ITUD940094A1 - Cristallizzatore o sottolingottiera a pareti sottili per colata continua di bramme sottili e medie - Google Patents

Abstract

Cristallizzatore o sottolingottiera a pareti sottili per colata continua di bramme sottili e medie, cooperante con un eventuale scaricatore (13) idoneo a scaricare il metallo fuso in una camera di colata (11) di qualsiasi forma, detto cristallizzatore o sottolingottiera (10) presentando pareti strette (10b) mobili lateralmente e pareti lunghe (10a) essendo costituita in più elementi (110) autonomi configurati in forma di pannelli di pannelli affiancati paralleli all'asse di colate della bramma (22), a definire la sezione chiusa di transito della bramma (22), ogni elemento (110) comprendendo almeno una parete esterna (16) ed una parete interna (17) definenti una camera chiusa (18) di circolazione fluido refrigerante in pressione, la parete interna (17) presentando lo spessore dell'ordine di 5?15mm, la pressione del fluido refrigerante essendo definita dalle spinte e deformazioni della parete interna (17) derivanti dal surriscaldamento.

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"CRISTALLIZZATORE O SOTTOLINGOTTIERA A PARETI SOTTILI PER COLATA CONTINUA DI BRAMME SOTTILI E MEDIE"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Forma oggetto del presente trovato un cristallizzatore, o sottolingottiera, a pareti sottili per colata continua di bramine sottili e medie come espresso nella rivendicazione principale.

Nel seguito della descrizione si parlerà preferenzialmente di bramine sottili ma intendendo che il cristallizzatore o la sottolingottiera di cui al presente trovato possono essere utilizzati anche per la colata continua di bramme medie.

Nella sua funzione di sottolingottiera, il cristallizzatore secondo il trovato viene disposto in prosecuzione di un cristallizzatore dello stesso tipo od anche di tipo diverso da quello di cui al trovato.

STATO DELLA TECNICA

Nel processo di colata continua sono ben noti i problemi che riguardano il raffreddamento della bramma sottile e media colata in continuo.

Detto raffreddamento deve risolvere il compromesso di solidificare il più rapidamente possibile la bramma colata senza che si creino tensioni nella pelle in fase di formazione.

Dette tensioni vengono a determinare l'insorgere di cricche e deformazioni sulla pelle solidificata che incidono sul livello qualitativo del prodotto finale.

In particolare, il raffreddamento primario eseguito in corrispondenza del cristallizzatore è particolarmente delicato ed importante in quanto il cristallizzatore rappresenta la zona dove si verifica il maggior scambio termico tra parete in rame e metallo liquido.

Per migliorare l'efficienza ed il rendimento del raffreddamento è vantaggioso ridurre al minimo lo spessore della parete del cristallizzatore affinchè il fluido refrigerante sia portato il più possibile in posizione ravvicinata al flusso di metallo liquido.

Si è tuttavia verificato che già con spessori di parete dell'ordine di 10-17 mm si vengono ad avere grandi deformazioni della parete stessa dovute all’intenso scambio termico, in particolare nella sezione di imbocco del cristallizzatore.

Dette deformazioni della parete possono determinare disuniformità ed incostanza dell'azione di raffreddamento, ciò portando ad una riduzione dell’efficienza e del rendimento del raffreddamento stesso.

Inoltre, detta deformazione può comportare problemi ed inconvenienti nella colata, usura e consumo prematuro del cristallizzatore, necessità di manutenzione ed interventi frequenti ed altri problemi ancora.

Per ovviare al problema della deformazione della parete del cristallizzatore, nella tecnica nota è consuetudine utilizzare mezzi di compensazione e regolazione costituiti, ad esempio, da un sistema a tiranti regolabili.

Detti sistemi comportano un aggiunta di peso nella lingottiera, presentano spesso difficoltà di regolazione e possono non essere sufficienti a compensare gli elevati sforzi di deformazione che si verificano in particolare nella parte superiore del cristallizzatore.

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere altri ed ulteriori vantaggi, la proponente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nella rivendicazione principale.

Le rivendicazioni secondarie espongono varianti all'idea di soluzione principale.

Lo scopo del trovato è quello di realizzare un cristallizzatore, od una sottolingottiera, in una lingottiera per colata continua di bramine sottili e medie in cui sia possibile eseguire un raffreddamento accelerato ed intensivo ad alta efficienza.

Secondo il trovato, almeno le pareti lunghe del cristallizzatore sono costituite in più elementi distinti, configurati nella forma di pannelli affiancati disposti paralleli all'asse di transito della bramma.

Detti pannelli affiancati definiscono, unitamente alle pareti strette del cristallizzatore, la sezione chiusa di transito della bramma che definisce la sua forma voluta di sezione.

Ognuno di detti elementi che costituiscono le pareti lunghe del cristallizzatore presenta una struttura scatolare definita da una parete esterna e da una parete interna.

Dette pareti, interna ed esterna, definiscono tra loro la camera di circolazione del fluido refrigerante in pressione.

La parete interna, ossia la parete affacciata alla bramirla in transito presenta, secondo il trovato, uno spessore estremamente ridotto, dell'ordine di 5÷15 mm, vantaggiosamente di circa 6+8 mm.

Secondo il trovato, la naturale tendenza alla deformazione di detta parete interna, stando le elevatissime temperature in gioco ed il ridotto spessore, viene controbilanciata dalla pressione del fluido refrigerante circolante all'interno della camera di circolazione fluido.

La pressione del fluido refrigerante contro la parete interna determina una spinta elastica, controbilancia le tensioni derivanti dalla deformazione per surriscaldamento e mantiene detta paret e di f at t o aderente al l a pe l l e in solidificazione della bramma .

Detto bilanciamento è eseguito senza che insorgano tensioni , sforzi puntuali o concentrati che possono deteriorare la planarità del la parete del cristallizzatore.

Ciò determina un miglioramento della costanza Θ dell'uniformità dello scambio termico fra fluido refrigerante in pressione e bramma, nonché migliora le condizioni di lavoro del cristallizzatore.

Secondo il trovato, almeno il lato della parete esterna rivolto verso la camera di circolazione fluido refrigerante in pressione è sagomato e conformato in modo voluto allo scopo di rompere il filetto fluido, forzando e rendendo vorticoso il moto del fluido refrigerante, migliorando così lo scambio termico.

Secondo una variante, sul lato della parete interna rivolto verso la camera di circolazione fluido refrigerante vengono ricavate una pluralità di cave od altri elementi perturbatori distruttori dello strato limite di superficie, ciò determinando un'ulteriore accentuazione dello scambio termico. Gli elementi costituenti il cristallizzatore secondo il trovato sono vantaggiosamente associati a mezzi elastici idonei a mantenere in continuo il contatto della parete del cristallizzatore con la bramma in transito.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Le figure allegate sono fornite a titolo esemplificativo non limitativo ed illustrano alcune soluzioni preferenziali del trovato.

Nelle tavole abbiamo che:

- la fig. 1 illustra con una vista schematica un cristallizzatore, o sottolingottiera, per colata continua secondo il trovato; - la fig. 2 illustra la sezione secondo A-A di fig.

1;

- la fig. 3 illustra in scala ingrandita una sezione longitudinale della parete del cristallizzatore, o sottolingottiera, secondo il trovato;

- la fig. 4 illustra una variante del cristallizzatore di fig. 1 con camera di colata ;

- la fig. 5 illustra la sezione secondo B-B di fig.

4;

- la fig. 6 illustra una variante di fig. 4;

- la fig. 7 illustra un'altra variante di fig. 4; - la fig. 8 illustra parzialmente la vista secondo D-D di fig. 3;

- la fig. 9 illustra parzialmente una variante di fig. 3;

- la fig. 10 illustra la vista secondo E-E di fig.

9;

- la fig. 11 illustra la sezione secondo C-C di fig.

10 .

DESCRIZIONE DEI DISEGNI

II cristallizzatore o sottolingottiera 10 secondo il trovato comprende pareti lunghe 10a e pareti strette 10b definenti una sezione di transito di dimensioni coniugate alla sezione voluta della branima 22.

Le pareti strette 10b sono mobili lateralmente per definire larghezze variabili della bramma 22 colata.

Per tale scopo, dette pareti strette 10b sono associate a mezzi di regolazione 12, nel caso di specie a vite.

Dette pareti strette 10b presentano inoltre un andamento almeno leggermente convergente (vedi fig.

1) andando verso il fondo del cristallizzatore 10 allo scopo di compensare il ritiro della bramma 22 durante la sua solidificazione.

Almeno le pareti lunghe IOa sono associate a mezzi di oscillazione longitudinale (non illustrati) per favorire la discesa del metallo liquido.

Nel caso illustrato nelle figg. 1 e 2, il cristallizzatore 10 presenta una sezione di imbocco di larghezza tale da permettere l’introduzione dello scaricatore 13 la cui bocca di uscita viene posta al di sotto del menisco di metallo liquido.

Detto cristallizzatore 10 presenta pertanl sezioni di ingresso e di uscita sostanzialmentè rettangolari e coordinate alla dimensione voluta di sezione della bramma 22.

Secondo la variante illustrata nelle figg. 4 e 5, il cristallizzatore 10, nel suo utilizzo specifico come cristallizzatore, presenta una camera di colata 11 che si estende sostanzialmente per tutta la sua altezza, mantenendo in corrispondenza dell'ultimo tratto e della sezione di uscita una bombatura centrale con lati sostanzialmente paralleli.

Nel suo utilizzo come sottolingottiera, detta bombatura centrale si estende in modo costante per tutta l'altezza della sottolingottiera a definire una sezione di transito coniugata alla sezione di uscita della bramma 22 dal cristallizzatore 10 (fig.

5) .

Le figg . 6 e 7 illustrano altre due soluzioni per la realizzazione della camera di colata .

Nella fig . 6 , la camera di colata 111 si estende sos tanz ialment e per metà del l ' al tez za del cri stalli zzatore 10 e presenta un andamento sostanzialmente a tronco di cono rovesciato .

Nella fig . 7 , la camera di colata 211 si estende in modo analogo sostanz ialmente per metà cri stal l i z zatore e presenta un andamento sostanzialmente rettangolare.

Il presente trovato può peraltro essere applicato anche a cristallizzatori 10 con camera di colata 11 passante a sezione costante o anche con altre forme. Nel cristallizzatore 10 si ha la formazione nella bramma 22 di un primo spessore 14 di pelle solidificata mentre il cuore 15 della bramma colata rimane sostanzialmente liquido.

Secondo il trovato, ogni parete lunga 10a del cristallizzatore 10 è configurata in una pluralità di pannelli 110 affiancati e disposti secondo l'asse di colata della bramma 22, nel caso di specie sostanzialmente verticale.

Ognuno di detti pannelli affiancati 110 presenta una struttura scatolare comprendente una prima parete esterna 16 ed una seconda parete interna 17 definenti tra loro una camera 18 di circolazione fluido refrigerante in pressione in controcorrente rispetto alla direzione di colata.

La parete interna 17 è affacciata alla bramma 22 in transito e presenta uno spessore molto ridotto, dell'ordine di 5+15 mm, vantaggiosamente di circa 6+8 mm.

Secondo il trovato, la naturale tendenza alla deformazione del metallo costituente la detta parete interna 17, dovuta all'elevatissimo scambio termico con la bramma 22 in transito ed accentuata dal ridotto spessore della parete 17 stessa, viene compensata agendo sulla pressione del fluido refrigerante circolante all'interno della camera 18. Detta pressione agisce contro detta parete interna 17 determinando una spinta elastica nella direzione della bramma 22, controbilanciando le spinte derivanti dalla deformazione e mantenendo di fatto la parete 17 in condizioni di aderenza con la pelle solidificata 14 della bramma 22.

Ciò permette anche di mantenere costante ed uniforme lo scambio termico fra fluido refrigerante e bramma 22, detto scambio termico assumendo valori molto elevati stando lo spessore estremamente ridotto della parete interna 17.

Secondo il trovato, i lati della parete esterna 16 e di quella interna 17 affacciati alla camera 18 di circolazione fluido refrigerante sono conformati in modo voluto allo scopo di rompere il filetto fluido, rendendo forzato e turbolento il cammino del fluido refrigerante e più efficace lo scambio termico.

Nel caso di specie, illustrato nelle figg. 3 e 9, sul detto lato della parete esterna 16 vengono ricavati, in modo consecutivo, una pluralità di restringimenti progressivi di sezione 23 seguiti da allargamenti 24 che determinano sul fluido refrigerante una sorta di effetto venturi che crea turbolenza e vorticosità nel moto ed aumenta l'efficacia del raffreddamento.

Ancora, sul detto lato della parete interna 17 vengono ricavate una pluralità di cave 25 che servono per rompere lo strato limite superficiale che il fluido refrigerante crea sulla parete stessa .

Dette cave 25 possono avere andamento sostanzialmente verticale 25a {figg. 9, 10 e 11) ed essere definite da risalti superficiali 26 ricavati longitudinalmente alla parete interna stessa 17.

Secondo ulteriori varianti realizzative , dette cave 25 possono avere andamento orizzontale o sostanzialmente orizzontale 25b, ovvero ancora andamento inclinato 25c {fig. 8).

Ogni parete lunga IOa del cristallizzatore 10 presenta mezzi elastici 19, schematicamente illustrati per semplicità soltanto in fig. 2 e soltanto su un lato del cristallizzatore 10, associati ad una struttura fissa di supporto 20.

Detti mezzi elastici 19 sono idonei a mantenere in continuo la parete del cristallizzatore 10 in contatto con la bramma 22 in transito e ad esercitare una voluta pressione sulla bramma 22 stessa .

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1 - Cristallizzatore o sottolingottiera a pareti sottili per colata continua di bramine sottili e medie, cooperante con un eventuale scaricatore (13) idoneo a scaricare il metallo fuso in una camera di colata (11) di qualsiasi forma, detto cristallizzatore o sottolingottiera (10) presentando pareti strette (10b) mobili lateralmente e pareti lunghe (IOa), caratterizzato dal fatto che ogni parete lunga (IOa) è costituita in più elementi (110) autonomi, configurati in forma di pannelli affiancati paralleli all'asse di colata della bramma (22), a definire la sezione chiusa di transito della bramma (22), ogni elemento (110) comprendendo almeno una parete esterna (16) ed una parete interna (17) definenti una camera chiusa (18) di circolazione fluido refrigerante in pressione, la parete interna (17) presentando uno spessore dell'ordine di 5+15 miri, la pressione del fluido refrigerante essendo definita dalle spinte e deformazioni della parete interna (17) derivanti dal surriscaldamento. 2 - Cristallizzatore o sottolingottiera come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la parete interna (17) presenta uno spessore dell'ordine di 5+6 mm. 3 - Cristallizzatore o sottolingottiera come all rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che il lato a contatto con il fluido refrigerante della parete interna (17), rivolto verso la camera (18) di circolazione fluido, presenta mezzi (25, 26) idonei a rompere il filetto fluido ed a rendere perturbato e vorticoso il moto del fluido refrigerante. 4 - Cristallizzatore o sottolingottiera come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il lato a contatto con il fluido refrigerante della parete esterna (16) rivolto verso la camera (18) di circolazione fluido presenta una pluralità di riduzioni progressive di sezione transito perturbanti il moto del fluido refrigerante. 5 - Cristallizzatore o sottolingottiera come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ogni elemento (110) è associato a mezzi autonomi di posizionamento a pressione elastica (19) verso la bramma (22).