Locci Maurizio (Relatore: F. Sanfilippo)

ICSIM Istituto per la Cultura e la Storia d’Impresa “ F. Momigliano” Steelmaster 2003 LAMINAZIONE A CALDO DEGLI ACCIAI ASPETTI FONDAMENTALI E NUOVE FRONTIERE Candidato: Relatore: Ing. Maurizio Locci TKS­Ast Ing. Fabio Sanfilippo CSM
Indice Introduzione ...................................................................................... pag. i Capitolo 1 ­ Il processo di laminazione dell'acciaio: principi fondamentali 1.1 Introduzione............................................................................. pag. 1 1.2 Definizioni............................................................................... pag. 4 1.3 Tipologie di laminatoi.............................................................. pag. 4 1.4 Tipologie di laminazione.......................................................... pag. 8 1.5 Laminazione a freddo............................................................. pag. 10 1.5.1 Introduzione ............................................................... pag. 10 1.5.2 Laminatoi Tandem ..................................................... pag. 11 1.5.3 Laminatoi Sendzimir e Skinpass.................................. pag. 12 1.5.4 Aspetti metallurgici .................................................... pag. 16 1.6 Problemi e difetti nei prodotti di laminazione ......................... pag. 18 Capitolo 2 ­ L'impianto di laminazione a caldo nastri 2.1 Introduzione........................................................................... pag. 24 2.2 Descrizione di un impianto di laminazione ............................. pag. 25 2.3 Forni di riscaldo ..................................................................... pag. 25 2.4 Discagliatura.......................................................................... pag. 26 2.5 Laminatoio sbozzatore ........................................................... pag. 27 2.6 Laminatoio finitore ................................................................ pag. 28 2.7 Impianto di raffreddamento cilindri........................................ pag. 30 2.8 Impianto di raffreddamento del nastro.................................... pag. 30 2.9 Aspi avvolgitori ..................................................................... pag. 31 2.10 Laminazione a caldo: aspetti metallurgici............................. pag. 32 2.11 Controllo processo e automazione: ........................................ pag. 36 2.11.1 Introduzione ............................................................. pag. 36 2.11.2 Strumentazione......................................................... pag. 38
2.11.3 Automazione ............................................................ pag. 38 2.11.4 Controllo del processo con calcolatore...................... pag. 40 Capitolo 3 ­ La rivoluzione impiantistica dell'area a caldo 3.1 Introduzione........................................................................... pag. 42 3.2 Processi Near Net Shape Casting (NNSC).............................. pag. 45 3.2.1 Processo Compact Strip Production (CSP ) ................ pag. 47 3.2.2 Processo Inline Strip Production (ISP ) ....................... pag. 51 3.2.3 Processo Flexible Thin Slab Casting (FTSC) .............. pag. 55 3.3 Processo Strip Casting ........................................................... pag. 56 3.4 Processi di laminazione innovativi ......................................... pag. 60 Capitolo 4 ­ Nuove frontiere del processo di laminazione a caldo 4.1 Introduzione........................................................................... pag. 62 4.2 Tecnologie Ultra­thin Gauge Rolling e Ferritic Rolling ......... pag. 63 4.3 Il processo Semi­endless Rolling ............................................ pag. 66 4.4 Nuove frontiere del controllo processo: Work Roll Crossing e Flying Gauge Control (FGC) ................................................ pag. 71 4.5 Applicazioni industriali della tecnologia Semi­endless Rolling pag.74 4.6 Il processo Endless Rolling .................................................... pag. 76 Conclusioni .................................................................................... pag. 80 Riferimenti bibliografici ................................................................. pag. 82
Capitolo 1 Il processo di laminazione dell’acciaio: pr incipi fondamentali 1.1 Intr oduzione La laminazione è un processo tecnologico che consente di trasformare un semilavorato metallico in lastre, lamiere, nastri, profilati, tubi senza saldatura ecc.; il prodotto di laminazione può avere le forme più diverse ma deve rispettare il vincolo di assenza di sezioni con angoli rientranti. Il processo di trasformazione avviene tramite deformazione plastica del materiale. Pur esistendo laminatoi che vengono utilizzati per materie plastiche artificiali e gomma, il campo metallurgico è comunque quello in cui tale tecnologia assume decisamente l’aspetto più rilevante. La laminazione può essere effettuata a caldo o a freddo mediante laminatoi diversi a seconda del prodotto che si vuol ottenere. Tra i cilindri del laminatoio viene fatto passare il materiale fino a raggiungere le dimensioni desiderate. L’insieme dei successivi passaggi attraverso le luci aperte tra i cilindri costituisce il tracciato di laminazione. Si possono distinguere due serie di tracciati di laminazione:
- l’uno di sbozzatura, che parte dal prodotto di fusione e conduce ad un prodotto intermedio detto sbozzato;
- l’altra di finitura, che dallo sbozzato porta al prodotto finito o comunque destinato a successive operazioni diverse dalla laminazione.
Nella sbozzatura la laminazione viene effettuata a caldo; nella finitura il processo può avvenire a caldo, a freddo, oppure parte a caldo e parte a freddo. Lo schema più semplice di laminatoio usa come utensili due cilindri controrotanti con assi di rotazione orizzontali e paralleli posti nello stesso piano verticale. I cilindri, afferrato il semiprodotto tra le loro superfici
esterne, lo costringono a passare per la luce da essi delimitata. Il materiale, in tale processo, viene pertanto allungato longitudinalmente e ridotto di spessore (l’allargamento può essere trascurato perché di lieve entità).
Dovendo rispettare in condizioni di regime la continuità della portata, la velocità della lamiera all’uscita dai cilindri è maggiore della velocità di entrata. Un parametro importante nella determinazione dell’entità di riduzione di sezione che è possibile effettuare è rappresentato dall’angolo di laminazione (detto anche angolo di attacco o di imbocco), definito come l’angolo compreso tra il raggio del cilindro passante per lo spigolo del semilavorato, quando esso viene a contatto del cilindro stesso, e la verticale tracciata dal centro del cilindro (b ) .
a
b s 0 s1 R Figur a 1.1 ­ Angolo d' imbocco. La presa del materiale da laminare da parte dei cilindri, e quindi la possibilità che una determinata sezione possa essere ridotta, è legato ai valori del coefficiente di attrito tra il materiale in laminazione e la superficie dei cilindri, al raggio dei cilindri stessi e all’entità della diminuzione di spessore che si vuole ottenere. Nella laminazione a caldo la massima riduzione dello spessore del laminato che si può ottenere con ogni passaggio corrisponde a circa il 13%­16% del diametro del cilindro di lavoro, mentre per la laminazione a freddo questo valore è più basso. Durante la laminazione a freddo il materiale subisce un notevole incrudimento e vengono richiesti sforzi maggiori di laminazione anche se è possibile ottenere un più rigoroso controllo dimensionale, un’accurata finitura superficiale, un’affinamento del grano e un miglioramento delle caratteristiche meccaniche. Per i motivi esposti, generalmente, alla laminazione a freddo viene fatto seguire un trattamento termico di ricottura. La laminazione a freddo è usualmente riservata alle ultime fasi di lavorazione per l’ottenimento di prodotti quali lamiere per carrozzerie, lamiere per elettrodomestici, ecc… Nella laminazione a caldo la deformazione dei grani cristallini viene annullata da un processo di ricristallizzazione che si innesca spontaneamente eliminando gli incrudimenti e rigenerando il grano. Rimane però traccia dello scorrimento del metallo in un orientamento delle fibre e
nell’allungamento delle inclusioni. La temperatura di laminazione dipende dalla composizione chimica del materiale che viene laminato, dalle dimensioni del grano e dalla riduzione della sezione. 1.2 Definizioni Dal lingotto ottenuto per fusione si ottiene dopo vari passaggi il blumo (bloom) e da questo la billetta (sez. quadra 120mm di lato). Si dice bramma il prodotto
di laminazione avente sezione rettangolare con spessore molto più piccolo della larghezza. Viene detto slebo un laminato intermedio a sezione rettangolare. Tabella 1.1 ­ Classificazione dei semilavor ati. Denominazione Spessor e s [mm] Lar ghezza b [mm] Billette Blumi 50 < s < 120 s < 120 s > 60 b = s b = s 120 < b < 4 s Bramme Bramme appiattite Area A [mm 2 ] 2500 < A <1 4400 A > 14400 b/4 < s < b s > 50 b > 240 s < b/4 A = 14400
1.3 Tipologie di laminatoi Viene denominata gabbia di laminazione il complesso delle strutture che sostengono i cilindri laminatori. Un laminatoio è in genere costituito da più gabbie di laminazione
operanti in serie: l’insieme delle varie gabbie è detto treno di laminazione. Se le gabbie sono disposte una successivamente all’altra, così che il laminato segue un percorso rettilineo, il treno è detto in continuo; se le gabbie
sono disposte una accanto all’altra, così che il laminato deve effettuare spostamenti laterali per imboccarle successivamente, il treno è detto in linea. I principali tipi di laminatoi vengono denominati in base al numero dei cilindri che
costituiscono ciascuna gabbia: ­ Laminatoio duo (Fig.1.2­a) nel quale la gabbia accoglie una sola coppia di cilindri fra i quali il laminato può procedere. Se i rulli possono ruotare in un solo verso, per
eseguire le successive passate è necessario riportare la barra indietro dopo ogni corsa di lavoro e ripresentarla alla gabbia dalla parte dell’imbocco. Tale macchina è nota come laminatoio duo non reversibile.
L’impianto dovrà essere dotato di sistemi di trasporto che permettano di compiere tale operazione di manovra. In questo tipo di laminatoio può essere utile l’impiego di un volano che accumuli l’energia
cinetica nelle fasi di manovra e la possa scaricare nelle fasi di lavoro. Nel caso in cui i cilindri del laminatoio possano ruotare in entrambi i versi, si ha un duo reversibile. Tale sistema sollecita maggiormente la
trasmissione a causa della rapida inversione del moto che i rulli devono avere tra una passata e la successiva. L’inversione del moto, date le elevate potenze in gioco non è realizzata con
sistemi meccanici ma è affidata al motore (in genere del tipo a corrente continua) con l’inversione della corrente di eccitazione. ­ laminatoio a doppio duo (Fig.1.2­c), con ritorno all’indietro dello sbozzato grazie
ad una seconda coppia di cilindri che ruotano in senso contrario alla prima. ­ laminatoio a trio (Fig.1.2­b), le cui gabbie sono dotate di tre cilindri, dei quali quello superiore e quello inferiore hanno la stessa velocità di
rotazione, mentre quello intermedio ruota in senso inverso. Questo tipo di configurazione permette di laminare in entrambi i versi senza invertire il senso di rotazione dei rulli. Il laminato dopo ogni passata è
ricondotto automaticamente alla successiva coppia di rulli fino ad ottenere il prodotto finito. In tal modo, specialmente per laminati di notevole lunghezza, si evita l’inutile permanenza sui rulli di trasporto che si
traduce in un indesiderato raffreddamento del materiale e in una diminuzione di produttività . ­ laminatoio a quarto (Fig.1.2­d), usato nella laminazione di prodotti piani quali nastri o lamiere. E’
costituito da quattro cilindri: due di lavoro e due di diametro maggiore, detti cilindri di appoggio, con la funzione di impedire le deformazioni di flessione dei cilindri di lavoro. Tale complicazione si
rende necessaria a causa della larghezza della lamiera e del fatto che il diametro dei cilindri di lavoro è imposto da motivazioni di funzionalità meccanica e tecnologica.
a) b) c) d)
Figura 1.2 – Tipologie di laminatoi: a) duo, b) trio, c) doppio duo, d) quarto. I cilindri di lavoro in tale gabbia sono ridotti di diametro con il vantaggio ulteriore di diminuire le forze di laminazione. La realizzazione del laminatoio secondo lo schema quarto consente di ottenere maggiore rigidezza della macchina e maggior precisione del prodotto laminato senza la necessità di ricorrere a cilindri di grande diametro, di
costruzione più difficile e di costo maggiore; inoltre il minor carico sui cilindri dovuto alla riduzione dell’arco di contatto per il minor diametro, si traduce in un abbassamento dei carichi sui cuscinetti portanti dei
cilindri e sulle fiancate della gabbia del laminatoio. ­ laminatoio universale avente una coppia di cilindri ad asse orizzontale preceduta o seguita da una coppia di cilindri ad asse verticale (edger), con
funzioni di contenimento laterale dello sbozzato. ­ laminatoi multicilindri tra i quali il più noto è il Sendzimir, usato per la laminazione a freddo dei nastri di acciaio molto tenaci (ad alto tenore di carbonio e
inossidabili). Prevede l’utilizzo di 20 cilindri di cui 2 a contatto del materiale. Grazie all’estrema rigidità della struttura monoblocco della gabbia e all’altissima pressione imposta sul materiale dai piccoli cilindri di
lavoro, è dedicato alla riduzione anche sensibile di spessore (fino al 97%) in più passate consecutive (dal 20% al 50% a seconda del tipo di [23] acciaio) . In base alla loro funzione i laminatoi
possono essere distinti in sbozzatori e finitori. Nei laminatoi sbozzatori generalmente si usa la disposizione a duo/quarto reversibile: ad ogni passata di riduzione viene invertito il senso di rotazione così da poter effettuare la passata successiva a
distanza ridotta tra i cilindri in maniera tale da effettuare ulteriori riduzioni di spessore. A loro volta gli sbozzatori si distinguono in sbozzatori blooming, slabbing e billette. I primi due sono costituiti da una sola
gabbia a duo reversibile per laminare lingotti e ottenere degli sbozzati rispettivamente a sezione quadrata non inferiore a 120 x 120 mm e a sezione rettangolare fino a 1500 mm di lunghezza. Il laminatoio billette produce sezioni quadre
da 120 x1 20 mm a 50 x 50 mm ed è generalmente costituito da più gabbie in continuo. Gli sbozzati, dopo una fase di eliminazione dei difetti superficiali (condizionatura ), vengono avviati ai treni
finitori. Questi si distinguono in:
- laminatoi per grossi profilati (cioè per travi normali e ad ali larghe, angolari, ferri a T a U, ecc.).
- laminatoi per medi e piccoli profilati (tondi, esagoni e profilati vari di piccole dimensioni).
- laminatoi per vergella, per lamiera e per nastri. Particolari tipi di laminatoi sono quelli destinati alla produzione di tubi (tipo Mannesmann e Stiefel). In questi la perforazione del tubo viene eseguita da
cilindri di laminazione di forma particolare rotanti in senso equiverso che costringono lo sbozzato ad avanzare con movimento elicoidale provocando una lacerazione al suo interno in direzione dell’asse (effetto Friemel); lo sbozzato
contemporaneamente, viene costretto ad avanzare contro un mandrino che allarga il foro così creato (Fig.1.3). Per ottenere l’allungamento del laminato viene usato il laminatoio a passo pellegrino.
Figura 1.3 – Laminatoio Mannesman: fasi di lavorazione. 1.4 Tipologie di laminazione Laminazione di nastri a caldo: i treni nastro di tipo moderno sono in genere tutti continui e dispongono di una gabbia sbozzatrice e di 6­7 gabbie finitrici; la lunghezza complessiva dell’impianto è dell’ordine di 600 m. Laminazione di lamiere: gli impianti più moderni sono costituiti da una o due gabbie quarto reversibili (sbozzatore­finitore) e completati da una spianatrice a caldo e da una cesoia; il raffreddamento è di solito naturale in aria. Gli spessori più utilizzati vanno da 5 fino a 100 mm, ma non mancano impieghi per spessori maggiori; la larghezza può arrivare a 4500 mm per le lamiere destinate alla fabbricazione di tubi saldati di grande diametro. Sulla linea si effettuano anche controlli non distruttivi per verificare le dimensioni e rivelare l’eventuale presenza di difetti interni e superficiali; questi ultimi vengono rimossi per molatura. Figur a 1.4 – Tr eno lamier e [4] .
Laminazione di lamierini a freddo (Fig.1.5­d): si effettua con cilindri lisci aventi diametro contenuto così da poter esercitare una elevata pressione specifica sul materiale, la cui deformabilità è ovviamente inferiore a quella che si avrebbe a
elevata temperatura (sempre per questa ragione si opera con limitate riduzioni di spessore). Per evitare che i cilindri laminatori si inflettano durante la lavorazione si usa la disposizione a quarto. La laminazione a freddo è usata per
ottenere lamiere di limitato spessore con elevate tolleranze dimensionali. Laminazione a caldo di barre (Fig.1.5­c), profilati (Fig.1.5­b), tondi: normalmente a) b)
c) d) questo processo avviene a caldo. Le billette tagliate a lunghezze opportune, sono riscaldate a temperatura di fucinatura e vengono passate ai laminatoi finitori: le tavole dei cilindri presentano scanalature di forma opportuna, dette calibri, che rappresentano in negativo la forma delle
sezioni che, passata dopo passata, il semiprodotto è costretto ad assumere. Le variazioni dell’area di passaggio sono opportunamente calcolate. Il profilo dell’ultimo calibro è uguale ovviamente al profilo del prodotto
finale. Dopo la laminazione i tondi e le barre possono venire ulteriormente lavorati.
Figura 1.5 – Tipologie di laminazione. Laminazione di tubi: serve a produrre corpi cilindrici a sezione anulare, o saldando i bordi di un nastro di lamiera curvato (tubi saldati), oppure perforando e laminando
semilavorati (tubi senza saldatura). Laminazioni speciali: possono essere considerati laminatoi speciali quelli che compiono particolari lavorazioni. Tra essi ricordiamo quelli usatinella lavorazione dei
cerchioni per ruote ferroviarie. Altri laminatoi provvedono a caldo e a freddo a lavorare polveri metalliche che nel processo vengono sinterizzate; per produrre lamiere forate longitudinalmente, utilizzate ad esempio
nella costruzione di scambiatori di calore, si procede laminando a freddo masselli in cui sono state preventivamente introdotte all’atto della fusione anime di materiale fragile. Queste ultime fratturandosi all’interno
del materiale di laminazione permettono di ottenere le cavità richieste all’interno del massello. 1.5 Laminazione a fr eddo 1.5.1 Introduzione Il materiale ottenuto in nastri laminati a caldo può, in molti casi, essere considerato un
prodotto finito e trova impiego in diversi [4] campi dell’industria : ­ formatura a freddo, applicata per lo stampaggio di dischi ruota, coperchi di compressori, particolari auto, bombole, e per la profilatura di travi,
longheroni per automezzi, containers, scaffalature; viene per lo più effettuata con acciai a basso tenore di carbonio e microlegati; ­ tranciatura di ingranaggi, maglie di catene, particolari
meccanici, chiavi; si utilizzano in questo caso anche acciai con alto tenore di carbonio che devono essere globulizzati soprattutto per la tranciatura fine (superficie finita con buone tolleranze dimensionali), e
acciai ad alta lavorabilità (con aggiunte di piombo e/o zolfo) ad esempio per la produzione di chiavi in grandissima serie; ­ tubi saldati di piccolo diametro (tubi forma tondi o quadrati) in acciaio a basso
carbonio senza particolari requisiti metallurgici, per telai auto o bicicletta, mobilio, irrigazioni, cilindri ammortizzatori; ­ tubi saldati di grande diametro ottenuti per saldatura elicoidale, per impieghi analoghi
a quelli dei tubi da lamiera. Tuttavia, esistono delle limitazioni che non permettono l’impiego diretto del laminatoio a [2] caldo e sono : 1) lo spessore: il laminato
a caldo può essere ottenuto (nei laminatoi di vecchia generazione, ancora largamente diffusi) ad uno spessore minimo di 1.0­1.2 mm troppo elevato per certi impieghi; 2) le caratteristiche
meccaniche: l’industria richiede materiale con elevatissime prestazioni allo stampaggio che il laminato a caldo non ha; 3) le caratteristiche superficiali: il livello
qualitativo della superficie del laminato a caldo non è accettabile per molti impieghi; 4) le elevate caratteristiche dimensionali (tolleranze) di spessore e forma del laminato a freddo.
Da quanto detto, risulta chiaro che le esigenze della massima parte dell’industria metalmeccanica (auto, elettrodomestici, sanitari) non possono essere soddisfatte dal laminatoio a caldo.
1.5.2 Laminatoi Tandem Lo scopo della laminazione a freddo è quindi quello di ottenere con una deformazione plastica senza apporto di calore una superficie del metallo più compatta, liscia,
provocando marcate variazioni nelle caratteristiche meccaniche del prodotto. I treni per la laminazione a freddo di nastri larghi sono oggi per lo più continui e composti di gabbie quarto, normalmente cinque (Treni Tandem); esistono anche le gabbie sesto, con due coppie di cilindri di appoggio, nelle quali i cilindri intermedi possono scorrere trasversalmente in modo tale da controllare strettamente la geometria del nastro. Con questi impianti si producono nastri con una riduzione totale dell’ordine del 70­80%; con la tecnica della doppia riduzione intervallata da ricottura si può arrivare a spessori inferiori a 0.15 mm [4] . Le gabbie duo sono di solito riservate alla cosiddetta skin­passatura , operazione che prevede l’apporto di leggere riduzioni (2­3%) per dare al prodotto favorevoli caratteristiche (specialmente nello stampaggio) e per evitare difetti quali coil­breaks (da sollecitazione di flessione) o stretcher­strains (Linee di Lüders, da sollecitazione di trazione) [8] .
Figur a 1.6 – Tandem n° 1 dello stabilimento Italsider di Cor nigliano. A: emulsione r affr eddamento cilindr i di lavor o; B: tensiometr o per gabbie 1­2­3­4; C: r egolator e di altezza cassa di imbocco nastr o [8] . Il ciclo di lavoro della laminazione a freddo prevede: decapaggio, riduzione a freddo, ricottura a temperatura subcritica e passaggio al temper [8] . 1.5.3 Laminatoi Sendzimir e Skin­pass Una speciale sistemazione dei cilindri, sempre con lo
scopo di poter esercitare pressioni fortissime, è stata ideata da Tadeo Sendzimir ed ha avuto larga diffusione, specialmente nella laminazione di acciai molto tenaci come gli inossidabili.
Il gran numero di impianti Sendzimir in funzione ovunque nel mondo permette di annoverare questo laminatoio tra i sistemi convenzionali di laminazione a freddo. Abbiamo visto sopra come il duo venga in genere riservato alle
operazioni di skin­pass con leggere pressioni di lavoro. Infatti, essendo le pressioni applicate sui colli dei cilindri, si generano sollecitazioni a flessione molto forti per resistere alle quali si richiedono cilindri di grande diametro e quindi si hanno
pressioni molto basse. Con l’obiettivo di aumentare le pressioni di lavoro, il laminatoio duo viene quindi sostituito dal laminatoio quarto con i due cilindri di spalla molto grandi che limitano la freccia dei cilindri di lavoro. Questi possono essere
quindi molto più piccoli e molto più lunghi (fino a due metri). Sviluppando questo concetto, Tadeo Sendzimir ideò i laminatoi a cilindri multipli (Cluster Mill) nei quali, dentro una gabbia monoblocco di acciaio, vengono
montati due piccoli cilindri di lavoro sostenuti da due o tre ordini di cilindri di spalla, i più esterni dei quali appoggiano per tutta la loro lunghezza contro la gabbia. La manovra della sostituzione dei cilindri di lavoro è rapidissima
(inferiore al minuto) e non incide quindi sul ritmo di produzione. Figura 1.7 – Gabbia di laminazione Sendzimir [5] Il numero dei cilindri può essere 6­12­20. I
cilindri di lavoro sono sempre di piccolo diametro, da un minimo di 50 mm per larghezze di nastro fino a 100 mm, ad un massimo di 89 mm per nastri fino a 2000 e più mm. I motori della gabbia e degli aspi avvolgitori sono del tipo a corrente
continua eccitati in serie ed alimentati attraverso un gruppo convertitore o da raddrizzatori statici. Con i laminatoi Sendzimir si possono ottenere riduzioni totali del 97% con passate di riduzione dal 20 al 50% a seconda del tipo di
acciaio; il range di spessori nei laminatoi Sendzimir di ultima generazione è 0.2­5 mm con possibilità di caricare gli aspi con coil di peso superiore alle 33 tonn. e larghezze del nastro fino a 1570 mm.
I vantaggi offerti dal Sendzimir possono [6] essere così elencati :
- Ristrette tolleranze di lavorazione
- alto grado di finitura superficiale
- aggiustaggio istantaneo dello spessore (AGC,
automatic gauge control)
- nessun limite alla larghezza del nastro
- ridotto numero delle passate
- eliminazione dei difetti ai bordi e migliore forma
- eliminazione delle ricotture intermedie
- pronto e facile cambio dei cilindri
- ridotte spese di impianto e di attrezzature
- economia di esercizio
- basso costo delle produzioni
- carri ponte più leggeri
- facile rettifica dei cilindri Un’ulteriore fase di laminazione può essere effettuata sui nastri provenienti dalla ricottura; difatti, il materiale proveniente da questo trattamento termico, opportunamente raffreddato a temperatura ambiente, viene inviato al temper dove subisce l’operazione di skin­passatura . La lavorazione al temper non è altro che una laminazione che impartisce bassi valori di allungamento (0.2­3.5 %) a seconda della qualità e dell’impiego del materiale; inoltre, a seconda dell’impiego del laminato, il cliente chiede finiture superficiali diverse che vanno da una superficie perfettamente liscia, quasi speculare, ad altri tipi di superficie rugosa, a diversi livelli di rugosità. La rugosità desiderata viene ottenuta per sabbiatura dei cilindri di lavoro del temper i quali la riportano poi sulla lamiera durante l’operazione di skin­passatura . Siccome la rugosità è molto importante ai fini dell’utilizzazione del materiale ed ogni tipo di prodotto richiede un certo valore di rugosità, normalmente, vengono stabilite delle gamme di valori che possono permettere di lavorare i diversi materiali in campagne di skin­passatura. Un’altra notevole influenza che il passaggio al temper può esercitare è quella sul livello di planarità del laminato. I temper moderni sono corredati di sistemi meccanici di variazione della conformazione del vano di laminazione che permettono di correggere eventuali
Figur a 1.8 – Gabbia di laminazione skin­pass [5] difetti di forma del laminato, quali ad esempio ondulazioni ai bordi oppure ondulazioni al centro della lamiera. Per quanto riguarda l’influenza della skin­passatura sulle caratteristiche meccaniche, dobbiamo distinguere due casi a seconda che gli allungamenti (deformazioni dovute alla laminazione) siano più o meno spinti: 1) Allungamenti da 0.8 a 1.5%: questo range di deformazioni garantisce un abbassamento del carico di snervamento del materiale che comporta normalmente un miglioramento delle caratteristiche di stampabilità. 2) Allungamenti superiori all’1.5%: ripetendo il passaggio al temper 2­3 volte, sui materiali di particolare impiego, possono essere raggiunti allungamenti del 3­4%. Una deformazione di questo tipo influenza ovviamente le caratteristiche meccaniche ed in particolar modo la durezza e lo snervamento che aumentano progressivamente con la percentuale di allungamento. Queste caratteristiche sono necessarie per prodotti destinati alla tranciatura su macchine automatiche. Inoltre, questo livello di deformazione a freddo viene richiesto per quei materiali che, sottoposti ad un successivo trattamento termico,
raggiungono caratteristiche magnetiche che ne consentono l’impiego nel campo dei piccoli motori elettrici (motori frigo e lavatrici). 1.5.4 Aspetti metallurgici Nella laminazione a freddo, materiale con spessore che varia da 1.2 a 6.0 mm viene laminato in coils con treni continui a 3­4­5 gabbie o con treni reversibili. Lo spessore finito può essere del tipo per banda stagnata (spessore 0.18­0.50 mm) o da lamierino a freddo (0.40­2.99 mm). Da un punto di vista strettamente metallurgico la conseguenza della riduzione a freddo è una deformazione della struttura cristallina dell’acciaio. Figur a 1.9 – Laminazione a fr eddo: confor mazione dei gr ani cr istallini pr ima e dopo il pr ocesso di laminazione a fr eddo [2] . Sono fondamentali, per la determinazione delle caratteristiche meccaniche dopo laminazione: la dimensione dei grani cristallini, la loro forma e l’eventuale presenza di inclusioni di vario genere o di carburi (cementite). L’effetto di riduzione dello spessore provoca,
come conseguenza, un allungamento dei grani, proporzionale alla percentuale di riduzione. Più in particolare, si verifica una serie di sfaldamenti e di frantumazioni dei grani lungo dei piani cristallografici bene
identificati: la distribuzione delle orientazioni dei nuovi grani esercita un’azione decisiva sulle caratteristiche meccaniche post­ laminazione. Infatti, a parità di ciclo di ricottura, l’attitudine alla stampabilità dei laminati a freddo (ricotti) migliora notevolmente con l’aumento della percentuale di riduzione a freddo (ciò vale fino all’80 % di riduzione poi vi è una diminuzione). La più immediata conseguenza della laminazione a freddo è tuttavia un forte aumento della durezza (da 40­50 fino a 80­90 Rockwell B) e della resistenza che in qualche caso può permettere un impiego diretto del materiale. Tuttavia, il forte aumento della fragilità e la diminuzione della plasticità, ne precludono
generalmente l’utilizzo per particolari che richiedano una deformazione anche leggera. Il materiale laminato a freddo è definito incrudito o crudo per questi motivi. 1.6 Pr oblemi e difetti nei pr odotti di laminazione I difetti che più frequentemente si riscontrano nei nastri laminati a caldo possono essere
raggruppati in tre categorie: 1) Difetti di provenienza: ­ soffiature: rigonfiamenti sulla superficie della lamiera originati da bolle di gas, ­ cricche: incrinature dovute a frattura del metallo, ­ inclusioni: impurezze presenti sul metallo, ­ paglie: lingue metalliche incastrate sulla superficie della lamiera dovute a spruzzi di acciaio presenti sul lingotto, a ripiegature o soffiature (colaggio in lingotti), ­ segregazioni: concentrazioni di impurezze bassofondenti, ­ bruciature: sgretolamenti superficiali causati da bruciature nei forni di riscaldo, ­ rilassature: incrinature superficiali delle lamiere, ­ scaglia da spruzzi: ossidi impressi sul laminato imputabili a cattivi funzionamento della descagliatura [3] , ­ ripiegature: eccedenze di metallo ricalcate in laminazione; 2) Difetti imputabili ai cilindri di laminazione: ­ impronte del cilindro: difetto dovuto ad impronte di cavità dei cilindri laminatori o spianatori, ­ scaglia puntiforme (o “ a lamelle” ), causata dall’usura dei cilindri di lavoro che provoca accumulo di ossidi secondari sugli stessi che poi li imprimono sul nastro [3] . ­ graffi e rigature: dovuti a sfregamento del nastro su parti fisse quali per esempio la tavola di uscita dell’ultima gabbia finitrice [3] ; 3) Difetti di spessore e planarità:
­ Nella laminazione possono insorgere molti problemi, che causano specifici difetti, dovuti all’interazione tra deformazione plastica della lamiera e deformazione elastica dei cilindri e della gabbia. A causa delle elevate forze in gioco i cilindri si schiacciano e si inflettono e l’intero laminatoio è deformato elasticamente. A causa del mill spring, ossia il ritorno elastico, lo spessore della lamiera in uscita dal laminatoio è maggiore della luce fra i cilindri impostata in condizioni di carico assente; conseguentemente, per laminare spessori determinati occorre conoscere in dettaglio il mill spring del laminatoio. ­ L’appiattimento elastico dei cilindri all’aumentare della pressione di laminazione porta ad una condizione in cui i cilindri possono deformarsi più facilmente della lamiera. Dunque, per un determinato materiale e per condizioni di laminazione fissate, ci sarà un minimo spessore laminabile oltre il quale la lamiera non potrà essere ridotta ulteriormente. Un’analisi più completa del problema mostra che la limitazione sullo spessore è circa proporzionale al coefficiente d’attrito (μ), al raggio dei cilindri (R), alla tensione di scorrimento della lamiera (σo ’ ) ed è inversamente proporzionale al modulo di elasticità dei cilindri. Per cilindri di acciaio vale la seguente formula: h min =
mR s 0 ¢
12 . 8 dove le unità di misura sono in Mpa e m. ­ La luce fra i cilindri deve essere perfettamente parallela, altrimenti un bordo della lamiera risulterà più spesso dell’altro, e poiché il volume e la larghezza rimangono costanti, tale bordo si allungherà più dell’altro, e la lamiera si incurverà. Ci sono due aspetti del problema della forma della lamiera: il primo riguarda l’uniformità di spessore lungo la larghezza e la lunghezza, il secondo è la planarità. Mentre la prima proprietà può essere misurata accuratamente, ed è soggetta ad un preciso controllo con moderni sistemi automatici di misura, la seconda è più difficile da rilevare.
Il processo di laminazione è molto sensibile alla planarità. Una differenza di allungamento di 1/10000 tra due diverse zone della lamiera può dare origine ad un ondulazione in lamiere molto sottili. La Fig.1.10 mostra come l’ondulazione si sviluppa: se il cilindro si inflette (Fig.1.10­a), il bordo della lamiera si allungherà maggiormente del centro lungo la direzione longitudinale, cioè saremo nella condizione di “bordi lunghi”. Se i bordi fossero liberi di muoversi rispetto al centro, avremo la situazione di Fig.1.10­b; tuttavia, la lamiera rimane comunque un corpo continuo e la deformazione farà in modo di mantenere la continuità. Il risultato è che la porzione centrale della lamiera è tesa lungo la direzione di laminazione, mentre i bordi sono compressi (Fig.1.10­c), ne consegue solitamente un bordo ondulato o un bordo incurvato (Fig.1.10­d). Sotto altre condizioni di D = h L la distribuzione di deformazione prodotta dal bordo lungo può generare delle rotture a zip corte o cricche nel centro della lamiera (Fig. 1.10­e). Figur a 1.10 – Difetti der ivanti dall’inflessione dei cilindr i di laminazione. Se i cilindri hanno una curvatura eccessivamente convessa, il centro della lamiera è allungato maggiormente dei bordi. La distribuzione di tensione è opposta a quanto mostrato in Fig.1.10­c e si dice che la lamiera ha il centro rilassato e i bordi tesi.
Una lamiera di questo tipo contiene, in genere, delle incurvature centrali. Normalmente un nastro con cattiva forma è creato nella laminazione a caldo e la laminazione a freddo non è in grado di correggere completamente questa malformazione. Inoltre, i problemi di forma sono maggiori nella laminazione di nastri sottili perché le imprecisioni nel profilo dell’intergabbia aumentano al diminuire dello spessore producendo elevate tensioni interne. In aggiunta le lamiere molto sottili sono meno resistenti all’incurvatura. I problemi di forma e planarità finora presentati, riguardavano la disuniformità di deformazione lungo la direzione di laminazione. Altri tipi di deformazione non omogenea possono portare a problemi di cricche. Quando la lamiera passa attraverso i cilindri, tutti gli elementi lungo la larghezza tendono ad espandersi lateralmente nella direzione ortogonale a quella di laminazione. La tendenza allo scorrimento laterale è frenata tuttavia dalle forze di attrito trasversali. Queste forze sono maggiori verso il centro della lamiera cosicché il materiale nella regione centrale scorre molto meno di quello vicino ai bordi. Dato che la diminuzione di spessore al centro si traduce in un aumento di lunghezza della lamiera, mentre lungo i bordi, parte della diminuzione di spessore si traduce in scorrimento laterale, la lamiera presenterà un piccolo arrotondamento alle sue estremità (figura 1.11­a). Poiché c’è continuità tra i bordi della lamiera e il centro, questi deformati saranno in tensione, condizione che porta alla formazione di cricche sui bordi (figura 1.11­b). Sotto condizioni di lavorazione gravose, la distribuzione di deformazione mostrata in fig.1.11­a può portare ad una divisione della lamiera nel senso della lunghezza (si veda fig.1.11­c). La formazione di cricche sui bordi può anche essere causata da una deformazione non omogenea lungo lo spessore. Quando le condizioni di laminazione sono tali che solo la superficie della lamiera è deformata (come nel caso di piccole riduzioni di
spessore di una lastra spessa), la sezione trasversale della lamiera risulta deformata come in figura 1.12­a. Figur a 1.11 – Difetti der ivanti da defor mazione non omogenea del nastr o dur ante la laminazione. Nei successivi passaggi attraverso i cilindri il materiale sporgente non è compresso direttamente, ma è costretto ad allungarsi dalle zone adiacenti più vicine al centro; questo provoca tensioni secondarie di trazione che portano alla formazione di cricche sui bordi. Invece, attuando forti riduzioni, in modo tale che la deformazione si estenda attraverso lo spessore della lamiera, il centro tende ad espandersi lateralmente più delle superfici producendo bordi bombati simili a quelli riscontrati nella ricalcatura di un cilindro (Fig.1.12­b). Le tensioni secondarie di trazione create dalla bombatura causano la formazione rapida di cricche sui bordi. Con questo tipo di deformazione laterale avvengono scorrimenti nel centro maggiori che sulla superficie cosicché essa risulta sottoposta a trazione, mentre il centro è compresso. Questa distribuzione di tensione si estende anche nella direzione di laminazione e se è presente una qualsiasi imperfezione metallurgica lungo la linea centrale della lamiera, in quel punto avviene la frattura (Fig. 1.12­c). Questo tipo di frattura è accentuata se c’è un ondulazione della lamiera poiché un cilindro risulterebbe più in alto o più in basso rispetto alla mezzeria dell’intergabbia.
Figur a 1.12 – Difetti legati all’instaur ar si di campi di tensione inter ni al mater iale dur ante la laminazione. Le cricche sui bordi nella laminazione commerciale sono minimizzate dall’impiego di rulli verticali detti edger che mantenendo i bordi diritti prevengono l’accumulo di tensioni di trazione secondarie dovute appunto alla bombatura dei bordi. Capitolo 2 L’impianto di laminazione a caldo nastr i
2.1 Intr oduzione In questo capitolo si prende in esame dal punto di impiantistico il laminatoio a caldo tradizionale di nastri. Si tratta di uno degli impianti strategici per uno stabilimento che produce laminati piani; gli ultimi laminatoi a caldo costruiti godono senza dubbio di una tecnologia piuttosto consolidata, arricchita nel corso degli anni dai “prodigi” dell’automazione e del controllo processo. Nel laminatoio a caldo si crea gran parte del valore aggiunto di un complesso siderurgico in quanto si tratta del primo impianto in cui il semilavorato solidificato assume la fisionomia di prodotto finito. La tecnologia di processo, il controllo della qualità, la manutenzione e l’ingegneria di manutenzione sono tutti servizi che non possono mancare per consentire ad un impianto di siffatta complessità di funzionare nella maniera opportuna cogliendo a pieno la sfida della qualità che il mercato ogni giorno propone. 2.2 Descr izione di un impianto di laminazione L’impianto di laminazione a caldo è costituito da:
- Forni di riscaldo
- Discagliatura
-
Laminatoio sbozzatore
Laminatoio finitore
Impianto di raffr eddamento cilindri
Aspi di avvolgimento 2.3 For ni di r iscaldo I forni di riscaldo hanno lo scopo di portare la bramma dalla temperatura ambiente alla temperatura idonea per la laminazione; questa dipende dalla tipologia di acciaio da produrre (tipicamente 1250­1280 °C).
Il numero dei forni varia a seconda della produzione (in genere da 3 a 5). Il tipo più in uso, fino agli anni ’60, era il tipo a spinta a 5 zone, solo all’inizio degli anni ’70 si sono cominciati ad adottare forni Walking Beam. Il forno Walking Beam è a longheroni mobili, essi consentono di manovrare le bramme senza strisciarle sulla suola del forno; tale caratteristica ha consentito di ottenere sensibili miglioramenti della finitura superficiale del prodotto, inoltre l’avanzata tecnologia del forno W.B. ha determinato un notevole risparmio energetico, accompagnato da un più uniforme riscaldamento delle bramme. Le temperature di sfornamento dipendono dal tipo di acciaio e dal relativo programma di laminazione. La temperatura media all’interno del forno può arrivare a 1260 °C, ottenuta bruciando metano con aria nel rapporto 1:10. La temperatura dei fumi è invece compresa tra i 550 °C all’ingresso ed i 400 °C in uscita dal camino. La produttività media tipica di un forno Walking Beam è di 300 t/h. La prima zona d’ingresso al forno è in ceramica ed ha una lunghezza di 12 m ed è mantenuta ad una temperatura di 600 °C, sfruttando il passaggio dei fumi verso il camino. Figur a 2.1 – For no di r iscaldo br amme [4]
2.4 Discagliatur a La discagliatura consiste nella rimozione degli ossidi formatisi sulla superficie della bramma durante la sua permanenza ad alta temperatura nei forni di riscaldo. Il grado di finitura e quindi l’aspetto qualitativo superficiale delle lamiere, sono strettamente collegati con l’efficienza dei sistemi di discagliatura e pulizia installati negli impianti di laminazione [26] . L’esperienza ha dimostrato che, un appropriato ciclo di riscaldo e l’impiego di acqua proiettata con forte pressione (fino a 180­200 kg/cm 2 ) sulla superficie della barra in laminazione, permettono di rimuovere la scaglia primaria [26] . Le cappe di discagliatura , installate tra i forni di riscaldo e la gabbia di laminazione, sono munite di teste discaglianti, generalmente tre inferiori e tre superiori, dotate di serie di ugelli opportunamente studiati per forma, inclinazione e distanza: le teste superiori sono regolabili in altezza in ragione dello spessore del pezzo in transito [26] . Analoghe teste spruzzatrici sono installate alla gabbia di laminazione, sia superiormente che inferiormente e, ove è possibile, sia in entrata che in uscita [26] . 2.5 Laminatoio sbozzator e Il laminatoio sbozzatore ha lo scopo di ridurre lo spessore originario della bramma ad uno spessore idoneo per alimentare il treno finitore (da 23­25 mm a 32­ 40 mm a secondo del tipo di impianto). Non secondario è il compito di ridurre la larghezza originaria della bramma al valore idoneo per alimentare il treno finitore, valore che deve essere compreso nel campo di tolleranza richiesto dal cliente. La riduzione di larghezza si aggira al massimo su valori di 50 mm. (Valori superiori non sono convenienti perché peggiorano la resa di lavorazione.) Lo sbozzatore può essere di vari tipi:
­ Continuo, cioè costituito da una serie di gabbie con cilindri orizzontali (riduzione di spessore) ognuna delle quali è quasi sempre preceduta da una gabbia di cilindri verticali detta edger (riduzione di larghezza) attraverso cui, con movimento continuo unidirezionale, passa successivamente la bramma, giungendo al treno finitore. ­ Reversibile, cioè costituito da una gabbia a cilindri orizzontali preceduta da una gabbia a cilindri verticali in cui, con movimenti alternati di andata e ritorno, la bramma con successive passate viene ridotta in spessore e larghezza. ­ Misto, cioè costituito da una gabbia reversibile in cui la bramma viene parzialmente sbozzata e quindi viene ulteriormente ridotta dalle altre gabbie in numero da 2 a 3 poste in successione con avanzamento continuo. Ogni gabbia orizzontale è preceduta da una gabbia verticale. Un impianto continuo occupa spazi più elevati. Un impianto reversibile ha una lunghezza minore rispetto alla soluzione precedente e quindi richiede un costo inferiore delle opere civili e delle vie a rulli, peraltro ha produttività inferiori e maggiore flessibilità nella lavorazione delle bramme di spessore diverso. Le regolazioni elettriche sono più complesse poiché si deve adattare la velocità di laminazione alle diverse condizioni operative. Si usano in genere motori a corrente continua, sia per le gabbie di laminazione che per le vie a rulli.
Figur a 2.2 – Laminatoio sbozzator e. 2.6 Laminatoio finitor e Il laminatoio finitore ha lo scopo di portare il nastro allo spessore desiderato mantenendo opportune temperature di laminazione, ed ottenere le caratteristiche meccaniche relative all’impiego a cui il prodotto è destinato. In figura 2.3 sono mostrate le gabbie di un treno finitore ed uno schema del treno finitore stesso. Essenzialmente il treno finitore è costituito da: Cesoia ad intestare: ha lo scopo di squadrare la punta della barra in ingresso alle gabbie finitrici (e poi agli aspi avvolgitori) onde favorirne l’imbocco; infatti punte non tagliate si presentano alle varie gabbie (e poi agli aspi) sotto forma di lingue allungate che facilmente si impuntano tra le guide. Anche le code delle barre devono essere squadrate, poiché si presentano a forma di “coda di pesce” dando luogo a problemi di instabilità di laminazione. Rompiscaglie: ha lo scopo di asportare le scaglie che si formano sulla superficie della barra durante il trasferimento dal treno sbozzatore al treno finitore: questa distanza varia da 70 m per gli impianti più vecchi fino a 150 m e più per gli impianti più moderni. Il dispositivo è costituito da due coppie di rulli che afferrano la barra esercitando una leggera pressione sulla superficie
per facilitare il distacco della scaglia da parte dei getti di acqua ad alta pressione. Questi getti sono realizzati generalmente mediante due coppie di collettori (superiori e inferiori) porta ugelli. Tali ugelli danno un getto piatto a v con angolo di apertura opportunamente studiato e, pertanto, devono essere ben orientati in modo che il getto di uno non vada ad interferire con quello adiacente con conseguente perdita di efficacia. Questa parte dell’impianto di laminazione deve essere tenuta sempre sotto controllo, perché può pregiudicare in maniera pesante la qualità superficiale del prodotto con difetti che, in forma più o meno grave, pregiudicherebbero totalmente la possibilità di utilizzare tali nastri per la successiva laminazione a freddo. Figur a 2.3 – Tr eno finitor e di ThyssenKr upp Acciai Speciali Ter ni [7] Gabbie finitrici: hanno lo scopo di ridurre lo spessore della barra fino allo spessore finale con opportune temperature di uscita dall’ultima gabbia a seconda del trattamento termo­meccanico richiesto. Per ottenere questo si sono costruiti treni con più gabbie disposte una di seguito all’altra ( distanza 5­6 m) in cui il nastro viene contemporaneamente laminato da tutte le gabbie del treno, ossia “in tandem”. Il numero delle gabbie generalmente varia da 5 a 7, ma può arrivare fino a 9. Tale numero ovviamente è in relazione allo spessore finale e d’ingresso della barra: aumentando il numero delle gabbie si può diminuire lo spessore finale o
aumentare lo spessore in ingresso e quindi aumentare la produttività del treno finitore. Le gabbie sono tutte generalmente del tipo quarto, con guide d’imbocco regolabili secondo la larghezza del nastro e rulli tenditori (looper ) per regolare il tiro tra una gabbia e la successiva. 2.7 Impianto di r affr eddamento cilindr i I cilindri del treno finitore sono molto sollecitati termicamente: vi è un continuo contatto dei cilindri col materiale caldo di laminazione e quindi costante trasmissione di calore dal materiale ai cilindri. Questo calore deve essere smaltito da un adeguato impianto di raffreddamento in modo che la temperatura superficiale del cilindro si mantenga su valori accettabili (40­60 °C) contenendo l’usura ed evitando danneggiamenti del cilindro. Questo impianto è costituito da una serie di pompe che garantiscono una pressione di circa 15­20 Kg/cm 2 agli ugelli disposti in opportuna posizione. Gli ugelli danno un getto simile per forma a quello della descagliatura. L’impianto di raffreddamento dei cilindri è di fondamentale importanza per la qualità del prodotto, in quanto può provocare difetti sulla superficie del nastro (scaglia a lamelle), sulla planarità (tensioni residue sul nastro) e sulla sezione ( canale di laminazione). 2.8 Impianto di r affr eddamento del nastr o All’uscita dell’ultima gabbia del treno finitore vi è una via a rulli lungo
la quale è situato un sistema di raffreddamento del nastro dotato di opportuni dispositivi i quali abbassano repentinamente la temperatura del nastro dal valore di 800­ 1000 °C che aveva all’uscita del finitore, ai valori
opportuni per ottenere le caratteristiche meccanico­ metallurgiche desiderate per il nastro. Il raggiungimento di tale temperatura deve essere rapido, al fine di evitare l’accrescimento del grano cristallino che darebbe luogo a
caratteristiche meccaniche non idonee per gli impieghi previsti. Inoltre, una elevata temperatura di avvolgimento favorisce la formazione di un eccessivo spessore di ossido superficiale che a quelle temperature
ancora si forma a contatto con l’aria. 2.9 Aspi avvolgitor i Hanno lo scopo di avvolgere il nastro laminato dal treno finitore in forma di rotoli. Generalmente sono in numero di due o tre unità. Ogni aspo avvolgitore è costituito da: ­ Un mandrino attorno al quale viene avvolto il rotolo che negli impianti moderni è di tipo rotante in posizione sottostante alla via a rulli. ­ Una coppia di rulli in presa (pinch rolls) che ha il compito di deviare la punta del nastro verso il basso dirigendola verso il mandrino e i rulli avvolgitori. ­ Una serie di rulli avvolgitori (wrapper rolls) che hanno il compito di guidare la punta del nastro per avvolgerla attorno al mandrino. Questi rulli sono montati su sezioni mobili che possono allontanarsi dal mandrino, sia per permettere l’aumento dello spessore della corona durante l’avvolgersi delle spire, sia per facilitare l’espulsione del rotolo dal mandrino. Il numero dei rulli varia da due a nove, negli impianti più recenti è standardizzato a quattro o cinque. ­ Un sistema ad espulsore o a culla per sfilare il rotolo dal mandrino ­ Una sedia ribaltatrice per posizionare il rotolo ad asse verticale sul trasportatore a catena.
2.10 Laminazione a caldo: aspetti metallur gici Come appare dai capitoli precedenti, la laminazione è un processo di messa in forma semplice ed economico di grandi quantità di materiale. Il prodotto laminato è a seconda dei casi un semiprodotto destinato
ad altre fasi di fabbricazione prima della utilizzazione finale od un prodotto finito pronto per l’utilizzo. Nel primo caso prevalgono gli aspetti dimensionali e geometrici, nel secondo caso invece assumono una importanza rilevante gli
aspetti metallurgici poiché la struttura allo stato di fine laminazione condiziona in modo determinante le proprietà di impiego del materiale. In tale secondo caso il processo di laminazione va visto come un vero e proprio trattamento termomeccanico, in cui la evoluzione microstrutturale dipende dai meccanismi di incrudimento e ricristallizzazione che avvengono durante le varie fasi della lavorazione. La trattazione che segue riguarda esclusivamente una classe ben precisa di acciai e cioè gli acciai dolci a struttura ferritico­perlitica (contenuto di carbonio da 0.03% a 0.25%). Anche altri acciai, ad esempio legati, inossidabili, al silicio, vengono laminati nei treni a caldo nastri, ma in percentuali nel complesso modeste, per cui non si ritiene di doverne trattare qui gli aspetti metallurgici.
A seconda dell’impiego finale, il nastro a caldo dovrà possedere maggiormente le caratteristiche di laminabilità e stampabilità (lamierini per carrozzeria auto) oppure di resistenza (bombole per gas liquidi). I parametri metallurgici che determinano tali caratteristiche sono [3] : ­ composizione chimica (elementi in soluzione, precipitati, elementi affinatori del grano), ­ trattamento termomeccanico subito e cioè le condizioni di laminazione e raffreddamento (deformazioni alle varie temperature, velocità di raffreddamento del nastro tra l’ultima gabbia e gli aspi avvolgitori e soprattutto al momento della trasformazione γ → α, temperatura di fine laminazione che è misurata all’entrata o all’uscita dell’ultima gabbia finitrice, temperatura di avvolgimento del nastro). In questa sede si tralascerà la trattazione della parte relativa all’influenza della composizione chimica, verranno trattati soltanto gli aspetti
termomeccanici durante la laminazione, analizzando ciò che avviene a livello metallurgico nelle varie [3] fasi del processo : ­ Riscaldo bramme: l’operazione di riscaldo deve essere ottimizzata in maniera tale che tutto il materiale raggiunga una temperatura uniforme e sufficiente per completare la laminazione nell’intervallo programmato (in genere 1200­1300 °C); d’altro canto una permanenza eccessiva ad alta temperatura provoca l’ingrossamento del grano austenitico, una forte ossidazione superficiale (scaglia ) con riduzione della resa e la decarburazione di uno strato superficiale relativamente profondo, che nei casi più gravi condiziona le caratteristiche meccaniche del prodotto finito pur tenendo conto della diluizione collegata alla deformazione [4] . Esiste una relazione tra la dimensione del grano austenitico all’uscita dei forni e quella ottenuta alla fine della laminazione, è quindi chiaro come sia meglio partire da un grano austenitico fine (questo aspetto è fondamentale nella laminazione delle lamiere) [3] .
­ Sbozzatore: si ha la trasformazione della bramma (spessore 180­300 mm) in barra (spessore 20­40 mm) che avviene per mezzo delle gabbie Range ter mico di laminazione
Figur a 2.4 – Diagr amma fer r o­car bonio [3] ; inter vallo ter mico di laminazione. sbozzatrici. I tempi piuttosto lunghi che intercorrono tra le varie passate e la temperatura molto elevata (superiore a 1050 °C) permettono all’acciaio di ricristallizzare totalmente rendendo l’incidenza metallurgica finale della sbozzatura praticamente nulla. ­ Finitore: la barra viene trasformata dal treno fnitore in nastro. Le passate sono molto ravvicinate e la temperatura del metallo è più bassa (1000 °C). Assolutamente da evitare è la laminazione in zona bifasica γ – α, in quanto incide negativamente sulle caratteristiche dell’acciaio, poiché riduce la duttilità e l’imbutibilità; è quindi necessario terminare la laminazione ad una temperatura in cui è presente la sola fase austenitica. D’altro canto è sempre indicato terminare la laminazione il più possibile vicino alla temperatura di inizio trasformazione γ → α; di seguito si spiega il perché. L’incrudimento dell’austenite durante la laminazione a caldo comporta una ricristallizzazione (statica per gli acciai dolci senza elementi dispersoidi tipo Nb, V, Ti) che è favorita da una temperatura elevata e da una percentuale di riduzione elevata. Ora, dato che la ricristallizzazione statica dopo la deformazione è sufficientemente rapida per essere completa prima della passata seguente (malgrado l’intervallo di tempo ridotto tra le passate), si ottiene per questi tipi di acciaio una sequenza di deformazioni e ricristallizzazioni per ogni gabbia: il grano austenitico si affina e l’effetto di affinamento è accentuato se la deformazione avviene a bassa temperatura, ciò conduce a terminare la laminazione il più vicino possibile alla temperatura di inizio trasformazione γ → α. ­ Influenza della velocità di raffreddamento post­laminazione: il raffreddamento del nastro incide profondamente sulle caratteristiche metallurgiche che si vogliono ottenere, per cui, l’impianto di raffreddamento di un treno nastri deve consentire: l’ottenimento di una temperatura di avvolgimento costante su tutta la larghezza del nastro, la stessa velocità di raffreddamento (durante la trasformazione γ → α) su tutta la lunghezza e possibilmente sulla faccia superiore ed inferiore del nastro, infine, la possibilità di regolazione dell’impianto deve permettere di ottenere tutte le curve di raffreddamento desiderate. Difatti, partendo da un’austenite ad una determinata temperatura, all’aumentare della velocità di raffreddamento si ottengono le strutture: ferrite­perlite media (buona duttilità, scarsa resistenza) , ferrite­perlite fine, bainite, martensite (duttilità nulla, durezza elevatissima). Esiste quindi, per un acciaio laminato in determinate condizioni, una velocità di raffreddamento limite per l’ottenimento di una struttura ferrite­ perlite. A tal proposito occorre fare una precisazione: se per gli acciai da costruzione, o gli acciai per tubi, si tende ad ottenere un grano più fino possibile, ci sono dei casi in cui, al contrario, si cerca di avere un grano di media grandezza, per esempio gli acciai da stampaggio per i quali la caratteristica più importante richiesta è la duttilità: per questi acciai è necessario avere una velocità di raffreddamento, al momento della trasformazione γ → α, più bassa possibile, compatibilmente con la temperatura di avvolgimento che si vuole ottenere.
­ Temperatura di avvolgimento: indipendentemente dal ciclo di raffreddamento subito, il nastro dopo l’avvolgimento all’aspo resta per diverse ore ad una temperatura che in ogni caso supera i 500°C. Ciò costituisce un vero e proprio trattamento termico che influenza la dimensione del grano (coalescenza ), la distribuzione del carbonio e lo stato dei precipitati quali nitruti e carbonitruri. 2.11 Contr ollo pr ocesso e automazione 2.11.1 INTRODUZIONE Nei laminatoi per lamiere e per nastri, il miglioramento della resa e della qualità dimensionale è attuato
principalmente mediante il miglioramento della conduzione del laminatoio attraverso l’adozione di schede di laminazione tali da ottimizzare oltre che lo spessore anche il profilo del nastro.
Stante la variabilità delle condizioni dell’impianto durante la laminazione e l’influenza che tali condizioni esercitano sul profilo della lamiera (o nastro), tali schede devono avere un carattere “dinamico”, basato cioè sulla presa
in conto della reale variazione dello stato termico e di usura dei cilindri di lavoro durante le varie fasi della sbozzatura e della [1] finitura . Tale problematica nella sua globalità comprende la messa a punto di uno schema di
calcolo basato sulle seguenti funzioni principali: ­ controllo della temperatura ­ controllo dello spessore ­ controllo del profilo e della planarità A tale ottimizzazione dimensionale, per una
comprensione globale del processo di laminazione, è necessario sovrapporre la ottimizzazione delle proprietà di impiego del materiale prodotto e per questo è fondamentale definire la relazione funzionale tra condizioni operative del
processo di deformazione ed evoluzione microstrutturale. Intendendo, in prima analisi, per evoluzione microstrutturale la evoluzione di quelle grandezze (dimensioni grano austenitico, frazione di volume
ricristallizzata) che sono determinanti ai fini di una struttura a grano [1] fine ed omogeneo . Per conseguire questo secondo obbiettivo è necessaria la messa a punto di uno schema che utilizzando il calcolo termico e meccanico già svolto
nell’ambito del controllo dimensionale, lo finalizzi, integrandolo opportunamente, alle problematiche microstrutturali. Il controllo del processo nella laminazione a caldo, così come la definizione delle
schede di laminazione, è quindi basato sull’elaborazione di modelli termo­meccanici predittivi; allo stato attuale dell’arte, questi, partendo dalla rilevazione dei parametri di processo (ad esempio la
rilevazione delle grandezze termiche e meccaniche acquisite in automatico in [1] sbozzatura e finitura) permettono di caratterizzare la qualità meccanico­metallurgica del laminato a caldo. In particolare questi
modelli sono in grado di simulare: ­ dimensione del grano austenitico ­ frazione ricristallizzata
Figura 2.5 – Rappresentazione schematica dell’evoluzione della microstruttura tra due passate successive [1] . Figura 2.6 – Cinetiche di ricristallizzazione statica [1] . Inoltre, la definizione dettagliata di funzioni microstrutturali può consentire l’estensione dei sistemi automatici di controllo anche al controllo in linea delle caratteristiche microstrutturali dei prodotti laminati. 2.11.2 STRUMENTAZIONE [3] L’impianto di laminazione a caldo è il primo impianto del ciclo che dia un prodotto siderurgico finito, cioè rotoli di nastro che possono essere utilizzati con limitate ulteriori operazioni (taglio e rifilatura laterale), ad esempio per lo stampaggio di particolari per la costruzione di mezzi di trasporto [3] . Questo sta ad indicare che è necessario rispettare limiti di tolleranza, ad esempio dimensionali, che ogni giorno il mercato richiede sempre più ristretti. Per ottenerli è necessario avere un sistema di controllo del processo molto efficace, rapido e preciso.
Da ciò il grande impiego che le apparecchiature elettroniche di misura e regolazione hanno nei laminatoi per nastri: ­ Rilevatori di metallo caldo (HMD) ­ Celle di carico (Load Cell) ­ Pirometri ­ Misuratore di spessore (a raggi X) ­ Misuratore di larghezza ­ Misuratori di planarità ­ Rilevatori di difetti superficiali ­ Misuratori di momento torcente 2.11.3 AUTOMAZIONE L’automazione degli impianti di laminazione si attua tramite i seguenti servomeccanismi e controlli [3] : ­ Regolatori di posizione ­ Taglio automatico della barra in ingresso al treno finitore ­ Regolatori di velocità delle gabbie del treno finitore ­ Regolatori di tiro del nastro tra le gabbie del treno finitore (looper) ­ AGC, Automatic Gauge Control (o HGC, hydraulic gauge control[10] o FGC, Flying Gauge Control[11] ), Regolatore Automatico di spessore del nastro in uscita dal treno finitore. Ha lo scopo di mantenere lo spessore costante, lungo il nastro, ed al valore desiderato; ogni gabbia provvede a correggere in feedback il proprio errore di spessore agendo sui vitoni, in modo che alla successiva giunga nastro con spessore costante. Le principali variazioni di spessore durante la laminazione, sono imputabili alle impronte fredde (skid­marks) sulla bramma, dovute ai forni di riscaldo, oppure, alla caduta di temperatura tra testa e coda del nastro a caldo. ­ Controllo della planarità [9] ; difetti di planarità sono causati da errori tra il profilo del nastro in ingresso gabbia e il profilo del vano di laminazione (roll­gap). Il controllo della planarità avviene variando il profilo del roll­gap attraverso l’utilizzo di vari attuatori per farlo
combaciare con quello del nastro in ingresso alla gabbia. Questo controllo presuppone la simulazione tramite modellistiche opportune dell’evoluzione della bombatura (termica, meccanica e ad usura) dei cilindri di laminazione. ­ Bending, Shifting e Crossing [10] dei cilindri di lavoro consentono di preservare la continuità e la correttezza del profilo del nastro in base a quanto esposto al punto precedente. ­ Accelerazione del treno finitore (Speed­up); si tratta dell’aumento della velocità del finitore quando ci si avvicina alle fasi finali della laminazione (laminazione della coda del nastro); lo speed­up consente di laminare il nastro a temperatura costante limitando il suo raffreddamento. Figur a 2.7 – Sistemi di contr oflessione dei cilindr i di appoggio (BURB) e di lavor o (WORB) [1] : J = sfor zo di contr oflessione ∆ = punti di suppor to dello sfor zo a , b = br acci delle for ze di contr oflessione. 2.11.4 CONTROLLO DEL PROCESSO CON CALCOLATORE E’ la soluzione più moderna per il controllo di un impianto complesso come un treno per nastri in cui varie macchine (forni di riscaldo, gabbie verticali e orizzontali, sbozzatrici e finitrici, vie a rulli, docce di raffreddamento, ecc.) comandate da diversi operatori, concorrono alla produzione di un rotolo [3] . Si è pensato quindi, di porre tutte queste macchine sotto il controllo di un calcolatore, che raccogliesse un gran numero di informazioni dall’impianto e le utilizzasse come feed­back o feed­forward per l’ottimizzazione delle funzioni più significative per il controllo dell’intero processo [3] .
Può essere significativo il fatto che, la prima applicazione di calcolatori di processo avvenne in campo siderurgico e precisamente ad un treno a caldo per larghi nastri, dove le caratteristiche dell’impianto, la conoscenza del processo, lo stato di sviluppo dell’automazione e strumentazione, rendevano favorevole questo importante passo del processo tecnologico [3] . Le funzioni che il calcolatore può svolgere sono brevemente le seguenti [3] : ­ Tracciabilità del prodotto (Tracking) ­ Raccolta dati ­ Controllo del riscaldo delle bramme nei forni ­ Controllo delle riduzioni nelle gabbie sbozzatrici orizzontali ­ Controllo delle riduzioni nelle gabbie sbozzatrici verticali ­ Assetto del treno finitore ­ Controllo temperatura uscita finitore ­ Controllo della temperatura di avvolgimento ­ Distribuzione dei carichi alle gabbie del treno finitore ­ Posizionamento guide sbozzatori, finitori, aspi ­ Cadenzamento dello sfornamento dai forni di riscaldo Le prestazioni che si possono ottenere da un impianto con controllo di processo con calcolatore, esteso alle funzioni ora descritte, sono certamente superiori a quelle senza tale tipo di controllo. I miglioramenti principali che si possono ottenere sono brevemente i seguenti [3] : ­ Ottenimento di tolleranze ristrette di larghezza, spessore e temperatura (e quindi caratteristiche meccaniche) ­ Diminuzione del consumo di combustibile ­ Minore formazione di scaglia nei forni ­ Miglioramento della resa bramma­rotolo ­ Maggiore produttività della linea ­ Maggiore affidabilità dell’impianto In definitiva, il controllo del processo di laminazione a caldo, deve ottimizzare la produttività del treno e garantire le caratteristiche geometriche e
microstrutturali del prodotto. In base ai vincoli posti dalla potenza del treno e dai fenomeni di deformazione­ricristallizzazione, un calcolatore di processo definisce, per una specifica composizione dell’acciaio, la compatibilità tra i vari parametri: temperatura e distribuzione delle deformazioni, velocità di laminazione (traducibile in tempi tra una passata e l’altra), carichi sulle gabbie e condizioni di raffreddamento [4] . Capitolo 3 La r ivoluzione impiantistica dell’area a caldo 3.1 Intr oduzione Nel corso dell’ultimo decennio, dopo il ciclo di ristrutturazione della siderurgia europea, si è potuto assistere ad una vera e propria rivoluzione riguardante le tecnologie utilizzate nella concezione dei nuovi impianti di colaggio di bramme. La tecnologia di colaggio in bramma convenzionale (spessore del semilavorato 200­300 mm), senza dubbio più che consolidata, sembra aver segnato il tempo ed avviarsi verso un lento declino salvo che nei paesi industrialmente emergenti. Difatti, da quanto è possibile osservare come trend evolutivo per l’area Europa­Usa, si vanno sempre di più affermando tra le nuove installazioni siderurgiche per i laminati piani, aree produttive molto concentrate, versatili e orientate al cliente per tutto simili alle aree tradizionalmente dedicate alla produzione di tondino per cemento armato; si tratta di mini­mills basati sul processo da rottame (metallurgia del forno elettrico ad arco e del forno siviera) e sulla colata continua in spessori sottili (50­90 mm). Queste nuove, interessanti tecnologie di colaggio Near Net Shape Casting (NNSC) consentono di compattare in un unico ciclo e in uno spazio di poche
centinaia di metri lavorazioni che nella metodologia tradizionale verrebbero suddivise in stadi diversi e richiedono spazi di gran lunga maggiori. Il colaggio di bramme sottili (spessore 50­90 mm a seconda del costruttore) è infatti collegato in continuo con la laminazione, sostituendo al forno di riscaldo un forno di omogeneizzazione della temperatura. Figur a 3.1 – Schema del pr ocesso di pr oduzione dell’acciaio da r ottame basato sulla metallur gia del for no ad ar co elettr ico e del for no sivier a [4] . I vantaggi sono molteplici [4] : ­ drastica riduzione dei tempi di lavoro (in meno di tre ore si trasforma il rottame in prodotto finito), ­ semplificazione dell’impiantistica, ­ incremento della produttività, ­ abbattimento dei costi di investimento e di trasformazione, ­ minor impatto ambientale, ­ migliore adattabilità al mercato. Poiché negli impianti di questo tipo il settore di laminazione ha una capacità produttiva notevolmente superiore rispetto a quello di colata, sono sempre più frequenti le versioni in cui più linee di colata continua convergono su un unico treno finitore [4] . Anche se da un punto di vista tecnico non ci sono controindicazioni per la utilizzazione di acciaio da convertitore, questa tecnologia è particolarmente
interessante nell’ambito delle mini­acciaierie elettriche, a cui apre la via per la produzione di prodotti piani, in associazione, con l’affinamento della carica. Sotto l’aspetto qualitativo, le caratteristiche geometriche e strutturali sono soddisfacenti e uniformi; la temperatura elevata della bramma (intorno a 1100 °C) e l’ottima uniformità termica da testa a coda, consentono di effettuare la laminazione in condizioni di stabilità, fino a spessori finali tipici dei nastri laminati a freddo (per gli acciai al carbonio si punta decisamente a scendere sotto 1 mm). I limiti da superare, per il completo sfruttamento industriale delle grandi potenzialità evidenziate in linea di principio, sono legati alla qualità della superficie, condizionata in particolare dalla presenza di scaglia, considerando che non è praticabile la rimozione di eventuali difetti presenti sulla superficie della bramma tramite per esempio la molatura. Questi problemi sono sentiti in particolare nella produzione in bramma sottile di acciaio inossidabile, che per sua vocazione risulta prevalentemente richiesto per impieghi a vista in cui la qualità superficiale ha particolare importanza [14] . Buoni risultati sono comunque già ottenuti grazie alla utilizzazione di descagliatori ad altissima pressione [4] . Negli ultimi anni, il consolidamento delle nuove tecnologie di colaggio in bramma sottile (NNSC), ha aperto le porte allo sviluppo di nuove tecnologie di laminazione a caldo che sono in grado di ridurre nastri larghi a spessori sempre più sottili (fino a 0.7 mm), con elevata garanzia di controllo processo sia a livello di forma, sia a livello microstrutturale. Queste nuove tecnologie di laminazione saranno oggetto di analisi nel capitolo 4; per ora basti dire che la vera e propria rivoluzione impiantistica dell’area a caldo che si va configurando, sta rendendo labile il limite tra area a caldo ed area a freddo allargando sempre di più i settori di impiego diretto dei nastri laminati a caldo. Infine, deve essere preso in particolare considerazione il processo di colaggio diretto in nastri (Strip Casting) le cui pur limitate applicazioni industriali presentano eccezionali prospettive.
3.2 Pr ocessi Near Net Shape Casting (NNSC) I principali processi di colaggio in bramma sottile sono: ­ Compact Strip Production (CSP) ­ In­Line Strip Production (ISP) ­ Flexible Thin Slab Casting (FTSC) Il primo impianto al mondo di tipo NNSC è stato installato nel 1989 in Indiana (USA) presso la NUCOR (tipo CSP ) e in Europa nel 1992 a Cremona nello stabilimento ARVEDI (tipo ISP ). A poco più di dieci anni di distanza, gli impianti di questo tipo, la cui taglia oscilla tra 1 e 2 milioni di tonnellate/anno, hanno raggiunto una capacità globale di circa 50 milioni di tonnellate pari al 16% circa di tutta la capacità mondiale di laminati piani. Nei soli Stati Uniti d’America, dove l’installazione è stata più intensa, circa il 30 % della produzione di nastri a caldo nell’anno 2000 è stata realizzata tramite impianti compatti. Delle due tecnologie sorte per prime, il processo CSP copre oltre il 50% del mercato; il processo ISP , che adotta soluzioni metallurgiche più innovative, ha richiesto una messa a punto più lunga e presenta una diffusione commerciale minore (cinque impianti nel mondo). In Italia esistono due impianti in funzione: presso la Società ThyssenKrupp­ Acciai Speciali Terni, e si basa sul processo CSP ; il secondo si basa sul processo ISP ed è installato presso l’acciaieria Arvedi di Cremona. Figur a 3.2 – Confr onto tr a un ciclo convenzionale per la pr oduzione di nastr i laminati a caldo e un impianto compatto di colata­laminazione [4] .
Con queste tecnologie, si fabbricano con risultati soddisfacenti acciai a basso, medio e alto carbonio (fino allo 0.90%), acciai magnetici al silicio con grano non orientato, acciai microlegati e acciai inossidabili [12,13] . Tabella 3.1 – Confr onto del costo di gestione oper ativa e del costo in capitale investito per gli impianti di colata continua in bramma convenzionale, colata continua in bramma sottile, strip casting (fonte ThyssenKr upp­Steel) [12] . Costo di gestione Costo in capitale Costo in capitale oper ativa investito assoluto investito per tonn. Acciaier ia convenzionale con colaggio in br amma convenzionale. Colaggio in br amma sottile a monte di un laminatoio a caldo. Str ip casting 100 100 100 90­110 27­33 45­55 9­11 9­11 100­120 55­65 CPR 90­ 110 DR 135­165 Programmazione della produzione, standard qualitativi, forma del nastro e struttura metallurgica non comparabili. Il vantaggio principale dell’introduzione del colaggio in bramme sottili consiste nel fatto che il prodotto colato può essere laminato a caldo in linea e in pochi stadi; per le installazioni siderurgiche greenfield è quindi possibile evitare la costruzione del laminatoio tradizionale che risulta essere molto onerosa. Conseguentemente, mini mills basati sulla metallurgia dell’EAF (electric arc furnace), di capacità non superiore a 1 milione di tonnellate annue, possono entrare competitivamente nel mercato dei laminati piani. Pur differendo in maniera sostanziale, le tecnologie di colaggio in bramma sottile devono affrontare problematiche comuni quali: ­ l’alimentazione di acciaio liquido all’interno di una lingottiera molto contenuta; ­ colaggio a velocità impensabili per le tecnologie tradizionali;
­ perseguire una struttura solidificata superiore che, sottoposta a riduzioni inferiori a quelle del colaggio convenzionale, fornisce un prodotto laminato di alta qualità. 3.2.1 Processo Compact Strip Production CSP ® Si prende ora in esame la tecnologia di produzione delle bramme sottili CSP ® (Compact Strip Production); essa consente la produzione economica di nastri a caldo attraverso la riduzione di capitali di investimento e costi di gestione. Questo obiettivo non poteva essere centrato semplicemente perfezionando la tecnologia di colaggio in bramma convenzionale; inoltre, è stato necessario evitare di ricercare la soluzione in un metodo di produzione completamente nuovo, che, anche se avesse portato a risultati soddisfacenti, lo avrebbe fatto in tempi eccessivamente lunghi. L’esperienza mostra che, particolarmente con lo sviluppo di nuove tecnologie, la realizzazione delle quali necessita di elevati investimenti iniziali, il successo è raggiunto solo quando il processo risulta costituito da passi semplici e facilmente assimilabili. La tecnologia CSP® risponde esattamente a questo requisito; essenzialmente, un impianto CSP® è costituito da 5 stadi: Ø macchina di colata continua; Ø forno a rulli; Ø laminatoio sbozzatore/finitore; Ø impianto di raffreddamento; Ø aspo avvolgitore.
Figura 3.3 – Lay­out della macchina CSP® installata presso lo stabilimento ThyssenKrupp­Ast di Terni [15] . Tabella 3.2 – Specifiche tecniche della macchina di colaggio CSP® installata presso lo stabilimento ThyssenKrupp – Ast di Terni. Capacità torretta portasiviere Capacità paniera Tipo di macchina 2 x 280 t – 180 t acciaio liquido 25 t – livello di lavoro 1000 mm VSB – Vertical Solid Bending Tipo di Funnel shaped / 1000­ lingottiera/larghezz 1560 mm a Lunghezza 1000 mm lingottiera Spessore bramma 70/60 mm o 50/60 mm sottile – Liquid Core Reduction Lunghezza 9265 mm metallurgica Velocità di 5.1 m/min. – spessore colaggio 63 mm Raggio di curvatura 3250 mm
Il colaggio di bramme sottili, con spessori di 50­60 mm, sebbene sia strutturato in modo sostanzialmente simile al colaggio convenzionale, presenta diverse peculiarità legate al fatto che le velocità di estrazione sono molto più elevate (4­6 m/min.); il volume della lingottiera, pur con portate di acciaio pressoché uguali, è più piccolo di 4­5 volte ed i tempi di solidificazione sono significativamente più bassi, un minuto circa, contro i 15­25 minuti del colaggio convenzionale. L’alta velocità di colaggio richiede l’uso di polveri particolari che abbiano alta velocità di fusione e bassa viscosità, per garantire l’entità e l’uniformità dell’infiltrazione; ciò senza penalizzare le proprietà confinanti, necessarie per controllare la formazione della prima pelle. Elemento fondamentale di un impianto CSP ® è la lingottiera a forma di imbuto (funnel shaped mould); essa permette l’introduzione di un particolare scaricatore sommerso. Questa forma (figura 3.4), che asseconda il ritiro che avviene durante la solidificazione, consente il centraggio della bramma all’interno della lingottiera e, contestualmente, assicura la presenza di uno strato uniforme di scoria lubrificante, con conseguente flusso termico stazionario tra la superficie appena solidificata e le pareti della lingottiera. La stazionarietà del flusso termico, consente di minimizzare le tensioni residue in Figur a 3.4 – Lingottier a a for ma di imbuto e scar icator e sommer so in un impianto CSP ®[60] .
direzione orizzontale nell’acciaio solidificato. La lingottiera a forma di imbuto permette elevate velocità di colaggio (fino a 7 m/min.), garantendo un’ottima affidabilità; tuttavia, occorre tenere presente che, la gestione del veloce flusso di acciaio liquido nella lingottiera, genera turbolenze del fuso che possono provocare difetti superficiali e problemi di purezza nella composizione chimica dell’acciaio. A causa dell’elevata velocità di colaggio, la lingottiera si trova ad oscillare con frequenze molto elevate, ciò aggrava i problemi di consumo di polveri ed aumenta la velocità relativa bramma­lingottiera, con conseguente crescita delle forze di attrito e peggioramento della qualità superficiale. Per questo motivo, la lingottiera, nella macchina di colata CSP ® , è stata dotata di un oscillatore idraulico che permette di cambiare in maniera molto flessibile la forma del ciclo, in modo da aumentare il consumo di polvere e diminuire la velocità relativa bramma­lingottiera. La tecnologia CSP ® permette in sostanza una certa semplificazione del processo di produzione di nastri a caldo, del quale vengono mantenute le fasi di colaggio, equalizzazione della temperatura, laminazione, raffreddamento ed avvolgimento sugli aspi. Ulteriori vantaggi sono dati dal significativo risparmio energetico e dall’uniformità di temperatura della bramma che garantisce il mantenimento di condizioni di laminazione costanti. La bramma, dopo essere stata tagliata, lascia la colata continua ed entra nel forno a tunnel nel quale viene riscaldata fino alla temperatura di laminazione. Il forno a tunnel assolve vari compiti: † riscaldare le bramme rendendo la loro temperatura uniforme (si veda la figura 3.5), † unire la macchina di colata ed il treno di laminazione, † svolgere la funzione di polmone (buffer) tra macchina di colata e laminatoio, per poter gestire le fermate di quest’ultimo (programmate e non).
Figur a 3.5 – Andamento della temper atur a nel cuor e e sulla super ficie della br amma sottile. Per quanto riguarda il treno di laminazione, esso risulta composto da varie gabbie ed è sostanzialmente un treno di finitura; inoltre, sono generalmente presenti una stazione di discagliatura ad alta pressione (400 bar), in quanto le bramme sottili presentano una scaglia fine e molto aderente, e dispositivi per il controllo della geometria dei nastri nelle gabbie di laminazione. 3.2.2 Processo Inline Strip Production ISP ® Il processo ISP è senza dubbio più articolato. Già nel settore di colata continua si realizza una prima operazione di riduzione dello spessore (cast rolling) che somma una riduzione a cuore liquido del 25% circa, ottenuta tramite la progressiva diminuzione della sezione di passaggio, e una pre­laminazione (sbozzatura) della bramma appena solidificata, che viene trasformata in semi­ lavorato di spessore variabile da 10 a 19 mm. Il semilavorato passa quindi in un forno di omogeneizzazione a induzione e viene avvolto su una coppia di
aspi incapsulati e riscaldati, che operano alternativamente in avvolgimento e in svolgimento verso il laminatoio finitore e funzionano quindi da polmone, consentendo di rendere relativamente indipendenti forno e laminatoio. Gli interventi tecnologici sono tali da rendere l’impianto il più compatto tra quelli esistenti (circa 180 m di lunghezza e 15 minuti per passare dall’acciaio liquido al nastro a caldo), ridurre sensibilmente la segregazione centrale e ottenere elevate tolleranze dimensionali anche sugli spessori laminati più sottili. Figur a 3.6 – Linea ISP ® pr esso lo stabilimento Arvedi di Cr emona [18] . Il primo mini­mill europeo è stato costruito nel 1992 e basato proprio sulla tecnologia ISP . Lo stabilimento è stato impiantato a Cremona e realizzato dal gruppo Arvedi. Nel corso del primo decennio di vita, l’impianto ha subito alcuni piccoli interventi di revamping volti a migliorarne la produttività [18] . Attualmente l’impianto di Cremona rappresenta lo stato dell’arte per quanto riguarda la tecnologia ISP e il know­how impiantistico e metallurgico ad essa relativo. La capacità attuale (dati 2002) dell’impianto è 840.000 tonnellate annue, anche se Arvedi prevede di aumentarla a 950.000 tonnellate nel biennio 2003­04 attraverso un secondo revamping che implicherà: ­ aumento ulteriore dello spessore iniziale da 50 a 55 mm, ­ incremento della velocità di colaggio da 5 a 5.5 m/min., ­ prolungamento della via a rulli, ­ revamping del raffreddamento secondario.
Attualmente, circa il 40% degli spessori prodotti è inferiore a 1.5 mm e una percentuale consistente si attesta su spessori di 1 mm (acciai dolci), con larghezze fino a 1250 mm (la massima larghezza della tavola di laminazione) [18] . Il mix produttivo risulta particolarmente vasto; due terzi della produzione sono composti da acciai a basso carbonio (C<0.7%) per laminazione a freddo e stampaggio. Il restante terzo comprende acciai speciali tra cui: ­ Acciai a medio e alto carbonio (fino a 0.75% C) ­ HSLA con Nb, V, Ti ­ Acciai al boro per trattamento termico ­ Acciai legati (Cr, V) e peritettici Sono stati effettuati test anche per il colaggio di acciai inossidabili. Per quanto riguarda la qualità metallurgica del nastro laminato a caldo, il processo ISP implica l’ottenimento di grani molto fini e di omogeneità strutturale, che determinano proprietà meccaniche del nastro superiori ai valori dei corrispettivi acciai prodotti con i processi convenzionali [18] . In particolare l’elevata omogeneità strutturale e il grano molto fine determinano una stampabilità del laminato a caldo eccezionale (comparabile con quella di acciai laminati a freddo). I vantaggi del processo ISP possono essere riassunti nei seguenti punti [18] : ­ la riduzione di spessore con cuore liquido, durante il colaggio, determina una struttura di solidificazione molto fine, esente da feno­ meni quali la macrosegregazione o la segregazione centrale. ­ l’originale concezione del sistema di sbozzatura consente di ottenere ottime tolleranze sul profilo del laminato e struttura più fine e omogenea rispetto agli altri processi di colaggio in bramma sottile. ­ l’originale concezione del sistema di riscaldo del semilavorato (forno a induzione) consente di “personalizzare” il trattamento termico di riscaldo, a seconda del materiale e dello spessore finale del coil che deve essere successivamente laminato sul treno finitore.
Figur a 3.7 – For no di r iscaldo a induzione installato sulla linea ISP ® dell’acciaier ia Arvedi di Cr emona [18] . Figur a 3.8 – Pr ocesso ISP ® , pr ofilo di temper atur a dur ante il pr ocesso di colaggio­laminazione per diver si spessor i di acciaio austenitico e per acciaio fer r itico [18] . ­ La particolare conformazione impiantistica degli aspi incapsulati e schermati (Cremona Furnaces) posizionati alla fine del forno a induzione, consente di limitare le perdite di calore. Conseguentemente, la finitura avviene con elevata uniformità di temperatura sul nastro, senza bisogno di eseguire lo speed­up. ­ Il treno finitore consente di laminare nastri a caldo fino a 1 mm di spessore, attraverso una elevata flessibilità dei parametri di processo ed un elevato controllo del medesimo.
­ La concezione del sistema di interconnessione tra l’uscita del forno a induzione e l’imbocco del finitore (Cremona Furnaces), consente di implementare la laminazione in modalità endless (si veda il paragrafo 4.6). 3.2.3 Processo Flexible Thin Slab Casting (FTSC) Il processo Flexible Thin Slab Casting (FTSC), più recente, è sostanzialmente simile a quello CSP da cui si differenzia per lo spessore di partenza più elevato e per l’adozione della riduzione a cuore liquido (soft reduction) [4] . La tecnologia FTSC è stata sviluppata dalla Danieli ed installata in diversi siti produttivi di nuova concezione (Algoma Steel negli USA ed Ezz Heavy Industries in Egitto) ove è stata posta con successo a monte di impianti di laminazione per spessori sottili e ultra­sottili [10] . La tabella 3.3[15] riassume le caratteristiche salienti dei principali processi di colaggio in bramma sottile che sono stati sviluppati nell’ultimo decennio da pressoché tutti i costruttori di macchine di colaggio di acciaio. Sicuramente, tra queste tecnologie, che risultano tutte molto simili dal punto di vista impiantistico, la più fortunata in termini di installazioni portate a termine nel mondo (più di 40 linee in 25 siti produttivi) è la Compact Strip Production (CSP) della SMS Concast ora SMS­Demag.. Tabella 3.3 – Quadr o r iassuntivo delle pr incipali car atter istiche dei pr ocessi Near Net Shape Casting (NNSC) [15] . Casa costr uttr ice Pr ocesso Tipo di Dimensioni della lingottier a br amma [mm] CSP Compact A forma di 50 x 900 ~ 1350 SMS Concast Strip imbuto 50 x 1220 ~ 1560 Production ISP Inline Mannesmann A pareti 60 x 1330 Strip Demag parallele Production Voest­Alpine Danieli A pareti parallele con 80 x 2100 Conroll riduzione in 80 x 1285 linea Thin slab Lingottiera 40~90 x 800~1600 Lunghezza della lingottier a Velocità di colaggio 1100 4.5~6 1000 4.5~5 n.d. 2.4 3.7 1000 1.5~6
Sumitomo conticaster lenticolare High­speed A pareti slab casting parallele 90 ~ 120 x 1000 900 5.0 3.3 Pr ocesso Strip Casting Questa tecnologia consiste nel portare a rapida solidificazione, mediante colaggio in continuo, prodotti piani con dimensioni e proprietà analoghe ai nastri laminati a caldo. Il processo si basa sul colaggio dell’acciaio liquido tra due cilindri di rame accoppiati e controrotanti che funzionano da lingottiera; l’acciaio è contenuto lateralmente da piastre ceramiche e protetto dal contatto con l’atmosfera [4] . L’acciaio solidifica sulla superficie dei rulli per formare due gusci solidificati distinti che poi vengono uniti nella parte più stretta del canale tra i due rulli (kissing point) per formare un nastro [24] . Figur a 3.9 – Pr incipio di funzionamento della macchina di strip­casting[4] . La semplificazione del ciclo di fabbricazione, con la conseguente ricaduta sull’impiantistica, è la più radicale che si possa immaginare visto che prevede l’eliminazione dei processi di colaggio in bramme e laminazione a caldo; la diminuzione dei costi energetici, di opere civili e di movimentazione è altrettanto lampante [24] (si veda tabella 3.4). Si fabbricano per questa via nastri con spessore compreso tra 1.5 e 4.5 mm e larghezze fino a 1500 mm circa (dati progetto Eurostrip® ); la velocità di
colaggio, funzione dello spessore del nastro, si colloca tipicamente tra 80 e 120 m/min. Figur a 3.10 – Schema di un impianto per il colaggio dir etto di nastr i [4] . Sotto l’aspetto metallurgico, l’applicazione naturale è rivolta agli acciai inossidabili austenitici, che vengono prodotti con buone proprietà; tuttavia, per coprire i costi di sviluppo è necessario allargare la gamma degli acciai prodotti ai tipi più comuni. I numerosi e molto agguerriti programmi di sviluppo in corso, che vedono il coinvolgimento di alcune delle più importanti industrie siderurgiche mondiali in associazione con primarie società di ingegneria e impiantistica: ­ Progetto europeo Eurostrip ® (ThyssenKrupp Steel, Voest Alpine Industrieanlagenbau (VAI) e ARCELOR) ­ Progetto Castrip ® , joint­venture tra l’australiana BHP , l’americana Nucor e la giapponese IHI, ­ Nippon Steel Corp. fanno prevedere che, nei prossimi anni, si assisterà a una rapida diffusione degli impieghi industriali di questa nuova tecnologia.
Come detto, il progetto Eurostrip® è una joint­venture tra ThyssenKrupp Steel, Arcelor e VAI. Figur a 3.11 – Vista della macchina di strip­casting nello stabilimento di Kr efeld della Kr upp Thyssen Stainless [24] . Il progetto Eurostrip ® ha conseguito risultati quali campagne di colaggio della durata di 5 ore consecutive e la vendita di 3000 tonn. di nastro a caldo. Nell’impianto di Krefeld viene prodotto acciaio inossidabile austenitico AISI 304 mentre nella macchina installata a Terni vengono condotti test sul colaggio di acciai al carbonio. Entrambe le macchine sono state dotate di laminazione in Tabella 3.4 – Quadr o r iassuntivo dei vantaggi della tecnologia Strip Casting r ispetto al colaggio in br amma convenzionale e sottile [16] . Costo dell’investimento Spazio necessar io Consumo di ener gia Tempo di tr asfor mazione dall’acciaio liquido al coil Emissioni e r ifiuti Benefici della tecnologia Strip Casting confr ontati con: Colaggio in br amma Colaggio in convenzionale br amma sottile 45 % in meno 35 % in meno 85 % in meno 60 % in meno 80 % in meno 50% in meno minuti invece di giorni minuti invece di ore 50­90 % in meno
linea (inline rolling) per migliorare sia la struttura interna sia la qualità superficiale. Anche il progetto pilota Castrip® si è recentemente (2003) avviato sul sentiero dello sfruttamento su scala industriale della tecnologia strip casting[17] ; il range di spessori colati è 0.7­2 mm con larghezze massime fino a 2000 mm [17] . Dal punto di vista impiantistico la macchina Castrip® è sostanzialmente identica a quella Eurostrip ® . La macchina strip­casting installata presso la Nucor di Crawfordsville ha ottenuto risultati eccellenti nel colaggio di acciai a basso e ultra­basso tenore di carbonio e di AISI 409 [17] . La tecnologia Strip Casting sembra aver raggiunto la maturità dal punto di vista della sua riproducibilità su scala industriale; la sua reale penetrazione nel mercato delle nuove installazioni siderurgiche “brownfield” riguarderà le seguenti tipologie di siti [16] : ­ siti siderurgici concepiti per i prodotti lunghi che vogliano convertire parte del loro mix produttivo ai laminati piani, ­ siti siderurgici concepiti per i laminati piani che abbiano un eccesso di acciaio liquido da smaltire. Per quanto riguarda le installazioni “greenfield” la strada per lo strip casting sembra essere più in salita visto che la capacità produttiva annua di questa tipologia di macchina si attesta su 0.4­0.5 milioni di tonnellate annue (meno della metà di qualsiasi macchina di colaggio in bramma sottile); inoltre, questa scelta presuppone l’installazione di una nuova parte fusoria [16] . In ogni caso, dal punto di vista dei costi per tonnellata prodotta, la tecnologia Strip Casting è leader nel campo della produzione di spessori a caldo sottili (si veda a tal proposito la figura 3.12).
3.4 Pr ocessi di laminazione innovativi Da quanto emerge dall’analisi svolta nei paragrafi precedenti, il processo produttivo di colaggio si è evoluto in maniera netta verso un ammodernamento e una razionalizzazione che hanno determinato una svolta epocale per l’applicazione di questa tecnologia. Il giro di boa si è inesorabilmente compiuto: tutte le nuove installazioni di impianti di colaggio, nell’area Europa­Usa, sono in bramma sottile, inoltre, sono stati effettuati upgrade di aree a caldo esistenti, tramite integrazioni di processi in bramma sottile (questo è il caso del mix rolling praticato nello stabilimento ThyssenKrupp­Ast di Terni) [25] . Senza dubbio, un laminatoio convenzionale di vecchia concezione, in avanzato stato di ammortamento, è più competitivo dal punto di vista economico, e può tranquillamente resistere, ai vantaggi in termini di costo di gestione di un nuovo impianto di colaggio in bramma sottile e di laminazione (per il quale inevitabilmente va investito del capitale per l’installazione) [16] . Il quadro descritto tuttavia cambia radicalmente se si esamina il problema da un ulteriore punto di vista: lo spessore del nastro a caldo all’uscita del treno finitore. Figur a 3.12 – Confr onto dei costi totali di pr oduzione per differ enti pr ocessi pr oduttivi, in funzione dello spessor e minimo laminato a caldo [16] .
Le tecnologie Near Net Shape Casting difatti, raggiungono prestazioni ineguagliabili dal punto di vista dello spessore minimo laminabile a caldo (fino a 1 mm); inoltre, per spessori inferiori a 2 mm, i treni a caldo di vecchia concezione subiscono un decremento della capacità produttiva annua, dovuto alla diminuzione della velocità di uscita finitore (la ridotta capacità produttiva incrementa quindi i costi di produzione per tonnellata). La produzione con standard qualitativi elevati di spessori sottili, spalanca le porte alle tecnologie Near Net Shape Casting che sono in grado di assecondare meglio il processo di laminazione, mettendo a disposizione una struttura di partenza più sottile e termicamente omogenea. Contestualmente al consolidamento delle tecnologie di colaggio NNSC, tutte le principali case costruttrici di impianti siderurgici, si stanno dedicando all’upgrade delle performance di laminazione tenendo conto delle incrementate proprietà del semiprodotto in ingresso (appunto, una bramma sottile) e dei prodigi della modellistica meccanico­metallurgica e del controllo processo messi a disposizione dalle tecnologie più moderne. Nel prossimo capitolo verranno presi in esame gli ultimi sviluppi tecnologici riguardanti la tecnologia di laminazione a caldo dei nastri: ­ Laminazione in spessori ultra­sottili (ultra­thin gauge rolling), ­ Laminazione in modalità semi­endless (semi­endless rolling), ­ Laminazione in modalità endless (endless rolling). Essi oltre a rappresentare l’inevitabile sviluppo tecnologico a corollario delle tecnologie Near Net Shape Casting, ne rappresentano l’innegabile completamento e l’ulteriore spinta a penetrare nel mercato delle nuove installazioni di impianti di colaggio.
Capitolo 4 Nuove frontier e del processo di laminazione a caldo 4.1 Intr oduzione L’obiettivo di colare semiprodotti piani di acciaio a costi più bassi e a pari qualità meccanico­metallurgica (in particolare per gli acciai al carbonio) è stato centrato, come si è visto nel capitolo precedente, sviluppando e consolidando le tecnologie di colaggio in bramma sottile (Near Net Shape Casting). Sulla base di questo consolidamento, si stanno cogliendo in questi anni tutte le possibilità che essa offre anche in termini di miglioramento della performance di laminazione posta a valle. Anche in questo caso l’approccio dei tecnologi di processo e degli impiantisti è stato molto simile a quello adottato per lo sviluppo dei processi di colaggio in bramma sottile. Le linee guida seguite per lo sviluppo di tecnologie di laminazione innovative possono essere riassunte nei seguenti punti: ­ concezione di processi più semplici e compatti in termini sia di processo sia di impianto, ­ raggiungimento di spessori del nastro a caldo ultra­sottili, ­ processi produttivi fortemente integrati (verticalmente) con le fasi produttive successive, ­ processi molto “vicini” al cliente (riduzione dei tempi di consegna, just in time, potenziamento dei servizi connessi al prodotto), ­ processi più economici (costi d’installazione e di gestione inferiori, produzione su siti siderurgici compatti, mini­ mills) ­ processi ad elevato grado di controllo mirati al raggiungimento di standard qualitativi superiori. Sulla base di questi punti è stata sviluppata con successo per i laminati piani la laminazione a caldo di spessori sottili in modalità semi­endless.
L’Endless Rolling per i nastri piani, per ora, è soltanto un’ipotesi interessante di ulteriore sviluppo, mentre per i prodotti lunghi (blumi e billette) è una tecnologia già consolidata. 4.2 Tecnologie Ultra Thin Gauge Rolling e F erritic Rolling Negli ultimi anni, si è potuto assistere ad un fiorente sviluppo di tecnologie di laminazione, basate sui semiprodotti di colata continua in bramma sottile, orientate a raggiungere la laminazione a caldo di nastri con spessori sottili e ultra­sottili (fino a 0.7 mm). Questa tendenza asseconda le richieste del mercato di laminati a caldo sottili e ultra­sottili, che siano in grado di sostituire per settori applicativi sempre più vasti, i rispettivi nastri laminati a freddo con evidente riduzione dei costi di produzione. Per far sì che questa operazione riuscisse, è stato necessario superare tutti i limiti posti dal metodo di laminazione tradizionale: il più importante requisito per la produzione di spessori sottili e ultra­sottili è l’individuazione di pratiche operative, assetti impiantistici e di controllo, che possano assicurare una elevata stabilità del processo di laminazione, che si traduca in elevata qualità dimensionale e superficiale del nastro come richiesto dal mercato. Per un laminatoio di vecchia concezione alimentato da bramme convenzionali, il minimo spessore raggiungibile è 1.5­2 mm [20] ; laminare a spessori più sottili è controindicato perché determina elevati decrementi di produttività. Infatti, la velocità di uscita dal finitore non può essere innalzata oltre una certa soglia onde evitare fenomeni di instabilità durante l’imbocco e l’uscita del nastro dalle gabbie (portanza, incagli nel nastro, ecc.). Per questo tipo di installazione, il massimo rapporto larghezza­spessore del nastro è circa 800. Nei treni finitori di recente installazione, basati sulla bramma sottile (ad esempio quello della Corus ad Ijmuiden), si è ritoccato l’assetto
impiantistico del laminatoio a caldo tradizionale, in maniera tale da laminare nel finitore a velocità più elevata, evitando i problemi di perdita di produttività suddetti. Gli interventi impiantistici salienti effettuati per centrare questo target sono stati: ­ avvicinamento delle gabbie del treno finitore, ­ avvicinamento dell’aspo avvolgitore all’uscita del treno finitore, ­ potenziamento del raffreddamento del nastro all’uscita del finitore (sistemi ultra­fast cooling ), ­ particolari accorgimenti nel disegno della tavola di evacuazione nastro. Laminando con questi accorgimenti impiantistici, il rapporto larghezza­ spessore può raggiungere 1250 (tipicamente si laminano spessori di 1 mm con larghezze di 1250­1300 mm); per superare questo limite è necessario andare oltre, laminando in modalità semi­endless[20] . Figura 4.1 – Range dei rapporti larghezza­spessore del nastro laminato a caldo per la laminazione in bramma tradizionale, in bramma sottile (mini­mills ) e semi­endless (Corus Direct Sheet Plant ) [20] . Infatti, allo stato attuale dell’arte, rapporti larghezza­spessore fino a 2000 (con spessore minimo 0.7 mm) possono essere raggiunti soltanto abbinando la tecnologia di colaggio in bramma sottile, con quella di laminazione a caldo in modalità semi­endless[20] .
La tecnologia di laminazione semi­endless, assume un ruolo molto importante per i siti siderurgici dotati di colaggio in bramma sottile, consentendo loro un ampliamento del mix produttivo agli spessori sottili e ultra­sottili, contemporaneamente al mantenimento di elevati standard qualitativi e di alta produttività. L’esperienza della Corus di Ijmuiden testimonia come, per applicazioni particolari, sia possibile sostituire l’impiego di laminati a freddo in spessori sottili con i rispettivi laminati a caldo decapati, prodotti con laminazione in modalità semi­endless[20] ; è questo il caso dei tubi di precisione e dei radiatori. Gli impianti di laminazione semi­endless attualmente installati, non pregiudicano la possibilità di laminare le bramme nella maniera convenzionale (singolarmente); inoltre, possono funzionare sia in laminazione in fase austenitica sia in laminazione in fase ferritica, attraverso il posizionamento ottimizzato di stadi di raffreddamento ultra rapido lungo gli stadi di sbozzatura e finitura [20,10] . Figur a 4.2 – Lay­out della linea Direct Sheet Plant (DSP ) pr esso la Corus di Ijmuiden [20] . 4.3 Il pr ocesso Semi­endless Rolling La tecnologia di colaggio in bramma sottile (Thin Slab Continuous Casting and rolling TSCC&R) come esposto nel capitolo precedente, è stato un processo
sviluppato con successo alla fine degli anni ’80 per la produzione di nastri a caldo; essa costituisce senza dubbio una delle principali innovazioni per l’industria dell’acciaio dopo il convertitore a ossigeno e la colata continua. Sulla base del consolidamento nel corso dell’ultimo decennio del know­how relativo a questa tecnologia, e grazie al miglioramento degli equipaggiamenti impiantistici e dei sistemi di controllo dell’automazione, si è potuta sviluppare la tecnologia di laminazione semicontinua (Semi­endless Rolling) per i semiprodotti in spessore sottile. La laminazione semi­endless è stata difatti largamente utilizzata sin dalla sua nascita in tutti gli impianti di laminazione di nuova costruzione posti a valle di linee di colaggio in bramma sottile (si veda il paragrafo 4.5). Fino ad oggi, per laminazione di nastri a caldo, si è considerato il processo attraverso il quale, una singola bramma (sottile e non) viene convogliata da un forno di riscaldo (o di omogeneizzazione) attraverso una tavola a rulli verso il treno sbozzatore e poi da esso verso il treno finitore. Ciò avviene tagliando il semiprodotto, all’uscita della colata continua, tramite cesoia o fiamma, alla lunghezza opportuna, per ottenere un certo peso di coil prodotto alla fine della laminazione. Durante la laminazione, le operazioni di imbocco, laminazione e uscita, vengono ripetute per ogni bramma o se si vuole per ogni coil; la ripetitività di questo processo determina disuniformità dello spessore del laminato, danneggiamento degli estremi del nastro e laminazione instabile. La laminazione di spessori ultra­sottili (inferiori a 1.2 mm) o ultra­larghi (superiori a 1250 mm) è piuttosto difficoltosa e poco remunerativa attraverso il processo di laminazione tradizionale i cui limiti sono ben noti [11] : ­ Durante l’imbocco e l’uscita del nastro dalle gabbie, si possono verificare difetti di spessore e profilo, in particolar modo in corrispondenza della parte iniziale e di quella finale del nastro, in quanto queste due parti sono laminate in maniera instabile per mancanza di tiro. ­ Durante la laminazione della coda del nastro, può accadere che essa si ripieghi su sé stessa andando a danneggiare i cilindri di laminazione.
Ciò va a scapito della produttività del laminatoio e accresce i costi di rettifica cilindri. ­ Per realizzare la laminazione di spessori sottili, il laminatoio non può marciare ad alta velocità, per evitare fenomeni di portanza durante l’imbocco e l’uscita del nastro; ciò diminuisce la produttività. La tecnologia di laminazione semi­endless, nasce per ovviare a questi inconvenienti, qualora si possa disporre di semiprodotti provenienti da linee di colaggio in bramma sottile. In particolare, laminare in modalità semi­endless, vuol dire avviare al laminatoio un semiprodotto lungo da 4 a 6 volte la lunghezza di una singola bramma; il nastro viene poi tagliato alla lunghezza desiderata (pari alla lunghezza di un singolo coil) soltanto dopo la completa laminazione, all’uscita del treno finitore [11] . La tecnologia semi­endless è mirata all’ottenimento di spessori finali ultrasottili per il rotolo a caldo e all’espansione del mix produttivo, consentendo la produzione di nastri sottili e larghi per i quali il rapporto larghezza/spessore può raggiungere 2000. Indubbiamente, la laminazione in modalità semi­endless pone dei problemi impiantistici più complessi rispetto alla modalità a bramma singola. Questi problemi possono essere riassunti nei seguenti punti [11] : ­ sbozzatura e finitura di bramme fino a 7 volte più lunghe di una singola bramma sottile, ­ elevata variazione del profilo causata dalla laminazione di un nastro molto lungo, ­ usura concentrata dei cilindri di laminazione causata dalla laminazione con larghezza costante. Per ovviare a questi inconvenienti è stato sviluppato il seguente assetto impiantistico per i laminatoi [11] : ­ Installazione di sistemi di controllo processo evoluti in grado di compensare la forte deformazione termica dei cilindri di lavoro. Essi
consentono un controllo maggiore del profilo e conseguentemente della planarità. ­ La tecnologia semi­endless, come già esposto, è mirata in particolare alla produzione di spessori sottili, per i quali il sistema Flying Gauge Control consente di risolvere le problematiche legate all’imbocco e all’uscita del nastro dalle gabbie. ­ Durante la laminazione semi­endless, i cilindri di laminazione, subiscono un’elevata usura, a causa della larghezza di laminazione che si mantiene costante e al fatto che i cilindri permangono ad alta temperatura per un periodo molto lungo. Sono state quindi sviluppate tecnologie mirate all’ottimizzazione dell’usura dei cilindri (Shifting assiale, CVC, f 2 CR, ORG). ­ Una cesoia ad alta velocità, deve essere installata di fronte all’aspo avvolgitore, per consentire il taglio del nastro alla lunghezza voluta (la velocità di uscita dal finitore può raggiungere i 23 m/sec.) ­ I sistemi di avvolgimento del nastro, devono essere installati il più vicino possibile all’uscita del treno finitore, per evitare fenomeni di portanza. Inoltre, i due aspi avvolgitori devono possedere sistemi di imbocco molto rapidi. ­ Il dispositivo chiave per la realizzazione di questo processo di laminazione semicontinua è la guida posta tra la cesoia a valle del finitore e i due aspi avvolgitori. Difatti, a causa dello spessore molto sottile del nastro e della sua elevata velocità, possono verificarsi fenomeni di portanza per il nastro che devono essere assolutamente evitati installando una pass­guide sopra al nastro in transito. Su questa guida, sono installati degli spruzzatori ad acqua ad alta pressione o ad aria compressa, che esercitano un’azione confinante sul nastro che altrimenti tenderebbe a volare. ­ Come esposto sopra, l’aspo avvolgitore deve essere installato il più vicino possibile all’uscita del treno finitore. Questa circostanza impone l’installazione di sistemi di raffreddamento del nastro tra l’ultima
gabbia del treno finitore e la cesoia molto efficienti (fino a 300 °C/sec.), per rispettare i requisiti sulla temperatura di avvolgimento. ­ Le prestazioni delle tecnologie di colaggio attuali in bramma sottile sono tali che la produttività del treno a caldo è circa doppia rispetto a quella della macchina di colaggio. Conseguentemente, il laminatoio a caldo viene spesso posto a valle di un processo di colaggio a due linee (twin strand). La lunghezza della bramma semi­endless e la velocità di colaggio, sono due parametri di processo che devono essere accuratamente impostati, per ridurre le interferenze tra le due linee e massimizzare la produttività dell’intero complesso colaggio­laminazione. ­ La modalità di laminazione semi­endless comporta la necessità di ricorrere a variazioni di velocità delle gabbie per assicurare la giusta temperatura di laminazione del nastro; inoltre, i motori elettrici lavorano in laminazione per periodi 4­5 volte più lunghi rispetto alla modalità single­slab e quindi generano molto più calore. Conseguentemente, le potenze installate per gli stadi di sbozzatura e finitura, risultano essere più elevate rispetto a quelle dei laminatoi convenzionali. Al contrario, la laminazione semi­endless comporta una minore impulsività del carico sulle catene cinematiche della gabbie (TAF, Torque Amplification Factor 5 volte meno frequenti a pari produttività; vita a fatica più lunga per tutti i meccanismi del treno). ­ Si è già ampiamente esposto come questa innovativa modalità di laminazione, sia particolarmente indicata ed efficace per la produzione di spessori sottili. In questo ambito, la lubrificazione del processo può diminuire in maniera evidente la coppia di laminazione, determinando minori consumi energetici e miglioramento delle caratteristiche dimensionali e superficiali del laminato. La lubrificazione del processo è stata già utilizzata con successo in questo tipo di impianti. ­ Ovviamente, i benefici della laminazione in modalità semi­endless sono tanto più evidenti quanto più il forno di riscaldo è lungo; esso infatti funziona da buffer, polmone di alimentazione, per il laminatoio. Non esiste una lunghezza ottimale per il
forno di equalizzazione­riscaldo; essa deve essere valutata in funzione del lay­out del sito produttivo, del flusso di materiale e delle specifiche tecniche del processo semi­endless. Analogamente, non esiste alcun requisito specifico, per la realizzazione dell’interconnessione tra le due linee di equalizzazione all’imbocco del treno sbozzatore. ­ L’adozione del processo di laminazione semi­endless, comporta il continuo avvolgimento del nastro sui due aspi avvolgitori che lavorano alternativamente. Il tempo di evacuazione coil dagli aspi deve essere quindi considerato come valore di soglia per il mix produttivo, qualora esso prevedesse la produzione in sequenza di molti coil di basso peso. 4.4 Nuove fr ontier e del contr ollo pr ocesso: Work Roll Crossing e F lying Gauge Control (F GC).
Per realizzare la laminazione nastri in modalità semi­endless, il laminatoio deve possedere capacità di controllo processo superiori a quelle dei laminatoi convenzionali (anche di ultima generazione); questo consente di ottenere tolleranze molto ristrette su spessore, profilo e planarità. In particolare, la produzione di nastri ultra­sottili (fino a 0.8 mm [10] ) in modalità endless o semiendless, richiede un range di controllo sul profilo del nastro 4­5 volte più ampio (fino a 1700 μm) del range di controllo consentito dagli attuatori installati per le tecnologie di laminazione convenzionali. Come esposto nel paragrafo 4.3, uno dei problemi della laminazione semi­endless, è costituito dalla maggiore sollecitazione termica dei cilindri di lavoro, causata dal lungo contatto che essi hanno con il nastro; questa provoca deformazione elevata del profilo dei cilindri di lavoro, determinante gravi difetti di planarità sul nastro. Il solo roll­bending, per la compensazione dell’alterazione di profilo termica, può non essere sufficiente [20] . Figur a 4.3 – Sistema Work Roll Crossing[10] : Sc = r oll­gap al centr o del cilindr o. Se = r oll­gap agli estr emi del cilindr o. Danieli Wean United[10] ha sviluppato un sistema di controllo evoluto, per la prevenzione della difettosità legata alla laminazione di spessori sottili in modalità semi­endless; questa tecnologia, denominata Free crown­Free Rolling
(f 2 CRTM ) contempla oltre ai ben noti sistemi di controllo processo per la laminazione (roll­bending positivo e negativo per il controllo del profilo e work roll­shifting per il controllo dell’usura dei cilindri di lavoro) anche un sistema di work­roll crossing, anch’esso sviluppato per il controllo del profilo del nastro. Lo sghembamento (crossing) [20, 10] degli assi dei cilindri di lavoro, ha lo stesso effetto sul nastro, di quello che si avrebbe tornendo i cilindri di lavoro facendo assumere loro un profilo convesso (si veda figura 4.3); in particolare il roll­gap agli estremi sarà maggiore del roll­gap al centro. Il crossing dei cilindri di lavoro può essere inoltre attuato indipendentemente dallo shifting[10] . Il crossing dei cilindri di lavoro e gli altri controlli della tecnologia Free­crown, Free Rolling ( f 2 CR) consentono [10] : ­ elevate riduzioni di spessore, ­ elevato controllo del profilo del nastro, ­ distribuzione dell’usura dei cilindri di lavoro attuando lo shifting dei medesimi, ­ controllo dell’usura dei cilindri e del profilo del nastro indipendenti, ­ possibilità di controllo processo incrementate rispetto alle tecnologie tradizionali (Fr ee Rolling), ­ sistema concepito per attuare la laminazione in modalità endless e semi­endless. La laminazione in modalità semi­endless, ha imposto l’introduzione di un ulteriore sistema di controllo dinamico sullo spessore e sulla velocità di laminazione denominato Flying Gauge Control (FGC) [11,20] . Questo sistema consente di iniziare una campagna di laminazione in modalità semi­endless imboccando il laminatoio con un nastro più spesso e velocità più bassa per far stabilizzare il processo di laminazione. Generalmente, questa stabilizzazione viene estesa per tutta la lunghezza del primo coil [20] , dopodiché lo spessore e la velocità vengono impostati per rispettare i requisiti di riduzione e temperatura
programmati. Analogamente a quanto visto per l’imbocco, l’ultimo coil laminato, subisce una diminuzione della velocità di laminazione e un aumento dello spessore. L’incremento o la diminuzione di spessore realizzata tramite FGC, tra un coil e il successivo, non deve superare i 0.3 mm, onde evitare di destabilizzare il processo. Il sistema Flying Gauge Control può operare in tre modalità a seconda della sequenza di larghezze e spessori che deve essere laminata [11] : ­ variazione di velocità di laminazione e di spessore, ­ variazione di velocità di laminazione mantenendo spessore constante, ­ variazione di spessore mantenendo la velocità di laminazione costante. Fig. 4.4 – Mix pr oduttivo e pr atica oper ativa di laminazione semi­endless. Adozione del F lying Gauge Control (F GC® ) [11] .
4.5 Applicazioni industr iali della tecnologia Semi­endless Rolling Per seconda generazione di processi di colaggio e laminazione in bramma sottile (TSCC&R), si intende le nuove installazioni di linee equipaggiate con modalità di laminazione semi­endless[11]
. Le installazioni principali sono le seguenti [11] : ­ Linea Compact Strip Production (CSP) di Thyssen Krupp Steel in Germania (è per ora solo predisposta alla laminazione semi­ endless, in quanto manca la cesoia) ­ Linea Direct Sheet Plant (DSP) della Corus ad Ijmuiden ­ Linea Flexible Thin Slab Rolling (FTSR) presso Ezz Heavy Industries in Egitto ­ Linea Flexible Thin Slab Rolling (FTSR) presso la TanGshan Steel in Cina ­ Linee Compact Strip Production (CSP) presso la Maanshan Steel e la Lianyuan Steel in Cina Figur a 4.5 – Linea CSP installata a Duisbur g pr esso la Thyssen Kr upp Steel [11] . Figur a 4.6 – Linea DSP installata ad Ijmuiden pr esso la Cor us (Olanda) [11] .
La Corus[20] , nel 1997, ha deciso di impiantare nel sito produttivo di Ijmuiden la tecnologia Direct Sheet Plant per ampliare il mix produttivo includendo prodotti larghi e ultra­sottili. Si è quindi realizzato un intervento di potenziamento del vecchio laminatoio a caldo esistente, consentendo ad esso di raggiungere spessori laminati fino a 1 mm e rapporti tra larghezza e spessore del nastro fino a 2000 [20] . Queste performance di laminazione sono state perseguite attraverso un nuovo assetto impiantistico, che prevede il funzionamento sia in modalità tradizionale (cioè laminando le bramme singolarmente) sia in modalità semi­endless. Per la laminazione di spessori superiori a 1.5 mm è impiegata la modalità di laminazione tradizionale, per spessori inferiori si opera in modalità semi­endless. L’impianto DSP della Corus, infine, è concepito per poter laminare sia acciai al carbonio austenitici sia ferritici attraverso l’originale sistema di raffreddamento installato [20] . Anche l’esperienza relativa al sito produttivo egiziano della Ezz Heavy Industries, dimostra come il raggiungimento di spessori laminati fino a 0.8 mm, sia possibile, allo stato attuale dell’arte, solo ed esclusivamente utilizzando la modalità di laminazione semi­endless[10] , grazie ai ben noti vantaggi che essa comporta sulla stabilità del processo. Anche questo laminatoio, può laminare sia singolarmente le bramme sia in modalità semi­endless; inoltre, risulta possibile laminare nel finitore in fase completamente ferritica.
Figur a 4.7 – Linea F TSR installata pr esso la Ezz Heavy Industries (Egitto) [10] . Tabella 4.1 – Car atter istiche salienti dei pr ocessi colaggio­laminazione semi­endless. Tipologia di pr ocesso Flexible Thin Slab Casting Ezz Heavy Industries Corus Direct Sheet Plant (Corus Ijmuiden) Compact Strip Production Thyssen Krupp Steel Compact Strip Production Range di spessor i [mm] Range di lar ghezze [mm] Max r appor to Lar ghezza / spessor e Lunghezza del for no di equalizzazione [m] Mix pr oduttivo 0.8 1200­1600 2000 n.d. Acciai austenitici e ferritici 0.7 – 3.0 1000­1560 2000 315 Acciai al carbonio da costruzione (bassolegati) n.d. n.d. n.d. 240 n.d. n.d. n.d. n.d. 297 n.d. Lyanuuan Steel 4.6 Il pr ocesso Endless Rolling Nel paragrafo 4.3, si sono ampiamente esposti i limiti della tecnologia di laminazione tradizionale a bramma singola (single slab rolling). Il primo tentativo di ovviare a questi inconvenienti è stato effettuato dalla Kawasaki
Steel Co. e dalla Oita Steel Co. (Giappone), le quali hanno messo a punto un processo di laminazione denominato endless rolling[11] . Questa tecnologia, risalente agli anni 1996­98, è basata sul colaggio in bramma convenzionale e sul laminatoio a caldo tradizionale; la bramma dopo esser stata trattata nel forno di riscaldo viene avviata alla gabbia sbozzatrice. I nastri sbozzati, opportunamente stoccati su aspi avvolgitori­svolgitori, vengono successivamente svolti, saldati agli estremi e avviati all’imbocco sul treno finitore. In questo modo il treno finitore viene alimentato da un nastro continuo. Questa tecnologia, che ha ottenuto risultati soddisfacenti, tuttavia, è stata abbandonata a causa dei suoi elevati costi di investimento [11] . Figur a 4.8 – Lay­out pr oduttivo della sezione r iscaldo, sbozzatur a, saldatur a e laminazione dell’acciaier ia Kawasaki Steel Cor por ation [21] . Il processo endless rolling per prodotti lunghi (blumi e billette), concepito come sopra esposto, cioè tramite saldatura dei semiprodotti di colata, ha invece avuto un buon successo; le ultime installazioni (Endless Casting & Rolling presso le acciaierie Bertoli Safau di Udine nel 2000) [22] , perseguendo una netta semplificazione del processo produttivo, consentono di raggiungere aumenti di produttività e minori costi per tonnellata prodotta [22] .
La tecnologia di laminazione semi­endless, per i laminati piani da colata in bramma sottile, può ovviare ai problemi legati alla fase di saldatura e agli alti costi d’investimento del processo messo a punto dalla Kawasaki Steel e trattato sopra. Inoltre, l’utilizzo del forno di riscaldo­ equalizzazione determina buoni prerequisiti di uniformità termica per la laminazione di spessori sottili [11] . Per questi e altri motivi, ampiamente trattati nei paragrafi precedenti, il processo di laminazione semi­endless è un processo nuovo ma già consolidato. Inoltre, con il continuo perfezionamento e sviluppo del processo di colaggio in bramma sottile, è nata l’idea di realizzare un ulteriore sviluppo della tecnologia di laminazione basata su di esso [11] . Questa inedita modalità di gestire colaggio e laminazione consiste nel laminare il semiprodotto da colata continua senza dividerlo tramite cesoia all’uscita del colaggio (Full Endless Rolling) [11] . Il requisito essenziale, per realizzare colaggio e laminazione in cascata, senza interruzioni del flusso di materiale, è che macchina di colaggio e impianto di laminazione abbiano rispettivamente la stessa velocità di uscita e di imbocco. Questo è un problema non da poco, visto che, comunemente, la produttività oraria di un laminatoio è circa doppia rispetto a quella di una macchina di colaggio (infatti, come detto, un laminatoio di ultima generazione, con opzione di laminazione semi­endless, viene posto a valle di linee di colaggio twin­strand). La linea di colaggio­laminazione attualmente operativa presso lo stabilimento Arvedi di Cremona, fu inizialmente concepita per laminare in modalità full endless come descritto sopra [18] .
Figur a 4.9 – Lay­out pr oduttivo dell’acciaier ia Ar vedi in modalità Inline Strip Production – Endless Cast Rolling (ISP­ECR ® ) [18] . Più in particolare, il semiprodotto in solidificazione, partendo dalla lingottiera, attraversa i vari segmenti della macchina di colaggio ISP, lo sbozzatore, il forno a induzione e infine il finitore, all’uscita del quale viene tagliato alla lunghezza opportuna per ottenere i pesi programmati per i coils. La velocità di uscita del nastro dallo sbozzatore, è quindi uguale a quella di entrata nel forno di riscaldo e poi nel finitore. L’obbiettivo di allineare la velocità di uscita colaggio e la velocità di entrata laminazione, è stato centrato attuando una riduzione in linea a cuore liquido, che, come noto, è la principale peculiarità del processo ISP. Questo sistema di colaggio­laminazione è stato testato nella fase di start­up dell’impianto e sono in programma altri test a breve. L’impianto di Arvedi, equipaggiato con la tecnologia endless cast­rolling (ECR ® ), potrà raggiungere una produzione annua di 2 milioni di tonnellate con spessore minimo di 0.7 mm per gli acciai dolci [18] .
Conclusioni Il laminatoio a caldo è un impianto strategico per un sito siderurgico che abbia come tipo di produzione laminati piani. In esso si crea gran parte del valore del prodotto, in quanto si tratta del primo impianto in cui il semilavorato, solidificato, assume la fisionomia di prodotto finito. I treni a caldo di ultima generazione sono dotati di sistemi di controllo del processo evoluti; essi consentono regolazioni complesse, mirate all’ottimizzazione della produttività e al controllo dinamico dello spessore, della forma e della microstruttura del nastro. Negli ultimi anni, si sono consolidate le nuove tecnologie di colaggio in bramma sottile (Near Net Shape Casting). Esse comportano vantaggi notevoli da molti punti di vista: diminuzione dei costi di investimento e di gestione dell’impianto, compattazione e razionalizzazione del processo produttivo, incremento della produttività e dell’adattabilità al mercato, infine, minore impatto ambientale. Tra le tecnologie Near Net Shape Casting, la più affermata è la CSP ® sviluppata dalla SMS Concast (ora SMS­Demag). L’Italia in ambito europeo è all’avanguardia in materia di installazioni di impianti in bramma sottile, avendo portato avanti programmi di sviluppo coraggiosi della tecnologia ISP ® , della tecnologia CSP ® per gli acciai inossidabili, e del processo FTSC ® introdotto nel mercato delle nuove installazioni dalla Danieli. Le tecnologie di colaggio in bramma sottile, oltre ad aver rivoluzionato la conformazione impiantistica dei siti siderurgici per laminati piani, hanno consentito il miglioramento delle prestazioni della laminazione a caldo. Infatti, il colaggio in bramma sottile, per le sue peculiarità, mette a disposizione un input di laminazione migliore: più sottile, appunto, ma anche più omogeneo termicamente e microstrutturalmente. I laminatoi di ultima generazione, posti a valle del colaggio in bramma sottile, applicano con successo innovazioni impiantistiche che consentono di laminare a caldo con spessori minimi e qualità del nastro altrimenti ottenibili solo
laminando a freddo (tipicamente 1 mm di spessore). Questa tendenza asseconda le richieste del mercato di laminati a caldo sottili che siano in grado di sostituire, per settori applicativi sempre più vasti, i rispettivi nastri laminati a freddo con evidente riduzione dei costi di produzione. Ulteriori riduzioni dello spessore minimo raggiungibile a caldo, risultano possibili modificando più decisamente la tecnologia di laminazione; in particolare devono essere eliminati i problemi di instabilità del processo derivanti dalla laminazione di bramme singole (single slab o coil to coil rolling). In tale direzione si colloca lo sviluppo della laminazione a caldo in modalità semi­endless che, superando i limiti intrinseci al processo di laminazione tradizionale (single slab), consente di ridurre ulteriormente lo spessore minimo laminabile a caldo fino a spessori ultra­sottili (0.7 mm ad esempio). Laminare in modalità semi­endless vuol dire avviare al laminatoio un semiprodotto lungo da quattro a sei volte la lunghezza di una singola bramma; il nastro viene poi tagliato alla lunghezza programmata, soltanto dopo il completamento della riduzione, all’uscita del treno finitore. La laminazione in modalità full­endless rappresenta un ulteriore sviluppo del processo semi­endless, che consiste nel porre completamente in linea i processi di colaggio e laminazione, senza interruzione del flusso di acciaio; anche in questo caso, il nastro viene tagliato alla lunghezza desiderata a fine riduzione.
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