ITUD20100125A1 - Procedimento e impianto di colata e laminazione per realizzare prodotti laminati metallici lunghi - Google Patents

Description

"PROCEDIMENTO E IMPIANTO DI COLATA E LAMINAZIONE PER REALIZZARE PRODOTTI LAMINATI METALLICI LUNGHI"

CAMPO DI APPLICAZIONE

II presente trovato si riferisce ad un procedimento e ad un impianto di colata e laminazione, per la realizzazione di prodotti laminati metallici lunghi quali barre, vergella, travi, rotaie, barre o profili in genere, partendo da un materiale colato in continuo ad alta velocità e ad alta produttività.

STATO DELLA TECNICA

Gli impianti di colata continua, monolinea, noti nello stato dell’arte per la produzione di prodotti laminati lunghi hanno notevoli limitazioni in quanto, per motivi intrinsecamente legati a vincoli operativi e prestazionali dei componenti, la loro produttività non supera generalmente le 25-40 ton/h. Di conseguenza, per ottenere produttività più elevate si rende necessario aumentare il numero di linee di colata collegate alla stessa linea di laminazione, che possono arrivare fino a 8 linee e più. Ciò comporta, tra l’altro, la necessità di traslare le billette o i blumi in uscita dalle varie linee di colata su un unico punto di entrata al forno di riscaldo, con la conseguenza di perdere temperatura nei trasferimenti.

La conseguenza di ciò à ̈ la notevole quantità di energia necessaria per l’alimentazione del forno di riscaldo, il quale deve ripristinare la temperatura persa portandola dal valore di ingresso, compreso tra 650 °C e 750 °C, al valore idoneo alla laminazione pari a circa 1100 °C.

Inoltre, la necessità di trasferire dalle varie linee di colata al punto di introduzione in forno i segmenti di billetta, o blumo, impone delle limitazioni sulla lunghezza e quindi sul peso: la lunghezza delle billette, o blumi, à ̈ compresa tra 12 e 14m, fino a un massimo di 16m, e il peso à ̈ in media pari a 2-3 tonnellate.

Queste necessità e limitazioni di processo sono la causa principale di un aumento dell’energia richiesta per il riscaldo delle billette, o blumi, e di un peggioramento della messa al mille dovuto sia alle paniere di elevate dimensioni necessarie a servire più linee di colata, sia all’elevato numero di billette, o blumi, da processare a parità di tonnellate/ora da produrre, con conseguente elevato numero di spuntature, di imbocchi nelle gabbie del treno e sottolunghezze di misura non commerciale.

Uno scopo del presente trovato à ̈ pertanto quello di realizzare un processo di colata e laminazione in semiendless (cioà ̈ a partire da segmenti del prodotto colato tagliati a misura) per prodotti lunghi, e mettere a punto un relativo impianto di produzione che, utilizzando una sola linea di colata, consenta un incremento della produttività rispetto ad impianti analoghi noti nella tecnica.

Altro scopo del trovato à ̈ quello di sfruttare al massimo l’entalpia posseduta dall'acciaio liquido di partenza lungo tutta la linea di produzione, riducendo le perdite di temperatura nel tempo che intercorre tra il taglio a misura del prodotto colato e l’avvio alla fase di laminazione, al fine di ottenere un notevole risparmio energetico e una riduzione dei costi di esercizio rispetto ai processi convenzionali.

Ulteriore scopo del presente trovato à ̈ quello di far fronte alle fermate del treno di laminazione senza dover interrompere la colata e quindi senza perdita di produzione e senza penalizzare l’acciaieria a monte.

Altro scopo del trovato à ̈ quello di ridurre al minimo o eliminare gli scarti di materiale nelle situazioni di emergenza o durante le fermate programmate e comunque di recuperare completamente il prodotto che in tali situazioni viene temporaneamente accumulato in un punto intermedio lungo la linea di produzione.

Ulteriori scopi del trovato sono:

- ridurre i costi di investimento grazie alla riduzione del numero di linee di colata a parità di produzione;

- garantire un’elevata resa (o yield), pari al rapporto fra peso di prodotto finito e peso di acciaio liquido per produrre una tonnellata,

- ridurre i rischi di incagli in laminazione grazie alla riduzione del numero di imbocchi,

- ottenere una maggiore stabilità del treno di laminazione e una migliore qualità dimensionale del prodotto Finito,

avvicinare di molto le prestazioni di un processo semi-endless a quelle di un processo endless, ossia senza soluzione di continuità fra la macchina di colata continua e il gruppo di laminazione,

- garantire la possibilità di cambi di produzione in dimensione e tipologia senza fermare la colata continua, ottenendo un elevato fattore di utilizzo dell’impianto. Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere tutti questi ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato à ̈ espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni indipendenti. Le relative rivendicazioni dipendenti illustrano varianti all’idea di soluzione base.

Un impianto di colata e laminazione di tipo semiendless per la produzione di prodotti laminati lunghi secondo il presente trovato comprende una singola macchina di colata continua, dotata di un cristallizzatore idoneo a colare acciaio liquido ad alta velocità ed alta produttività (ad esempio, e solo indicativamente, da 35 fino a 200 ton/h).

Per colata ad alta velocità si intende che la macchina di colata continua può colare prodotti, in relazione allo spessore, ad una velocità variabile da 3 a 9 m/min.

Vantaggiosamente, il cristallizzatore produce una sezione sostanzialmente rettangolare, o comunque di forma allargata con una dimensione prevalente sull’altra, ne! seguito definita in generale blumo.

Nella descrizione e nelle rivendicazioni, con il termine blumo si intenderà un prodotto di sezione rettangolare in cui il rapporto fra lato lungo e lato corto à ̈ compreso tra 1,02 e 4, cioà ̈ tra appena superiore alla sezione quadrata fino ad una sezione rettangolare in cui il lato lungo à ̈ 4 volte il lato corto.

Nel presente trovato la sezione del prodotto colato non à ̈ limitata a quella rettangolare con lati diritti e a due a due paralleli, ma comprende anche sezioni con almeno un lato curvo, concavo o convesso, vantaggiosamente ma non necessariamente a due a due opposti e speculari, o combinazioni delle suddette geometrie.

Una sezione rettangolare ha una superficie maggiore di quella quadrata avente la medesima altezza, sì che colando questo tipo di sezioni si ottiene, a parità di velocità di colata, un maggiore quantitativo in tonnellate di materiale nell’unità di tempo. In accordo con il presente trovato, la sezione colata di forma sostanzialmente rettangolare ha una superficie pari a quella di un quadrato equivalente di lato compreso tra 100 e 300 mm.

A solo titolo esemplificativo, i blumi che vengono prodotti dalla colata continua secondo il presente trovato hanno dimensioni variabili fra circa 100 mm x 160 mm, 130 mm x 210 mm, 160 mm x 280 mm, 180 mm x 300 mm, 200 mm x 320 mm o dimensioni intermedie. Nel caso di produzione di profili medi possono essere utilizzate anche sezioni dimensionalmente più grosse, ad esempio di circa 300 mm x 400 mm e simili.

La macchina di colata secondo il trovato permette quindi di ridurre a una sola, a parità di produttività, il numero di linee di colata necessarie in un impianto, permettendo così di ottenere una migliore resa, o messa al mille, grazie al fatto di poter utilizzare una paniera più piccola, con minor consumo di refrattari.

La linea di laminazione comprende inoltre, a valle della colata continua, mezzi di taglio idonei a tagliare a misura i blumi in segmenti di lunghezza voluta. Per lunghezza voluta degli segmenti si intende un valore compreso tra 16 e 80 metri o più, preferibilmente tra 40 e 60 metri. La misura ottimale del segmento viene individuata di volta in volta in base alla tipologia di prodotto ed alle modalità di processo, nel modo indicato nel seguito in maggior dettaglio.

A valle della macchina di colata à ̈ presente un gruppo di mantenimento e/o eventuale riscaldo, in cui i suddetti segmenti tagliati a misura entrano direttamente a una temperatura media di almeno 1000 °C, preferibilmente compresa tra circa 1100 °C e circa 1150 °C. La temperatura media di uscita dal forno del blumo à ̈ compresa tra circa 1050 °C e 1180 °C.

In soluzioni realizzative, non vincolanti nell’ambito del trovato, all’uscita del forno di mantenimento e/o eventuale riscaldo, o comunque a valle di esso, può essere presente un forno induttore che ha la funzione di portare la temperatura degli segmenti di blumo a valori idonei per la laminazione almeno nel caso in cui la temperatura di uscita dal forno à ̈ di circa 1050 °C o più bassa.

II forno induttore può essere presente, o anche presente, in posizione intermedia tra le gabbie del treno di laminazione.

Secondo una caratteristica del presente trovato, gli assi della macchina di colata e del treno di laminazione sono fra loro sfalsati e paralleli, per cui questa configurazione à ̈ idonea a realizzare un processo di tipo semi-endless.

Secondo un’altra caratteristica del trovato, il gruppo di mantenimento e/o eventuale riscaldo à ̈ costituito da un forno di trasferimento laterale che collega la linea di colata, posta su un primo asse, con la linea di laminazione, posta su un secondo asse, che come detto à ̈ sfalsato e parallelo al primo. Il forno di trasferimento laterale à ̈ configurato per compensare le differenti produttività della macchina di colata continua e del treno di laminazione.

Il forno di trasferimento laterale ha una lunghezza che può variare almeno da 16 a 80 metri, nel caso specifico, ma, secondo un’ulteriore caratteristica del presente trovato, la suddetta lunghezza viene di volta in volta determinata per ottimizzare le caratteristiche di processo, come nel seguito spiegato in dettaglio.

In particolare, la lunghezza del forno risulta un parametro progettuale determinante nel dimensionamento della linea, in quanto à ̈ il parametro che permette di individuare il compromesso ottimale tra produttività, risparmio di energia, capacità di accumulo, ingombri, ed altro ancora, come si vedrà meglio nel prosieguo della descrizione.

In una soluzione preferita del trovato, il forno di trasferimento laterale à ̈ suddiviso in due sezioni, una prima sezione di entrata, allineata all’asse della macchina di colata, che opera con il ritmo della colata continua, la quale permette l’introduzione in continuo di segmenti di blumi prodotti in continuo dalla colata, ed una seconda sezione di uscita, allineata all’asse del treno di laminazione, che opera con il ritmo del laminatoio posto a valle, in modo da alimentare senza soluzione di continuità i segmenti di blumi al treno di laminazione a valle.

In questo modo, in condizioni di messa a regime, la colata continua e la laminazione possono operare in una condizione sostanziale di continuità, avvicinandosi ad una condizione di modalità “endless†pur lavorando con segmenti tagliati a misura e con linea di laminazione disassata rispetto alla macchina di colata continua.

Il forno di trasferimento laterale funge anche come polmone di accumulo dei blumi, per esempio quando occorre superare un’interruzione del processo di laminazione, per incidenti o per cambio programmato dei cilindri o per cambio di produzione, evitando in tal modo perdite di materiale e di energia e, soprattutto, evitando un’interruzione della colata. Il forno permette di ottenere un buffer time fino a 60 / 80 minuti (alla massima velocità di colata) ed oltre, e comunque variabile in fase di progettazione dell 'impianto.

Ciò consente di migliorare notevolmente il fattore di utilizzo dell 'impianto.

Grazie alla capacità di buffer del forno, anche la resa complessiva risulta migliorata per i seguenti motivi:

- si eliminano (o si riducono) il numero delle ri-partenze della colata con conseguente risparmio dello scarto di materiale ad inizio e fine colata;

- si evita di rottamare l’acciaio che nel momento di un blocco accidentale del treno di laminazione, per esempio a seguito di un incaglio, si trova dalla paniera (che scarica l’acciaio liquido nel cristallizzatore) ad inizio treno laminazione, oltre a quello rimanente in siviera che spesso non può essere recuperato;

- nel caso di blocco accidentale del treno di laminazione, il blumo già in presa in una o più gabbie può essere riportato all’interno del forno e lì mantenuto, anche in temperatura, evitando lo spezzonamento e quindi la perdita di materiale.

Secondo una formulazione del presente trovato, la lunghezza ottimale del blumo, e quindi del forno di trasferimento laterale che lo deve contenere, viene scelta in funzione della riduzione al minimo della combinazione lineare fra le perdite termiche in detto forno e le perdite di materiale per spuntature, barre corte e incagli.

Secondo un esempio di calcolo, la funzione à ̈ espressa secondo la seguente relazione:

F(E,Y) = ke· E ky- Y ;

in cui il termine ke- E rappresenta la perdita economica causata dal consumo energetico per il mantenimento e/o eventuale riscaldamento dei blumi, direttamente proporzionale alla lunghezza Lb del blumo, mentre il termine ky- Y rappresenta la perdita economica causata da spuntature, incagli e barre corte nel treno di laminazione, inversamente proporzionale a Lb.

Da ciò, esprimendo la stessa in funzione di una sola variabile, ad esempio la lunghezza del blumo da trattare, ed individuando il punto di minimo di tale funzione, si ricava la lunghezza ottimale del blumo. Il forno di trasferimento laterale avrà una lunghezza ottimale almeno pari a quella del blumo; vantaggiosamente viene previsto un adeguato margine di sicurezza che tenga conto di eventuali blumi tagliati fuori tolleranza, nonché i necessari adattamenti dimensionali e costruttivi.

In questo modo, vengono individuate le condizioni operative ottimali per il coordinamento fra la macchina di colata continua ed il treno di laminazione.

In una forma di realizzazione, non limitativa, rimpianto comprende un gruppo di riduzione aggiuntivo, composto da almeno una gabbia di laminazione, e viene previsto allo scopo di riportare la sezione colata di forma allargata a una sezione quadra, tonda, ovale o comunque meno allargata di quella di partenza, affinché sia adatta per alimentare il treno di laminazione.

Tale gruppo viene previsto subito a valle della macchina di colata continua quando la velocità di ingresso nella prima gabbia di laminazione à ̈ compresa tra circa 0,05 m/sec (o meno) e circa 0,08 m/sec. Poiché la riduzione avviene sul materiale appena colato, a cuore caldo, si hanno notevoli vantaggi di risparmio energetico.

Invece, nel caso di velocità di ingresso nella prima gabbia compresa tra circa 0,08 m/sec e circa 0,1 m/sec (o superiore), tale gruppo viene previsto a valle del forno di trasferimento laterale e quindi in testa al gruppo di laminazione.

Rientra nel presente trovato anche un processo di laminazione per la produzione di prodotti lunghi comprendente una fase di colata in continuo di blumi, una fase di mantenimento e/o eventuale riscaldo di temperatura, ed una fase di laminazione, successiva alla fase di mantenimento e/o eventuale riscaldo di temperatura, per la produzione di prodotti laminati lunghi.

Secondo un aspetto caratteristico del presente trovato, la fase di mantenimento e/o eventuale riscaldo prevede di mantenere una pluralità di segmenti di blumi tagliati a misura in una condizione di trasferimento laterale airinterno di un forno, per un tempo correlato alla dimensione in lunghezza e larghezza del forno stesso, e determinato per ottimizzare il collegamento operativo fra colata continua e laminazione. Il processo prevede così di definire un polmone di accumulo tra colata e laminazione con tempo di residenza, il cui “buffer time†, determinabile in sede di progetto e che può variare da 30 a 60 / 80 minuti o più, alla massima velocità di colata, viene calcolato in relazione alle condizioni operative dell’impianto e/o al massimo numero di blumi accumulabili all’interno del forno, in relazione anche alla sezione ed alla lunghezza del blumo stesso.

In ulteriori forme realizzative, la linea del presente trovato comprende un primo dispositivo di scagliatura a monte del forno di trasferimento laterale e/o un secondo dispositivo di scagliatura a valle del forno di trasferimento laterale.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

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

- le figg. 1-4 rappresentano quattro possibili lay-out di un impianto di laminazione secondo il presente trovato;

- la fig. 5 rappresenta un diagramma per il calcolo della lunghezza ottimale del segmento di blumo secondo il presente trovato;

- la fig. 6 rappresenta un esempio numerico di dimensionamento che utilizza il diagramma di fig. 5;

- le figg. 9-12 rappresentano esempi di alcune differenti sezioni colabili con gli impianti delle figg. 1-4.

DESCRIZIONE DI ALCUNE FORME PREFERENZIALI DI REALIZZAZIONE

Con riferimento alle figure allegate, la fig. 1 illustra un primo esempio di lay-out 10 di un impianto per la produzione di prodotti laminati lunghi secondo il presente trovato.

Il lay-out 10 di fig. 1 comprende, negli elementi essenziali rappresentati, una macchina di colata continua 11 ad una sola linea la quale utilizza un cristallizzatore, od altro dispositivo idoneo a colare blumi di varia forma e dimensione, per lo più rettangolare con lati diritti, curvi, concavi o convessi, od altro ancora. Alcuni esempi di sezioni colabili nel contesto del presente trovato sono rappresentati nelle figg. 9-12, che rappresentano rispettivamente una sezione rettangolare a lati diritti e paralleli (fig.

9), una sezione con lati corti con curvatura convessa e lati lunghi diritti e paralleli (fig.

10), una sezione con lati corti aventi una curvatura convessa al centro e lati lunghi diritti e paralleli (fig. 11) ed una sezione con lati corti con curvatura concava e lati lunghi diriti e paralleli (fig. 12).

La macchina di colata continua 11 à ̈ disposta su una linea sfalsata ma parallela rispetto alla linea di laminazione definita da un treno di laminazione 16 posto a valle. In tal modo viene concretizzato un processo discontinuo, o semi-endless, ma con prestazioni che, come si vedrà, e grazie al dimensionamento dei parametri previsto nel presente trovato, sono molto prossime a quelle di un processo continuo, o endless.

Vantaggiosamente, la macchina di colata continua 11 à ̈ ad elevata produttività, potendo raggiungere velocità di colata comprese tra 3 e 9 m/min, in funzione della tipologia di prodoto (sezione, qualità dell’acciaio, prodotto finale da ottenere, ecc.), e potendo colare sezioni di forma allargata, cioà ̈ con una dimensione prevalente sull’altra, in un rapporto compreso preferibilmente tra 1,02 e 4.

In particolare, tale macchina di colata continua 11 consente di ottenere una produtività variabile da 35 ton/h a 200 ton/h.

A solo titolo esemplificativo, le sezioni colabili possono essere scelte tra 100 mm x 160 mm, 130 mm x 210 mm, 160 mm x 280 mm, 180 mm x 300 mm, 200 mm x 320 mm o dimensioni intermedie. Nel caso di produzione di profili medi possono essere utilizzate anche sezioni dimensionalmente più grosse, ad esempio di circa 300 mm x 400 mm e simili.

Vantaggiosamente sezioni di questo genere consentono di otenere blumi con un elevato peso metrico a parità di altezza, o spessore, della sezione.

A valle della macchina di colata continua 11 sono presenti mezzi di taglio a misura 12, per esempio una cesoia o un cannello di ossitaglio, che tagliano i blumi colati in segmenti di lunghezza voluta. Vantaggiosamente, i blumi vengono tagliati in segmenti di lunghezza da 1 a 5 volte superiore a quella dell’arte nota e, in accordo con il trovato, à ̈ compresa tra 16 e 80 m o più, preferibilmente tra 40 e 60 metri. In tal modo si ottengono blumi di peso elevato, da 5 a 15 volte superiore a quello della tecnica nota e, in accordo con il trovato, à ̈ compreso tra 10 e 50 ton.

In questo modo, pur configurandosi tutti i layout 10, 110, 210, 310 come operanti in modalità “semiendless†, in quanto partono da segmenti tagliati a misura, i blumi di elevata lunghezza ed elevato peso lineare permettono, in condizioni di messa a regime, di operare in una condizione di sostanziale continuità, ottenendo prestazioni molto prossime a quelle della modalità “endless†.

Nei lay-out alternativi 110 e 210 delle figg. 2 e 3, in cui a numeri di riferimento uguali corrispondono componenti uguali o equivalenti, à ̈ presente un gruppo aggiuntivo di riduzione/sbozzatura 13, costituito generalmente da 1 a 4 gabbie e, nel caso di specie, da tre gabbie di laminazione 17 alternate verticale/orizzontale/verticale. Tali gabbie 17 vengono utilizzate allo scopo di riportare la sezione colata di forma allargata a una sezione quadra, tonda, ovale o comunque meno allargata di quella di partenza, per renderla idonea alla laminazione nel treno di laminazione 16 posto a valle. Anche se nelle figure esemplificative il numero di gabbie à ̈ pari a 3, resta inteso che tale numero può essere selezionato tra 1 e 4, in funzione dei parametri progettuali complessivi della linea e dei prodotti da colare in continuo.

Il migliore posizionamento del gruppo aggiuntivo di riduzione/sbozzatura 13 lungo la linea compresa da fine colata a inizio del treno di laminazione 16 viene stabilito in relazione alla velocità ottenibile all’ingresso della prima gabbia del gruppo stesso. Ad esempio, se tale velocità à ̈ compresa tra 3 e 4,8 m/min (0,05 m/sec e 0,08 m/sec), il suddetto gruppo di riduzione/sbozzatura 13 viene posizionato subito a valle della macchina di colata continua, e a monte dei mezzi di taglio a misura 12, mentre se la velocità di imbocco alla gabbia à ̈ maggiore, ad esempio compresa tra 5 e 9 m/min, il gruppo aggiuntivo di riduzione/sbozzatura 13 viene posto in testa al treno di laminazione 16 e a valle del forno di riscaldo e/o mantenimento 14, come si vedrà in seguito.

Un altro parametro che può condizionare la scelta di inserire il gruppo aggiuntivo di riduzione/sbozzatura 13 subito a valle della macchina di colata continua e a monte dei mezzi di taglio 12 à ̈ il fattore energetico.

Quando la prima riduzione di sezione viene eseguita subito a valle della colata continua, immediatamente dopo la chiusura del cono metallurgico, si hanno ridotti consumi energetici in quanto la riduzione di sezione avviene su un prodotto con cuore ancora molto caldo, e quindi à ̈ possibile impiegare una minore forza di schiaccio ed utilizzare gabbie più piccole che richiedono una minor potenza installata.

A valle della macchina di colata continua à ̈ disposto un forno di mantenimento e/o eventuale riscaldo 14, del tipo orizzontale a trasferimento laterale, che riceve, lungo un primo asse, i segmenti di blumo fomiti dalla colata e tagliati a misura dai mezzi di taglio 12 e li alimenta al treno di laminazione 16 posto a valle lungo un secondo asse parallelo al primo.

Vantaggiosamente, il fatto di avere una sola linea di colata ad alta produttività consente di alimentare direttamente il forno di mantenimento e/o eventuale riscaldo 14 a una temperatura media di almeno 1000 °C, preferibilmente compresa tra circa 1100 °C e circa 1150 °C. La temperatura media di uscita dal forno del blumo à ̈ invece compresa tra circa 1050 °C e 1180 °C.

Come si vede in tutti i lay-out delle figure 1-4, la linea di laminazione à ̈ sfalsata e parallela rispetto alla linea di colata, ed il forno di mantenimento e/o eventuale riscaldo 14 comprende una prima sezione di movimentazione 20a, disposta in asse con l’asse di colata, ed una seconda sezione di movimentazione 20b, disposta in asse con l’asse di laminazione. All’interno del forno di mantenimento e/o eventuale riscaldo 14 si realizza il necessario collegamento laterale, grazie alla presenza di dispositivi, qui non illustrati, che realizzano sia il trasferimento degli spezzoni di blumo dalla sezione di movimentazione 20a alla sezione di movimentazione 20b, sia l’evacuazione degli spezzoni dall’asse 20b per alimentarli al treno di laminazione 16 posto a valle.

II forno di mantenimento e/o eventuale riscaldo 14, oltre a creare il collegamento laterale tra le due linee sfalsate, ha almeno le seguenti funzioni ed opera con le seguenti modalità:

- funge da camera per il solo mantenimento in temperatura dei blumi. In questa configurazione, la camera garantisce il mantenimento della temperatura della carica tra l’ingresso e l’uscita.

- funge da forno di riscaldo dei blumi. In questa configurazione, il forno 14 effettua l’innalzamento di temperatura della carica tra l’ingresso e l’uscita, per esempio per ripristinare la temperatura persa quando il gruppo di riduzione aggiuntivo 13 viene previsto subito a valle della colata.

II forno di trasferimento laterale 14 Ã ̈ come detto suddiviso in due sezioni, una prima sezione movimentazione di entrata 20a che opera con il ritmo della colata continua 11 posta a monte, ed una seconda sezione di movimentazione di uscita 20b che opera con i ritmi del treno di laminazione 16 posto a valle.

In particolare, dette sezioni di movimentazione 20a e 20b comprendono rispettive vie a rulli interne, una prima in asse con la via a rulli della colata continua 11 ed una seconda in asse con la via a rulli di alimentazione al treno di laminazione 16. Le due sezioni di movimentazione, o vie a rulli, 20a, 20b sono in funzionamento sincrono rispettivamente con la colata continua 11 e con il laminatoio 15, mentre il movimento dei segmenti di blumo da una via a rulli all’altra viene assicurato, come detto, grazie ai dispositivi di trasferimento laterale, di infornamento e di sfornamento, qui non illustrati.

Il forno di mantenimento e/o eventuale riscaldo 14 funge anche da polmone di trasferimento laterale che può compensare le differenti produttività di macchina di colata continua I l e treno di laminazione 16 posto a valle.

Inoltre, in caso di interruzione di funzionamento del treno, per incidenti o per cambio programmato dei cilindri o per cambio di produzione, i dispositivi di infornamento continuano ad accumulare i blumi in arrivo fino a riempire il buffer interno, mentre i dispositivi di sfornamento restano fermi.

Dopo aver ristabilito la funzionalità del treno, i dispositivi di sfornamento ricominciano il loro normale ciclo di funzionamento, mentre i dispositivi di infornamento procedono nuovamente a traslare i blumi dalla via a rulli d’ingresso alla via rulli d’uscita.

Come già detto sopra, il forno di mantenimento e/o eventuale riscaldo 14 permette di effettuare cambi di produzione, sostituendo alcune o tutte le gabbie del treno di laminazione 16, offrendo la possibilità di un buffer time fino a 60 minuti, senza la necessità di fermare o rallentare la macchina di colata continua.

La lunghezza ottimale del blumo può essere scelta in funzione della riduzione al minimo della combinazione lineare fra le perdite termiche nel forno di mantenimento e/o eventuale riscaldo 14 e le perdite di materiale per spuntature, barre corte e incagli. In un caso esemplificativo, la funzione à ̈ espressa secondo la seguente relazione: F(E,Y) = ke- E ky- Y ;

in cui il termine ke· E rappresenta la perdita economica causata dal consumo energetico per il mantenimento e/o eventuale riscaldamento delle o blumi, direttamente proporzionale alla lunghezza Lb del blumo: E=fe*Lb (kwh/tprodotta), mentre il termine ky · Y rappresenta la perdita economica causata dalle spuntature, incagli e barre corte nel treno di laminazione, inversamente proporzionale a Lb: Y=fy/Lb (tscrap/ tprodotta).

In altre parole, il termine ky· Y rappresenta l’inverso della resa del materiale. Nel grafico di figura 5 vengono rappresentate le curve relative ai termini ke· E e ky- Y.

Esplicitando:

F(E,Y)= ke* (fe*Lb) ky* (fy/Lb)

da cui, imponendo la derivata prima pari a zero (dF/dL=0) si ha:

ke*d (fe*L)/dL ky*d (iy/L)/dL =0

con:

ke, ky costanti di conversione,

fe, fy funzioni continue legate alla particolare conformazione impiantistica e tecnologica.

Nel caso particolare in cui (fe, fy) siano funzioni costanti, allora:

Lottimale = [(ky*fy)/(ke*fe)]<A>0.5

Per esempio, nel caso (rappresentato esemplificativamente dal diagramma di fig. 5) di un blumo da 160mm x 280mm, da 352 kg/m, sezione equivalente al quadro di lato 211,66 mm, e determinando opportunamente i coefficienti in accordo con prove sperimentali eseguite della Richiedente, si ottiene un punto di minimo della funzione sopra espressa, corrispondente ad una lunghezza ottimale del blumo Loti pari a 60m. Poiché tale lunghezza ottimale del blumo à ̈ calcolata in funzione di parametri di consumo del forno 14 direttamente collegati alla sua lunghezza, essa risulta valida anche per la determinazione della lunghezza ottimale del forno 14 stesso. Il forno di trasferimento laterale 14 avrà una lunghezza ottimale almeno pari a quella del blumo, eccetto che vantaggiosamente viene previsto un margine di sicurezza che tenga conto di eventuali blumi tagliati fuori tolleranza, nonché i necessari adattamenti dimensionali e costruttivi

In questo modo, vengono individuate le condizioni operative ottimali per il coordinamento fra la macchina di colata continua ed il treno di laminazione.

La Tabella di fig. 6 illustra un raffronto comparativo tra un impianto di laminazione di prodotti lunghi a singola linea di colata, che opera con gli insegnamenti del trovato, a partire da un blumo di sezione 160x280, ed un impianto di laminazione di raffronto della tecnica nota che utilizza quattro linee di colata associate ad un solo treno di laminazione e che opera a partire da un prodotto quadrato di sezione 150x150.

Come si vede dalla Tabella, la lunghezza ottimizzata pari a 60 metri risulta notevolmente superiore a lunghezze convenzionali utilizzate pari a 14 metri, ed anche il peso del blumo à ̈ molto maggiore.

La resa à ̈ molto aumentata grazie alla minore perdita di materiale per spuntature lungo il treno di laminazione 16 e per l’eliminazione di barre corte.

Un altro parametro di particolare rilevanza à ̈ la netta riduzione del consumo di gas naturale per l’alimentazione al forno 14, fino al 50%, rispetto alle soluzioni tradizionali.

I grafici delle figure 7 e 8 rappresentano rispettivamente i suddetti risparmi in termini di efficienza operativa e di consumo di gas naturale della soluzione secondo il presente trovato (colonne di sinistra) e delle soluzioni convenzionali a linee di colata multiple e lunghezza di blumo inferiore a 16 m (colonna di destra).

II lay-out 210 di fìg. 3 differisce rispetto a quelli delle figg. 1 e 2 per il fatto di presentare un induttore 15 subito all’uscita del forno di riscaldo e/o mantenimento 14, mentre il lay-out di fìg. 4 differisce dagli altri per il fatto che l’induttore 15 à ̈ posto in una posizione intermedia tra le gabbie 17 del treno di laminazione 16.

Tale induttore ha la funzione di portare la temperatura dei blumi a valori idonei per la laminazione almeno nel caso in cui la temperatura di sfornamento à ̈ di circa 1050 °C o più bassa. Per esempio, quando il gruppo di riduzione aggiuntivo viene previsto subito a valle della colata e il forno 14 effettua il solo mantenimento, allora l’induttore in uscita del forno provvede a ripristinare la temperatura persa in detto gruppo di riduzione aggiuntivo.

Il numero di gabbie di laminazione 17 impiegate nel treno 16 à ̈ variabile da 3-4 a 15-18 e più in relazione alla tipologia di prodotto finale da ottenere, allo spessore del prodotto colato, alla velocità di colata e ad altri parametri ancora.

A monte del treno di laminazione 16, od in posizione intermedia ad esso, possono essere presenti cesoie di spuntatura, di emergenza, di rottamatura, tutte identificate generalmente con il numero di riferimento 18. Altri componenti noti nella tecnica, quali scagliatori, misuratori, ecc., non illustrati, sono normalmente presenti lungo tutti i layout 10, 110, 210, 310 presenti nella figure allegate.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per realizzare prodotti laminati metallici lunghi, caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi: - colata continua ad alta produttività oraria, da 35 t/h a 200 t/h, realizzata da una singola macchina di colata (11), definente un asse di colata, di un prodotto di sezione rettangolare od equivalente, con rapporto tra lato maggiore e lato minore superiore o uguale a 1,02 ed inferiore o uguale a 4; - taglio a misura del prodotto colato a definire un segmento di lunghezza compresa tra 16 e 80 m e di peso compreso tra 10 e 50 ton; - introduzione del segmento, avente una temperatura media di almeno 1000 °C, in un forno di mantenimento e/o eventuale riscaldo (14), comprendente una prima sezione (20a) di movimentazione del prodotto colato disposta in asse con detto asse di colata; - trasferimento laterale del segmento all’interno del forno (14) per disporlo in una seconda sezione (20b) di movimentazione prodotto colato disposta parallela e disassata rispetto alla prima sezione di movimentazione (20a) ed allineata ad un asse di laminazione parallelo e sfalsato rispetto all’asse di colata; - riduzione della sezione in un treno di laminazione (16) definente detto asse di laminazione.
2. 2. Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la lunghezza ottimale di detto segmento tagliato a misura, a cui à ̈ correlata la lunghezza del forno di mantenimento e/o eventuale riscaldo (14), viene calcolata in funzione della riduzione al minimo della combinazione lineare fra le perdite termiche nel forno di mantenimento e/o eventuale riscaldo (14) e le perdite di materiale, ad esempio per i tagli di testa e di coda, utilizzando la seguente formula: F(E,Y) = ke- E ky· Y ; in cui il termine ke· E rappresenta la perdita economica causata dal consumo energetico del forno (14) mentre il termine ky · Y rappresenta la perdita economica causata dalle spuntature, incagli e barre corte nel treno di laminazione (16).
3. 3. Procedimento come alla rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detta macchina di colata continua (11) opera ad una velocità di colata compresa tra 3 e 9 m/min.
4. 4. Procedimento come ad una o l’altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la sezione del prodotto colato ha una superficie pari a quella di un quadrato equivalente di lato da 100 a 300 mm.
5. 5. Procedimento come ad una o l’altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che prevede una fase di riduzione/sbozzatura del prodotto colato eseguita da un gruppo di riduzione aggiuntivo (13) composto da almeno una gabbia di laminazione.
6. 6. Procedimento come alla rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detta fase di riduzione/sbozzatura viene prevista a monte del forno di mantenitmento e/o eventuale riscaldo (14) quando la velocità di ingresso nella prima gabbia di laminazione di detto gruppo di riduzione aggiuntivo (13) à ̈ compresa tra circa 0,05 m/sec, o inferiore, e circa 0,08 m/sec, ed a valle del forno di mantenimento e/o eventuale riscaldo (14) quando la velocità di ingresso nella prima gabbia à ̈ compresa tra circa 0,08 m/sec e circa 0,1 m/sec, o superiore.
7. 7. Procedimento come ad una o l’altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che prevede una fase di riscaldo rapido eseguita da un induttore (15) posto subito all’uscita del forno di riscaldo e/o mantenimento (14), e/o in una posizione intermedia tra le gabbie ( 17) del treno di laminazione (16).
8. 8. Linea di colata e laminazione per realizzare prodotti laminati metallici lunghi, caratterizzato dal fatto di comprendere: - una macchina di colata continua (11) a singola linea e ad alta produttività oraria, da 35 t/h a 200 t/h definente un asse di colata, atta a colare un prodotto di sezione rettangolare od equivalente, con rapporto tra lato maggiore e lato minore superiore o uguale a 1,02 ed inferiore o uguale a 4; - mezzi di taglio (12) a misura del prodotto colato a definire un segmento di lunghezza compresa tra 16 e 80 m e di peso compreso tra 10 e 50 ton; - un forno di mantenimento e/o eventuale riscaldo (14), comprendente una prima sezione (20a) di movimentazione prodotto colato disposta in asse con detto asse di colata ed una seconda sezione (20b) di movimentazione prodotto colato disposta parallela e disassata rispetto alla prima sezione di movimentazione (20a) ed allineata ad un asse di laminazione parallelo e sfalsato rispetto all’asse di colata; - un treno di laminazione (16) definente detto asse di laminazione.
9. 9. Linea come alla rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che la lunghezza ottimale di detto segmento tagliato a misura, a cui à ̈ correlata la lunghezza del forno di mantenimento e/o eventuale riscaldo (14), à ̈ funzione della riduzione al minimo della combinazione lineare fra le perdite termiche nel forno di mantenimento e/o eventuale riscaldo (14) e le perdite di materiale, utilizzando la seguente formula: F(E,Y) = ke- E ky- Y; in cui il termine ke· E rappresenta la perdita economica causata dal consumo energetico del forno (14) mentre il termine ky- Y rappresenta la perdita economica causata dalle spuntature, incagli e barre corte nel treno di laminazione (16).
10. 10. Linea come alla rivendicazione 8 o 9, caratterizzata dal fatto che nel tratto di linea compreso tra l’uscita della macchina di colata (11) e l’ingresso nel treno di laminazione (16), à ̈ previsto un gruppo di riduzione aggiuntivo (13) composto da almeno una gabbia di laminazione.