ITMI20060666A1

ITMI20060666A1 - Impianto di laminazione

Info

Publication number: ITMI20060666A1
Application number: IT000666A
Authority: IT
Inventors: Simone Barcherini; Gianluca Bazzaro; Milorad Pavlicevic; Alfredo Poloni
Original assignee: Danieli Off Mecc
Priority date: 2006-04-05
Filing date: 2006-04-05
Publication date: 2007-10-06
Also published as: DE602007011914D1; CN101448586B; WO2007113277A1; US20090165517A1; US8424354B2; EP2012944A1; CN101448586A; ATE494967T1; EP2012944B1

Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo:

Impianto di laminazione’

Campo dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un impianto di laminazione, in particolare per una laminazione a caldo di prodotti metallici, quali ad esempio nastri in acciaio al carbonio senza microleganti.

Stato della tecnica

Sono noti diversi impianti di laminazione a caldo per la produzione di prodotti metallici, quali ad esempio nastri.

In tali impianti sono previsti lungo la linea di laminazione:

- una gabbia sbozzatrice per sbozzare il prodotto colato, quale una bramma, proveniente dalla macchina di colata;

- un forno di riscaldo o un tunnel di mantenimento della temperatura del prodotto;

- un treno pre-finitore, comprendente ad esempio tre o quattro gabbie, per una pre-finitura del prodotto;

- un treno finitore, comprendente ad esempio due o tre gabbie, per la finitura del prodotto.

Generalmente questi impianti presentano un treno pre-finitore e finitore rispettivamente provvisti di gabbie di laminazione standard; alcuni impianti dell’arte nota prevedono di utilizzare gabbie finitrici asimmetriche, ovvero aventi rulli di lavoro di diametro differente l’uno dall’altro, al fine di migliorare la microstruttura finale del nastro. In particolare, dette gabbie prevedono il cilindro o rullo di lavoro superiore di diametro più piccolo rispetto a quello inferiore; inoltre, l’unico cilindro dotato di motorizzazione è quello inferiore avente diametro maggiore, mentre l’altro ruota folle trascinato dal nastro in movimento.

Un esempio di un tale impianto di laminazione a caldo è descritto nel documento JP60141306.

Uno svantaggio degli impianti di laminazione a caldo dello stato della tecnica è che essi forniscono in uscita un nastro avente proprietà meccaniche ancora modeste. Per ottenere un nastro in acciaio di qualità superiore risulta necessario sottoporre lo stesso nastro ad un processo di laminazione a freddo, comportando ulteriori tempi e costi di produzione. E’ pertanto sentita l'esigenza di realizzare un impianto di laminazione che consenta di superare il suddetto inconveniente.

Sommario dell’invenzione

Scopo primario della presente invenzione è quello di realizzare un impianto di laminazione a caldo di nastro d’acciaio in cui almeno una gabbia del treno finitore è in grado di variare, sotto carico, le velocità periferiche dei cilindri di lavoro in maniera indipendente l’uno dall'altro. In tal modo si possono imporre scorrimenti diversi alla microstruttura superiore rispetto a quella inferiore del nastro e, quindi, ottenere, già con la laminazione a caldo, un nastro laminato avente una struttura interna molto fine e caratteristiche meccaniche paragonabili a quelle ottenibili con la laminazione a freddo. In tal modo il prodotto laminato a caldo presenta già le caratteristiche di un prodotto finito per cui è direttamente impiegabile senza necessità di ulteriori trattamenti.

Secondo un primo aspetto dell’invenzione gli scopi sopra discussi vengono raggiunti realizzando almeno una gabbia di laminazione, di tipo a quarto o a sesto che, conformemente alla rivendicazione 1, è atta a realizzare una finitura di un prodotto metallico, in particolare di nastro di acciaio, comprendente cilindri di lavoro inferiore e superiore, il cilindro di lavoro superiore avente diametro minore rispetto al cilindro inferiore, ciascuno di detti cilindri di lavoro essendo atto ad essere messo in rotazione da rispettivi mezzi motori indipendentemente l’uno dall’altro, così da consentire di variare, a seconda delle necessità di processo, le velocità periferiche di entrambi detti cilindri di lavoro.

Un secondo aspetto dell’invenzione prevede di realizzare un impianto di laminazione a caldo per la produzione di prodotti metallici, in particolare di nastro di acciaio, definente una direzione di laminazione, che, conformemente alla rivendicazione 7, comprende, disposti nel senso della direzione di laminazione,

un gruppo pre-finitore, atto a realizzare una prefinitura del prodotto metallico, comprendente una pluralità di gabbie di laminazione pre-finitrici, un gruppo finitore, atto a realizzare una finitura del prodotto metallico, comprendente almeno due gabbie di laminazione finitrici aventi rispettivi cilindri di lavoro superiori di diametro minore a quello dei cilindri di lavoro inferiori, in cui almeno una gabbia di laminazione finitrice prevede che i cilindri di lavoro inferiore e superiore siano atti ad essere messi in rotazione da rispettivi mezzi motori indipendentemente l’uno dall’altro, così da consentire di variare autonomamente, a seconda delle necessità di laminazione, le velocità periferiche di ciascuno dei cilindri di lavoro.

La struttura interna del nastro ottenuta con l'impianto di laminazione dell’invenzione conferisce all’acciaio elevate caratteristiche meccaniche, ed in particolare:

- una resistenza allo snervamento di oltre 600 MPa, circa il doppio rispetto ad acciai trattati secondo processi di laminazione a caldo convenzionali;

- una resistenza meccanica massima di oltre 850 MPa;

- un allungamento almeno pari al 30%, circa la metà rispetto ad acciai trattati secondo processi convenzionali;

- una maggiore tenacità;

- una più elevata resistenza a fatica;

- una migliore resistenza alla corrosione;

- una maggiore riciclabilità, grazie al basso contenuto di lega.

Vantaggiosamente l’utilizzo, in almeno una gabbia di laminazione del treno finitore, di cilindri di lavoro, in inglese “Work Rolls”, aventi diametri diversi e provvisti di una propria motorizzazione indipendente l’una dall’altra permette di avere un grado di libertà aggiuntivo: la possibilità di variare, a seconda delle necessità di processo, e controllare le velocità periferiche di entrambi i cilindri.

Variando, sotto carico, le rispettive velocità dei cilindri di lavoro in modo indipendente è possibile imporre scorrimenti diversi dei grani sulla parte superiore ed inferiore del nastro, cosa non possibile in presenza di una motorizzazione singola. Il fatto di agire sul differenziale di velocità dei cilindri o rulli di lavoro consente, vantaggiosamente, di ottenere i seguenti vantaggi:

- possibilità di rendere più “nobili”, dal punto di vista delle caratteristiche resistenziali, materiali inizialmente poco pregiati, come ad esempio un acciaio a basso tenore di carbonio senza microleganti;

- possibilità di aumentare l’efficacia della deformazione attraverso la modalità di. scorrimento dei grani imposta;

- possibilità di ottenere la granulometria finale desiderata in funzione del tipo di acciaio in ingresso;

- possibilità di ottenere un grano più o meno fine a parità dell’intensità di raffreddamento in uscita dalla gabbia;

- possibilità di compensare un'eventuale mancanza di adeguato raffreddamento;

- possibilità di recuperare l'usura dei cilindri di lavoro, ossia si può compensare la diminuzione di diametro aumentando la velocità del cilindro; - possibilità di “assorbire” eventuali disomogeneità geometriche in ingresso;

- possibilità di gestire efficacemente le teste e le code del nastro che di norma presentano differenti temperature, in questo modo riuscendo a ridurre gli scarti di prodotto;

- possibilità di controllare i difetti di planarità del nastro;

- possibilità di ottenere un impianto molto più flessibile alla luce dei punti suddetti.

Le rivendicazioni dipendenti descrivono realizzazioni preferite dell’invenzione.

Breve descrizione delle Figure

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, di un impianto di laminazione illustrato, a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio delle unite tavole di disegno in cui:

la Figura 1 rappresenta schematicamente una vista laterale di una prima forma di realizzazione dell’impianto dell’invenzione;

la Figura 2a rappresenta schematicamente una vista laterale di parte dell’impianto di Fig. 1;

le Figure 2b e 2c rappresentano schematicamente viste laterali di varianti di una seconda forma di realizzazione di parte dell’impianto dell’invenzione;

la Figura 2d rappresenta schematicamente una vista laterale di una ulteriore variante di parte dell’impianto;

la Figura 3 rappresenta schematicamente una vista laterale di una terza forma di realizzazione deirimpianto dell’invenzione;

le Figure da 4a a 4d rappresentano varianti dell’impianto di Fig. 3;

la Figura 5 rappresenta schematicamente componenti di una gabbia di laminazione dell’impianto dell’invenzione;

le Figure 6a e 6b illustrano una vista trasversale dei cilindri in funzionamento rispettivamente nel caso di una gabbia di tipo noto e nel caso di una gabbia secondo l’invenzione.

Descrizione in dettaglio di forme di realizzazione preferite dell’invenzione Con riferimento alla Fig. 1 è rappresentato un impianto di laminazione, globalmente indicato con il riferimento 50, comprendente:

- un rullo verticale 1 ai bordi, noto come “Vertical Edger”, atto a posizionare il prodotto colato, ad esempio una bramma, in asse di laminazione prima dell'ingresso nel treno;

- una gabbia sbozzatrice 2 di tipo noto;

- un forno di riscaldo o tunnel 3 di mantenimento della temperatura, coibentato, di lento raffreddamento;

- un treno pre-finitore 4 comprendente un predeterminato numero di gabbie di tipo classico, cioè aventi un solo motore per azionare entrambi i rulli di lavoro tramite scatola ad ingranaggi;

- un treno finitore 5 comprendente un predeterminato numero di gabbie, generalmente da due a tre, preferibilmente due.

In alternativa, tutte le gabbie a valle del forno di riscaldo o tunnel di mantenimento 3 possono essere gabbie finitrici. Le gabbie possono essere, ad esempio, del tipo a quarto o a sesto.

All’uscita di ogni gabbia del treno finitore 5 è previsto, come noto, un dispositivo di raffreddamento 10 del prodotto laminato.

In una prima forma di realizzazione preferita, illustrata in Figura 1, il treno pre-finitore 4 comprende quattro gabbie; preferibilmente il numero di dette gabbie può variare da due a quattro. Le gabbie del treno finitore 5 sono invece almeno due. Queste gabbie 5’, 5” hanno i cilindri di lavoro superiori 6 di diametro minore di quello dei cilindri di lavoro inferiori 7 e, vantaggiosamente, entrambe le coppie dei cilindri di lavoro 6, 7 sono provviste per ciascuno dei cilindri di una rispettiva motorizzazione indipendente dalle altre, come illustrato anche nello schema di Fig. 2a.

I motori di azionamento dei cilindri di lavoro sono preferibilmente del tipo a corrente alternata e dotati ciascuno di un invertitore per il controllo del numero di giri.

Vantaggiosamente uno dei motori dei cilindri di lavoro è dotato di un dispositivo di frenatura (non illustrato), per esempio a correnti parassite, che consente di frenare i cilindri al fine di garantire elevati valori di decelerazione, quando questi sono richiesti dal processo.

In una seconda forma di realizzazione, illustrata in Figura 2c, la prima gabbia 5’ del treno finitore ha il cilindro di lavoro inferiore 9, di diametro maggiore, che ruota folle mentre solo il cilindro di lavoro superiore 8, di diametro inferiore, è motorizzato. L’ultima gabbia ha i cilindri di lavoro 6, 7 con doppia motorizzazione indipendente, in accordo con la presente invenzione.

Questa configurazione permette di ottenere i seguenti vantaggi:

- nella prima gabbia viene utilizzato un solo motore e una sola allunga con risparmio sui costi di investimento e di esercizio, in quanto si richiede una ridotta manutenzione;

- rispetto alla soluzione deH’arte nota, in cui viene motorizzato il cilindro di diametro maggiore, si ottiene un’ulteriore riduzione di coppia e forza. In questo caso, nella prima gabbia solo la velocità angolare del cilindro di lavoro 8 motorizzato può essere controllata, poiché l’altro cilindro di lavoro 9 viene trascinato per attrito dal prodotto laminato.

Secondo una variante, illustrata in Fig. 2b, la gabbia con il solo cilindro di lavoro superiore 8, più piccolo, motorizzato viene posta a valle della gabbia avente entrambi i cilindri di lavoro 6, 7 motorizzati indipendentemente.

In accordo con una ulteriore variante, illustrata in Fig. 2d, tutte le gabbie del treno finitore hanno il solo cilindro di lavoro superiore 8, più piccolo, motorizzato.

Sia nella prima che nella seconda forma di realizzazione dell’invenzione i cilindri appoggio 11, 12, previsti in ciascuna gabbia finitrice, hanno pari diametro.

Una terza vantaggiosa forma di realizzazione dell'invenzione, illustrata in Figura 3, prevede l’utilizzo nelle gabbie finitrici 5’, 5” di cilindri di appoggio 11, 12, noti anche come BUR dall’inglese “Back-Up Rolls”, aventi differente diametro tra loro.

I cilindri di appoggio con diametro differente possono essere previsti per una o per entrambe le gabbie finitrici.

Questa soluzione con cilindri di appoggio di differente diametro, che prescinde dal tipo di motorizzazione, singola o doppia, dei cilindri di lavoro, secondo le forme di realizzazione illustrate nelle Figure da 4a a 4d corrispondenti a quelle illustrate nelle Figure da 2a a 2d, permette di migliorare la rigidità complessiva delle gabbie di laminazione che presentano cilindri di lavoro asimmetrici, cioè di differente diametro.

Nel caso rappresentato in Figura 6a (soluzione dell’arte nota) le rigidità flessionali tra la parte superiore e la parte inferiore della gabbia sono diverse; questo fenomeno comporta cedimenti elastici differenti e quindi deformazioni diverse tra le fibre del nastro e una forma geometrica finale del nastro in disaccordo con gli standard di fornitura del prodotto finito. Per annullare questo effetto indesiderato, questa terza forma di realizzazione prevede di aumentare il diametro di uno dei due cilindri di appoggio in modo da recuperare rigidità. In particolare, il cilindro di appoggio superiore 11, adiacente al cilindro di lavoro 8,6 di diametro più piccolo, avrà un diametro maggiore del cilindro di appoggio inferiore 12, adiacente al cilindro di lavoro 9,7 di diametro più grande. In tal modo si ottengono uguali deformazioni tra le fibre del nastro e una forma geometrica finale del nastro in accordo con gli standard di fornitura del prodotto finito. Sperimentalmente si è riscontrato come si possano ottenere ottimi risultati di rigidità flessionali se i diametri dei cilindri di appoggio e di lavoro di una singola gabbia soddisfano la relazione seguente:

dBUR.t<4>dwR.t<4 =>dBUR.b<4>dwR,b<4>|

dove

deuR,t= diametro del cilindro di appoggio (BUR) superiore 11 (“top” in inglese);

dwR.t = diametro del cilindro di lavoro (WR) superiore 8,6 (“top”); deuR.b= diametro del cilindro di appoggio (BUR) inferiore 12 (“bottom” in inglese);

dwR,b= diametro del cilindro di lavoro (WR) inferiore 9,7 (“bottom”).

Ad esempio, come rappresentato nel caso illustrato in Figura 6b, noti dwR, t = 560 mm

dwR, b = 680 mm

deuR,b = 1450 mm

si determina:

deuR,t = 1459 mm.

Tutte le forme di realizzazione dell’invenzione sopra descritte possono vantaggiosamente prevedere un meccanismo di “Crossing” del cilindro di appoggio, ossia un meccanismo per regolare l'inclinazione del cilindro rispetto al piano di laminazione, in modo da ottenere un maggiore controllo della planarità del nastro.

Inoltre, il profilo dei cilindri di lavoro delle gabbie può essere sagomato con un profilo CVC, ossia un profilo “Continuosly Variable Crown”.

Un ulteriore aspetto dell’invenzione riguarda il sistema di raffreddamento del nastro, previsto all’uscita dalle gabbie di laminazione del treno finitore 5. Il raffreddamento richiesto dal processo deve garantire un elevato rateo di asportazione del calore e le soluzioni dell’arte nota prevedono di utilizzare elevatissime portate d’acqua attraverso dispositivi complessi e costosi. L'impianto, oggetto della presente invenzione, invece prevede di utilizzare altri liquidi al posto dell’acqua, come ad esempio liquidi polimerici a base organica. Queste sostanze hanno un calore specifico superiore all’acqua, per cui a parità di energia da asportare ne è sufficiente una portata inferiore. Minori portate richieste per il raffreddamento comportano vantaggiosamente potenze inferiori per il pompaggio e quindi dispositivi di raffreddamento più compatti e meno costosi, riducendo Così i costi di realizzazione e gestione dell’impianto.

L’intenso raffreddamento all’uscita da ogni gabbia permette di ritardare la nucleazione di nuovi grani mantenendo una temperatura “bassa” e cioè nell’intorno di Ar3, ossia della temperatura di transizione dalla fase a alla fase γ nel diagramma di stato Ferro-Carbonio. Il raffreddamento permette quindi di mantenere inalterata la dimensione dei grani ottenuta in uscita dalla gabbia di laminazione.

Vantaggiosamente la struttura interna dell’acciaio laminato mediante l'impianto dell'invenzione consente a detto acciaio di poter essere impiegato per sostituire e/o affiancare gli acciai “dp”, ossia gli acciai “Dual Phase” quali gli acciai ferritico-martensitici, e gli acciai “trip” (TRansformation Induced Plasticity), prodotti quasi esclusivamente ad uso e consumo dell’industria automobilistica.

Gli acciai dp e trip hanno ottime caratteristiche meccaniche tuttavia: - sono difficili da lavorare e trasformare nell’industria automobilistica (saldabilità, stampabilità);

- nello stampaggio comportano una rapida usura del punzone e della matrice, che rappresenta il maggior costo nella produzione di lamiere per automobili;

- sono molto costosi (circa il 20% in più di un acciaio equivalente) perché hanno un elevato contenuto di lega;

- la loro produzione richiede particolari accorgimenti.

L’utilizzo dell’acciaio laminato con l'impianto dell’invenzione permette quindi di superare anche questi inconvenienti.

I modi particolari di realizzazione qui descritti non limitano il contenuto di questa domanda che copre tutte le varianti dell’invenzione definite dalle rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Gabbia di laminazione (5’, 5"), di tipo a quarto o a sesto, atta a realizzare una finitura di un prodotto metallico, in particolare di nastro di acciaio, comprendente cilindri di lavoro inferiore (7) e superiore (6), il cilindro di lavoro superiore (6) avente diametro minore rispetto al cilindro inferiore (7), ciascuno di detti cilindri di lavoro (6, 7) essendo atto ad essere messo in rotazione da rispettivi mezzi motori indipendentemente l’uno dall’altro, così da consentire di variare, a seconda delle necessità di processo, le velocità periferiche di entrambi detti cilindri di lavoro (6, 7).
2. Gabbia di laminazione secondo la rivendicazione 1, comprendente cilindri di appoggio (11, 12) aventi differente diametro l’uno dall’altro.
3. Gabbia di laminazione secondo la rivendicazione 2, in cui il cilindro di appoggio superiore (11), adiacente al cilindro di lavoro superiore (6, 8), ha un diametro maggiore di quello del cilindro di appoggio inferiore (12), adiacente al cilindro di lavoro inferiore (7, 9).
4. Gabbia di laminazione secondo la rivendicazione 3, in cui i diametri dei rispettivi cilindri di appoggio (11, 12) e di lavoro (6, 7, 8, 9) soddisfano la relazione seguente: dBuR,t<4>+ dWR,t<4>= dBUR,b<4>+ dWR,b<4>, dove dBuR,t= diametro del cilindro di appoggio superiore (11), dwR,t= diametro del cilindro di lavoro superiore (6, 8), dBuR,b= diametro del cilindro di appoggio inferiore (12), dwR.b= diametro del cilindro di lavoro inferiore (7, 9).
5. Gabbia di laminazione secondo la rivendicazione 1, in cui i cilindri di lavoro sono sagomati con un profilo “Continuosly Variable Crown”.
6. Gabbia di laminazione secondo la rivendicazione 1, in cui i cilindri di appoggio sono provvisti di un meccanismo di “Crossing”.
7. Impianto di laminazione a caldo per la produzione di prodotti metallici, in particolare di nastro di acciaio, definente una direzione di laminazione, comprendente, disposti nel senso della direzione di laminazione, un gruppo pre-finitore (4), atto a realizzare una pre-finitura del prodotto metallico, comprendente una pluralità di gabbie di laminazione prefinitrici, un gruppo finitore (5), atto a realizzare una finitura del prodotto metallico, comprendente almeno due gabbie di laminazione finitrici, aventi rispettivi cilindri di lavoro superiori (6, 8) di diametro minore a quello dei cilindri di lavoro inferiori (7, 9), in cui almeno una gabbia di laminazione finitrice prevede che i cilindri di lavoro inferiore (7) e superiore (6) siano atti ad essere messi in rotazione da rispettivi mezzi motori indipendentemente l’uno dall’altro, così da consentire di variare autonomamente, a seconda delle necessità di laminazione, le velocità periferiche di ciascuno dei cilindri di lavoro (6, 7).
8. Impianto secondo la rivendicazione 7, in cui tutte le gabbie di laminazione del gruppo finitore (5) hanno i cilindri di lavoro (6, 7) ciascuno provvisto di un mezzo motore indipendente.
9. Impianto secondo la rivendicazione 7, in cui almeno una gabbia di laminazione del gruppo finitore (5) ha il cilindro di lavoro inferiore (9) ruotante folle e il cilindro di lavoro superiore (8) atto ad essere messo in rotazione da un relativo mezzo motore.
10. Impianto secondo la rivendicazione 7, in cui il gruppo pre-finitore (4) comprende da due a quattro gabbie.
11. Impianto secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui i mezzi motori di azionamento dei cilindri di lavoro (6, 7) sono motori a corrente alternata e dotati ciascuno di un invertitore di controllo del numero di giri.
12. Impianto secondo la rivendicazione 11, in cui uno dei motori dei cilindri di lavoro (6, 7) è dotato di un dispositivo di frenatura a correnti parassite.
13. Impianto secondo una o più delle rivendicazioni da 7 a 12, in cui le gabbie (5’, 5”) del gruppo finitore (5) comprendono cilindri di appoggio (11, 12) aventi diametro differente tra loro.
14. Impianto secondo la rivendicazione 13, in cui il cilindro di appoggio superiore (11), adiacente al cilindro di lavoro superiore (8, 6), ha un diametro maggiore di quello del cilindro di appoggio inferiore (12), adiacente al cilindro di lavoro inferiore (9, 7).
15. Impianto secondo una o più delle rivendicazioni da 7 a 14, in cui i cilindri di lavoro delle gabbie hanno un profilo sagomato del tipo “Continuosly Variable Crown”.
16. Impianto secondo una o più delle rivendicazioni da 7 a 15, comprendente dispositivi di raffreddamento (10) del prodotto metallico atti ad utilizzare liquidi di raffreddamento polimerici a base organica.
17. Impianto secondo una o più delle rivendicazioni da 7 a 16, comprendente un meccanismo di “Crossing” dei cilindri di appoggio.
18. Impianto secondo una o più delle rivendicazioni da 7 a 17, in cui almeno due gabbie di laminazione (5’, 5”) del gruppo finitore hanno rispettivi cilindri di lavoro inferiore (7) e superiore (6) atti ad essere messi in rotazione da mezzi motori indipendentemente l’uno dall’altro.
19. Impianto secondo una o più delle rivendicazioni da 7 a 18, comprendente a monte dei gruppi pre-finitore (4) e finitore (5) una gabbia sbozzatrice (2) per sbozzare il prodotto colato, in particolare una bramma, proveniente dalla macchina di colata e un forno di riscaldo o tunnel di mantenimento (3) della temperatura del prodotto colato.