ITUD960067A1 - PROCEDURE FOR ADJUSTING THE PRESSURE OF THE COOLANT OF THE WALLS OF THE CRYSTALLIZER OF A - Google Patents

Description

" PROCEDIMENTO DI REGOLAZIONE DELLA PRESSIONE LIQUIDO DI RAFFREDDAMENTO DELLE PARETI DEL CRISTALLIZZATORE DI UNA LINGOTTIERA" "PROCEDURE FOR ADJUSTING THE COOLING LIQUID PRESSURE OF THE WALLS OF THE CRYSTALLIZER OF AN INGOT MILL"

CAMPO DI APPLICAZIONE FIELD OF APPLICATION

Forma oggetto del presente trovato un procedimento di regolazione della pressione del liquido di raffreddamento delle pareti del cristallizzatore di una lingottiera come espresso nella rivendicazione principale. The present invention relates to a method for regulating the pressure of the cooling liquid of the walls of the crystallizer of an ingot mold as expressed in the main claim.

Il presente trovato si applica, nel settore metallurgico, nella colata continua di billette, blumi o bramine di qualsivoglia tipo e sezione. The present invention is applied, in the metallurgical sector, to the continuous casting of billets, blooms or bramine of any type and section.

STATO DELLA TECNICA STATE OF THE TECHNIQUE

Sono noti i problemi collegati ai tentativi di ridurre la forza richiesta per estrarre il prodotto colato dall'interno del cristallizzatore. The problems associated with attempts to reduce the force required to extract the cast product from inside the crystallizer are known.

E' noto infatti che la pelle solidificantesi tende, almeno nella parte superiore del cristallizzatore, ad incollarsi alle pareti. It is in fact known that the solidifying skin tends, at least in the upper part of the crystallizer, to stick to the walls.

generando un notevole attrito che deve essere superato aumentando la forza di estrazione applicata durante la colata. generating considerable friction which must be overcome by increasing the extraction force applied during casting.

E1 noto inoltre che nella parte inferiore del cristallizzatore la pelle ormai solidificata tende a staccarsi da dette pareti, creando un gap d’aria che determina la diminuzione dello scambio termico fra parete raffreddata e pelle solidificata e quindi una riduzione del flusso termico asportato dal metallo fuso attraverso la parete del cristallizzatore. It is also known that in the lower part of the crystallizer the now solidified skin tends to detach from said walls, creating an air gap which determines the decrease of the heat exchange between the cooled wall and the solidified skin and therefore a reduction of the heat flow removed from the molten metal. through the crystallizer wall.

La proponente, nella domanda di brevetto europeo EP-A-0686445 , ha descritto l’utilizzo di un cristallizzatore a pareti sottili associato ad un procedimento di controllo delle deformazioni di dette pareti; in tale trovato, viene utilizzata la regolazione della pressione del fluido di raffreddamento che scorre nel canale di transito adiacente a dette pareti per compensare il differente comportamento della pelle del prodotto colato lungo il cristallizzatore. The proponent, in the European patent application EP-A-0686445, described the use of a thin-walled crystallizer associated with a process for controlling the deformations of said walls; in this invention, the regulation of the pressure of the cooling fluid flowing in the transit channel adjacent to said walls is used to compensate for the different behavior of the skin of the product poured along the crystallizer.

Secondo detto documento, le pareti del cristallizzatore assumono un andamento elastico in relazione alle differenti pressioni del fluido refrigerante che scorre all'esterno di esse, in modo da annullare, nel primo tratto del cristallizzatore, la conicità negativa indotta dal campo termico e, nella parte bassa del cristallizzatore, da minimizzare il gap d'aria che si viene a creare tra pelle solidificata e pareti. According to said document, the walls of the crystalliser assume an elastic trend in relation to the different pressures of the refrigerant fluid that flows outside them, so as to cancel, in the first section of the crystalliser, the negative conicity induced by the thermal field and, in the part of the crystallizer, to minimize the air gap that is created between the solidified skin and the walls.

Dette pressioni vengono calcolate in modo da ottenere la voluta deformazione delle pareti e mantenute sostanzialmente fisse fino a che non vengono a mutare i parametri di colata. Said pressures are calculated so as to obtain the desired deformation of the walls and kept substantially fixed until the casting parameters change.

Tale soluzione, pur estremamente soddisfacente, necessita di una accurata scelta dei parametri di regolazione, con i relativi calcoli ed impone una accurata progettazione, nonché problemi di applicazione e di messa in opera. This solution, while extremely satisfactory, requires an accurate choice of the regulation parameters, with the relative calculations and requires an accurate design, as well as application and installation problems.

Inoltre, richiede specificatamente cristallizzatori predisposti e non può essere adottata su cristallizzatori convenzionali . Furthermore, it specifically requires prepared crystallizers and cannot be adopted on conventional crystallizers.

La proponente si è così posta l'obiettivo di ottenere una soluzione applicabile sia a cristallizzatori a pareti sottili che, entro certi limiti, a cristallizzatori sostanzialmente convenzionali, che permetta di ottenere vantaggi in termini di riduzione della forza di estrazione richiesta, di riduzione del fenomeno di incollaggio tra pelle e parete, di minimizzazione del gap d'aria nel tratto inferiore del cristallizzatore, nonché altri vantaggi ancora. The proposer has thus set itself the objective of obtaining a solution applicable both to thin-walled crystallizers and, within certain limits, to substantially conventional crystallizers, which allows to obtain advantages in terms of reduction of the required extraction force, of reduction of the phenomenon. bonding between skin and wall, minimization of the air gap in the lower section of the crystallizer, as well as other advantages.

A tal proposito, essa ha studiato sperimentato e realizzato il presente trovato. In this regard, it has studied, experimented and implemented the present invention.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO EXPOSURE OF THE FOUND

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nella rivendicazione principale. The present invention is expressed and characterized in the main claim.

Le rivendicazioni secondarie espongono varianti all'idea di soluzione principale. The secondary claims set out variants to the main solution idea.

Lo scopo del trovato è quello di realizzare un procedimento di regolazione della pressione del liquido di raffreddamento delle pareti del cristallizzatore che permetta di ridurre l'entità della forza richiesta per estrarre il prodotto colato dall'interno del cristallizzatore. The object of the invention is to provide a process for regulating the pressure of the cooling liquid of the walls of the crystallizer which allows to reduce the amount of force required to extract the cast product from the inside of the crystallizer.

Il trovato favorisce inoltre il distacco del metallo nella parte alta del cristallizzatore, riducendo l’attrito .dovuto all'incollaggio, limitando l'utilizzo di olii e/o polveri lubrificanti e riducendo il rischio di deterioramenti della superficie del prodotto colato dovuto agli strisciamenti della stessa sulla parete. Nella parte bassa del cristallizzatore, il trovato permette di compensare e ridurre l'ìntervano d'aria che si viene a creare tra pelle solidificata e parete, garantendo il mantenimento di un sufficiente livello di asportazione di flusso termico e quin il mantenimento di condizioni ottimali raffreddamento e solidificazione del prodotto colato . The invention also favors the detachment of the metal in the upper part of the crystallizer, reducing the friction due to gluing, limiting the use of lubricating oils and / or powders and reducing the risk of deterioration of the surface of the cast product due to the sliding of the itself on the wall. In the lower part of the crystallizer, the invention makes it possible to compensate and reduce the amount of air that is created between the solidified skin and the wall, ensuring the maintenance of a sufficient level of heat flow removal and therefore the maintenance of optimal cooling conditions. and solidification of the cast product.

Secondo il trovato, il sistema di adduzione del liquido di raffreddamento delle pareti del cristallizzatore viene regolato in modo da generare vibrazioni forzate e controllate di· dette pareti, dette vibrazioni essendo indotte dalla variazione ciclica della pressione a cui viene alimentato detto liquido di raffreddamento. According to the invention, the system for feeding the cooling liquid of the walls of the crystallizer is adjusted so as to generate forced and controlled vibrations of said walls, said vibrations being induced by the cyclic variation of the pressure to which said cooling liquid is fed.

Tale variazione ciclica della pressione del liquido di raffreddamento determina un coniugato spostamento ciclico di oscillazione delle pareti del cristallizzatore rispetto alla massa di metallo fuso presente tra dette pareti. This cyclic variation of the pressure of the cooling liquid determines a conjugate cyclical movement of oscillation of the walls of the crystallizer with respect to the mass of molten metal present between said walls.

Detto spostamento ciclico di oscillazione favorisce il distacco tra il metallo fuso e la parete, in particolare nel primo tratto del cristallizzatore, diminuendo l'attrito relativo e quindi permettendo di ridurre la forza di estrazione richiesta per il processo di colata. Said cyclical movement of oscillation favors the detachment between the molten metal and the wall, in particular in the first section of the crystallizer, decreasing the relative friction and therefore allowing to reduce the extraction force required for the casting process.

La variazione ciclica della pressione può essere ottenuta in vari modi, sia agendo sulla portata delle pompe di alimentazione, sia agendo su intercettatori parziali o totali, agenti ad esempio sulla conduttura di uscita del liquido di raffreddamento. The cyclic variation of the pressure can be obtained in various ways, both by acting on the flow rate of the feed pumps, and by acting on partial or total interceptors, acting for example on the outlet pipe of the cooling liquid.

Secondo una soluzione preferenziale del trovato, non limitativa, il circuito di raffreddamento è suddiviso in almeno due parti distinte lungo l'estensione longitudinale del cristallizzatore; ciò permette di applicare parametri di oscillazione differenziata in relazione alle differenti condizioni di incollaggio e quindi di attrito che si generano fra pelle e parete all'interno del cristallizzatore. According to a preferential, non-limiting solution of the invention, the cooling circuit is divided into at least two distinct parts along the longitudinal extension of the crystalliser; this allows to apply differentiated oscillation parameters in relation to the different bonding conditions and therefore of friction that are generated between the skin and the wall inside the crystallizer.

In una soluzione preferenziale del trovato, il circuito di raffreddamento che concretizza il procedimento secondo il trovato comprende una pompa volumetrica di alimentazione ed una valvola di regolazione ad apertura (pervietà) variabile posta, lungo il circuito, a valle del cristallizzatore. In a preferential embodiment of the invention, the cooling circuit which embodies the method according to the invention comprises a volumetric feed pump and a regulating valve with variable opening (patency) located along the circuit downstream of the crystallizer.

L'utilizzo di una pompa volumetrica consente di ottenere una risposta molto più marcata della variazione della pressione del liquido di raffreddamento alle variazioni di apertura della valvola di regolazione. The use of a volumetric pump allows to obtain a much more pronounced response of the variation of the coolant pressure to the opening variations of the regulating valve.

Infatti, la curva caratteristica di una pompa volumetrica (Q-H) presenta un andamento sostanzialmente verticale, per cui una variazio e: significativa della pendenza della curva resistenza del circuito, determinata agendo sull'apertura della valvola di regolazione, determina consistenti variazioni di pressione lungo il circuito stesso. In fact, the characteristic curve of a volumetric pump (Q-H) has a substantially vertical trend, so that a significant variation in the slope of the resistance curve of the circuit, determined by acting on the opening of the control valve, determines consistent pressure variations along the circuit itself.

Secondo il trovato, per ottenere i risultati più significativi in termini di frequenza massima di vibrazione delle pareti del cristallizzatore al variare della pressione del liquido di raffreddamento, è vantaggioso che il volume d'acqua presente nel canale di transito adiacente a dette pareti sia estremamente ridotto. According to the invention, in order to obtain the most significant results in terms of the maximum frequency of vibration of the walls of the crystallizer when the pressure of the cooling liquid varies, it is advantageous that the volume of water present in the transit channel adjacent to said walls is extremely small. .

Un cristallizzatore specificatamente predisposto per l'utilizzo ottimale del procedimento secondo il trovato presenta pertanto una camicia di raffreddamento di larghezza estremamente ridotta, dell'ordine di circa tre millimetri. A crystallizer specifically designed for optimal use of the method according to the invention therefore has a cooling jacket of extremely reduced width, of the order of about three millimeters.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI ILLUSTRATION OF DRAWINGS

Le figure allegate sono fornite a titolo esemplificativo non limitativo ed illustrano una soluzione preferenziale del trovato. The attached figures are provided by way of non-limiting example and illustrate a preferential solution of the invention.

Nella tavola abbiamo che: In the table we have that:

- la fig. 1 illustra una sezione ·longitudinale schematica e parziale di una lingottiera in cui viene applicato il procedimento di regolazione della pressione del liquido di raffreddamento secondo il trovato ; - fig. 1 shows a schematic and partial longitudinal section of an ingot mold in which the method of regulating the pressure of the cooling liquid according to the invention is applied;

- la fig. 2 illustra schematicamente il circuito di raffreddamento che concretizza il procedimento secondo il trovato; - fig. 2 schematically illustrates the cooling circuit which embodies the method according to the invention;

- la fig. 3 illustra graficamente l'andamento delle curve caratteristiche di risposta di due tipi differenti di pompe di alimentazione; - fig. 3 graphically illustrates the trend of the response characteristic curves of two different types of feed pumps;

- la fig. 4 illustra una variante di fig. 2. - fig. 4 shows a variant of fig. 2.

DESCRIZIONE DEI DISEGNI DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

La lingottiera 10 illustrata in fig. 1 comprende un cristallizzatore 11 vantaggiosamente ma non esclusivamente del tipo a pareti sottili, con spessore compreso tra 4 e 15 mm, vantaggiosamente tra 4 e 10 mm. The mold 10 illustrated in fig. 1 comprises a crystalliser 11 advantageously but not exclusively of the thin-walled type, with a thickness comprised between 4 and 15 mm, advantageously between 4 and 10 mm.

La lingottiera 10 presenta pareti di contenimento 12 disposte esternamente al cristallizzatore 11 e definenti con esso la camera in cui circola il liquido di raffreddamento. The mold 10 has containment walls 12 arranged externally to the crystallizer 11 and thereby defining the chamber in which the cooling liquid circulates.

Nel caso illustrato nelle figg. 1 e 2, la camera di raffreddamento è suddivisa in due parti poste longitudinalmente in sequenza, rispettivamente 13a e 13b, alle quali il liquido di raf freddamento è alimentato in modo separato ed indipendente . In the case illustrated in figs. 1 and 2, the cooling chamber is divided into two parts placed longitudinally in sequence, 13a and 13b respectively, to which the cooling liquid is fed separately and independently.

Nel caso di specie, le camere di raffreddamento 13a e 13b presentano una rispettiva parete intermedia 14 che concretizza, con la relativa parete del cristallizzatore 11, un canale di transito 16 del liquido di raffreddamento di larghezza estremamente ridotta. In the present case, the cooling chambers 13a and 13b have a respective intermediate wall 14 which forms, with the relative wall of the crystallizer 11, a transit channel 16 of the cooling liquid of extremely reduced width.

La parete intermedia 14 può essere mobile nella direzione delle frecce 15 per concretizzare un canale di transito 16 a sezione variabile. The intermediate wall 14 can be movable in the direction of the arrows 15 to form a transit channel 16 with a variable section.

Ogni camera di raffreddamento 13a e 13b presenta rispettive entrate ed uscite del fluido refrigerante, rispettivamente 17a, 117a e 17b e 117b. Each cooling chamber 13a and 13b has respective inlets and outlets for the cooling fluid, 17a, 117a and 17b and 117b respectively.

Secondo il trovato, il circuito di raffreddamento comprende almeno una pompa di tipo volumetrico 18 che alimenta il liquido di raffreddamento, nel caso di fig. 2, alla camera di raffreddamento 13a associata al tratto superiore del cristallizzatore 11. According to the invention, the cooling circuit comprises at least one volumetric pump 18 which supplies the cooling liquid, in the case of fig. 2, to the cooling chamber 13a associated with the upper portion of the crystallizer 11.

Sul circuito di raffreddamento del detto tratto superiore, in corrispondenza del lato di scarico 21, è presente una valvola 19 ad apertura variabile in modo controllato, il cui azionamento può essere asservito ad un'unità di elaborazione e comando, qu non illustrata. On the cooling circuit of said upper section, in correspondence with the discharge side 21, there is a valve 19 with variable opening in a controlled manner, the actuation of which can be enslaved by a processing and control unit, but not shown.

L'utilizzo di una valvola 19 ad apertura variabile sul lato di scarico del circuito di raffreddamento permette di concretizzare una variazione ciclica e controllata, secondo parametri definiti, della pressione del liquido di raffreddamento che circola nella relativa camera di raffreddamento ed in particolare nel canale di transito 16. The use of a variable opening valve 19 on the discharge side of the cooling circuit allows to realize a cyclical and controlled variation, according to defined parameters, of the pressure of the coolant that circulates in the relative cooling chamber and in particular in the duct. transit 16.

La variazione ciclica della pressione, o pulsazione della pressione, determina un coniugato spostamento di oscillazione ciclica delle pareti del cristallizzatore 11 adiacenti al detto canale di transito 16. The cyclic variation of the pressure, or pulsation of the pressure, determines a conjugate displacement of cyclic oscillation of the walls of the crystallizer 11 adjacent to said transit channel 16.

Detta oscillazione ciclica favorisce il distacco tra metallo e parete, in particolare nel tratto superiore del cristallizzatore, ove si verificano fenomeni di incollaggio, a partire dalla linea del menisco 23, tra il metallo 24 ancora allo stato liquido e la parete interna del cristallizzatore 11. Nella parte inferiore del cristallizzatore 11, ove è presente uno strato di pelle 25 solidificata e tendente a staccarsi dalla parete del cristallizzatore 11 determinando un gap d'aria 22 che riduce l'asportazione del flusso termico, l ' oscillazione ciclica condotta con parametr opportuni permette di ridurre detto intervano d' ari e gli inconvenienti ad esso connessi . Said cyclic oscillation favors the detachment between metal and wall, in particular in the upper portion of the crystallizer, where gluing phenomena occur, starting from the meniscus line 23, between the metal 24 still in the liquid state and the internal wall of the crystallizer 11. In the lower part of the crystallizer 11, where there is a layer of solidified skin 25 which tends to detach from the wall of the crystallizer 11, causing an air gap 22 which reduces the removal of the thermal flow, the cyclic oscillation conducted with suitable parameters allows to reduce said interventions and the associated inconveniences.

L ' utilizzo di una pompa volumetrica 18 al posto di una convenzionale pompa centrifuga 20 permette di amplificare gli ef fetti dell ' azionamento della valvola 19 ad apertura variabile sulle variazioni di pressione del liquido di raffreddamento. The use of a volumetric pump 18 instead of a conventional centrifugal pump 20 allows to amplify the effects of the actuation of the variable opening valve 19 on the pressure variations of the coolant.

Come si vede in fig . 3 , una pompa volumetrica presenta una curva caratteristica H-Q, indicata con A, la quale presenta un andamento sostanzialmente verticale. As can be seen in fig. 3, a volumetric pump has a characteristic curve H-Q, indicated by A, which has a substantially vertical trend.

Dal grafico si vede come una variazione della pendenza della parabola di resistenza del circuito di raffreddamento provoca uno spostamento molto più marcato del punto di funzionamento, con una variazione consistente della pressione, rispetto al caso di una pompa centrifuga che presenta una curva caratteristica, indicata con B, ad andamento sostanzialmente orizzontale. The graph shows how a variation in the slope of the resistance parabola of the cooling circuit causes a much more marked displacement of the operating point, with a consistent variation of the pressure, compared to the case of a centrifugal pump that has a characteristic curve, indicated with B, with a substantially horizontal trend.

Nella soluzione illustrata in fig.2 , il circuito di raffreddamento modificato con regolazione ciclica della pressione interessa la parte superiore della lingottiera 10, mentre la parte inferiore è associata ad un circuito di raffreddamento convenzionale con relativa pompa centrifuga 20. In the solution illustrated in Fig. 2, the modified cooling circuit with cyclic pressure regulation affects the upper part of the mold 10, while the lower part is associated with a conventional cooling circuit with relative centrifugal pump 20.

Nella variante di fig. 4, la lingottiera 1 coopera con un unico circuito di raffreddamento del tipo con pompa volumetrica 18 e valvola ad apertura variabile 19, con regolazione ciclica della pressione univoca per tutta l'estensione longitudinale di detta lingottiera 10. In the variant of fig. 4, the mold 1 cooperates with a single cooling circuit of the type with a volumetric pump 18 and variable opening valve 19, with cyclic regulation of the univocal pressure for the entire longitudinal extension of said mold 10.

Nel caso di specie, è presente una seconda pompa, di tipo volumetrico o centrifugo, che interviene nelle situazioni di emergenza o in ausilio della pompa principale 18. In this case, there is a second pump, of the volumetric or centrifugal type, which intervenes in emergency situations or in aid of the main pump 18.

Claims (1)

RIVENDICAZIONI 1 - Procedimento di regolazione della pressione del liquido di raffreddamento delle pareti del cristallizzatore (11) di una lingottiera (10), detta lingottiera (10) potendo presentare una o più aree (13a, 13b) periferiche, longitudinalmente disposte, di circolazione fluido di raffreddamento, il circuito di raffreddamento comprendendo almeno mezzi a pompa di alimentazione, un condotto di mandata ed uno di scarico, caratterizzato dal fatto che in almeno una di dette aree (13a, 13b) la pressione del fluido refrigerante, almeno in cooperazione con la parete del cristallizzatore (11), è di tipo pulsante. 2 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la pompa di alimentazione (18) è di tipo volumetrico. 3 - Procedimento come alla rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la pulsazione della pressione viene ottenuta agendo sulla portata della pompa di alimentazione (18). 4 - Procedimento come ad una o l’altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la pulsazione della pressione viene ottenuta agendo su mezzi di intercettazione (19) ad apertura variabile disposti almeno sulla tubazione di scarico (21). 5 - Procedimento come ad una o l’altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la frequenza della pulsazione della pressione del fluido di raffreddamento è regolabile. 6 - Procedimento come ad una o l’altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la frequenza della pulsazione della pressione del fluido di raffreddamento è variabile fra una zona longitudinale (13a) e l'altra (13b). 7 - Procedimento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che adotta i contenuti di cui alla descrizione ed ai disegni. CLAIMS 1 - Process for regulating the pressure of the cooling liquid of the walls of the crystallizer (11) of an ingot mold (10), said ingot mold (10) being able to have one or more peripheral areas (13a, 13b), longitudinally arranged, for the circulation of the cooling, the cooling circuit comprising at least feed pump means, a delivery and an exhaust duct, characterized in that in at least one of said areas (13a, 13b) the pressure of the refrigerant fluid, at least in cooperation with the wall of the crystallizer (11), is of the pulsating type. 2 - Process as in Claim 1, characterized in that the feed pump (18) is of the volumetric type. 3 - Process as claimed in Claim 1 or 2, characterized in that the pressure pulsation is obtained by acting on the flow rate of the feed pump (18). 4 - Process according to one or the other of the preceding claims, characterized in that the pressure pulsation is obtained by acting on interception means (19) with variable opening arranged at least on the discharge pipe (21). 5 - Process according to one or the other of the preceding claims, characterized in that the frequency of the pulsation of the pressure of the cooling fluid is adjustable. 6 - Process according to one or the other of the preceding claims, characterized in that the frequency of the pulsation of the pressure of the cooling fluid is variable between one longitudinal zone (13a) and the other (13b). 7 - Process according to one or the other of the preceding claims, characterized in that it adopts the contents referred to in the description and in the drawings.