ITMI940123A1 - Processo ed impianto per produrre acciaio laminato a caldo in nastro - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "PROCESSO ED IMPIANTO PER PRODURRE ACCIAIO LAMINATO A CALDO IN NASTRO"

La presente invenzione riguarda un processo per produrre acciaio laminato a caldo in nastro, nonché un impianto atto a realizzare tale metodo.

Sono noti, per produrre nastro d'acciaio a caldo da colata continua, vari tipi di processo che si sono sviluppati in tempi successivi a partire dal cosiddetto "processo indiretto" il quale prevede:

colaggio in continuo di bramme di 150-250 mm di spessore .

- Taglio delle bramme in lunghezze prefissate (generalmente mediante ossitaglio).

- Immagazzinamento a freddo delle bramme con ispezione delle stesse ed eventuale riparazione di difetti riscontrati.

Riscaldo delle bramme a temperatura adatta alla laminazione (circa 1250°C) mediante forno di riscaldo trasversale del tipo a spinta o a barre mobili ("walking bean").

Laminazione delle bramme in barre dello spessore di circa 40-50 mm mediante treno sbozzatore di tipo continuo o reversibile.

- Cesoiatura di testa e coda della barra. - Laminazione al treno finitore per ottenere nastro delle misure richieste dal mercato.

In alternativa a tale processo tradizionale si é ricorsi più recentemente al cosiddetto "processo diretto" il quale si differenzia dal precedente essenzialmente per il fatto di estrarre la brarnma dalla colata continua ed inviarla ancora calda al forno per un riscaldo limitato fino alla temperatura di laminazione e per l'omogeneizzazione di tale temperatura, con evidenti vantaggi di tipo energetico.

In tempi più recenti é stato sviluppato il cosiddetto "processo da bramma sottile" il quale deriva dal precedente e si basa sull’idea di colare bramine di spessore (circa 50 mm) pari a quello della barra laminata allo sbozzatore. Tale processo é costituito sostanzialmente,dalle seguenti fasi:

~ colaggio di bramma sottile (circa 50 mm).

- Riscaldo ed omogeneizzazione della temperatura della bramma sottile in un forno a rulli longitudinale, data la lunghezza del prodotto di colata che impedisce l'uso di un forno a spinta o a barre mòbili.

- Cesoiatura di testa e coda della bramma.

- Laminazione del nastro al laminatoio finitore fino alle dimensioni richieste dal mercato.

E’ vero che rispetto al processo tradizionale, anche diretto, il processo da bramma sottile presenta vantaggi energetici, dovuti soprattutto all'eliminazione del treno sbozzatore, ma non si può'fare a meno di constatare che tale processo dà luogo anche ad alcuni problemi dovuti non solo alle difficoltà di progettare una lingottiera adatta per bramme sottili, ma legati soprattutto ad un certo peggioramento delle caratteristiche del prodotto. Infatti si ha un peggioramento della qualità superficiale del nastro a causa sia delle elevate velocità necessarie ad ottenere una adeguata produttività da una colata sottile, sia dei problemi dovuti alla formazione di scaglia particolarmente tenace nel forno longitudinale. Si ha inoltre difficoltà a colare tutte le qualità di acciaio, con particolare riferimento agli acciai ad alto contenuto di carbonio ed agli inossidabili, mentre le caratteristiche metallurgiche del nastro prodotto risultano insoddisfacenti per certi impieghi, dato il basso rapporto di allungamento in laminazione, soprattutto per spessori finali elevati. E' noto infatti che le caratteristiche meccaniche finali sono tanto più elevate quanto,più alto é il rapporto di riduzione dello spessore. Inoltre nei forni longitudinali a rulli tradizionali il pezzo non é riscaldato inferiormente e sui.bordi, dove si hanno le maggiori perdite termiche, con coseguente disuniformità di temperatura sullo spessore e sulla larghezza.

Si ha infine un collegamento poco flessibile tra colata e laminatoio, sia in termini di variazione dimensionale di prodotto, soprattutto in termini di larghezza, sia in termini di produttività a causa del limitato polmone costituito dalla zona di riscaldo longitudinale, data l'elevata lunghezza della bramma (non meno di 50 m) che rende anche difficoltoso il collegamento tra più linee di colata. In particolare, la mancanza di un adeguato polmone costringe ad una riduzione di produttività della colata durante le operazioni di cambio cilindri sul laminatoio, con un ulteriore abbassamento anche del livello qualitativo sulle bramme interessate dal rallentamento. Viceversa, durante i fermi di colata, anche il laminatoio dev'essere fermato riducendo ulteriormente la produttività della linea.

Costituisce pertanto uno scopo della presente invenzione quello di fornire un processo che consenta di superare gli inconvenienti e le difficoltà sopra indicate per il processo da bramma sottile mantenendo allo stesso tempo i vantaggi energetici insiti in tale processo rispetto ai processi tradizionali.

Le caratteristiche essenziali del processo secondo l'invenzione sono riportate nella rivendicazione 1, mentre l'impianto che realizza tale processo e forma pure oggetto della presente invenzione é definito dalle caratteristiche della rivendicazione 7·

Ulteriori scopi, vantaggi e caratteristiche .della presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla seguente dettagliata descrizione con riferimento ai disegni annessi in cui:

la Figura 1 mostra una vista schematica in pianta di un impianto atto a realizzare il processo della presente invenzione;

la Figura 2 mostra, nella stessa rappresentazione di figura 1, una variante di tale impianto; e

le Figure 3a» 3b e 3c mostrano schematicamente in sezione la sola parte di impianto comprendente il forno di riscaldo e la parte a valle di esso, rispettivamente in una realizzazione a collegamento diretto (minitiro), con collegamento mediante "coil-box" ed in un collegamento a barra libera con pannelli.

Il processo secondo la presente invenzione si compone delle seguenti fasi:

la prima fase operativa del processo secondo la presente invenzione é quella di colata in continuo di bramale aventi uno spessore compreso tra 80 e 120 mm. Valori superiori dello spessore comporterebbero problemi di compattezza dell'impianto, mentre spessori inferiori a 80 mm ripresenterebbero gli inconvenienti, soprattutto di qualità della bramma, già indicati in precedenza per il processo da bramma sottile..La velocità di colata risulta compresa tra 2 e 5:.m al minuto, per cui non é così elevata da compromettere la superficie del prodotto pur consentendo una elevata produttività. La temperatura all'uscita può variare tra 850 e 1150°C.

Dopo il taglio delle bramme .alla lunghezza desiderata, si ha una fase di allineamento delle bramine stesse,su una sola linea di produzione qualora siano presenti più linee di colata. A questo punto si ha l'eventuale inserimento nella zona di riscaldo di bramme semicalde provenienti da una zona di stoccaggio anziché dalla colata continua e quindi il riscaldo della bramma a temperatura adatta alla laminazione (fino a 1200°C) in una zona di riscaldo trasversale che può fungere da polmone tra la fase di colata e quella di laminazione.

Dopo una discagliatura della bramma con mezzi idraulici e/o meccanici per garantire la qualità del prodotto laminato, si ha la laminazione di prefinitura a spessori uguali o inferiori a 50 mm e quindi la cesoiatura delle estremità della barra così ottenuta, la_sua ulteriore discagliatura ed infine la laminazione di finitura allo spessore desiderato.'

Con riferimento ai disegni, viene ora descritto un impianto tipo, in grado di attuare il processo secondo l'invenzione, qui sopra delineato nelle sue fasi essenziali.

Le figure 1 e 2 si riferiscono ad un impianto con una colata continua doppia rappresentata con il numero di riferimento 1, la cui lingottiera é a facce piane parallele per spessori da 80 a 120 mm. La lingottiera può essere a larghezza variabile per garantire maggiore flessibilità operativa, in particolare in combinazione con una torretta a bracci rotanti indipendenti per il cambio rapido della lingottiera e del tuffante, al fine di consentire la massima compattezza dell'impianto. La lingottiera può anche essere dotata di oscillatore capace di variare frequenza e 1 corsa di oscillazione in colata in funzione del tipo di acciaio e della velocità di colata.

Con riferimento al punto 2 delle figure 1 e 2,

é rappresentata la zona di taglio delle bramme alla

lunghezza desiderata, in particolare mediante ossitaglio veloce. La lunghezza sarà naturalmente tale da poter essere contenuta longitudinalmente in un forno ad avanzamento trasversale (circa.-30 m).

Ad una zona intermedia 3 costituita da una,via a rulli coibentata o forno di normalizzazione segue una zona di'allineamento bramme indicata complessivamente con A che, data la- relativamerite limitata' lunghezza di bramma, potrà comprendere una serie di .carrelli traslanti 14 coibentati o costituiti da tratti di forno a rulli, come rappresentato in Fig. 1 allo scopo di garantire un mantenimento ottimale della temperatura della bramma ed un conseguente risparmio energetico. In alternativa a questa soluzione, con riferimento alla Fig. 2, il trasferimento laterale delle bramme potrà essere ottenuto con un sistema di forni trasversali 4', in numero pari alle colate, in particolare del tipo a barre mobili come i forni successivi indicati con il numero di riferimento 4 situa-' ti in modo da alimentarsi a vicenda per fornire un buon polmone-di alimentazione delle bramme.

Si noti che in entrambi i casi;la zona di allineamento A potrà prevedere anche la possibilità di accesso per bramme non provenienti direttamente dalle colate continue, ma per esempio bramme sèmicalde provenienti da una zona di stoccaggio .intermedio.

Si noti altresì che la zona 3> nel caso di Fig. 1, in cui l’allineamento in A é realizzato con carrelli 14, é lunga almeno quanto una bramraa, mentre ciò non é necessario nel caso di Fig. 2.

Alla zona A segue poi in entrambi i casi una zona di riscaldo, ad avanzamento trasversale, schematizzata con il numero di riferimento 4 e costituita in particolare da un forno a barre mobili o ”walking beam" avente preferibilmente l'ingresso e l'uscita su lati opposti in senso trasversale, entrambi su via a rulli interna al forno per ottimizzare la compattezza dell'impianto e garantire la minima permanenza del pezzo in aria libera, per ragioni soprattutto di risparmio energetico.

Tale forno 4 sarà preferibilmente dotato nel suo'interno di dispositivi noti di trasferimento del pezzo, tali da’consentire cicli di carico e scarico indipendenti ed ottimizzare così lo sfruttamento del polmone tra colata e laminatoio. Infatti si può giungere in tal modo in questa zona ad una elevata capacità di "polmone" tra colata e laminatoio, di almeno venti minuti, in grado di permettere di mantenere la produttività del laminatoio durante i cambi di attrezzatura della colata ed assorbire la piena produttività della colata in caso di cambio cilindri o piccole fermate accidentali del laminatoio.

Potrà essere previsto un sistema di regolazione del forno tale da riscaldare in modo differenziato le bramme nel senso della loro lunghezza per garantire la massima uniformità e costanza di temperatura del pezzo in laminazione. Inoltre, potrà essere previsto in corrispondenza di tale forno 4 un accesso diretto delle bramine non direttamente provenienti dalla colata, in alternativa al loro inserimento, menzionato in precedenza, nella zona A di allineamento bramme immediatamente a monte.

Infine, sempre per quanto riguarda la zona di riscaldo trasversale, mentre in figura 2 il forno 4 é alimentato direttamente da forni dello stesso tipo 4' (a barre mobili), in figura 1 tra i carrelli 14 della zona di allineamento bramme A ed il fórno 4 é inserito un dispositivo di scriccatura ("scarfing") 4a, per esempio a cannello.

Immediatamente a valle della zona di riscaldo trasversale 4, é previsto un gruppo prefinitore 5 costituito da una o più gabbie di laminazione, il cui scopo é di ridurre lo spessore del pezzo dagli iniziali 80-120 mm a meno di 50 mm. Il numero delle gabbie ed il loro tipo ("duo" o "quarto") verrà scelto a seconda delle dimensioni del pezzo, ed in particolare degli spessori di ingresso e di uscita. Tale gruppo prefinitore potrà essere previsto con laminazione unidirezionale o reversibile, cioè tale da poter invertire il moto del pezzo per attuare più passi di laminazione con la stessa gabbia, così da ridurre il numero di gabbie installate a valle. Dati i valori degli spessori in ingresso al gruppo prefinitore, possono essere impiegate gabbie verticali, che sono utili per varie ragioni. Una prima ragione é la possibilità di calibrare la larghezza del pezzo, regolandola mediante un sistema di controllo automatico in funzione della larghezza finale desiderata.

Altra funzione propria delle gabbie verticali è quella di rompere meccanicamente la scaglia per facilitarne l'eliminazione mediante sistemi idraulici e garantire così una migliore qualità superficiale. A tale scopo tra le gabbie orizzontali e verticali possono essere previsti dispositivi di discagliatura idraulica.

Viene inoltre facilitato l'imbocco alla gabbia orizzontale in caso di forti riduzioni di spessore ed é resa possibile la sagomatura della testa del pezzo in modo da limitare lo sfrido all'atto della cesoiatura diminuendo anche le possibilità di incaglio alla guida di imbocco del treno finitore.

Per quanto riguarda la zona di collegamento tra il gruppo prefinitore 5 ed il laminatoio finitore 9, tale collegamento può essere variamente attuato in funzione delle diverse necessità produttive. In particolare possono essere previste tre modalità di collegamento rappresentate rispettivamente, in modo schematico, nelle figure 3a, 3b e 3c.

Con riferimento alla figura 3a si ha una prima modalità di collegamento diretto. In questo caso il pezzo risulta in laminazione contemporaneamente al prefinitore ed al finitore e l'integrità del pezzo é mantenuta da un sistema di regolazione del tiro che agisce su di esso. Tale soluzione garantisce la massima compattezza di impianto ed il minimo costo di investimento. Essa é rappresentata negli esempi di layout delle figure 1 e 2, dove tra gruppo prefinitore 5 elaminatoio finitore 9 sono previsti, in entrambi i casi, un riscaldatore ad induzione 6 dei bordi del pezzo, una cesoia rotativa 7 per il taglio delle estremità di barre aventi spessore inferiore a 50 mm, nonché un discagliatore 8.

Con riferimento alla figura 3b viene rappresentata una seconda modalità di collegamento, mediante "coil-box" 15- Con questa soluzione il pezzo viene avvolto all'uscita del gruppo prefinitore 5, ribaltato in ingresso al'finitore 9 e svolto per essere laminato su di esso.'Il manteniménto della temperatura é garantito dalla bassa superficie esposta dal pezzo avvolto. Questa soluzione, per altro nota, mantiene una notevole compattezza e permette di avere.due pezzi in contemporanea laminazione rispettivamente al prefinitore ed al finitore. Il disaccoppiamento tra i due gruppi di laminazione permette anche di laminare il pezzo a velocità ottimali per i vari passi.

In figura 3c é poi rappresentato il terzo tipo di collegamento, cioè con barra libera. In questo caso il pezzo lascia il gruppo prefinitore 5 prima di entrare nella prima gabbia del finitore 9. Il mantenimento della temperatura é garantito mediante pannelli coibentanti o mediante un fornetto a rulli 16. Si hanno ancora i vantaggi della precedente soluzione, ma l'ingombro é maggiore, essendo richiesto un layout più lungo. Il principale vantaggio di questa soluzione é quello di consentire l'uso di un prefinitore reversibile che comporta la riduzione del numero di passate di finitura necessarie ad ottenere un certo spessore di nastro.

Le due ultime soluzioni, relative alle Fig. 3b e 3c sono le più facilmente adottabili in caso di ammodernamento di laminatoi tradizionali.

Si noti infine che il laminatoio finitore 9 può essere uno qualsiasi dei tipi attualmente noti, scelto in funzione della produzione richiesta ed allo scopo di garantire la migliore qualità del prodotto. A valle del 'finitore é prevista una zona di raffreddamento 10 del nastro prodotto e quindi gli aspi avvol gitori (downcoiler) 11.

Da quanto precede risultano chiaramente i vantaggi del processo secondo la presente invenzione che, oltre a garantire l'elevata capacità di "polmone" tra colata e laminatoio, come già messo in evidenza più sopra, consente di colare tutti i tipi di acciaio, dato lo spessore della bramma e la velocità di colata, con un'elevata qualità superficiale del prodotto, sempre grazie a detta velocità, nonché alla ridotta formazione di scaglie aderenti al pezzo.

Si ha inoltre una notevole flessibilità nella variazione di larghezza del pezzo, essendo possibile l'installazione di una lingottiera a larghezza variabile a causa degli spessori di bramma non troppo ridotti.

Il forno trasversale comporta poi una migliore omogeneizzazione della temperatura della bramma e permette una buona facilità di collegamento tra più linee di colata in ingresso al laminatoio con una maggiore flessibilità di utilizzo dell'impianto. Inoltre é anche vantaggiosa la possibilità di alimentare il forno trasversale con bramme semicalde o fredde non provenienti direttamente dalla colata continua, il vantaggio essendo ancor più sentito per tipi di acciaio che richiedano un'ispezione superficiale e l'eliminazione di difetti fuori linea. D'altra parte può anche essere evitato l'invio a rottame di materiale colato esclusivamente per esaurire la carica in caso di incidenti di rilievo sul laminatoio, deviandolo nei "polmoni" previsti nell'impianto.

Oltre a risultare più compatto, data la zona di riscaldo trasversale, il layout può essere reso modulare in vista dei livelli di produttività crescenti programmati in tappe successive, data la facilità di collegamento di più linee, mentre la flessibilità può spingersi fino al possibile inserimento della parte iniziale del processo su laminatoi esistenti e funzionanti secondo il tradizionale processo indiretto, con evidenti vantaggi energetici.

Infine, certamente non ultimo vantaggio é quello di un rapporto di allungamento sufficiente a garantire ottime caratteristiche metallurgiche anche per spessori finali elevati, con riferimento a qualsiasi tipo di acciaio, anche inossidabile e ad alto tenore di carbonio.

Eventuali aggiunte e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti del ramo alle forme realizzatile sopra descritte ed illustrate del processo secondo -la presente invenzione e del relativo impianto di realizzazione, senza uscire dall'ambito dell'invenzione stessa

Claims (20)

1. RIVENDICAZIONI 1. Processo per la produzione di acciaio laminato a caldo in nastro da colata continua, caratterizzato dal fatto di comprendere in successione le fasi di: a) colare in continuo bramine di spessore compreso tra 80 e 120 mm.ad una velocità di colata tra 2 e 5 m/min e ad una temperatura all'uscita compresa tra 850 e 1150°C; b) tagliare le bramme alla lunghezza desiderata; c) riscaldare le bramme a temperatura adatta alla laminazione, fino a 1200°C, in una zona di riscaldo trasversale atta a fungere da "polmone" tra colata e successiva fase di laminazione; d) ridurre lo spessore delle bramme a spessori inferiori o uguali a 50 mm in una fase di laminazione di prefinitura; e e) ridurre ulteriormente lo spessore fino al valore desiderato in una fase di laminazione di finitura.
2. 2. Processo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di prevedere inoltre'una fase di allineamento delle bramine su una sola linea di produzione qualora la colata avvenga su più linee parallele.
3. 3. Processo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere anche una fase di inserimento di bramme provenienti da una zona di stoccaggio anziché dalla colata continua per sottoporle a detta fase di riscaldo.
4. 4. Processo secondo le rivendicazioni 2 e 3, caratterizzato dal fatto che detto inserimento avviene in corrispondenza di detta fase di allineamento delle bramme su una sola linea di produzione, a monte della fase di riscaldo.
5. 5. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dall'ulteriore fase di discagliatura della bramma tra dette fasi c) e d) e/o tra le fasi d) ed e).
6. 6. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata da una fase di cesoiatura delle estremità tra le fasi di laminazione di prefinitura e di finitura.
7. 7. Impianto per la produzione di acciaio laminato a caldo in nastro da colata continua comprendente almeno una linea di colata continua (1) con lingottiera a facce piane parallele per spessori da 80 a 120 mm, un successivo dispositivo di taglio (2) delle bramme alla lunghezza desiderata ed una via a rulli coibentata (3), caratterizzato dal fatto di comprendere successivamente una zona di riscaldo trasversale (4), costituita da un forno di lunghezza pari almeno a detta lunghezza di bramma, un gruppo prefinitore (5) costituito da una o più gabbie di laminazione ed un laminatoio finitore (9)s essendo prevista tra dette due zone di laminazione (5, 9) una zona di collegamento.
8. 8. Impianto secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto di comprendere una zona di allineamento bramme (A) a monte di detta zona di riscaldo (4) allorché sono presenti più linee di colata continua (1).
9. 9. Impianto secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detta zona- di allineamento bramme (A) é costituita da un sistema di carrelli traslanti coibentati (14), eventualmente sotto forma di tratti di forno a rulli.
10. 10. Impianto secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detta zona di allineamento bramme (A) é costituita da forni trasversali (4*) a barre mobili disposti in modo da alimentarsi a vicenda.
11. 11. Impianto secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre una zona di inserimento di bramme semicalde provenienti da zone di stoccaggio indipendenti dalle linee di colata continua (1).
12. 12. Impianto secondo le rivendicazioni 8 e 11, caratterizzato dal fatto che detta zona di inserimento bramme coincide con detta zona di allineamento (A).
13. 13- Impianto secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta zona di riscaldo trasversale (4) é costituita da almeno una sezione di forno a barre mobili con ingresso ed uscita laterale su via a rulli.
14. 14. Impianto secondo le rivendicazioni 10 e 13i caratterizzato dal fatto che detta zona di riscaldo trasversale (4) coincide con detta serie di forni trasversali (4') che costituisce detta zona di allineamento bramme (A).
15. 15. Impianto secondo la rivendicazione 7> caratterizzato dal fatto che detta zona di collegamento tra gruppo prefinitore (5) e laminatoio finitore (9) é a collegamento diretto, essendo previsti mezzi di controllo del tiro che agisce sul pezzo in laminazione contemporanea al prefinitore ed al finitore.
16. 16. Impianto secondo la rivendicazione 7, ca-'ratterizzato dal fatto che detta zona di collegamento comprende un "coil-box" (15) con avvolgimento e successivo svolgimento consentendo così la contemporanea laminazione di due pezzi distinti rispettivamente al prefinitore ed al finitore.
17. 17. Impianto secondo la rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che detta zona di collegamento é del tipo a barra libera, con il pezzo che lascia il gruppo prefinitore (5) prima di entrare nella prima gabbia del finitore (9), essendo previsti pannelli coibentanti o un fornetto a rulli (16) per mantenere la temperatura di laminazione.
18. 18. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 7—17, caratterizzato dal fatto di comprendere uno o più discagliatori (8) a valle di una cesoia rotativa (7) per il taglio delle estremità della barra di spessore inferiore a 50 mm in detta zona di collegamento tra prefinitore (5) e finitore (9).
19. 19. Impianto secondo la rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che detta lingottiera di colata continua é a larghezza variabile.
20. 20. Impianto secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto gruppo prefinitor comprende gabbiès verticali di laminazione.