Linee di galvanizzazione e di ricottura continua

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Ricottura continua

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. La ricottura continua dell’acciaio sottopone il prodotto laminato in nastri a una sequenza di forni allo scopo di innalzare e profilare la temperatura del nastro per grado e dimensioni. Il risultato finale è una maggiore duttilità e l’eliminazione di tensioni che compromettono il funzionamento operativo.

La figura 1 mostra la struttura lineare di una linea di ricottura continua. Poiché la lunghezza complessiva del nastro nel sistema dei forni è di alcuni chilometri, i forni sono verticali e il nastro compie diverse anse all’interno di ciascun forno.

Le linee di ricottura continua presentano le seguenti funzioni:

Accumulatori
Varietà di forni
Controllo atmosfera
Arresto linea

Accumulatori

Gli accumulatori forniscono aree di stoccaggio tra bobine statiche di acciaio (“svolgimento” in corrispondenza dell’ingresso e “avvolgimento” in corrispondenza dell’uscita) e il nastro continuo che percorre le sezioni del forno. Quando la bobina di alimentazione vuota si ferma, viene sostituita con una nuova bobina piena e i nastri vengono saldati insieme, l’accumulatore in ingresso si svolge per creare un nastro continuo. Allo stesso modo l’accumulatore in uscita si avvolge su se stesso mentre la bobina piena viene scaricata in corrispondenza dell’uscita. (Figura 1 Linea di ricottura continua)

Ricottura continua

Le linee di ricottura continua presentano le seguenti funzioni:

Accumulatori
Varietà di forni
Controllo atmosfera
Arresto linea

Accumulatori

Varietà di forni

I forni sono un elemento essenziale per conferire all’acciaio le proprietà desiderate mediante riscaldamento a temperature e profili specifici, determinando in questo modo la struttura granulare del metallo, preparandolo ai successivi processi di lavorazione quali la galvanizzazione.

Nel forno di riscaldamento, il nastro freddo viene riscaldato alla temperatura più elevata del profilo di ricottura. A causa del rischio di contaminazione dell’ossigeno e di hotspot dovuti alla lunghezza di fiamma, il calore viene trasmesso al nastro utilizzando tubi radianti in ceramica alimentati a gas.

Per mantenere costante la temperatura del nastro è necessario un forno a pozzo riscaldato elettricamente.

La prima sezione di raffreddamento primario è rappresentata dalla camera di raffreddamento lento dove due ventilatori a velocità variabile fanno circolare il gas atmosfera attraverso due scambiatori di calore raffreddati ad acqua. La seconda sezione di raffreddamento primario è la camera di raffreddamento rapido in cui il nastro viene raffreddato da una ventola a velocità variabile e la durata del raffreddamento dipende dalle posizioni di tre valvole di tiraggio distribuite lungo la sua lunghezza verticale. Questa camera è anche divisa verticalmente per il controllo del profilo di temperatura sulla larghezza del nastro utilizzando un pirometro a scansione.

La camera di sovrainvecchiamento fornisce il riscaldamento elettrico necessario a mantenere il nastro a una temperatura intermedia.

La sezione di raffreddamento secondario raffredda il nastro per mezzo di ventole a cascata a velocità variabile che diffondono il gas atmosfera di ricircolo raffreddato da scambiatori di calore raffreddati ad acqua.

Il raffreddamento finale si ottiene mediante nebulizzazione e immersione in acqua.

Arresto linea

Ai fini della produttività si consiglia di mantenere sempre in movimento il nastro attraverso i forni. Tuttavia è inevitabile che possano verificarsi guasti e che il nastro si fermi. In questa fase vi è il rischio che il nastro si surriscaldi e si rompa causando danni ancora più gravi.

Il sistema di controllo, pertanto, si attiva e interviene in caso di velocità ridotta della linea, decelerazione della linea e arresto della linea. Questi interventi essenziali hanno lo scopo di ridurre al minimo l’accensione del forno di riscaldamento e mantenere costante la pressione del gas atmosfera per il raffreddamento del nastro.

Controllo atmosfera

Per 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. Gli stessi forni sono sigillati a tenuta di gas e ciascuno di essi è mantenuto stabile a una pressione leggermente positiva.

Funzionamento

L’impianto ha tre modalità normali di funzionamento illustrate nella figura 2.

Modalità modello linea
Modalità standby nastro
Controllo zona

In modalità modello linea, il sistema di supervisione di modello mostra i setpoint relativi a velocità, tensione, temperatura della zona e valvola di tiraggio nonché altre uscite dipendenti dal calibro, dalla larghezza e dal rinvenimento del nastro in questione. Il sistema di supervisione calcola e ottimizza i setpoint del regolatore che prevede algoritmi complessi con feedback e feedforward. Se ad esempio una bobina appena caricata risulta più larga e più pensante del nastro in uso, il database dei modelli ipotizza (partendo da rilevatori saldati) quando il nuovo nastro entrerà nel forno di riscaldamento. Aumenterà poi anticipatamente (feedforward) i setpoint della temperatura di zona del forno e anche la velocità della linea per far sì che il nastro in uso non si surriscaldi. Quando il nastro in uso esce dai forni caldi, la velocità viene ridotta per consentire al nuovo nastro più pesante di restare più a lungo nel forno di riscaldamento. (Figura 2 Modalità operative)

In modalità standby nastro, non vengono utilizzati regolatori della temperatura. La richiesta di combustione per ciascuna zona viene definita dal regolatore della temperatura del nastro successivo, si veda la figura 3. In questa modalità le zone vengono aumentate progressivamente da diversi punti di partenza al fine di garantire una risposta termica uniforme.

In modalità controllo zona, vengono utilizzati regolatori della temperatura con setpoint locali.

La scelta della modalità operativa è responsabilità dell’operatore di ciascun forno. In determinate circostanze, tuttavia, vengono adottati immediatamente provvedimenti automatici. Se ad esempio la velocità della linea scende al di sotto di un certo limite, la modalità standby nastro viene automaticamente deselezionata poiché il valore indicato dal pirometro non è più rappresentativo. I setpoint del regolatore di zona vengono ridotti (se il sistema si trova in modalità modello linea) oppure i regolatori vengono impostati su un setpoint ridotto (se il sistema si trova in modalità controllo zona). Figura 3 Modalità standby nastro (forno di riscaldamento)

Galvanizzazione

La galvanizzazione consiste nell’immergere ferro o acciaio puliti e senza tracce di ossidazione in zinco fuso per formare un rivestimento in zinco metallurgicamente legato alla superficie del ferro o dell’acciaio. Il rivestimento in zinco protegge la superficie dalla corrosione in quanto:

scherma la base metallica dall’atmosfera
garantisce una protezione catodica o anodica in quanto lo zinco è più elettropositivo rispetto al ferro o all’acciaio

Anche se la superficie si graffia e la base metallica resta esposta, lo zinco si consuma lentamente mentre il ferro o l’acciaio restano protetti dalla corrosione.

La galvanizzazione si compone di quattro fasi fondamentali:

Preparazione della superficie: consiste in operazioni di pulizia e decapaggio che liberano la superficie da sporco, grasso, ruggine e incrostazioni.
Preflusso: serve a dissolvere qualsiasi ossido che possa essersi formato sulla superficie del ferro o dell’acciaio in seguito al decapaggio e previene l’ulteriore formazione di ruggine.
Galvanizzazione
Finitura: comprende i processi di tempra, rimozione dello zinco in eccesso e ispezione

Il processo di galvanizzazione hot dip, illustrato nella figura 4, può essere adattato alle esigenze di rivestimento di quasi tutti i tipi di prodotti fabbricati e non fabbricati quali fili metallici, lamiere, nastri, tubi, ecc. Questo processo si avvale di funzioni di controllo molto simili a quelle utilizzate nel processo di ricottura continua, in cui le principali aree di controllo sono le seguenti: