ITBO20110317A1 - Strumento di controllo e metodo per monitorare una piastra di una lingottiera in un impianto di colata continua - Google Patents
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Description
D E S C R I Z I O N E
“STRUMENTO DI CONTROLLO E METODO PER MONITORARE UNA PIASTRA DI UNA LINGOTTIERA IN UN IMPIANTO DI COLATA CONTINUAâ€
SETTORE DELLA TECNICA
La presente invenzione à ̈ relativa ad uno strumento di controllo e ad un metodo per monitorare una piastra di una lingottiera in un impianto di colata continua.
La presente invenzione trova vantaggiosa applicazione in un impianto di colata continua per la produzione di barre di acciaio, cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere di generalità .
ARTE ANTERIORE
Un impianto di colata continua per la produzione di barre di acciaio comprende una siviera che alimenta il metallo fuso attraverso un percorso di solidificazione verticale comprendente una lingottiera in cui avviene la solidificazione primaria dell’acciaio. La lingottiera à ̈ un corpo tubolare costituito da un insieme di piastre di rame che vengono raffreddate mediante una continua circolazione di acqua di raffreddamento.
La lingottiera presenta una conicità che converge verso il basso (cioà ̈ verso l’apertura di uscita) in modo tale che la sezione trasversale della lingottiera diminuisca progressivamente dalla apertura di ingresso superiore alla apertura di uscita inferiore; la conicità della lingottiera à ̈ essenziale per permettere alla lingottiera di “seguire†la riduzione della dimensione del metallo conseguente alla riduzione della temperatura. Se la conicità della lingottiera non à ̈ corretta, allora può accadere che la superficie interna della lingottiera perda il contatto con il metallo semisolido (conicità insufficiente) con una conseguente riduzione localizzata della capacità di raffreddamento (in assenza del contatto tra la lingottiera ed il metallo semisolido diminuisce notevolmente la trasmissione del calore) e quindi con la formazione di disomogeneità indesiderate nel metallo semisolido, oppure può accadere che la superficie interna della lingottiera prema troppo sul metallo semisolido (conicità eccessiva) con la conseguente insorgenza di tensioni indesiderate nel metallo semisolido che peggiorano la qualità del processo di solidificazione.
Per monitorare la corretta conicità della lingottiera à ̈ stato proposto di utilizzare uno strumento di controllo che viene applicato sull’esterno di una piastra di rame che compone la lingottiera e misura l’inclinazione rispetto alla verticale della piastra di rame stessa. Tuttavia, à ̈ stato osservato che in alcune situazioni si possono verificare delle indesiderate variazioni di conicità della lingottiera che non vengono rilevate dagli strumenti di controllo noti del tipo di quello sopra descritto che misurano l’inclinazione rispetto alla verticale delle piastre di rame componenti la lingottiera. In particolare, gli strumenti di controllo noti del tipo di quello sopra descritto risultano relativamente meno affidabili quando le piastre di rame non sono perfettamente piane ma presentano un profilo curvilineo.
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE
Scopo della presente invenzione à ̈ fornire uno strumento di controllo ed un metodo per monitorare una piastra di una lingottiera in un impianto di colata continua, i quali strumento di controllo e metodo siano privi degli inconvenienti sopra descritti e, in particolare, siano di facile ed economica realizzazione.
Secondo la presente invenzione viene fornito uno strumento di controllo ed un metodo per monitorare una piastra di una lingottiera in un impianto di colata continua, secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni
allegate.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:
• la figura 1 à ̈ una vista schematica di un impianto di colata continua per la produzione di barre di acciaio;
• la figura 2 à ̈ una vista prospettica e schematica di una parte superiore di una lingottiera dell’impianto della figura 1;
• la figura 3 à ̈ una vista laterale di uno strumento che à ̈ realizzato in accordo con la presente invenzione ed esegue il monitoraggio di una piastra della lingottiera della figura 2; e
• la figura 4 à ̈ una vista frontale e parzialmente
in sezione dello strumento della figura 3.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE
Nella figura 1, con il numero 1 Ã ̈ indicato nel suo complesso un impianto di colata continua per la produzione di lingotti di acciaio.
L’impianto 1 comprende una siviera 2 che alimenta l’acciaio fuso ad una sottostante paniera 3 dalla quale l’acciaio fuso viene alimentato ad un percorso di solidificazione verticale. Il percorso di solidificazione verticale comprende all’inizio una lingottiera 4 in rame in cui avviene la solidificazione primaria dell’acciaio; a valle della lingottiera 4 in rame il percorso di solidificazione verticale prosegue con degli iniettori 5d’acqua. L’impianto 1 comprende una stazione 6 di taglio delle barre di acciaio provvista di rulli 7 estrattori ed un cestello 8 ribaltatore che riceve le singole barre di acciaio dalla stazione 6 di taglio ed alimenta le barre di acciaio stesse ad un dispositivo 9 di trasporto orizzontale a rulli.
Secondo quanto illustrato nella figura 2, la lingottiera 4 à ̈ un corpo tubolare di forma parallelepipeda e comprende quattro piastre 10 di rame che vengono raffreddate mediante una continua circolazione di acqua di raffreddamento. Ciascuna piastra 10 di rame presenta una determinata inclinazione rispetto alla verticale e/o un particolare profilo per conferire alla lingottiera 4 un conicità desiderata che riduce progressivamente la sezione trasversale della lingottiera 4 dall’alto verso il basso (cioà ̈ dalla apertura di ingresso superiore che à ̈ più larga alla apertura di uscita inferiore che à ̈ più stretta). La funzione della conicità della lingottiera 4 à ̈ di permettere alla lingottiera 4 di “seguire†la riduzione della dimensione del acciaio conseguente alla riduzione della temperatura (cioà ̈ alla solidificazione primaria). Se la conicità della lingottiera non à ̈ corretta, allora può accadere che la superficie interna della lingottiera 4 perda il contatto con l’acciaio semisolido (conicità insufficiente), oppure può accadere che la superficie interna della lingottiera 4 prema troppo sul metallo semisolido (conicità eccessiva).
Secondo quanto illustrato nelle figure 3 e 4, per monitorare la corretta conicità della lingottiera 4 à ̈ previsto l’utilizzo di uno strumento 11 di controllo che viene applicato sull’esterno di una piastra 10 di rame che compone la lingottiera 4 e misura sia l’inclinazione rispetto alla verticale della piastra 10 di rame, sia il profilo verticale della piastra 10 di rame (cioà ̈ la forma di una parete 12 verticale esterna della piastra 10 di rame lungo una linea verticale).
Lo strumento 11 di controllo comprende un telaio 13rigido provvisto di una pluralità di piedini 14 che sono atti a venire appoggiati alla parete 12 verticale della piastra 10; in particolare, il telaio 13 comprende una trave 15 ed una coppia di bracci 16 trasversali, ciascuno dei quali à ̈ disposto perpendicolarmente alla trave 15 e supporta una coppia di piedini 14 disposti da lati opposti della trave 15.
Inoltre, lo strumento 11 di controllo comprende un dispositivo 17 di sostegno che à ̈ solidale al telaio 13 ed à ̈ atto a venire appoggiato ad una parete 18 superiore orizzontale della piastra 10 per sostenere il telaio 13 stesso (ovvero per sostenere lo strumento 11 di controllo). Il dispositivo 17 di sostegno à ̈ conformato in modo tale che il peso dello strumento 11 di controllo spinga il telaio 13 contro la parete 12 verticale della piastra 10 quando il dispositivo 17 di sostegno à ̈ appoggiato alla parete 18 superiore orizzontale della piastra 10. In questo modo, à ̈ il peso dello strumento 11 di controllo che assicura che i piedini 4 rimangano a contatto con la parete 12 verticale della piastra 10 senza la necessità di alcun ulteriore intervento esterno.
Secondo una preferita forma di attuazione, lo strumento 11 di controllo comprende un corpo 19 scatolato che à ̈ fissato ad una estremità superiore del telaio 13 (ovvero à ̈ collegato di testa ad una estremità superiore della trave 13) ed à ̈ meccanicamente collegato al dispositivo 17 di sostegno (cioà ̈ il dispositivo 17 di sostegno non à ̈ direttamente collegato al telaio 13, ma à ̈ collegato indirettamente al telaio 13 attraverso il corpo 19 scatolato).
Lo strumento 11 di controllo comprende un distanziometro 20 che à ̈ rivolto verso la parete 12 verticale della piastra 10 ed à ̈ atto a misurare una distanza D esistente rispetto alla parete 12 verticale stessa (cioà ̈ misura la distanza che esiste tra una testa di lettura del distanziometro 20 e la parete 12 verticale). Secondo una possibile forma di attuazione, il distanziometro 20 à ̈ un distanziometro laser che opera senza contatto (ovvero la testa di lettura del distanziometro 20 invia un raggio laser contro la parete 12 verticale e quindi non tocca mai la parete 12 verticale stessa). Secondo una diversa forma di attuazione, il distanziometro 20 à ̈ un distanziometro meccanico che opera con contatto (ovvero la testa di lettura del distanziometro 20 tocca continuamente la parete 12 verticale).
Lo strumento 11 di controllo comprende un dispositivo 21 di movimentazione che à ̈ supportato dal telaio 13 (in particolare dalla trave 15 del telaio 13) e porta il distanziometro 20 per spostare il distanziometro 20 lungo un percorso P di misura verticale; inoltre, lo strumento 11 di controllo comprende un sensore 22 di posizione che rileva la posizione del distanziometro 20 lungo il percorso P di misura verticale.
Infine, lo strumento 11 di controllo comprende una unità 23 di elaborazione che legge ciclicamente il distanziometro 20 ed il sensore 22 di posizione e correla la distanza D rispetto alla parete 12 verticale della piastra 10 misurata dal distanziometro 20 con la posizione del distanziometro 20 lungo il percorso P di misura verticale misurata dal sensore 22 di posizione in modo da ricostruire un profilo della parete 12 verticale. Preferibilmente, l’unità 23 di elaborazione à ̈ alloggiata all’interno del corpo 19 scatolato ed à ̈ collegata ad uno schermo 24 che presenta la funzione “touch†e costituisce un dispositivo di I/O (“Input/Output†); cioà ̈ lo schermo 24 viene utilizzato sia per mostrare delle informazioni all’utente, sia per ricevere istruzioni da parte dell’utente.
Secondo una possibile (ma non vincolante) forma di attuazione, il dispositivo 21 di movimentazione comprende una slitta che à ̈ montata scorrevole lungo il percorso P di misura e porta il distanziometro 20, una vite 25 senza fine che à ̈ disposta lungo il percorso P di misura ed à ̈ meccanicamente accoppiata alla slitta per imprimere un movimento alla slitta quando viene ruotata, ed un motore 26 elettrico che à ̈ meccanicamente accoppiato ad una estremità della vite 25 per portare la vite 25 in rotazione. Secondo una preferita forma di attuazione, il motore 26 elettrico à ̈ alloggiato all’interno del corpo 19 scatolato. Secondo una preferita forma di attuazione, il sensore 22 di posizione à ̈ un encoder angolare che à ̈ meccanicamente collegato al motore 26 oppure alla vite 25.
Secondo una alternativa forma di attuazione non illustrata, la vite 25 senza fine à ̈ sostituita da una cinghia chiusa ad anello e tesa tra una puleggia superiore motorizzata che à ̈ collegata al motore 26 elettrico ed una puleggia inferiore folle; un lato della cinghia à ̈ solidale alla slitta che porta il distanziometro 20 e quindi spostando la cinghia mediante una rotazione della puleggia superiore motorizzata si ottiene un corrispondente spostamento della slitta (e quindi del distanziometro 20) lungo il percorso P.
Secondo una preferita forma di attuazione, lo strumento 11 di controllo comprende un sensore 27 di contatto che à ̈ accoppiato ad almeno un piedino 14, à ̈ collegato alla unità 23 di elaborazione, e rileva se à ̈ effettivamente presente un contatto del piedino 14 con la parete 12 verticale della piastra 10; l’unità 23 di elaborazione rileva il profilo della parete 12 verticale della piastra 10 solo quando il sensore 27 di contatto rileva che à ̈ effettivamente presente un contatto del piedino 14 con la parete 12 verticale. Preferibilmente, il sensore 27 di contatto rileva la conducibilità elettrica esistente tra almeno due piedini 14 distinti attraverso la piastra 10; in altre parole, se la conducibilità elettrica esistente tra almeno due piedini 14 distinti attraverso la piastra 10 à ̈ “alta†(cioà ̈ superiore ad un valore di soglia predeterminato), allora esiste un contatto meccanico adeguato tra i due piedini 14 e la piastra 10 (che à ̈ realizzata in rame e quindi à ̈ un eccellente conduttore di elettricità ), mentre se la conducibilità elettrica esistente tra almeno due piedini 14 distinti attraverso la piastra 10 à ̈ “bassa†(cioà ̈ inferiore al valore di soglia predeterminato), allora non esiste un contatto meccanico adeguato tra i due piedini 14 e la piastra 10 e quindi non à ̈ possibile rilevare con precisione il profilo della parete 12 verticale della piastra 10.
Lo strumento 11 di controllo comprende anche un inclinometro 28 che à ̈ collegato alla unità 23 di elaborazione, rileva l’angolo di inclinazione del telaio 13rispetto alla verticale (quindi rileva l’angolo di inclinazione della parete 12 verticale della piastra 10 rispetto alla verticale) ed à ̈ preferibilmente alloggiato all’interno del corpo 19 scatolato.
Viene di seguito descritto il funzionamento dello strumento 11 di controllo per monitorare una piastra 10 (o meglio una parete 12 verticale della piastra 10) della lingottiera 4.
Prima di iniziare il monitoraggio, l’utente accoppia lo strumento 11 di controllo alla piastra 10 appoggiando inizialmente il dispositivo 17 di sostegno alla parete 18 superiore orizzontale della piastra 10 e quindi lasciando “cadere†lo strumento 11 di controllo verso la parete 12 verticale della piastra 10 in modo tale che i piedini 14 si appoggino alla parete 12 verticale stessa. E’ importante osservare che al telaio 13 e/o al corpo 19 scatolato possono essere collegate delle maniglie o altri elementi atti ad essere afferrati dall’utente in modo tale da permettere all’utente di manipolare con facilità lo strumento 11 di controllo anche rimanendo ad una certa distanza dalla lingottiera 14.
Una volta che lo strumento 11 di controllo à ̈ stato accoppiato alla piastra 10, l’utente può fare partire il monitoraggio della piastra 10; tale monitoraggio prevede di rilevare l’angolo di inclinazione della parete 12 verticale della piastra 10 rispetto alla verticale mediante l’inclinometro 28 ed inoltre prevede di ricostruire il profilo della parete 12 verticale della piastra 10 spostando il distanziometro 20 lungo il percorso P e quindi correlando, come sopra descritto, la distanza D rispetto alla parete 12 verticale della piastra 10 misurata dal distanziometro 20 con la posizione del distanziometro 20 lungo il percorso P di misura verticale misurata dal sensore 22 di posizione.
Ovviamente, lo strumento 11 di controllo avvia il monitoraggio della piastra 10 solo se il sensore 27 di contatto rileva che à ̈ effettivamente presente un contatto adeguato dei piedini 14 con la parete 12 verticale della piastra 10.
Una volta terminata la misura, l’angolo di inclinazione della parete 12 verticale della piastra 10 rispetto alla verticale misurato dall’inclinometro 28 viene confrontato con un valore ottimale predeterminato ed in caso di scostamento significativo (cioà ̈ maggiore di un massimo scostamento ammesso che può essere espresso in modo assoluto o relativo) segnala la presenza di una situazione anomala. Inoltre, una volta terminata la misura, il profilo della parete 12 verticale della piastra 10 viene confrontato puntualmente (cioà ̈ punto a punto) con un profilo ottimale predeterminato ed in caso di scostamento significativo (cioà ̈ maggiore di un massimo scostamento ammesso che può essere espresso in modo assoluto o relativo) segnala la presenza di una situazione anomala; ad esempio per valutare lo scostamento del profilo misurato rispetto al profilo ottimale predeterminato potrebbe venire calcolato uno scarto quadratico medio tra i due profili. E’ importante osservare che i sopra descritti confronti per determinare eventuali situazioni anomale possono venire eseguiti direttamente dalla unità 23 di elaborazione dello strumento 11 di controllo oppure possono venire eseguiti da un computer che riceve (via cavo o via radio) le misure dallo strumento 11 di controllo.
Lo strumento 11 di controllo sopra descritto presenta numerosi vantaggi.
In primo luogo, lo strumento 11 di controllo sopra descritto permette di rilevare velocemente e con estrema precisione il profilo della parete 12 verticale della piastra 10; grazie a tale rilievo del profilo à ̈ possibile rilevare non solo una errata posizione di tutta la piastra 10 (errata posizione che viene rilevata anche dalla misura dell’inclinometro 23), ma à ̈ possibile rilevare anche eventuali deformazioni locali della piastra 10 (cioà ̈ le deformazioni concentrate in una zona limitata della piastra 10) che possono determinare delle variazioni locali della conicità della lingottiera pur in presenza di una corretta posizione della piastra 10.
Inoltre, lo strumento 11 di controllo sopra descritto à ̈ di facile ad intuitivo utilizzo anche da parte di un utente non esperto; in altre parole, à ̈ possibile utilizzare con profitto lo strumento 11 di controllo sopra descritto anche dopo una semplice lettura del manuale di istruzione allegato allo strumento 11 di controllo senza la necessità di uno specifico addestramento.
Infine, lo strumento 11 di controllo sopra descritto à ̈ di semplice ed economica realizzazione.
Claims (10)
- R I V E N D I C A Z I O N I 1) Strumento (11) di controllo per monitorare una piastra (10) di una lingottiera (4) in un impianto (1) di colata continua; lo strumento (11) di controllo comprende: un telaio (13) rigido provvisto di una pluralità di piedini (14) che sono atti a venire appoggiati ad una parete (12) verticale della piastra (10); ed un dispositivo (17) di sostegno che à ̈ solidale al telaio (13) ed à ̈ atto a venire appoggiato ad una parete (18) superiore orizzontale della piastra (10); lo strumento (11) di controllo à ̈ caratterizzato dal fatto di comprendere: un distanziometro (20) che à ̈ atto a venire rivolto verso la parete (12) verticale ed à ̈ atto a misurare una distanza (D) esistente rispetto alla parete (12) verticale stessa; un dispositivo (21) di movimentazione che à ̈ supportato dal telaio (13) e porta il distanziometro (20) per spostare il distanziometro (20) lungo un percorso (P) di misura verticale; un sensore (22) di posizione che rileva la posizione del distanziometro (20) lungo il percorso (P) di misura verticale; ed una unità (23) di elaborazione che legge ciclicamente il distanziometro (20) ed il sensore (22) di posizione e correla la distanza (D) rispetto alla parete (12) verticale misurata dal distanziometro (20) con la posizione del distanziometro (20) lungo il percorso (P) di misura verticale misurata dal sensore (22) di posizione in modo da ricostruire un profilo della parete (12) verticale.
- 2) Strumento (11) di controllo secondo la rivendicazione 1, in cui il telaio (13) comprende una trave (15) che supporta direttamente il dispositivo (21) di movimentazione ed una coppia di bracci (16) trasversali, ciascuno dei quali à ̈ disposto perpendicolarmente alla trave (15) e supporta una coppia di piedini (14) disposti da lati opposti della trave (15).
- 3) Strumento (11) di controllo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il dispositivo (17) di sostegno à ̈ conformato in modo tale che il peso dello strumento 11 di controllo spinga il telaio (13) contro la parete (12) verticale della piastra (10) quando il dispositivo (17) di sostegno à ̈ appoggiato alla parete (18) superiore orizzontale della piastra (10).
- 4) Strumento (11) di controllo secondo la rivendicazione 1 ,2 o 3, in cui il dispositivo (21) di movimentazione comprende: una slitta che à ̈ montata scorrevole lungo il percorso (P) di misura e porta il distanziometro (20); una vite (25) senza fine che à ̈ disposta lungo il percorso (P) di misura ed à ̈ meccanicamente accoppiata alla slitta per imprimere un movimento alla slitta quando viene ruotata; ed un motore (26) che à ̈ meccanicamente accoppiato ad una estremità della vite (25) per portare la vite (25) in rotazione.
- 5) Strumento (11) di controllo secondo la rivendicazione 4, in cui il sensore (22) di posizione à ̈ un encoder angolare che à ̈ meccanicamente collegato al motore (26) oppure alla vite (25).
- 6) Strumento (11) di controllo secondo la rivendicazione 4 o 5 e comprendente un corpo (19) scatolato che à ̈ fissato ad una estremità superiore del telaio (13), alloggia il motore (26) e l’unità (23) di elaborazione, e, preferibilmente, à ̈ meccanicamente collegato al dispositivo (17) di sostegno.
- 7) Strumento (11) di controllo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6 e comprendente un sensore (27) di contatto che à ̈ accoppiato ad almeno un piedino (14), à ̈ collegato alla unità (23) di elaborazione, e rileva se à ̈ effettivamente presente un contatto del piedino (14) con la parete (12) verticale; l’unità (23) di elaborazione rileva il profilo della parete (12) verticale solo quando il sensore (27) di contatto rileva che à ̈ effettivamente presente un contatto del piedino (14) con la parete (12) verticale.
- 8) Strumento (11) di controllo secondo la rivendicazione 7, in cui il sensore (27) di contatto rileva la conducibilità elettrica esistente tra almeno due piedini (14) distinti attraverso la piastra (10).
- 9) Strumento (11) di controllo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8 e comprendente un inclinometro (28) che à ̈ collegato alla unità (23) di elaborazione e rileva l’angolo di inclinazione del telaio (13) rispetto alla verticale.
- 10) Metodo per monitorare una piastra (10) di una lingottiera (4) in un impianto (1) di colata continua; il metodo comprende la fase di appoggiare un dispositivo (17) di sostegno che à ̈ solidale ad un telaio (13) rigido provvisto di una pluralità di piedini (14) ad una parete (18) superiore orizzontale della piastra (10) in modo tale che i piedini (14) si appoggino ad una parete (12) verticale della piastra (10); il metodo à ̈ caratterizzato dal fatto di comprendere le ulteriori fasi di: spostare lungo un percorso (P) di misura verticale un distanziometro (20) rivolto verso la parete (12) verticale per misurare una distanza (D) rispetto alla parete (12) verticale stessa; rilevare la posizione del distanziometro (20) lungo il percorso (P) di misura verticale mediante un sensore (22) di posizione; correlare la distanza (D) rispetto alla parete (12) verticale misurata dal distanziometro (20) con la posizione del distanziometro (20) lungo il percorso (P) di misura verticale misurata dal sensore (22) di posizione per ricostruire un profilo della parete (12) verticale.
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