ITUD990168A1 - Procedimento di controllo del profilo del nastro in una gabbiadi laminazione per nastri e/o lamiere - Google Patents

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"PROCEDIMENTO DI CONTROLLO DEL PROFILO DEL NASTRO IN UNA GABBIA DI LAMINAZIONE PER NASTRI E/O LAMIERE"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Forma oggetto del presente trovato un procedimento di controllo del profilo del nastro in una gabbia di laminazione per nastri e/o lamiere .

Il trovato si applica nelle gabbie di laminazione per nastri e/o lamiere, in particolare gabbie a quarto , che prevedono la movimentazione assiale (shifting) almeno dei cilindri di lavoro.

Il trovato si applica preferenzialmente nelle gabbie di laminazione in cui i cilindri di lavoro presentano un profilo esprimibile con un ' equazione cubica per almeno parte della loro estensione longitudinale .

STATO DELLA TECNICA

Nelle gabbie di laminazione per nastri o lamiere, in particolare gabbie a quarto, è noto utilizzare tecniche di movimentazione assiale dei cilindri di laminazione.

Tali tecniche servono per assicurare un miglior controllo della planarità e del profilo del nastro e per distribuire l'usura in modo uniforme sulla superficie dei cilindri, in particolare per evitare che i bordi del nastro agiscano sempre nelle stesse zone della tavola dei cilindri.

E' noto quindi sottoporre almeno i cilindri di lavoro a traslazioni assiali (shifting) per variare la superficie del cilindro sottoposta al carico di laminazione, in modo da non determinare zone di usura preordinata della tavola dei cilindri.

Tali tecniche, adottate per cilindri con tavola piana, sono ampiamente utilizzate e sono state profondamente esplorate in molteplici applicazioni. E' anche noto realizzare cilindri di laminazione con profili sagomati in modo da poter assicurare un controllo più preciso del profilo del nastro mediante sistemi di movimentazione dei cilindri semplici ed affidabili.

A tal proposito sono stati proposti profili sagomati, descritti da equazioni quadratiche, cubiche, di quinto ordine o polinomiali in genere, i quali permettono di configurare analiticamente un preciso controllo del profilo del nastro definendo uno specifico programma di shifting, ottenendo profili caratterizzati da un voluto andamento più o meno bombato.

L’utilizzo di cilindri la cui superficie è descritta da una curva polinomiale e dove lo shifting del cilindro superiore è uguale e di segno opposto a quello del cilindro inferiore comporta però il grave inconveniente che per ottenere un determinato profilo del nastro i cilindri di lavoro si devono trovare sempre in posizioni fisse e preordinate.

Come esempio, si consideri il caso di cilindri di lavoro il cui profilo presenta un andamento cubico antisimmetrico (fig. 1) descrivibile dalle equazioni:

rispettivamente per il cilindro superiore e per il cilindro inferiore, dove th rappresenta il valore della luce (gap) fra i cilindri in condizioni dì stazionarietà.

In condizioni di shifting nullo e di sostanziale allineamento tra gli assi mediani dei cilindri il valore del gap è costante: t(x) = cost = th.

Se i due cilindri sono fra loro sfalsati in partenza, rispettivamente uno della quantità (xo) e l'altro della quantità (-xo), la funzione gap, in condizione di . shifting nullo, è definita dall'equazione: .

Poiché si ha che

sviluppando le potenze ed eseguendo i

calcoli si ottiene la relazione:

(1)

da cui discende che il profilo del gap fra due cilindri il cui profilo è descritto da una curva cubica antisimmetrica, in condizioni di sfalsamento iniziale, presenta andamento parabolico.

Considerando ora di applicare uno shifting simmetrico ai cilindri di lavoro, ad esempio di entità "+s" per il cilindro superiore e " —s " per il cilindro inferiore, si ha che il gap è descritto dalla seguente equazione parabolica:

(2)

Per un nastro o lamiera di larghezza 2w, la bombatura (crown) , definita come differenza fra valore del gap in corrispondenza della mezzeria del nastro, gap(0), ed il valore in corrispondenza del bordo del nastro stesso, gap(w), risulta quindi pari a: t(x) - t(0) = 6asw<2>.

Pertanto, per valori di shifting positivi (s > 0) la bombatura assumerà un andamento convesso (fig.

2a), mentre per valori di shifting negativi {s < 0) la bombatura assumerà un andamento concavo (fig.2b). Uno shifting applicato ai rulli di lavoro determina tuttavia la variazione del valore del gap in corrispondenza della mezzeria:

Per non modificare il valore del gap è quindi necessario riposizionare i due cilindri, uno rispetto all'altro, della quantità 2bs 2as<3>.

Questa operazione viene eseguita riposizionando della medesima quota, ossia per un valore pari a (2bs 2as<3>), le capsule idrauliche od i vitoni elettromeccanici che agiscono sulle guarniture dei cilindri.

Da quanto sopra risulta evidente come il controllo del profilo del nastro sia del tutto rigido se si utilizza uno shifting simmetrico dei cilindri di lavoro, cioè se i cilindri vengono traslati in senso opposto rispetto alla mezzeria di un uguale valore

Infatti, definito un valore obiettivo di bombatura a.gabbia scarica, cioè in una condizione in cui ai cilindri non viene impressa alcuna curvatura {bending) preordinata, ne deriva che per ottenere tale valore di bombatura obiettivo esiste un solo valore di "s", e cioè quello definito dalla relazione: s = bombatura obiettivo/6aw<2 >.

Ciò comporta 1'inconveniente che, nel caso in cui si abbia uno shifting del cilindro superiore uguale in valore assoluto ed opposto di segno rispetto a quello del cilindro inferiore, per ottenere un profilo determinato e caratterizzato da una voluta bombatura tale valore di shifting è univocamente determinato e con esso la posizione dei cilindri di lavoro.

Questo fatto minimizza i benefici di uniformazione dell'usura dei cilindri per cui lo shifting stesso viene utilizzato.

In realtà, utilizzando il bending sui cilindri di lavoro è possibile ottenere un valore obiettivo di bombatura, ossia di profilo del nastro, in un campo più ampio di shifting, ovvero si avrà uno shifting definito da un valore "s Δ1" per un cilindro di lavoro e s - Δ1" per l'altro cilindro di lavoro. L'ampiezza del campo di variabilità determinato dallo shifting, e con esso la possibilità di evitare che i bordi del nastro incidano sempre sulle stesse zone della tavola dei cilindri, dipenderà pertanto dal valore di bending (positivo e negativo) disponibile; più alto è il bending disponibile, maggiore è la possibilità di ottenere una bombatura obiettivo in un ampio campo di shifting.

Ciò consente di distribuire l'usura in una fascia più ampia della tavola dei rulli il cui valore dipende dal valore di Δ1.

Così, anche se l'utilizzo del bending rende parzialmente più flessibile un processo di laminazione che utilizza cilindri di lavoro il cui profilo presenta andamento cubico o polinomiale, ciò non consente comunque di ovviare in modo soddisfacente all'usura in corrispondenza dei bordi del nastro.

Si è pertanto costretti comunque ad usare, specialmente nei laminatoi a caldo e per ottenere prodotti piani sottili di elevata qualità, tecniche di laminazione che risolvono tale problema di usura, ad esempio laminando nastri di larghezza progressivamente decrescente per evitare i passaggi ripetuti nelle zone usurate dei cilindri.

Tale problema attualmente non risolto e lamentato dagli operatori del settore limita notevolmente la possibilità di utilizzare i profili cubici per i cilindri di lavoro e quindi costituisce un notevole vincolo allo sviluppo di tecniche di laminazione che impiegano cilindri con profili sagomati.

Per ovviare a tale inconveniente ed ottenere altri vantaggi come nel seguito esposti la proponente ha ideato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nella rivendicazione principale. Le rivendicazioni secondarie espongono altre caratteristiche innovative dell'idea di soluzione principale.

Lo scopo del trovato è quello di ottenere un procedimento di controllo del profilo del nastro, in una gabbia di laminazione per nastri e/o lamiere, che permetta di utilizzare cilindri aventi un profilo sagomato, in particolare descritto da un'equazione cubica, od eventualmente anche polinomiale di ordine superiore, risolvendo il problema della generazione di un'usura preordinata in corrispondenza dei bordi del nastro.

In altre parole, lo scopo del trovato è quello di ampliare il campo di shifting disponibile per i cilindri di lavoro di una gabbia di laminazione per nastri/lamiere per un dato profilo obiettivo del nastro o lamiera da ottenere, svincolando in una certa misura l'esecuzione dello shifting dei cilindri dall'ottenimento di tale profilo obiettivo e quindi rendendo meno rigido il sistema.

Il trovato si applica di preferenza in gabbie di laminazione a quarto con cilindri di lavoro sagomati il cui profilo è definito da una curva descrivibile con un'equazione cubica.

Il trovato, in una sua prima caratteristica, si concretizza in un procedimento di controllo in cui i valori di shifting applicati ai due cilindri di lavoro, rispettivamente superiore ed inferiore, sono non uguali fra loro.

In altre parole, lo shifting applicato ai due cilindri è non simmetrico rispetto alla mezzeria del nastro def inente la pass-line della gabbia , assumendo ad esempio un valore si per il cilindro superiore ed un valore S2 ≠ S1 per il cilindro inferiore.

L'utilizzo di valori differenziati di shifting per i due cilindri di lavoro, in base a quanto sopra esposto, rende molto meno rigido il sistema in quanto un profilo obiettivo del nastro (bombatura) non è più caratterizzato da un univoco valore dello shifting, ma da opportune combinazioni di due valori distinti che rendono molto più flessibile la regolazione ed il controllo della posizione dei cilindri.

Utilizzando uno shifting non simmetrico, l'usura della tavola dei cilindri in corrispondenza dei bordi del nastro può essere distribuita su fasce più ampie in quanto un qualsiasi ampiamento del campo di variabilità del valore di si (shifting del rullo superiore) viene compensato da una corrispondente variazione del valore di S2 (shifting del rullo inferiore).

Secondo un'altra caratteristica del trovato, il procedimento di controllo prevede di utilizzare una tecnica di compensazione che permette di annullare quella componente che rende non simmetrico, rispetto alla mezzeria del nastro, l'andamento del gap come risultante da uno shifting differenziato fra i due cilindri di lavoro.

Tale andamento non simmetrico del gap, conseguenza indesiderata dello shifting non·simmetrico tra i due cilindri di lavoro, viene compensato mediante un livellamento eseguito da attuatori che agiscono sugli elementi di supporto dei cilindri di lavoro e/o dei relativi cilindri di appoggio.

Detti attuatori possono essere costituiti da capsule idrauliche, vitoni elettromeccanici od altri dispositivi opportuni.

Tale azionamento degli attuatori permette di correggere l'asimmetria del gap e riportarne l’andamento in una condizione preordinata di simmetria e con un valore definito e voluto in corrispondenza della pass-line della gabbia.

Con questa tecnica combinata di shifting e livellamento, pertanto, si ottiene il vantaggio di utilizzare uno shifting asimmetrico dei cilindri, che permette di distribuire l'usura della relativa tavola in un campo più ampio, senza generare asimmetrie nell'andamento del gap e quindi nel profilo del nastro. Inoltre, tali tecniche non comportano modifiche alla configurazione esistente della gabbia, in quanto utilizzano dispositivi già normalmente presenti, e richiedono accorgimenti e regolazioni che possono essere eseguite con la massima precisione ed affidabilità.

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 schematicamente la configurazione di due cilindri di lavoro noti nella tecnica ed aventi un profilo descritto da un'equazione cubica;

- le figg. 2a e 2b illustrano schematicamente due possibili casi di profilo di un nastro rispettivamente convesso e concavo;

- la fig. 3 illustra i cilindri di lavoro di fig. 2 traslati assialmente in modo asimmetrico secondo il procedimento del trovato;

- la fig. 4 illustra schematicamente la tecnica di compensazione e livellamento secondo il trovato;

- la fig. 5 illustra un grafico di esemplificazione della tecnica di compensazione e livellamento di fig. 4.

DESCRIZIONE DELLA REALIZZAZIONE PREFERENZIALE DEL

TROVATO

In fig. 1, una gabbia di laminazione 10 è schematicamente rappresentata dai suoi cilindri di lavoro, superiore 11a ed inferiore 11b, i quali sono disposti con rispettivi assi paralleli e definiscono una luce di transito (gap) 12 attraverso la quale passa e viene laminato il nastro 13.Per nastro 13 si comprendono anche lamiere od altro tipo di prodotto piano.

La gabbia di laminazione 10 è tipicamente una gabbia a quarto od a sesto, potendo presentare cilindri di.appoggio 19, rispettivamente superiore 19a ed inferiore 19b, e/o cilindri intermedi non illustrati.

I cilindri di appoggio 19 sono illustrati solo in fig. 4 e sono supportati alle relative estremità da guarniture 16 che cooperano con cuscinetti 20.

Le guarniture (non illustrate) dei cilindri di lavoro 11a e 11b e/o le guarniture 16 dei cilindri di appoggio 19 sono normalmente associate a capsule idrauliche (non illustrate) atte ad imprimere, quando azionate nello stesso senso a due estremità opposte dei relativi cilindri, una curvatura preordinata (bending) del profilo dei cilindri stessi.

I cilindri Ila e llb presentano un profilo 14 sagomato, definito nel caso di specie da rispettive equazioni cubiche rispetto al piano cartesiano x-y he ha come origine 0 l'intersezione fra la passline 15 della gabbia di laminazione 10, coincidente normalmente con la mezzeria del nastro 13, e la retta che definisce il piano teorico di lavoro del cilindro inferiore llb.

In particolare, il profilo del cilindro superiore Ila è definito dall'equazione

dove th rappresenta il valore del gap 12 fra i cilindri in condizioni di stazionarietà, mentre il profilo del cilindro inferiore llb è definito dall'equazione

Nella condizione di stazionarietà ed allineamento di fig. 1, il gap 12 ha un valore costante pari a th·

Applicando uno shifting ai cilindri 11a, 11b, ossia traslando lateralmente tali cilindri in senso opposto uno rispetto all'altro e rispetto al nastro 13, l'equazione che descrive il gap 12 assume un andamento parabolico, ottenendosi così specifici profili convessi (fig. 2a) o concavi (fig. 2b) mediante semplice spostamento assiale dei cilindri.

Secondo il trovato, (fig. 3), lo shifting assiale applicato ai cilindri di lavoro 11a e 11b è asimmetrico, cioè il cilindro superiore Ila viene traslato rispetto alla pass-line 15 di un valore si differente dal valore S2 di shifting applicato al cilindro inferiore llb.

Tale condizione di shifting asimmetrico permette di eliminare l'univocità della posizione dei cilindri 11a, 11b per ottenere un determinato profilo o bombatura voluta del nastro 13, in quanto permette di ampliare il campo di variabilità dello shifting di uno dei due cilindri agendo sul valore di shifting dell'altro cilindro.

In altre parole, per ottenere un determinato profilo (crown) del nastro 13 non si ha più uno ed un solo valore di shifting, come nel caso di shifting simmetrico, ma una pluralità di valori ottenuti combinando fra loro differenti valori Si e S2-Infatti, affinché il nastro 13 presenti un determinato Crown è necessario che la somma dei valori di shifting S1 e S2 assuma un valore definito, ma una volta fissato il valore di tale somma esistono molteplici combinazioni dei singoli valori di S1 e S2 per ottenere il risultato desiderato, stabilito che S1 e S2 possono essere diversi tra loro.

Tale soluzione elimina, o quanto meno riduce fortemente, il problema che nasce dal passaggio dei bordi del nastro 13 sempre sulle stesse zone della tavola dei cilindri Ila e llb e quindi riduce i problemi di usura preordinata e di difetti qualitativi del nastro.

Utilizzando tali valori dello shifting, si ottiene che l’equazione che descrive il gap 12 in condizioni di stazionarietà della gabbia 10, ossia senza applicazione di curvatura od inclinazione ad uno e/o l'altro dei cilindri 11a, 11b, è la seguente:

gap =

da cui, sviluppando le potenze ed eseguendo i calcoli, si ottiene:

Tale equazione rappresenta una parabola, i cui coefficienti sono funzione di s1 e s2, non simmetrica rispetto alla pass-line 15 della gabbia 10; tale parabola è rappresentata in fig. 5 ed è indicata con il numero di riferimento 17.

II termine noto

rappresenta il valore del gap 12 in corrispondènza della pass-line 15 della gabbia 10.

Poiché tale condizione di asimmetria dell'andamento del gap 12 può essere non accettabile in quanto si riflette sul profilo del nastro 13, il trovato prevede di eseguire un livellamento della gabbia 10, ottenuto nel caso di specie agendo su attuatori 18 associati alle guarniture 16 del cilindro di appoggio superiore 19a.

In particolare, il livellamento viene ottenuto eseguendo un movimento parallelo di valore pari a:

associato ad una

rotazione pari

Nel caso di specie (fig. 4), il livellamento è applicato alla sola coppia superiore di cilindri 11a e 19a ma è ovvio che tale azione potrebbe essere eseguita solo sulla coppia di cilindri inferiori 11b, 19b o su entrambe le coppie di cilindri.

Rientra inoltre nel trovato prevedere che l'azione di livellamento sia attuata direttamente sui cilindri di lavoro, o su eventuali cilindri intermedi tra i cilindri di lavoro e quelli di appoggio.

Tali attuatori 18 possono essere i vitoni elettromeccanici, o le capsule idrauliche, normalmente presenti nella gabbia 10 ed associati alle dette guarniture 16 dei cilindri di appoggio 19. Secondo una variante, tali attuatori 18 sono specializzati per tale funzione di compensazione e livellamento.

Come schematizzato in fig. 4, azionando gli attuatori disposti ai lati opposti del cilindro di appoggio superiore 19a è possibile inclinare il cilindro 11a mantenendolo sullo stesso piano verticale ed ottenere un effetto di compensazione e livellamento della gabbia 10 che annulla l'asimmetricità della parabola 17 rispetto alla pass-line 15.

Analiticamente i con riferimento all'equazione (3) del gap 12, abbiamo che lo spostamento di inclinazione del cilindro di lavoro superiore Ila, realizzato tramite inclinazione del corrispondente cilindro di appoggio 19a, deve avere i seguenti valori, rispettivamente per il lato sinistro guardando le figg. 4 e 5 (lato comando) e per il lato destro (lato operatore):

Il valore d rappresenta la distanza tra la linea 15 di mezzeria ed il punto di applicazione della rotazione eseguita dagli attuatori 18 in condizione di shifting nullo.

Mediante tale inclinazione del cilindro Ila, si ripristina per il gap 12 una configurazione parabolica simmetrica rispetto alla pass-line 15, assimilabile a quella stazionaria di fig. 1.

La curva che descrive tale condizione, dopo il livellamento, è la seguente:

da cui si vede come, in corrispondenza della passline 15 (x = 0) il gap 12 assuma un valore pari a th.

Da quanto sopra esposto si vede come sia possibile eseguire uno shifting asimmetrico dei cilindri di lavoro 11a e 11b allo scopo di ottenere un controllo del profilo del nastro 13 estremamente più flessibile, distribuendo l'usura su una fascia più ampia dei cilindri di lavoro 11a, 11b, e nel contempo livellare la gabbia 10 per eliminare l’asimmetria del profilo del gap 12 che tale shifting asimmetrico comporta.

I valori di S1 e S2 possono avere segno opposto per concretizzare lo shifting opposto rispetto alla pass-line 15 od anche segno concorde.

Al presente trovato possono essere apportate modifiche e varianti tutte rientranti nel suo ambito come definito nelle rivendicazioni allegate.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1 - Procedimento di controllo del profilo di un nastro (13) in una gabbia di laminazione per nastri e/o lamiere comprendente almeno due cilindri di lavoro, rispettivamente superiore (11a) ed inferiore (11b) e definente una pass-line (15) di riferimento sostanzialmente coincidente con la mezzeria di detto nastro (13), detti cilindri (11a, 11b) definendo tra loro una luce di transito (12) attraverso la quale passa e viene laminato detto nastro (13) ed essendo sostenuti alle estremità da rispettive guarniture, detto procedimento prevedendo la movimentazione assiale (shifting) di detti cilindri di lavoro (11a, 11b) rispetto a detta pass-line (15), detti cilindri di lavoro (11a, 11b) presentando un profilo superficiale (14) sagomato esprimibile con un'equazione polinomiale, caratterizzato dal fatto che prevede di applicare un primo valore ("si") di traslazione assiale, o shifting, al detto cilindro di lavoro superiore (11a) ed un secondo valore ("S2") di traslazione assiale, o shifting, al detto cilindro di lavoro inferiore (11b), essendo si ≠ S2. 2 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che viene applicato su cilindri di lavoro (Ila, llb) il cui profilo è esprimibile con un'equazione cubica del tipo

   per detto cilindro superiore (Ila) e

   per detto cilindro inferiore (llb). 3 - Procedimento come alla rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che prevede una fase di compensazione e livellamento dell'asimmetria dell'andamento di detto gap (12) rispetto a detta pass-line (15) in presenza di detto shifting con differenti valori fra detto cilindro di lavoro superiore (Ila) e detto cilindro di lavoro inferiore (llb). 4 - Procedimento come alla rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta fase di compensazione e livellamento viene eseguita inclinando rispetto al proprio piano di giacitura almeno uno di detti cilindri di lavoro (11a, 11b) rispetto all'altro cilindro di lavoro (11b, 11a). 5 - Procedimento come alla rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detta inclinazione di almeno uno dei cilindri di lavoro (11a, 11b) viene ottenuta mediante azionamento di attuatori sulle rispettive guarniture di detto almeno un cilindro di lavoro (11a, 11b). 6 - Procedimento come alla rivendicazione 4, applicato in una gabbia di laminazione a quarto che comprende rispettivi cilindri di appoggio (19a, 19b) associati a detti cilindri di lavoro (11a, 11b), caratterizzato dal fatto che detta inclinazione di almeno uno dei cilindri di lavoro (Ila, llb) viene ottenuta mediante azionamento di attuatori (18) che agiscono sulle guarniture (16) di almeno uno di detti cilindri di appoggio (19a, 19b) . 7 - Procedimento come alla rivendicazione 5 o 6 , caratterizzato dal fatto che detti attuatori (18) sono costituiti da vi toni elettromeccanici . 8 - Procedimento come alla rivendicazione 5 o 6, caratterizzato dal fatto che detti attuatori (18) sono costituiti da capsule idrauliche . 9 - Procedimento come alla rivendicazione 4 , caratterizzato dal f atto che il valore dell’inclinazione di detti cilindri di lavoro (Ila, 11b) è funzione almeno dei valori ("S1") e ("S2") di shifting applicato e del profilo sagomato dei detti cilindri (11a, 11b). 10 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti valori di shifting ("si") e ("S2") presentano segno opposto uno all'altro. 11 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti valori di shifting ( "S1") e ("S2“) presentano segno uguale uno all'altro. 12 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta gabbia di laminazione (10) è una gabbia a sesto. 13 - Procedimento di controllo del profilo del nastro in una gabbia di laminazione per nastri e/o lamiere sostanzialmente come descritto ed illustrato