la seconda temperatura di esercizio T2e la seconda temperatura di condensazione Tc2dell’aria nella seconda cappa 11;
- regolare il secondo dispositivo bruciatore 13 in modo da mantenere il secondo scarto di temperatura ΔT2della seconda cappa 11 compreso tra due valori limite predefiniti.
Ne consegue che l’aria aspirata dalla seconda cappa 11 presenta una seconda temperatura di esercizio T2superiore rispetto alla seconda temperatura di condensazione Tc2, evitando così la transizione dallo stato aeriforme allo stato liquido dell’acqua contenuta nell’aria nella seconda cappa 11.
In particolare, il materiale sabbioso 3 uscente dall’apertura di uscita 6 deve possedere valori di temperatura e umidità relativa sostanzialmente costanti e predefiniti tali da garantire un adeguato grado di compattezza.
Più in dettaglio, se il secondo scarto di temperatura ΔT2della seconda cappa 11 è compreso tra il valore limite inferiore pari a 8°C ed il valore limite superiore pari a 11°C, allora l’unità di gestione e controllo 9 è atta al mantenimento del secondo dispositivo bruciatore 13 ad una seconda temperatura di riscaldamento regolata Tb2rsostanzialmente coincidente con la seconda temperatura di riscaldamento Tb2:
Tb2r= Tb2
Se il secondo scarto di temperatura ΔT2della seconda cappa 11 è inferiore al valore limite inferiore, allora l’unità di gestione e controllo 9 regola il secondo dispositivo bruciatore 13 in modo che la seconda temperatura di riscaldamento Tb2aumenti di un valore predefinito.
Ad esempio, se il secondo scarto di temperatura ΔT2della seconda cappa 11 è inferiore al valore limite inferiore pari a 5°C, allora l’unità di gestione e controllo 9 regola il secondo dispositivo bruciatore 13 in modo che la seconda temperatura di riscaldamento regolata Tb2rsia pari a 160°C.
Se il secondo scarto di temperatura ΔT2della seconda cappa 11 è compreso tra il valore limite inferiore pari a 5°C ed il valore limite superiore pari a 8°C, allora l’unità di gestione e controllo 9 regola il secondo dispositivo bruciatore 13 in modo che la seconda temperatura di riscaldamento regolata Tb2rsia pari a:
Tb2r= Tb2+ 20°C
Se il secondo scarto di temperatura ΔT2della seconda cappa 11 è superiore rispetto al valore limite superiore, allora l’unità di gestione e controllo 9 regola il secondo dispositivo bruciatore 13 in modo che la seconda temperatura di riscaldamento Tb2si riduca di un valore predefinito.
Ad esempio, se il secondo scarto di temperatura ΔT2della seconda cappa 11 è superiore a 11°C, ma inferiore a 13°C, allora l’unità di gestione e controllo 9 regola il secondo dispositivo bruciatore 13 in modo che la seconda temperatura di riscaldamento regolata Tb2rsia pari a:
Tb2r= Tb2- 10°C
Se il secondo scarto di temperatura ΔT2della seconda cappa 11 è superiore a 13°C, allora l’unità di gestione e controllo 9 regola il secondo dispositivo bruciatore 13 in modo che la seconda temperatura di riscaldamento regolata Tb2rsia pari a:
Tb2r= Tb2- 20°C
Si evince, quindi, che la modalità di funzionamento dell’unità di gestione e controllo 9 atta a pilotare il secondo gruppo sensore 15 e il secondo dispositivo bruciatore 13 è sostanzialmente analoga alla modalità di funzionamento preferita illustrata in figura 2 per il pilotaggio del primo gruppo sensore 14 e del primo dispositivo bruciatore 12, e si ripete all’avanzare del tempo di esecuzione Texperiodicamente secondo gli intervalli di controllo Tckpredefiniti.
Non si escludono, tuttavia, forme di realizzazione alternative in cui l’unità di gestione e controllo 9 è atta a comandare solamente il primo gruppo sensore 14 e il primo dispositivo bruciatore 12 oppure il secondo gruppo sensore 15 e il secondo dispositivo bruciatore 13, intervenendo così su una sola delle due cappe 10, 11.
Non si escludono, inoltre, forme di realizzazione alternative in cui i dispositivi bruciatori 12, 13 presentano mezzi di azionamento manuali atti allo spegnimento manuale da parte dell’operatore di almeno uno dei dispositivi bruciatori 12, 13 nei casi in cui gli scarti di temperatura ΔT1, ΔT2 presentino valori sostanzialmente elevati rispetto al valore limite superiore. Nella particolare forma di attuazione mostrata nelle figure, i mezzi di aspirazione 8 comprendono:
- una macchina aspiratrice 16 per la messa in movimentazione dell’aria; - un canale 17 di aspirazione per il collegamento fluidodinamico della macchina aspiratrice 16 con ciascuna cappa 10, 11; e
- mezzi motori 18 operativamente collegati alla macchina aspiratrice 16 e atti alla regolazione della portata del flusso di aria aspirata dalla macchina aspiratrice 16.
La macchina aspiratrice 16 comprende almeno un elemento ventilatore e i mezzi motori 18, ad esempio di tipo elettrico, sono atti alla messa in rotazione dell’elemento ventilatore stesso.
Più in dettaglio, i mezzi motori 18 sono provvisti di un inverter atto alla regolazione della velocità di rotazione dell’elemento ventilatore, nonché della portata del flusso di aria movimentato lungo il canale 17.
Il canale 17 è sostanzialmente un elemento tubolare dotato di diametro predefinito le cui dimensioni sono relative alla portata del flusso di aria in esso circolante.
L’impianto 1 comprende mezzi di rilevazione 19 di un valore di pressione del flusso di aria aspirato in corrispondenza del canale 17.
Nella preferita forma di attuazione mostrata nelle figure, i mezzi di rilevazione 19 sono disposti lungo il canale 17 in una posizione prestabilita per la rilevazione del valore di pressione in tale posizione prestabilita.
L’unità di gestione e controllo 9 è operativamente collegata ai mezzi di rilevazione 19 per il confronto del valore di pressione del flusso di aria rilevato in corrispondenza della posizione prestabilita del canale 17 con un valore di pressione di riferimento sostanzialmente predefinito.
Tale valore di pressione di riferimento è opportunamente calcolato in funzione delle dimensioni del canale 17 e della particolare posizione lungo il canale 17 in cui sono disposti i mezzi di rilevazione 19.
Sulla base di tali calcoli, il valore di pressione di riferimento relativo alla particolare posizione in cui sono disposti i mezzi di rilevazione 19 è pari a 145 mmH2O.
Utilmente, l’unità di gestione e controllo 9 è atta alla regolazione dell’inverter in modo che il valore di pressione del flusso di aria fluente lungo il canale 17 sia sostanzialmente coincidente col valore di pressione di riferimento.
In altre parole, mediante il valore di pressione rilevato dai mezzi di rilevazione 19, l’unità di gestione e controllo 9 esegue un confronto tra il valore di pressione dell’aria in corrispondenza del canale 17, rilevato ad ogni ciclo di funzionamento avente periodo Tck, con il valore di pressione di riferimento.
Più in dettaglio, il valore di pressione di riferimento è predefinito in modo da mantenere una velocità dell’aria sostanzialmente superiore a 20 m/s lungo l’intero canale 17.
A tal proposito, il fatto che il valore di velocità dell’aria lungo l’intero canale 17 sia superiore a 20 m/s evita eventuali depositi dei fumi e delle polveri presenti nell’aria lungo il canale 17.
In altre parole, tale valore di pressione predefinito fa sì che il flusso di aria aspirato venga totalmente convogliato lungo il canale 17 evitando così eventuali depositi di fumi e polveri lungo il canale stesso.
Utilmente, l’impianto 1 comprende mezzi sensori 20 disposti lungo il canale 17 e atti alla rilevazione di un valore di temperatura finale Tfe di un valore di umidità relativa finale Urfdell’aria fluente lungo il canale 17.
L’unità di gestione e controllo 9 è operativamente collegata ai mezzi sensori 20 ed è atta a:
- calcolare una temperatura di condensazione finale Tcfdell’aria nel canale 17 a partire dalla temperatura finale Tfe dall’umidità relativa finale Urf;
- calcolare uno scarto di temperatura finale ΔTfdel canale 17 pari alla differenza tra la temperatura finale Tfe la temperatura di condensazione finale Tcfdell’aria nel canale 17;
- comandare ciascun dispositivo bruciatore 12, 13 alla massima potenza nel caso in cui lo scarto di temperatura finale ΔTfdel canale 17 scenda al di sotto di un valore di soglia Tsprestabilito.
In figura 3 è mostrato un diagramma di flusso di una modalità di funzionamento preferita in cui l’unità di gestione e controllo 9 pilota i dispositivi bruciatori 12, 13 in funzione dei dati rilevati dai mezzi sensori 20; tale modalità di funzionamento si ripete secondo gli intervalli di controllo Tckall’avanzare del tempo di esecuzione Texdell’impianto 1.
Preferibilmente, il valore di soglia Tsè sostanzialmente pari a 3°C e nel caso in cui lo scarto di temperatura finale ΔTfdel canale 17 è inferiore a tale valore di soglia Tsil primo dispositivo bruciatore 12 è atto all’erogazione di una prima temperatura di riscaldamento massima Tb1maxsostanzialmente pari a 200°C, mentre il secondo dispositivo bruciatore 13 è atto all’erogazione di una seconda temperatura di riscaldamento massima Tb2maxsostanzialmente pari a 180°C.
Utilmente, l’unità di gestione e controllo 9 comanda i dispositivi bruciatori 12, 13 in modo che eroghino fluidi riscaldanti a temperature di riscaldamento regolate Tb1r, Tb2r tali da evitare la condensazione dell’aria fluente lungo il canale 17.
Più in dettaglio, nell’ambito della presente trattazione, con l’espressione temperatura di condensazione finale Tcfdell’aria nel canale 17 si intende la temperatura al di sotto della quale avviene la transizione tra lo stato aeriforme e lo stato liquido del vapore acqueo contenuto nell’aria fluente lungo il canale 17 e viene calcolata dall’unità di gestione e controllo 9 in funzione dei valori di temperatura finale Tfe di umidità relativa finale Urf. Utilmente, l’impianto 1 comprende un dispositivo di filtraggio 21 dell’aria aspirata dalla macchina aspiratrice 16, interposto tra le cappe 10, 11 e la macchina aspiratrice stessa, atto al filtraggio e all’abbattimento delle polveri e dei fumi inquinanti presenti nel flusso di aria fluente lungo il canale 17.
Preferibilmente, il dispositivo di filtraggio 21 è un filtro a maniche realizzate in tessuto specifico per la depolverizzazione dell’aria aspirata dalla macchina aspiratrice 16.
Vantaggiosamente, i mezzi di aspirazione 8 comprendono almeno una valvola di apertura 22 disposta lungo il canale 17 e atta al convogliamento di un flusso di aria ausiliario sostanzialmente a temperatura ambiente o ad una temperatura inferiore rispetto alla temperatura dell’aria circolante lungo il canale 17.
In particolare, tale flusso di aria ausiliario proviene, ad esempio, dallo spazio circostante il canale 17 o da zone comprese all’interno dell’impianto di fonderia.
L’unità di gestione e controllo 9 è operativamente collegata alla valvola di apertura 22 ed è atta a comandare l’apertura della valvola di apertura stessa nel caso in cui lo scarto di temperatura finale ΔTfdel canale 17 salga al di sopra di un valore di sicurezza preimpostato.
Nel caso in cui la temperatura dell’aria lungo il canale 17 presenta un valore superiore a tale valore di sicurezza preimpostato, il dispositivo di filtraggio 21 può essere soggetto ad eventuali danneggiamenti dovuti al surriscaldamento delle maniche costituenti il dispositivo di filtraggio stesso.
Preferibilmente, l’impianto 1 comprende un trasduttore di pressione 23 disposto lungo il canale 17 ed interposto tra il dispositivo di filtraggio 21 e la macchina aspiratrice 16.
Il trasduttore di pressione 23 è atto alla rilevazione del valore di perdita di carico del dispositivo di filtraggio 21.
Più in dettaglio, la perdita di carico indica la variazione di pressione tra il flusso di aria entrante nel dispositivo di filtraggio 21 ed il flusso di aria uscente dal dispositivo di filtraggio 21 dovuta alle forze passive esercitate dal dispositivo di filtraggio stesso che oppongono resistenza al passaggio del flusso di aria in esso.
Tale valore di perdita di carico rappresenta un indice del grado di efficienza del dispositivo di filtraggio 21.
Nel caso in cui il valore di perdita di carico sia inferiore ad una certa soglia minima allora il dispositivo di filtraggio 21 presenta efficienza ridotta o assente di filtraggio dei fumi e delle polveri presenti nell’aria circolante lungo il canale 17, con conseguente necessità di sostituzione del dispositivo di filtraggio 21.
Utilmente, i mezzi di aspirazione 8 comprendono un camino di espulsione 24 disposto a valle della macchina aspiratrice 16 e atto all’espulsione del flusso di aria circolante lungo il canale 17.
Il camino di espulsione 24 è provvisto di un gruppo di dispositivi di rilevazione 25 di temperatura, di portata e di polverosità del flusso di aria fluente lungo il camino di espulsione 24 a seguito della relativa aspirazione e filtraggio.
Più in dettaglio, il gruppo di dispositivi di rilevazione 25 comprende:
- un sensore di temperatura atto alla rilevazione della temperatura del flusso di aria fluente lungo il camino di espulsione 24;
- un sensore di pressione atto alla rilevazione della pressione del flusso di aria fluente lungo il camino di espulsione 24;
- mezzi di rilevamento della polverosità del flusso di aria fluente lungo il camino di espulsione 24.
Preferibilmente, tale sensore di pressione è un tubo di Pitot atto alla rilevazione della velocità del flusso di aria a partire dalla pressione del flusso di aria stesso.
I mezzi di rilevamento della polverosità possono essere, ad esempio, del tipo di sensori ottici o sensori ad effetto triboelettrico.
Tale gruppo di dispositivi di rilevazione 25 consente di monitorare i parametri dell’aria fluente nel camino di espulsione 24 e di verificare che siano contenuti entro livelli predefiniti tali da garantire il rispetto delle normative relative all’emissione di sostanze inquinanti nell’aria.
A tal proposito, l’operatore addetto può rilevare eventuali guasti o malfunzionamenti dei dispositivi bruciatori 12, 13, dei mezzi di aspirazione 8 e del dispositivo di filtraggio 21 ed intervenire su di essi per la relativa manutenzione e/o ripristino.
In tal modo, l’impianto 1 è atto al monitoraggio continuo dei parametri necessari e fondamentali per il corretto funzionamento.
Si è in pratica constatato come l’invenzione descritta raggiunga gli scopi proposti e in particolare si sottolinea il fatto che l’impianto così realizzato consente di ottimizzare le operazioni di raffreddamento e ripulitura dei getti dal materiale sabbioso in modo automatico riducendo i consumi energetici legati al funzionamento dei mezzi distaffatori e dei mezzi aspiratori.
In particolare, l’impianto così realizzato consente di ottenere una riduzione del consumo di energia elettrica fino a 15000 KW/anno e combustibile, ad esempio gas metano, fino a 10000 Smc/anno.
Più in dettaglio, l’impianto così realizzato si configura in modo automatico a seconda delle variazioni delle caratteristiche igrometriche dell’aria aspirata tramite le cappe.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1) Impianto (1) di distaffatura di getti da fonderia, comprendente mezzi per la separazione di almeno un getto da fonderia (2) da almeno uno stampo in materiale sabbioso (3) provvisti di: - almeno un elemento a tamburo (4) rotante, provvisto di almeno un’apertura di ingresso (5) di detto getto da fonderia (2) da distaffare e di detto stampo in materiale sabbioso (3) ed almeno un’apertura di uscita (6) di detto getto da fonderia (2) raffreddato e distaffato e di detto materiale sabbioso (3); - mezzi di aspirazione (8) dell’aria provvisti di almeno una cappa (10, 11) disposta in corrispondenza di almeno una tra detta apertura di ingresso (5) e detta apertura di uscita (6); - almeno un dispositivo bruciatore (12, 13) collegato fluidodinamicamente a detta cappa (10, 11) e atto all’erogazione di un fluido riscaldante atto al riscaldamento dell’aria in corrispondenza di detta cappa (10, 11); - almeno un gruppo sensore (14, 15) associato a detta cappa (10, 11) e atto alla rilevazione della temperatura di esercizio (T1, T2) e dell’umidità relativa di esercizio (Ur1, Ur2) dell’aria in corrispondenza di detta cappa (10, 11); caratterizzato dal fatto che detto impianto (1) comprende almeno un’unità di gestione e controllo (9) operativamente collegata a detto gruppo sensore (14, 15) e a detto dispositivo bruciatore (12, 13) e atta a: - calcolare una temperatura di condensazione (Tc1, Tc2) dell’aria nella cappa (10, 11) a partire da detta temperatura di esercizio (T1, T2) e da detta umidità relativa di esercizio (Ur1, Ur2) rilevate da detto gruppo sensore (14, 15); - calcolare lo scarto di temperatura (ΔT1, ΔT2) della cappa (10, 11) pari alla differenza tra detta temperatura di esercizio (T1, T2) e detta temperatura di condensazione dell’aria (Tc1, Tc2) nella cappa (10, 11); - regolare detto dispositivo bruciatore (12, 13) in modo da mantenere detto scarto di temperatura (ΔT1, ΔT2) della cappa (10, 11) compreso tra due valori limite predefiniti.
  2. 2) Impianto (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di aspirazione (8) comprendono: - almeno una macchina aspiratrice (16) per la messa in movimentazione dell’aria; - almeno un canale (17) di aspirazione per il collegamento fluidodinamico di detta macchina aspiratrice (16) con detta cappa (10, 11); - mezzi motori (18) operativamente collegati a detta macchina aspiratrice (16) e atti alla regolazione della portata del flusso di aria aspirata da detta macchina aspiratrice (16).
  3. 3) Impianto (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende almeno un dispositivo di filtraggio (21) dell’aria aspirata da detta cappa (10, 11) interposto tra detta cappa (10, 11) e detta macchina aspiratrice (16).
  4. 4) Impianto (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi di rilevazione (19) atti alla rilevazione di un valore di pressione del flusso di aria aspirato in corrispondenza di detto canale (17), in cui: - detta unità di gestione e controllo (9) è operativamente collegata a detti mezzi di rilevazione (19) per il confronto del valore di pressione del flusso di aria in corrispondenza di detto canale (17) con un valore di pressione di riferimento sostanzialmente predefinito; - detta unità di gestione e controllo (9) è atta alla regolazione di detti mezzi motori (18) in modo che il valore di pressione del flusso di aria fluente lungo detto canale (17) sia sostanzialmente coincidente col valore di pressione di riferimento; e - detto valore di pressione di riferimento è predefinito in modo da mantenere una velocità dell’aria lungo detto canale (17) sostanzialmente superiore a 20 m/s.
  5. 5) Impianto (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi sensori (20) disposti lungo detto canale (17) e atti alla rilevazione di un valore di temperatura finale (Tf) e di un valore di umidità relativa finale (Urf) dell’aria fluente lungo detto canale (17), detta unità di gestione e controllo (9) essendo operativamente collegata a detti mezzi sensori (20) e atta a: - calcolare una temperatura di condensazione finale (Tcf) dell’aria nel canale (17) a partire da detta temperatura finale (Tf) e da detta umidità relativa finale (Urf); - calcolare uno scarto di temperatura finale (ΔTf) del canale (17) pari alla differenza tra detta temperatura finale (Tf) e detta temperatura di condensazione finale (Tcf) dell’aria nel canale (17); - comandare detto dispositivo bruciatore (12, 13) alla massima potenza nel caso in cui detto scarto di temperatura finale (ΔTf) del canale (17) scende al di sotto di un valore di soglia (Ts) prestabilito.
  6. 6) Impianto (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di aspirazione (8) comprendono almeno una valvola di apertura (22) disposta lungo detto canale (17), detta unità di gestione e controllo (9) essendo operativamente collegata a detta valvola di apertura (22) e atta a comandare l’apertura di detta valvola di apertura (22) nel caso in cui detto valore di temperatura finale (Tf) sale oltre un valore di sicurezza preimpostato.
  7. 7) Impianto (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende almeno un trasduttore di pressione (23) disposto lungo detto canale (17) e interposto tra detto dispositivo di filtraggio (21) e detta macchina aspiratrice (16), detto trasduttore di pressione (23) essendo atto alla rilevazione del valore di perdita di carico di detto dispositivo di filtraggio (21).
  8. 8) Impianto (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto elemento a tamburo (4) rotante comprende mezzi erogatori (7) di almeno un fluido liquido disposti in corrispondenza di almeno una tra detta apertura di ingresso (5) e detta apertura di uscita (6) e atti al raffreddamento di detto getto da fonderia (2) e di detto materiale sabbioso (3).
  9. 9) Impianto (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di aspirazione (8) comprendono almeno un camino di espulsione (24) disposto a valle di detta macchina aspiratrice (16) e atto all’espulsione del flusso di aria circolante lungo detto canale (17), detto camino di espulsione (24) essendo provvisto di almeno un gruppo di dispositivi di rilevazione (25) di temperatura, di portata e di polverosità del flusso di aria fluente lungo detto camino di espulsione (24).
  10. 10) Impianto (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che: - detti mezzi di aspirazione (8) comprendono due di dette cappe (10, 11) di cui una prima cappa (10) disposta in corrispondenza di detta apertura di ingresso (5) ed una seconda cappa (11) disposta in corrispondenza di detta apertura di uscita (6); - detto impianto (1) comprende due di detti dispositivi bruciatori (12, 13) di cui un primo dispositivo bruciatore (12), disposto in corrispondenza di detta prima cappa (10) e atto al riscaldamento dell’aria in corrispondenza di detta prima cappa (10), ed un secondo dispositivo bruciatore (13), disposto in corrispondenza di detta seconda cappa (11) e atto al riscaldamento dell’aria in corrispondenza di detta seconda cappa (11); - detto impianto (1) comprende due di detti gruppi sensori (14, 15) di cui un primo gruppo sensore (14), associato a detta prima cappa (10) e atto alla rilevazione di una prima temperatura di esercizio (T1) e di una prima umidità relativa di esercizio (Ur1) dell’aria in corrispondenza di detta prima cappa (10), ed un secondo gruppo sensore (15), associato a detta seconda cappa (11) e atto alla rilevazione di una seconda temperatura di esercizio (T2) e di una seconda umidità relativa di esercizio (Ur2) dell’aria in corrispondenza di detta seconda cappa (11); - detta unità di gestione e controllo (9) è operativamente collegata a detto primo gruppo sensore (14) e a detto primo dispositivo bruciatore (12) ed è atta a: - calcolare una prima temperatura di condensazione (Tc1) dell’aria nella prima cappa (10) a partire da detta prima temperatura di esercizio (T1) e da detta prima umidità relativa di esercizio (Ur1); - calcolare un primo scarto di temperatura (ΔT1) della prima cappa (10) pari alla differenza tra detta prima temperatura di esercizio (T1) e detta prima temperatura di condensazione (Tc1) dell’aria nella prima cappa (10); - regolare detto primo dispositivo bruciatore (12) in modo da mantenere detto primo scarto di temperatura (ΔT1) della prima cappa (10) compreso tra due di detti valori limite predefiniti; - detta unità di gestione e controllo (9) è operativamente collegata a detto secondo gruppo sensore (15) e a detto secondo dispositivo bruciatore (13) ed è atta a: - calcolare una seconda temperatura di condensazione (Tc2) dell’aria nella seconda cappa (11) a partire da detta seconda temperatura di esercizio (T2) e da detta seconda umidità relativa di esercizio (Ur2); - calcolare un secondo scarto di temperatura (ΔT2) della seconda cappa (11) pari alla differenza tra detta seconda temperatura di esercizio (T2) e detta seconda temperatura di condensazione (Tc2) dell’aria nella seconda cappa (11); - regolare detto secondo dispositivo bruciatore (13) in modo da mantenere detto secondo scarto di temperatura (ΔT2) della seconda cappa (11) compreso tra due di detti valori limite predefiniti.
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