Ricottura in batch a condotto unico e in batch a più condotti

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La ricottura è un processo durante il quale metalli, vetro e altri materiali vengono sottoposti ad un trattamento che li rende meno fragili e più malleabili. Nel settore siderurgico, l’acciaio viene riscaldato e controllato a livello di profilo, con tempi e temperature che variano a seconda delle proprietà che questo materiale deve raggiungere tra cui una maggiore duttilità e l’eliminazione di tensioni che compromettono il funzionamento operativo.

Ricottura in batch a condotto unico

Al contrario della ricottura continua, dove il nastro di acciaio viene sbobinato, trattato e riavvolto in circa 15 minuti, la ricottura in batch prevede il riscaldamento delle bobine intatte in piccoli forni per circa 3 giorni.

Le bobine vengono in genere impilate a gruppi di quattro o cinque su basi fisse, coperte e sistemate sotto forni mobili. La figura 1 mostra un tipico esempio di forno di ricottura a gas a condotto unico. Le bobine pesano tra le 10 e le 20 tonnellate.

Lo spazio che separa il coperchio interno dal forno viene riscaldato mediante combustione gas/aria mentre l’HNX interno al coperchio viene fatto circolare mediante ventole che convogliano il calore verso le bobine. I bruciatori si trovano in posizione tangenziale attorno al perimetro del forno. Il forno dispone di connettori a montaggio rapido per la connessione alla rete del gas, al motore di azionamento della valvola di controllo elettrico e alle termocoppie. (Figura 1 Forno di ricottura a condotto unico)

Per velocizzare il raffreddamento dopo l’immersione, l’HNX viene raffreddato con uno scambiatore di calore.

Controllo atmosfera

Al fine di prevenire l’ossidazione del nastro, l’atmosfera che circonda il nastro all’interno dei forni è costituita da una miscela controllata di H2 e N2 (la dissociazione dell’ammoniaca NH3 produce il 5% di H2 e il 95% di N2) sebbene a volte venga utilizzato anche il solo idrogeno a causa della sua maggiore conduttività. Gli stessi forni sono sigillati a tenuta di gas e ciascuno di essi è mantenuto stabile a una pressione leggermente positiva.

Controllo dei profili termici e della ricottura

Con una base di ricottura in batch a condotto singolo sono necessari solo due loop di controllo mentre tutte le informazioni rilevanti sulla base devono essere a disposizione del sistema di supervisione.

Le valvole del gas e dell’aria sono collegate meccanicamente per garantire il giusto rapporto sull’intero corso. Uscita di controllo va a pilotare attraverso due uscite digitali il servomotore della valvola motorizzata (normalmente) del gas. Verrà utilizzato un algoritmo di velocità che con l’inserimento del valore di targa del servomotore (tempo dell’intera corsa da 0 a 100%) sia in grado di determinare la posizione dell’otturatore della valvola. Il regolatore del gas sarà lo slave del loop master di temperatura.

Il setpoint del regolatore della temperatura è un profilo che rappresenta il ciclo di rinvenimento (trattamento). I valori dei parametri che definiscono il ciclo vengono scaricati nel regolatore dall’operatore che decide il rinvenimento. Questi valori comprendono:

Grado di rinvenimento
Velocità di rampa
Temperatura di immersione
Tempo di immersione
Bias HNX
Temperatura del nastro

Una volta scaricato il profilo nello strumento, il regolatore si attiene automaticamente al profilo della temperatura selezionato. Inizialmente il loop di controllo interviene sulla temperatura dell’HNX ma la rampa viene “congelata” se la differenza di temperatura tra l’HNX e l’acciaio (termocoppia inferiore) supera un valore predeterminato. La rampa prosegue fin quando l’HNX non raggiunge la temperatura di immersione dell’acciaio più quella bias dell’HNX, dopo di che il loop di controllo interviene sulla temperatura dell’acciaio. A questo punto si attiva un timer di immersione che, allo scadere del tempo previsto, chiude la valvola del gas. L’acciaio si raffredda naturalmente fino al raggiungimento della temperatura di raffreddamento accelerato (nello specifico 550°C) in corrispondenza della quale viene azionata la ventola per accelerare il processo di raffreddamento. A circa 100°C la ventola viene spenta ed è possibile rimuovere il forno.

Durante il ciclo il regolatore prende nota delle seguenti informazioni:

Grado di rinvenimento
Velocità di rampa
Inizio ciclo
Inizio immersione
Controllo dell’acciaio
Fine immersione
Gas utilizzato
Sovratemperatura HNX
Sovratemperatura dell’acqua di raffreddamento
Ventola base accesa

L’approccio Eurotherm al processo di ricottura in batch a condotto singolo offre:

Controllo del gas arricchito
Rigoroso controllo della temperatura onde evitare sovraccarichi
Utilizzo ottimale del gas atmosfera
Numero illimitato di ricette che riducono al minimo gli errori dell’operatore e consentono l’immissione di tipi di materiali a scelta
Report personalizzati ed efficaci sui batch allo scopo di fornire dati preziosi per la produzione
Possibilità di espansione ad altre basi di ricottura ad un prezzo vantaggioso

Ricottura in batch a più condotti

Non tutti i forni di ricottura presentano un unico condotto. La figura 2 mostra un forno di ricottura a più condotti. Questo particolare tipo di forno è indicato per la ricottura ad alte temperature (oltre i 1000°C) di acciaio elettrico utilizzato in trasformatori e applicazioni specialistiche. Come gas atmosfera viene utilizzato l’idrogeno mentre nei forni viene utilizzato il riscaldamento elettrico.

I forni sono costituiti da otto batterie, ciascuna delle quali si compone di quattro basi e ciascuna base è composta da quattro pile di due bobine ciascuna.

Ciascuna batteria di quattro basi dispone di due fonti di alimentazione elettrica in modo da poter riscaldare solo due basi alla volta. Pertanto, in condizioni normali vengono scaldate due basi, una che raffredda e l’altra che viene caricata o scaricata. (Figura 2 Forno di ricottura a più condotti)

I forni, che sono mobili per poter essere utilizzati su qualsiasi base, sono dotati di quattro zone di riscaldamento e di una quinta nel pavimento della base. Per ciascuna alimentazione elettrica, le cinque zone di riscaldamento sono controllate in modalità on/off o a tempo proporzionale. Un modulo di controllo dell’alimentazione seleziona e memorizza gli ingressi analogici dalle basi appropriate a seconda dell’alimentazione che viene utilizzata, e a scopo di controllo calcola la media delle due misurazioni della temperatura della base.

Il modulo di controllo prevede anche le seguenti funzioni:

Viene calcolata la temperatura media della zona e la si utilizza in caso di guasto della termocoppia di una zona
Quando la temperatura di tutte le zone supera i 610°C viene impostato un indicatore di abilitazione all’idrogeno
Vengono controllati gli ingressi digitali delle fonti di alimentazione (per ciascuna fonte di alimentazione deve essere selezionata una sola base e ad una base deve essere collegata un’unica fonte di alimentazione)

Un modulo di controllo supplementare consente di monitorare lo stato degli elementi riscaldanti delle varie zone. La corrente effettiva di ciascuna fase di ciascun elemento di zona viene confrontata con l’effettiva richiesta. Se la corrente, quando attivata, indica un circuito aperto (resistenza elevata) o, quando disattivata, indica una corrente elevata (contatto saldato), si attiva un allarme discrepanza. Vengono sommate tutte le correnti al fine di garantire una potenza totale istantanea.