ITUD20000048A1 - Metodo ed apparecchiatura per raffreddare prodotti laminati in acciaio quali vergelle, fili, tondini o simili - Google Patents

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"METODO ED APPARECCHIATURA PER RAFFREDDARE PRODOTTI LAMINATI IN ACCIAIO, QUALI VERGELLE, FILI, TONDINI, O SIMILI"

CAMPO DI APPLICAZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un metodo e ad un'apparecchiatura per il raffreddamento di vergelle, fili metallici, tondini di acciaio o simili, nel tratto compreso fra una macchina forma spire, disposta a valle dell'ultima gabbia di laminazione di un laminatoio, ed un dispositivo di raccolta in cui il prodotto raffreddato viene avvolto in rotoli o bobine.

STATO DELLA TECNICA

Nell'ambito dei laminatoi a caldo, sono note apparecchiature per il convogliamento ed il contemporaneo raffreddamento di prodotti laminati, quali vergelle, fili, barre, tondini o simili, fra l'uscita dell'ultima gabbia di laminazione ed il dispositivo di raccolta.

Il prodotto laminato, infatti, che all'uscita dall'ultima gabbia di laminazione ha una temperatura compresa fra 750°C e 1150°C, prima di essere avvolto in rotoli o bobine, deve essere convenientemente raffreddato, ed eventualmente sottoposto a trattamento termico, per fargli assumere la struttura finale desiderata.

Durante il raffreddamento del prodotto laminato sull'apparecchiatura che lo trasporta verso il dispositivo di raccolta, l'abbassamento progressivo della temperatura induce sul prodotto stesso una trasformazione di fase da una struttura a matrice austenitica ad una struttura a matrice ferritica. La curva di raffreddamento che viene indotta determina in maniera univoca la struttura e le caratteristiche meccaniche del prodotto finale.

In fig. 1 viene riportato un tipico diagramma cosiddetto CCT, dall'inglese "Continuous Cooling Transformation", ovvero di "Trasformazione in Raffreddamento Continuo", che riporta in ordinata la temperatura ed in ascissa il tempo di trasformazione. In tale diagramma sono identificate le curve di inizio e fine trasformazione, rispettivamente A e B.

Tali curve dipendono principalmente dalla composizione dell'acciaio, dalla dimensione media dei grani austenitici (che dipende a sua volta dalla temperatura e dal tempo di austenizzazione e dalle condizioni di laminazione) e dalla presenza di eventuali elementi leganti nell'acciaio, quali Ni, Cr, Mo, V, Ti ed altri.

In funzione della severità e del tipo di raffreddamento ci si può trovare, alla fine della trasformazione, con una struttura perlitica (ferrite cementite alternata in lamelle), una struttura bainitica, una struttura martensitica (tempra) o con strutture miste.

Generalmente si tende ad ottenere una struttura perlitica lamellare fine, che garantisca l'ottenimento delle caratteristiche meccaniche richieste dal mercato, senza l'utilizzo di costosi elementi leganti quali cromo e vanadio, anche se tale risultato è difficile da ottenere utilizzando i procedimenti conosciuti dalla tecnica nota.

E' noto che la finezza della struttura perlitica si ottiene vantaggiosamente mantenendo bassa la temperatura durante la trasformazione, temperatura che deve però essere mantenuta comunque al di sopra della zona bainitica fino al completamento della trasformazione, per evitare la formazione anche parziale di strutture non desiderate.

Un fenomeno noto, che si verifica durante il raffreddamento del prodotto laminato, quale una vergella o simile, lungo il tratto di raffreddamento, è la cosiddetta "recalescenza", come illustrato nel diagramma di fig.2. Tale fenomeno di recalescenza è determinato da un aumento della temperatura nel prodotto laminato che si verifica allorché avviene il cambiamento di fase da struttura a matrice austenitica a struttura a matrice ferritica, con cessione di energia interna. Tale fenomeno avviene quindi proprio tra la curva A di inizio trasformazione e la curva B di fine trasformazione illustrate in fig.1.

L'aumento della temperatura durante la trasformazione di fase determina la formazione di perlite lamellare a struttura più grossa, ovvero a lamelle più grosse, inducendo un peggioramento delle caratteristiche meccaniche finali del prodotto laminato.

Per ovviare a questi inconvenienti, la Richiedente ha ideato e messo a punto il metodo di raffreddamento di prodotti laminati quali vergelle, fili, tondini, o simili secondo il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il metodo e l'apparecchiatura per raffreddare prodotti laminati secondo il presente trovato sono espressi e caratterizzati nelle rivendicazioni principali.

Altri aspetti innovativi del presente trovato sono espressi nelle rivendicazioni secondarie.

L'obiettivo principale del presente trovato è quello di ottenere nei prodotti laminati una struttura perlitica lamellare fine, cosicché le caratteristiche meccaniche dello stesso, di durezza, duttilità, malleabilità e resistenza alle sollecitazioni, siano quelle ottimali richieste dal mercato, senza che, per ottenere tali caratteristiche, sia necessario aggiungere elementi leganti all'acciaio.

Un altro scopo del presente trovato è quello di evitare che il fenomeno della recalescenza causi la formazione di perlite lamellare a struttura più grossa.

Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di ottenere un raffreddamento del prodotto laminato che mantenga sostanzialmente costante la temperatura di quest'ultimo nella zona compresa fra le curve di inizio e fine trasformazione di fase.

In accordo con tali scopi,il metodo secondo il

pre sente trovato prevede un raffreddamento differenziato del prodotto laminato lungo il tratto compreso fra l'ultima gabbia di laminazione ed il dispositivo di raccolta, in maniera da asportare, ovvero far uscire più calore nella specifica zona in cui si verifica il fenomeno della recalescenza, così da evitare l'aumento della temperatura propria della trasformazione di fase. In questo modo è possibile garantire il raggiungimento delle proprietà metallurgiche e meccaniche ottimali.

Il raffreddamento differenziato lungo il percorso di trasporto può essere ottenuto con un qualsiasi mezzo noto, come ad esempio potenziando la sezione di raffreddamento nella zona in cui avviene la recalescenza, in funzione della velocità di transito del prodotto laminato, che normalmente è avvolto in spire, e della determinata velocità di raffreddamento.

L'apparecchiatura di trasporto e raffreddamento secondo il presente trovato può essere vantaggiosamente dotata di dispositivi di raffreddamento differenziato anche nel tratto in cui avviene l'abbassamento di temperatura in fase austenitica, in maniera tale da garantire il perfetto controllo della curva di raffreddamento ed entrare nella zona di trasformazione al limite inferiore del campo di formazione della perlite, ed ottenere così la formazione della struttura lamellare fine .

I suddetti dispositivi di raffreddamento possono essere ad aria, ad acqua, misti ad aria/acqua, di tipo noto.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del presente trovato saranno chiare dalla seguente descrizione di alcune forme preferite di realizzazione, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo con l'ausilio degli annessi disegni, in cui:

- la fig. 1 rappresenta un diagramma CCT;

- la fig. 2 rappresenta una curva di raffreddamento di un prodotto laminato, con evidenziata la zona di trasformazione di fase o di recalescenza;

- la fig. 3 mostra un'apparecchiatura di trasporto e di raffreddamento di un prodotto laminato secondo il presente trovato; e - la fig. 4 mostra una variante dell 'apparecchiatura di fig. 3.

DESCRIZIONE DI ALCUNE FORME PREFERITE DI

REALIZZAZIONE

In fig. 3 è raffigurata un'apparecchiatura 10 secondo il presente trovato, per il trasporto ed il raffreddamento di prodotti laminati 11 in acciaio, quali fili, tondini, vergelle o simili. L'apparecchiatura 10 è disposta in un tratto 16, sostanzialmente rettilineo, fra una testa forma spire 12, che si trova a valle dell'ultima gabbia di laminazione 13, ed un dispositivo di raccolta 15 di tipo noto.

La testa forma spire 12 è atta a piegare il prodotto laminato 11, che esce dalla gabbia di laminazione 13 ad una temperatura compresa fra circa 750°C e 1150°C, per disporlo secondo una pluralità di spire continue e di forma sostanzialmente circolare, le quali sono atte a disporsi su un pianò sostanzialmente orizzontale, ognuna leggermente sfalsata rispetto alla spira adiacente.

L'apparecchiatura 10 comprende una pluralità di rulli di trasporto 20 montati girevoli su una struttura di supporto 21 e disposti paralleli fra loro in modo da definire un piano di appoggio sostanzialmente orizzontale per il prodotto laminato 11 disposto in spire.

Almeno una parte dei rulli di trasporto 20 è motorizzata mediante motori ed organi di trasmissione dì tipo noto e non rappresentati nei disegni .

Al di sotto dei rulli di trasporto 20 è sistemata una pluralità di dispositivi di raffreddamento 22, costituiti nella fattispecie da ventilatori, ognuno dei quali è atto a generare un flusso d'aria, dal basso verso l'alto, atto ad investire il prodotto laminato 11 che transita sui rulli di trasporto 20 soprastanti.

Come anticipato nell'esposizione del trovato, è ovvio che al posto dei ventilatori 22 si possono utilizzare altri dispositivi di raffreddamento di tipo noto.

Una pluralità di sensori di temperatura 25 è disposta in corrispondenza del piano orizzontale definito dai rulli di trasporto 20, per rilevare la temperatura T del prodotto laminato 11 in determinati punti del tratto 16.

I sensori di temperatura 25 sono associati ad un'unità di elaborazione dati 26 comprendente un microprocessore di tipo noto, il quale è atto a controllare il funzionamento di ciascun ventilatore 22 per regolare il flusso d'aria generato e controllare così, in ciascuna zona del tratto 16, il raffreddamento del prodotto laminato 11 in transito. Con i sensori di temperatura 25 è così possibile individuare con precisione il punto 30 (figg. 1 e 2) in cui ha inizio il fenomeno della recalescenza del prodotto laminato 11, dovuta alla trasformazione di fase da struttura a matrice austenitica a struttura a matrice ferritica ed il punto 31 in cui .tale fenomeno termina.

Il metodo secondo il presente trovato prevede che, tramite i sensori di temperatura 25, venga individuato l'inizio di tale fenomeno di recalescenza e che il prodotto laminato 11, mediante i ventilatori 22 venga raffreddato, nella corrispondente zona 32, compresa fra i punti 30 e 31, in modo differenziato, ovvero maggiormente, per togliere dal prodotto laminato 11 una maggiore quantità di calore ed evitare così l'innalzamento della temperatura durante la trasformazione di fase.

Il maggiore raffreddamento del prodotto laminato 11 nella zona 32 in cui avviene la recalescenza è ottenuto, per esempio, aumentando la portata d'aria soffiata dal corrispondente ventilatore 22, selezionato dal microprocessore 26.

In questo modo si può mantenere sostanzialmente costante la temperatura del prodotto laminato 11 fra l'inizio e la fine della fase di trasformazione, ottenendo una curva di raffreddamento del tipo indicato con C in fig. 1.

Utilizzando i valori di temperatura rilevati dai sensori 25, il microprocessore 26 è anche in grado di controllare il raffreddamento nella zona a monte della zona 32 in cui avviene la trasformazione di fase, per controllare così anche l'abbassamento della temperatura del prodotto laminato 11 in fase austenitica .

Fermo restando il principio di asportare maggior calore dal prodotto laminato 11 in corrispondenza della zona 32 in cui avviene la trasformazione dì fase da struttura a matrice austenitica a struttura a matrice ferritica, è anche possibile utilizzare il seguente metodo, più economico di quello sopra descritto .

Si dispongono uno o più ventilatori 122 (fig. 4) potenziati solamente in una predeterminata zona fissa 132 lungo il tratto 16. Si modula quindi la temperatura T del prodotto laminato 11 in corrispondenza della testa forma spire 12, indifferentemente in entrata od in uscita dalla stessa, in maniera che il fenomeno della recalescenza avvenga sempre nella zona predeterminata 132. Tale modulazione della temperatura T può essere facilmente ottenuta con qualsiasi mezzo di raffreddamento e/o riscaldamento di tipo noto in sé, genericamente indicato con 35 in fig. 4, oppure mediante gli stessi ventilatori 22 disposti a monte dei ventilatori potenziati 122.

E’ ovvio che all'apparecchiatura 10 fin qui descritta possono essere apportate modifiche o aggiunte di parti, senza per questo uscire dall'ambito del presente trovato.

E' altresì ovvio che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad un esempio specifico, una persona esperta del ramo potrà senz'altro realizzare molte altre forme equivalenti, tutte rientranti nell'oggetto del presente trovato.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1 - Metodo per raffreddare un prodotto laminato (11) in acciaio, quale una barra, un tondino, una vergella o simile, in un tratto (16) a valle di una gabbia di laminazione (13), dalla quale detto prodotto laminato (11) esce ad una temperatura compresa fra circa 750°C e 1150°C, comprendente una fase di trasporto di detto prodotto laminato (11) lungo detto tratto (16) ed una fase di raffreddamento di detto prodotto laminato (11) lungo detto tratto (16), caratterizzato dal fatto che da detto prodotto laminato (11) viene asportata una maggiore quantità di calore in corrispondenza della zona (32, 132) in cui avviene la trasformazione di fase da struttura a matrice austenitica a struttura a matrice ferritica, per evitare che la temperatura di detto prodotto laminato (11) aumenti per il fenomeno di recalescenza. 2 - Metodo come nella rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la posizione di detta zona (132) è predeterminata lungo detto tratto (16) e che la temperatura (T) di detto prodotto laminato (11) a monte di detta zona predeterminata (132) viene modulata in maniera che detto fenomeno di recalescenza avvenga in corrispondenza di detta zona predeterminata (132). 3 - Metodo come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che è prevista una fase di rilevamento della temperatura (T). di detto prodotto laminato (11) in una pluralità di punti lungo detto tratto (16), per individuare detta zona di trasforinazione di fase (32). 4 - Metodo come nelle rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che in corrispondenza di detta zona di trasformazione di fase (32, 132) il prodotto laminato (11) viene mantenuto a temperatura sostanzialmente costante. 5 - Metodo come nella rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il rilevamento della temperatura (T) di detto prodotto laminato (11) avviene mediante una pluralità di sensori di temperatura (25) disposti lungo detto tratto (16), detti sensori di temperatura (25) essendo collegati ad un'unità di elaborazione dati (26) la quale è atta ad individuare detta zona (32) in funzione dei valori di temperatura rilevati da detti sensori (25). 6 - Metodo come nella rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che la maggiore asportazione di calore da detta zona (32, 132) avviene tramite almeno un dispositivo di raffreddamento (22) disposto lungo detto tratto (16) e controllato da detta un'unità di elaborazione dati (26). 7 - Metodo come nella rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detta unità di elaborazione dati (26), utilizzando i valori di temperatura rilevati da detti sensori (25), è anche in grado di controllare il raffreddamento di detto prodotto laminato (11) nel tratto a monte di detta zona in cui avviene la trasformazione di fase (32, 132), per controllare anche l'abbassamento della temperatura di detto prodotto laminato (11) in fase austenitica. 8 - Metodo come nella rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la maggiore asportazione di calore da detta zona predeterminata (132) avviene tramite almeno un dispositivo di raffreddamento (122) potenziato rispetto ai dispositivi di raffreddamento (22) disposti a monte e a valle di detta zona predeterminata (132). 9 - Metodo come nella rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la modulazione della temperatura (T) di detto prodotto laminato (11) è ottenuta mediante mezzi di raffreddamento e/o riscaldamento (22, 35) disposti a monte di detta zona predeterminata (132). 10 - Apparecchiatura per raffreddare un prodotto laminato (11) in acciaio, quale una barra, un tondino, una vergella o simile, in un tratto (16) a valle di una gabbia di laminazione (13), dalla quale detto prodotto laminato (11) esce ad una temperatura compresa fra circa 750°C e 1150°C, comprendente mezzi di trasporto (20) di detto prodotto laminato (11) lungo detto tratto (16) e mezzi di raffreddamento (22) di detto prodotto laminato (11) lungo detto tratto (16), caratterizzata dal fatto che mezzi (22, 122) sono previsti per asportare una maggiore quantità di calore da detto prodotto laminato (11) in corrispondenza di una zona (32, 132) in cui avviene la trasformazione di fase da struttura a matrice austenitica a struttura a matrice ferritica, per evitare che la temperatura di detto prodotto laminato (11) aumenti per il fenomeno di recalescenza. 11 - Apparecchiatura come nella rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che la posizione di detta zona .(132) è predeterminata lungo detto tratto di raffreddamento (16) e che mezzi (22, 35) sono previsti per modulare la temperatura (T) di detto prodotto laminato (11) a monte di detta zona predeterminata (132) in maniera che detto fenomeno di recalescenza avvenga in corrispondenza di detta zona predeterminata (132). 12 - Apparecchiatura come nella rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che mezzi sensori (25) sono previsti per rilevare la temperatura (T) di detto prodotto laminato (11) in una pluralità di punti lungo detto tratto (16) ed individuare cosi detta zona di trasformazione di fase (32). 13 - Apparecchiatura come nella rivendicazione 12, caratterizzata dal fatto che detti mezzi sensori (25) sono collegati ad un'unità di elaborazione dati (26) la quale è atta ad individuare detta zona (32) in funzione dei valori di temperatura rilevati da detti sensori (25). 14 - Apparecchiatura come nella rivendicazione 1-1, caratterizzata dal fatto che in corrispondenza di detta zona predeterminata (132) è disposto almeno un dispositivo di raffreddamento (122) potenziato rispetto ai dispositivi di raffreddamento (22) disposti a monte ed a valle di detta zona predeterminata (132). 15 - Metodo ed apparecchiatura per raffreddare prodotti laminati quali barre, tondini, vergelle o simili, sostanzialmente come descritti, con riferimento agli annessi disegni.