N. 2 2015 - Assofond

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N. 2 2015 - Assofond
N.2 2015
ASSOFOND
FEDERAZIONE
NAZIONALE
FONDERIE
Poste Italiane S.p.A. - Anno XL-Pubblicazione bimestrale - Spedizione in A.P. - 70% - Filiale di Milano
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N. 2 2015
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sommario
industria
fusoria
ASSOFOND
in igne vita
ASSOFOND
FEDERAZIONE
NAZIONALE
FONDERIE
Pubblicazione bimestrale tecnico-economico ufficiale
per gli atti dell’Associazione Nazionale delle Fonderie
Autorizzazione Tribunale di Milano
n. 307 del 19.4.1990
Direttore Responsabile
Silvano Squaratti
Economico
Un quadro di sintesi sull’industria di Fonderia nel 2014 ...................................................... 10
Automotive: l’alluminio in pole........................................................................................................ 16
Progetto di Razionalizzazione dei Processi di Fonderia
III° Incontro tematico – Forno elettrico ad induzione:
Conoscenze ed esperienze per migliorare l’efficienza energetica .................................. 22
Ricordo dell’ing. Luigi Pisano .......................................................................................................... 36
Tecnico
Effetto dell’aggiunta di Ti sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche
di ghise grigie per impieghi automobilistici .............................................................................. 38
Eccesso di inoculazione e precondizionamento nelle ghise grigie e sferoidali .................. 42
Evoluzione dei sistemi di alimentazione ad alte prestazioni
per migliorare la qualità dei getti ................................................................................................ 46
Innovazione nel processo Cold Box - La nuova linea LEGANOL HR
ad elevate prestazioni .................................................................................................................... 56
Volumix prodotti performati e sicuri per fonderie e acciaierie ............................................ 58
Software di simulazione della colata dei metalli ferrosi:
concatenazione virtuale Fonderia-Calcolo Strutturale ............................................................ 62
Pressocolati in alluminio con anime ceramiche a perdere:
l’approccio innovativo della simulazione .................................................................................... 68
Progetto FP7 THERMACO: materiali compositi Al-C
ad alta conduttività termica ottenuti mediante processi di colata in gravità .................. 70
La misura del particolato atmosferico con strumenti
che utilizzano il metodo laser scattering .................................................................................. 76
Forni ad induzione: un sistema di raffreddamento contemporaneo
ad alta efficienza e risparmio di energia .................................................................................. 82
Sistemi di recupero calore da fonderia con tecnologia
Organic Rankine Cycle: stato dell’arte e sviluppi futuri .......................................................... 84
SES Lighting, illuminazione a LED ................................................................................................ 90
L’importanza della metallurgia “Metallurgia generale” trentunesima parte ................ 94
In breve
Foseco apre un nuovo centro Ricerca & Sviluppo dedicato alla Fonderia .................... 102
i
Indice
Direzione e redazione
Federazione Nazionale Fonderie
20090 Trezzano S/Naviglio (MI), Via Copernico 54
Tel. 02/48400967 - Telefax 02/48401282
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Gestione editoriale e pubblicità
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È vietata la riproduzione degli articoli e illustrazioni di
Industria Fusoria senza autorizzazione e senza citare
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Le idee espresse dagli Autori non impegnano ne la
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7
Industria Fusoria 2/2015
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economico
Un quadro di sintesi
sull’industria di Fonderia nel 2014
In generale l’industria italiana
di Fonderia ha chiuso il 2014
con una variazione positiva, un
incremento dei volumi in media d’anno del 2,7% (contro il
+0.6% del 2013 e il -12% del
2012). A fronte di una crescita
importante dei getti non ferrosi (+4.3%), si registra una
crescita più contenuta per i
getti ferrosi (+1.5%).
La rassegna dei principali indicatori congiunturali analizzati
(volumi produttivi e fatturato)
segnala per la media del 2014
un cambiamento di intonazione rispetto ai due anni precedenti, anche se non sono mancate vistose indicazioni di decelerazione nella seconda parte dell’anno.
spiegata da un incremento del
valore della produzione dovuto allo spostamento verso prodotti di gamma più alta.
L’incremento tendenziale dei
livelli produttivi si colloca in
un contesto caratterizzato dal
perdurare della dicotomia tra
le deboli performance registrate sul mercato interno e
quelle più convincenti realizzate oltre confine.
L’interscambio commerciale
con l’estero dei getti ferrosi
(ghisa e acciaio) nel 2014 si è
caratterizzato per una crescita
delle esportazioni del +6%
(1.359 milioni di Euro) e da
una leggera flessione delle importazioni (-1%) (815 milioni
Segnali più positivi provengono
dal fatturato che per i metalli
non ferrosi ha conseguito una
crescita del +5.3% in parte
spinto anche dall’evoluzione
inflazionistica delle leghe di alluminio. Nell’ambito delle Fonderie ferrose, nonostante i
prezzi delle commodity energetiche e delle materie prime
metalliche ferrose (ghise e rottami) generalmente in calo, il
comparto riesce a segnare un
incremento medio annuo complessivo del fatturato pari a
+2.6%. Aggregando le dinamiche di fatturato per entrambi i
settori la crescita media annua
è stata pari a +4.3%.Visto il minor dinamismo dei volumi, tale
evoluzione potrebbe essere
Industria Fusoria 2/2015
10
di Euro). Sotto il profilo dei
volumi, le esportazioni nel
2014 sono cresciute del +7%
raggiungendo 391.247 tonnellate, mentre le importazioni
pari a 427.669 tonnellate sono
aumentate del +4%.
Nel 2014, l’aumento dell’output di getti coinvolge quasi tutti i comparti, fatta eccezione
per gli acciai inossidabili ed i
microfusi. Aggregando i risultati del settore ferrosi e non ferrosi, la produzione complessiva
si colloca sopra i 2 milioni di
tonnellate (2.025.976 tonnellate), mentre il gap dal livello
pre-crisi si presenta intorno ai
26 punti percentuali rispetto al
record produttivo del 2007
(2.7 milioni di tonnellate).
economico
I risultati conseguiti per entrambi i settori sono in gran parte
ascrivibili alla buona performance dell’industria dei mezzi di
trasporto che ha pesato per oltre il 50% dei volumi complessivi dei getti non ferrosi e per circa il 28% di quelli ferrosi (nell’ambito dei getti di ghisa tale
mercato nel 2014 ha assorbito il
30% dell’output totale).
Getti di ghisa
La produzione dei getti di ghisa in Italia ha chiuso il 2014 in
rialzo dell’1.5% ed un volume
complessivo pari a 1.092.773
tonnellate. Un risultato sicuramente più confortante se letto
alla luce dei risultati acquisiti
dalla produzione dell’industria
italiana in senso stretto (attività manifatturiera) che nel
2014 è diminuita dello 0,13%
rispetto all’anno precedente.
Il quadro generale del 2014
presenta alcune luci, ma anche
diverse ombre. Gli spunti di
crescita sono frammentati, ovvero non coinvolgono tutti i
settori clienti e le Fonderie di
ghisa e provengono soprattutto dall’esportazione, mentre il
mercato interno complessivamente non va oltre la stabilizzazione.
Per il comparto delle Fonderie
di ghisa, le aspettative di ripresa ispirate dal buon andamento del primo semestre 2014
sono andate deluse nel corso
della seconda parte dell’anno.
Allo slancio promettente dei
primi sei mesi dell’anno (+3%)
è seguito un adeguamento al
ribasso dei livelli produttivi nel
terzo trimestre (-2% rispetto
al corrispondente periodo dell’anno precedente) ed una sostanziale stabilità nell’ultimo
trimestre dell’anno.
La produzione italiana di getti di
ghisa, mostra un incremento su
base annua, leggermente superiore all’andamento del principale competitor europeo, ovvero la Germania che, stando agli
ultimi dati diffusi dall’Associazione tedesca, ha registrato una
crescita intorno al +1% per i
getti di ghisa grigia e -1% per
quelli in ghisa duttile. Infine, la
performance della Fonderia italiana è apparsa decisamente migliore rispetto all’industria fran-
cese (-2.8%), ma in affanno rispetto alla brillante prestazione
delle fonderie spagnole (+6%).
Nell’ambito della produzione
italiana di getti di ghisa, si evidenziano però andamenti differenziati tra comparti: alla brillante performance del settore
dei mezzi di trasporto
(+14.2%) fa, infatti, da contraltare il significativo calo ancora
in atto per l’edilizia (-21.0%) ed
una moderata flessione per la
meccanica (-1.8%). Il settore
committente della siderurgia,
che assorbe circa il 3% della
produzione di getti di ghisa, ha
riportato una crescita +6%. Al
risultato negativo dei getti di
ghisa destinati al settore della
meccanica, che impiega più del
50% della produzione in questione, oltre alla meccanica varia, utensile, vi hanno contribuito la battuta d’arresto del comparto delle macchine agricole e
movimento terra intervenuta
nella seconda parte del 2014.
Infine, con riferimento alle due
principali tipologie di ghisa, nel
2014, quella grigia ha confermato una crescita del +2.0%,
mentre un incremento più
modesto è toccato alla ghisa
duttile (+0.6%).
In sintesi, gli spunti di crescita
del 2014 sono stati frammentari, cioè non hanno riguardato tutti i settori clienti (meglio
automotive e siderurgia, anco-
11
Industria Fusoria 2/2015
economico
tante della produzione del
comparto degli acciai legati
(+5.7%) e di una sostanziale
stabilità dei livelli produttivi
degli acciai al carbonio
(+0.2%), i getti di acciai inossidabili registrano, invece, un
nuovo calo (-7.8%). Quest’ultimo comparto come già anticipato in premessa manifesta
il dato più negativo del 2014,
seguito dalla produzione dei
getti microfusi che hanno avuto una contrazione pari a
-2.9%.
La performance dei getti di ac-
ra in pesante contrazione costruzioni ed in flessione anche
la meccanica) e anche nell’ambito degli stessi settori non
hanno coinvolto tutte le imprese in egual misura in quanto la situazione è stata molto
diversificata a seconda dei
committenti serviti. Al risultato del 2014 ha contribuito soprattutto la domanda estera,
mentre il mercato interno è rimasto debole, piuttosto volatile e complessivamente non è
andato oltre la stabilizzazione.
Anche sul versante estero, le
performance sono apparse diversificate in termini di mercati geografici e di settori.
Getti di acciaio e
microfusi
Il comparto dei getti di acciaio nel 2014 ha manifestato
Industria Fusoria 2/2015
complessivamente una crescita tendenziale della produzione pari a +2.2%. L’aumento
dell’output non ha coinvolto
tutti i comparti produttivi. A
fronte di una crescita impor-
12
ciaio ha permesso al comparto
di realizzare nel 2014 un volume complessivo pari a 71.190
tonnellate annue che rappresenta la sintesi di andamenti
notevolmente differenziati tra
i vari settori committenti. I
contributi migliori alla crescita
sono dovuti in gran parte alla
buona performance del comparto dei mezzi di trasporto
(+43.1%), della categoria statistica “impieghi vari” (+36.0%)
e industria navale (+12.4%).
L’edilizia mette a segno il dato
più negativo, registrando una
contrazione su base annua della produzione pari a -15.8%.
Andamenti negativi sono stati
altresì esibiti dall’industria meccanica (-14.6%), dall’industria
ferroviaria ed estrattiva (-8.0%),
dalla siderurgia (-13.1%).
economico
Getti non ferrosi
(alluminio, magnesio,
zinco, leghe di rame,
ottone..)
La produzione dei getti non
ferrosi nel 2014 è cresciuta del
+4.3% rispetto all’anno precedente. I getti non ferrosi destinati all’industria dei mezzi di
trasporto ed all’ingegneria
elettrica sono stati i settori
trainanti con incrementi rispettivamente pari a +7.0% e
+5.3%. L’apporto peggiore è
arrivato dall’edilizia con -4.8%.
Seguono l’industria dei beni
durevoli (-1.9%) e la meccanica (-0.9%).
Nel 2014 la produzione complessiva di getti ferrosi, pari a
860.852 tonnellate è stata così
ripartita tra i principali settori
committenti:
• Mezzi di trasporto (52.3%
del totale).
• Edilizia (15.7% del totale).
•
•
•
•
Beni durevoli (11%).
Ingegneria elettrica (10.2%).
Meccanica (9.5%).
Impieghi vari (1.3%).
Entrando nel dettaglio delle le-
Produzione (t)
Ghisa Grigia
Ghisa Duttile
Ghisa
Acciai legati
Acciai inossidabili
Acciai carbonio
Acciaio
Microfusione
Ferrosi
Alluminio
Zinco
Ottone Bronzo e Rame
Magnesio
Altri NF
Non Ferrosi
Totale
13
2013
ghe non ferrose si registra una
crescita per i getti di alluminio
pari a (+4.0%), getti di zinco
(+8.2%), getti di ottone, bronzo e rame (+4.3%), getti di magnesio (+4.8).
2014
689.039
702.872
387.585
389.901
1.076.624 1.092.773
43.894
46.416
13.135
12.117
12.628
12.658
69.658
71.190
1.196
1.161
1.147.478 1.165.124
695.697
723.287
59.120
63.961
63.122
65.855
6.729
7.050
693
697
825.361
860.852
1.972.839 2.025.976
Var
tonnellate
13.832
2.317
16.149
2.522
-1.019
29
1.532
-35
17.647
27.591
4.842
2.733
322
4
35.491
53.137
Var
(%)
2,0%
0,6%
1,5%
5,7%
-7,8%
0,2%
2,2%
-2,9%
1,5%
4,0%
8,2%
4,3%
4,8%
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G. Mèllori
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Automotive: l’alluminio in pole
Il 41esimo appuntamento con il Club FARO ha offerto sulle materie prime industriali una panoramica non solo dettagliata e approfondita come di consueto, ma anche ricca di spunti per molti aspetti sorprendenti grazie alle preziose relazioni di ospiti dall’indiscussa caratura.
Qualcuno fra i partecipanti lo
ha definito “il Meeting delle
sorprese” e l’affermazione non
è parsa in alcun modo azzardata, visti i temi che il 41esimo appuntamento con la community
di FARO ha portato alla luce e
visto soprattutto il taglio con
cui gli ospiti hanno gestito tali
argomenti. Lo scenario in cui
l’evento ha avuto luogo era già
di per sé fra i più suggestivi. Il
Museo Ferrari di Maranello,
dove i faristi erano già stati
chiamati a raccolta nell’aprile
del 2014, è stata la location
perfetta per discutere di quella
che a tutt’oggi resta l’industria
trainante per il mondo dei metalli. Quella dell’automobile, di
cui la cittadina della provincia
modenese ospita uno fra gli
esempi più splendenti a livello
internazionale: il Cavallino rampante, che proprio lo scorso
anno è stato riconosciuto come il più celebre brand nell’intero pianeta. L’auto è stata al
centro non solo delle relazioni
introduttive affidate a Paolo
Kauffmann, fondatore del Club
FARO, e al direttore del Museo
Antonio Ghini. Ma anche di
quelle successive e focalizzate
sui rapporti in evoluzione fra le
commodity e il panorama delle
quattro ruote. Come quella orchestrata da uno fra gli speaker
probabilmente più attesi della
due-giorni emiliana, ovvero il
Chief Marketing Officer di Emirates Global Aluminium (EGA)
Walid Al Attar, rappresentante
Industria Fusoria 2/2015
del gruppo arabo che si classifica oggi fra i leader della fornitura globale di alluminio. Questi
ha detto che la domanda di alluminio da parte dell’industria
dell’auto è in rapida crescita e
che le aziende nel mondo stanno preparandosi ad accogliere
queste richieste. L’uso di alluminio nel settore è destinato
ad aumentare ancora per via
delle norme sulle emissioni e
dei regolamenti CAFE e dato il
potenziale dell’alluminio per la
riduzione dei pesi e il controllo
delle emissioni. Per Al Attar
l’industria deve fare fronte alla
volatilità dei prezzi dell’alluminio. La stabilità dei prezzi contribuirebbe al raggiungimento
degli obiettivi di crescita della
commodity. Per Al Attar si è in
situazione di oversupply, oggi,
per l’alluminio primario, a causa anche dei cambiamenti nelle
politiche del LME, che rendono
Platea del 41esimo FARO Meeting.
16
il finanziamento dell’alluminio
presso i magazzini LME noncompetitivo. L’aumento delle
forniture di semilavorati da
parte dei produttori cinesi sta
esasperando le dinamiche del
mercato, ulteriormente, e la
forza del dollaro rispetto all’euro smorza la domanda da
parte dell’UE. Parere di Al Attar
è che gli stock del LME si siano
ridotti da 14 a 10 milioni di
tonnellate e che continueranno
a scendere di pari passo con la
diminuzione di competitività
dei nuovi contratti di finanziamento. Al Attar ritiene in generale che questa sia la situazione
per il breve periodo e che i
fondamentali dell’industria restino, sul medio-lungo termine,
forti. “Il crescente consumo di
alluminio da parte del settore
auto è ragione di speranza e di
aspettative di crescita”, ha considerato in conclusione.
economico
La stabilità dei prezzi
è decisiva
Fra i costruttori automobilistici
più impegnati nella sostituzione
dell’acciaio, che resta tuttavia
predominante costituendo oltre il 90% del materiale utilizzato per realizzare i veicoli, con
l’alluminio, c’è Jaguar, presente
con Mark White. Questi ha annunciato che il brand di origine
britannica è intenzionato a presentare nel corso del 2015 ben
tre nuovi modelli per i quali il
ricorso all’alluminio è massiccio. Getti in alluminio sono stati usati da Jaguar Land Rover
per la produzione del suo Suv
D7U con l’obiettivo di migliorarne la sicurezza, la rigidità, la
dinamica delle scocche. Anche
Mark White si è soffermato sul
tema dei prezzi calcolando che
la soglia oltre la quale l’alluminio diverrebbe anti-economico
per l’industria automotive può
essere ragionevolmente fissata
attorno ai 3.000 dollari per
tonnellata. Ciò nonostante ha
anche evidenziato come entro
il 2020 il 75% dei materiali essenziali per la produzione di
autovetture dovrà provenire
dal riciclo. E da questo punto di
vista l’alluminio è senza dubbio
concorrenziale. Jaguar ha iniziato a utilizzarlo frequentemente
già nel secolo scorso e adesso
sta concentrandosi fortemente
sulla ricerca e sull’impiego di altre commodity innovative e alternative all’acciaio tradiziona-
Mark White - Chief Engineer, Advanced
Technology & Annual Process Development
– Body Engineering, Jaguar Land Rover.
le, quali gli alto-resistenziali e il
magnesio, solo per citarne alcune. La serie XE ospita al 70% la
lega alto-resistenziale RC5754
mentre tornando allo sport
utility vehicle menzionato poche righe più su, l’utilizzo di
magnesio e acciaio AHSS ha
permesso una riduzione del
peso del 20% per una diminuzione delle emissioni dannose
del 25%. Per Jaguar Land Rover
la magrezza dei veicoli è decisiva: “Il peso è nemico della velocità”, ha detto Mark White.
Franco Zanardi – Presidente Onorario di
Fonderie Zanardi Spa.
Alluminio, acciaio
alto-resistenziale,
ghisa austemperata
Sempre in tema di Suv, l’editorialista e analista Goran Djukanovic, in forza al britannico The
Aluminium Times, ha identificato questi colossi della strada
come gli autentici protagonisti
della corsa alla sostituzione
dell’acciaio con l’alluminio. La
tendenza è dimostrata fra gli altri dal nuovo Ford F150, un
modello di pick-up che secondo Djukanovic può diventare
un vero best-seller e che grazie
al ricorso ad estrusi in alluminio è dimagrito di ben 350 chilogrammi. Per l’esperto intervenuto al meeting FARO si prevede il quintuplicarsi della produzione di lamiere in alluminio
entro il 2020, per un totale di
un milione e 800 mila tonnellate su scala internazionale. “Nel
2035”, ha inoltre considerato
Djukanovic, “la metà delle auto
in circolazione potrebbe esser
realizzata con leghe di alluminio e acciaio alto-resistenziale
(AHSS). I vantaggi dell’acciaio si
identificano però con dei prezzi più stabili e più moderati; oltre che con una più consolidata presenza nell’industria”.
Stando invece a un altro degli
eccellenti partecipanti all’appuntamento di Maranello, il
presidente onorario di Fonderie Zanardi Spa, Franco Zanardi, importanti novità potrebbero provenire dalle ghise austemperate che l’azienda realizza e ha introdotto già con suc-
17
cesso in una molteplicità di
segmenti. Proprio vicino a Maranello, nel paese di Castelvetro, dopo la seconda guerra
mondiale Zanardi ha sperimentato il suo ADI (Austempered
ductile iron) sulle macchine per
il movimento terra. Adesso dinanzi a Fonderie Zanardi, che
ha il suo quartier generale a
Minerbe in provincia di Verona
ma agisce chiaramente in tutti i
continenti, si aprono nuove
prospettive di grande attrattiva. “Comparti interessanti”, ha
dichiarato il presidente onorario, “sono quello dei veicoli militari, dove i nostri brevetti hanno già avuto successo per via
della loro capacità di adattarsi
alle condizioni di impiego più
critiche e più probanti; insieme
a quello delle macchine agricole. Qui si è potuto per esempio
osservare che parti e componenti in acciaio da 150 chilogrammi di peso possono essere agevolmente sostituiti con
dei manufatti in ghisa, dimostratisi più leggeri di ben 70
chilogrammi”. Per Zanardi può
essere strategica anche l’attività nella prototipazione rapida. Gli esperimenti condotti
anche con la collaborazione di
alcuni partner hanno dimostrato che i supporti motore in ghisa sferoidale austemperata sono del 10% più pesanti di quelli in alluminio, ma possono contare su un vantaggio non secondario, ovvero su una maggiore capacità di assorbimento
delle vibrazioni.
Industria Fusoria 2/2015
economico
Le novità del London Metal Exchange
Come era accaduto nei precedenti
meeting del FARO Club anche a
Maranello, alla fine di marzo, un intervento ad hoc ha affrontato il tema dei cambiamenti in corso presso il London Metal Exchange e il
relatore è stato l’Head of Business
Development del LME Matthew
Chamberlain. Chamberlain è tornato sull’argomento caldo dell’introduzione della LILO Rule la quale prevede che i magazzini mondiali gestiti dal LME non possano caricare quantità di materia prima
maggiori a quante invece non ne
scarichino. E questo è un meccanismo studiato per evitare le code
verificatesi sino al recente passato,
che hanno un duplice impatto sull’industria. Costringono gli acquirenti a lunghi tempi di attesa per la
disponibilità delle commodity e a
pagare un extra-costo per l’affitto
degli spazi in cui il materiale è in
giacenza. Non a caso la riduzione
delle code dopo il lancio ufficiale
del regolamento è stata generalizzata. Chamberlain ha sottolineato
Continua la
de-correlazione
Il fondatore del FARO Club
Paolo Kauffmann ha parlato al
meeting di Maranello in un momento di rafforzamento del dollaro USA e debolezza sia del petrolio sia dell’euro, e mentre si
confermavano ulteriormente le
dinamiche di de-correlazione
fra mercati azionari e materie
prime che Kauffmann ha da
tempo anticipato e analizzato. In
contrasto col dollaro le commodity si sono indebolite, in linea generale, con alcune soft
come lo zucchero in controtendenza e quindi in fase rialzista. A
fine marzo il rame era in cerca
di “una soglia di consolidamento
attorno a 6.000 dollari dopo
una serie di movimenti in parte
sorprendenti”. L’ipotesi di una
tendenza al rafforzamento era
condivisa, così come trova consenso quella su un aumento dello zinco verso “un’area compresa fra i 2.100 e i 2.200 dollari”.
Protagonista assoluto o quasi
dell’ultimo appuntamento con il
Industria Fusoria 2/2015
l’impegno del LME nel supporto alle strategie di hedging dei clienti e
ha confermato per il 26 ottobre il
lancio dei nuovi contratti sui premi
dell’alluminio. Si partirà con quattro contratti, compresi nella suite:
gli Stati Uniti (aree del Midwest),
Europa Occidentale e due macro
regioni asiatiche, comprendenti il
Sud-Est e l’Est. Il tutto in attesa di
un contratto worldwide.
“Esistono vaste quantità di alluminio già oggi accessibili”, ha detto
Chamberlain, “per esempio nei magazzini di Rotterdam e Amburgo, e
i nuovi contratti che la borsa sta
per lanciare ad ottobre, faciliteranno gli scambi. Ulteriori contratti sui
premi potrebbero altresì essere
implementati nei magazzini dell’Europa Meridionale, a cominciare da
quelli spagnoli e italiani. Una nuova
regolamentazione riguarderà poi i
contratti sulle leghe di alluminio,
con lo scopo di ridurre le code in
Nord America ed Europa, e garantire ai clienti informazioni univoche
riguardo ai prezzi delle leghe”.
Club FARO, l’alluminio ha segnato nei primi mesi del 2015
una discesa a 1.750 dollari, co-
me i faristi già si attendevano alla fine dello scorso anno, con
picchi da 2.050 dollari. Altalenante anche il nichel, che si avvicinava nel quarto trimestre del
2014 alla quota di 16 mila dollari, “dalla quale è ritornato indietro in direzione dei 13 mila e
600 del marzo 2015, che rappresenta un significativo bottom”, come ha osservato Kauffmann. Una fase di debolezza ha
caratterizzato anche il piombo
calato a 1.800 dollari e poi passato a un moderato recupero.
“È un momento di rottura”, ha
concluso Paolo Kauffmann, “nel
quale il mercato sta prendendo
posizioni diverse anche in relazione all’irrobustimento del dollaro Usa, per cui ci si aspetta un
indebolimento a breve cui seguirà verso fine anno un avvicinamento alla parità”.
E con un mercato così in movimento, l’alluminio sarà tra i protagonisti anche del prossimo
meeting del Club, in programma
il 2 e 3 Luglio presso il Campus
Scientifico Zambon OpenZone
di Bresso, con un focus acceso
sui metalli per l’industria food e
beverage, a due passi da Expo
Milano 2015. In pieno topic con
l’Esposizione Universale.
La ricerca della LUISS
sul downstream dell’alluminio
Nel corso del dibattito del FARO
Club il Presidente di FACE, la federazione europea dei consumatori di alluminio, Malcolm McHale,
e il Segretario Generale Mario
Conserva, hanno presentato i risultati della prima indagine sui dazi all’importazione che affliggono
le aziende, molte delle quali piccole e medie, a valle della supply
chain della commodity. La ricerca
è stata condotta dall’università
LUISS di Roma e ha calcolato che
il dazio attuale del 6% sul primario agevola i concorrenti extraeuropei e ha invece costretto i
trasformatori dell’UE a farsi carico di oneri aggiuntivi per un totale di 15,5 miliardi. FACE è impegnata anche al livello delle istituzioni europee per la riduzione
della tariffa sin dall’inizio del nuovo secolo e LUISS ha calcolato
18
che la situazione porta alla perdita di 10 miliardi di potenziali investimenti nel downstream. Questo
è paradossale soprattutto perché
l’Unione Europea è importatrice
del 60% del suo intero fabbisogno di alluminio.
Malcolm McHale - President, FACE, Federation of Aluminium Consumers in Europe.
EKW Italia S.r.l.
via del Lavoro 21, 20863
Concorezzo (MB) Italy
Tel. + 39 039 628031
Fax. + 39 039 6280322
www.ekw.it
[email protected]
Refrattario e servizio nel sistema
eco no
mi
M. Prando
ico
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o
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economico
Progetto di Razionalizzazione
dei Processi di Fonderia
III° Incontro tematico – Forno elettrico ad induzione:
Conoscenze ed esperienze per migliorare l’efficienza energetica
ad Induzione, le nuove tecnologie, le esperienze di colleghi
(Ariotti e Fondstamp) nella ottimizzazione della sua conduzione, l’influenza del rivestimento refrattario sul rendimento energetico del forno ed
i criteri per una scelta ottimale
del rivestimento.
Lo scorso mercoledì 11 Marzo,
presso il Blu Hotel Brixia (Castenedolo – BS), Assofond ha
organizzato un seminario dedicato all’uso efficiente del Forno
fusorio ad induzione elettrica.
Quello sui Forni Elettrici è il
III° di una serie di incontri che
l’associazione prevede di realizzare. Ogni incontro sarà dedicato ad uno specifico argomento, il primo, svoltosi nel mese di
giugno dello scorso anno, è stato dedicato al Forno Cubilotto
(Industria Fusoria no.4 del
2014) mentre il secondo, svoltosi nel mese di novembre dello scorso anno, è stato dedicato all’Aria Compressa (Industria Fusoria no.1 del 2015).
L’incontro, cui hanno partecipato circa 130 persone (imprenditori, direttori di stabilimento
e tecnici), fa parte del progetto
di “Razionalizzazione dei processi di fonderia” che, condotto da Assofond, ha l’obiettivo di
ricercare le migliori soluzioni
per la gestione efficiente dei
processi di fonderia.
Nel corso dell’incontro, sono
stati descritti i principi di funzionamento del Forno elettrico
Industria Fusoria 2/2015
22
Dopo la ormai consueta introduzione di Gualtiero Corelli
(Assofond), che ha riassunto gli
obiettivi del progetto di Razionalizzazione dei Processi di
Fonderia, si sono succeduti gli
interventi dei vari relatori dei
quali riportiamo una breve sintesi di ciascuno mentre ricordiamo che, nella sezione Seminari del sito www.fonderiaefficiente.it, sono disponibili le
presentazioni ed i filmati di tutti gli interventi.
Per potere accedere ai contenuti del sito vi ricordiamo che,
nel caso non lo abbiate già fatto, dovrete registrarvi seguendo una semplice procedura
(cliccare su REGISTER in alto a
destra e seguire le istruzioni).
Gli stessi filmati sono disponibili anche all’indirizzo www.ca-
economico
stingitaly.com (nuovo portale
realizzato in collaborazione da
AMAFOND ed ASSOFOND)
dove, tra l’altro, sono disponibili anche i filmati dei relatori che
hanno partecipato al XXXII
Congresso di Fonderia, al Seminario del 14 Novembre dedicato all’Aria Compressa ed all’ultimo convegno di AMAFOND.
Il progetto di
razionalizzazione dei
processi di fonderia
G. Corelli – ASSOFOND
Tra le voci di costo che condizionano la competitività del
Settore delle Fonderie, la “bolletta energetica” si posiziona ai
primi posti.
Per ridurre l’incidenza della
“bolletta energetica”, è essenziale operare scelte gestionali
che perseguano obiettivi di riduzione dei consumi attraverso
il raggiungimento di elevati livelli di efficienza energetica, in
tutte le aree e/o fasi produttive, non solo attraverso una
corretta gestione del calore generato ma evitando “sprechi”
legati alle caratteristiche intrinseche di macchine, impianti,
processi, ma anche e soprattutto, alle modalità di conduzione
delle attività, sempre più difficili da pianificare in relazione ad
un mercato che richiede maggiore flessibilità e capacità di
gestione delle richieste.
LA
SITUAZIONE DELLE
FONDERIE ITALIANE
Da alcune analisi svolte sulle
principali fasi del ciclo produttivo di fonderia, e dai primi confronti effettuati, sono emersi ampi spazi di miglioramento delle
performance delle Fonderie italiane in varie aree operative.
I risparmi realizzabili, ovviamente, dipendono dal «livello
di partenza» considerato; maggiore è il livello di efficienza di
partenza e minore sarà lo spazio di miglioramento. In molti
dei casi analizzati tuttavia, i risultati ottenuti consentono risparmi di energie percentuali a
due cifre (fino al 20%).
Va sottolineato che risparmi
energetici significativi sono raggiungibili sia a seguito di modifiche tecnico impiantistiche che
comportano investimenti, sia
introducendo modifiche nelle
modalità di gestione dei processi, a «costo zero».
LE
FINALITÀ DEL PROGETTO
La necessità di ridurre l’incidenza del “costo energetico”
per recuperare la competitività
delle Fonderie italiane, è stato
lo stimolo per intraprendere
un percorso ben più ambizioso,
consistente in una “revisione
critica” dell’intero processo di
fonderia per individuare gli spazi di razionalizzazione esistenti.
Nel quadro sopra descritto, si
inserisce il progetto che ASSOFOND ha deciso di realizzare con le finalità seguenti:
1. realizzare uno strumento
che possa aiutare l’imprenditore in una costante opera di razionalizzazione dei propri processi produttivi, organizzativi e
gestionali al fine di recuperare,
il più possibile, i margini di redditività della propria azienda ed
aumentarne, conseguentemente, la competitività.
Razionalizzazione dei processi,
in ottica di riduzione dei costi e
di ottimizzazione delle risorse
energetiche in particolare, ma
anche di razionalizzazione di
tutti gli altri aspetti legati alle
attività della Fonderia quali ambiente, salute e sicurezza dei lavoratori, attraverso una attenta
analisi delle prassi operative e
delle modalità gestionali.
2. aggiornare le tecniche considerate BAT (Best Available Techniques – Migliori Tecniche Disponibili), alla luce delle esperienze maturate dalle imprese
del Settore a livello internazionale e nel nostro paese, anche
attraverso una rilettura critica
dei documenti europei applicabili alle attività di Fonderia.
I principali strumenti, accessibili agli imprenditori a vari livelli
(in funzione delle capacità di investimento consentita dai bilanci aziendali), attraverso i quali è
possibile perseguire gli obietti-
23
vi di razionalizzazione sono: la
Tecnologia ed i Sistemi Organizzativi.
È indubbio, infatti, che innovazione ed aggiornamento tecnologico non possono fare a meno di
adeguate modalità organizzative
e gestionali che ne garantiscano
l’utilizzo efficiente (minimo costo, massimo guadagno).
Le novità normative
in tema di Efficienza
Energetica,
il D.Lgs 102/2014
Michelangelo Lafronza –
ASSOFOND
L’Italia ha recepito la Direttiva
2012/27/UE sull’Efficienza Energetica con il Decreto Legislativo n° 102 del 4 Luglio 2014
(G.U. Serie Generale n° 165 del
18/07/2014). I principali obiettivi del D. Lgs. 102/2014 sono:
1. Riqualificazione del parco immobiliare pubblico e privato
E’ prevista la redazione della
strategia nazionale per la riqualificazione energetica degli edifici pubblici e privati tenendo
conto del Piano nazionale per
incrementare gli edifici ad
energia quasi zero (art. 5 D.L.
63/2013). Dal 1 gennaio 2014, il
3% della superficie utile degli
edifici di proprietà del governo
centrale e da esso occupati
sarà riqualificata energeticamente in modo da garantire un
risparmio energetico cumulato
nel periodo 2014/2020 di almeno 0,04 Mtep. Sono allocati 380
milioni di euro per la realizzazione del programma di interventi sulla PA centrale che dovrà inoltre acquistare esclusivamente prodotti servizi ed edifici ad alta efficienza, coerentemente con il rapporto costo/
efficacia.
2. Diagnosi energetiche e riqualificazione degli operatori
Entro il 5 Dicembre 2015 è stato imposto l’obbligo per le
grandi imprese e per le imprese energivore di effettuare diagnosi energetiche nei propri si-
Industria Fusoria 2/2015
economico
ti produttivi. Sono inoltre allocati 15 milioni di euro/anno
per il periodo 2014/2020 per il
cofinanziamento dei programmi attuati dalle Regioni atti ad
incentivare le PMI a sottoporsi
ad audit energetici. Al fine di
qualificare gli operatori sono
stati introdotti regimi di certificazione ed accreditamento
per i fornitori di servizi energetici. Sono pubblicati gli elenchi delle ESCO, degli EGE e
delle imprese certificate ISO
50001. E’ prevista la qualificazione volontaria degli auditors
energetici e degli installatori di
elementi edilizi.
Le grandi imprese e le imprese
energivore sono sottoposte all’obbligo di eseguire entro il 5
dicembre 2015 e successivamente ogni quattro anni una
diagnosi energetica da realizzarsi a cura di società di servizi
energetici (ESCO), esperti in
gestione dell’energia (EGE) o
auditor energetici, salvo che le
grandi imprese adottino sistemi di gestione conformi EMAS,
sistemi di gestione conformi alle norme ISO 50001 oppure sistemi di gestione conformi alle
norme EN ISO 14001, a condizione che tale sistema di gestione includa audit energetici
realizzati in conformità all’Allegato 2 del D.Lgs 102/2014. Decorsi 24 mesi, le diagnosi potranno essere eseguite solo da
soggetti certificati da organismi
accreditati, in base alle norme
UNI CEI 11352 (cioè aziende
ESCO – Energy Service Company Certificate) o UNI CEI
11339 (cioè EGE – Esperti in
Gestione dell’Energia Certificati). Le imprese energivore dovranno dare progressiva attuazione, in tempi ragionevoli, agli
interventi di efficienza energetica individuati dalle diagnosi
stesse o, in alternativa, adottare
sistemi di gestione conformi alle norme ISO 50001.
ENEA svolgerà dei controlli
per accertare la conformità
della diagnosi alle prescrizioni
dell’art. 8 del D.Lgs 102, inoltre
ENEA definirà entro il 31 dicembre 2014 un protocollo
per l’iscrizione agli elenchi di
Industria Fusoria 2/2015
ESCO certificate UNI 11352,
EGE certificati UNI 11339, auditor energetici certificati secondo le norme tecniche di cui
all’art. 12 comma 3 e organizzazioni certificate ISO 50001.
In caso di inottemperanza, i
soggetti obbligati alla diagnosi
energetica dovranno pagare
una multa, i cui proventi sono
destinati ad alimentare il fondo
per l’efficienza energetica previsto nel decreto. E’ attesa la
pubblicazione delle linee guida
operative dell’audit energetico
e delle norme tecniche per la
certificazione degli auditor
energetici. La diagnosi energetica si basa su dati oggettivi, ossia sui profili di carico effettivi
relativi al consumo di energia
(elettricità, gas, altri prodotti
energetici). Pertanto i dati devono essere misurabili, tracciabili e aggiornabili. La diagnosi
energetica non è un punto di
arrivo, bensì un punto di partenza, da cui ripartire per conoscere al meglio gli impieghi
energetici della propria azienda, per valutare gli impatti delle misure di efficienza energetica e per implementare quegli
interventi che consentiranno
alle imprese di essere più competitive.
3. Misurazione e fatturazione dei
consumi energetici
E’ previsto l’obbligo di installazione di contatori individuali
per i clienti finali che riflettano
consumo effettivo e informazioni sul tempo effettivo dell’utilizzo dell’energia. Entro il
31 Dicembre 2016 è imposto
l’obbligo di installazione di
contatori individuali per misurare l’effettivo consumo di calore per ciascuna unità immobiliare. Qualora non fattibile, vi
è comunque l’obbligo di installare sistemi di termoregolazione e contabilizzazione del calore in corrispondenza dei radiatori. Entro il 31 dicembre
2014 le informazioni sulle fatture emesse dovranno essere
precise e fondate sul consumo
effettivo di energia ed il cliente finale potrà accedere ai propri dati di consumo storici che
dovranno essere messi a di-
24
sposizione dei fornitori di servizi energetici.
4. Efficienza energetica nel riscaldamento e raffreddamento
Entro il 30 ottobre 2015 viene
predisposto un rapporto dal
GSE che contiene la valutazione del potenziale nazionale di
applicazione della cogenerazione ad alto rendimento nonché
del teleriscaldamento e teleraffreddamento efficienti e vengono individuate le misure da
adottare nel periodo 20202030 per sfruttare tale potenziale. È previsto l’obbligo di effettuare un’analisi costibenefici
per gli operatori che propongono progetti per nuovi impianti o progetti per ammodernamento (con potenze superiori a 20 MW) o di nuove reti
di teleriscaldamento. L’AEEGSI
definisce gli standard del servizio di teleriscaldamento e teleraffreddamento, stabilisce i criteri per la determinazione delle tariffe di allacciamento delle
utenze e, nei soli casi di nuove
reti ubicate in aree urbane non
metanizzate, stabilisce le tariffe
di cessione del calore.
5. Trasformazione, trasmissione e
distribuzione dell’energia
Ancora l’AEEGSI provvede ad
aggiornare le regole per la remunerazione delle attività di
sviluppo e gestione delle reti.
Deve adottare disposizioni per
assicurare priorità di Dispacciamento all’energia elettrica
prodotta da impianti di cogenerazione ad alto rendimento.
Deve anche regolare l’accesso
della domanda ai mercati di bilanciamento, di riserva e di altri
servizi di sistema. Inoltre provvede ad adeguare le componenti della tariffa elettrica per
superare l’attuale struttura
progressiva.
6. Disposizioni orizzontali
Viene specificata la realizzazione di un programma di informazione e formazione. Tale programma ha a disposizione 1 Mln
di euro l’anno e viene definito
tenendo conto delle caratteristiche dei soggetti a cui è rivolto (imprese, fornitori di servizi
economico
energetici, PA, studenti e consumatori). Sono introdotte misure per lo sviluppo e la diffusione di contratti tipo di prestazione energetica e vengono definite le linee guida per semplificare e armonizzare le procedure
autorizzative per l’istallazione
degli impianti. Viene istituito un
fondo di natura rotativa per la
concessione di garanzie e/o finanziamenti per interventi di
efficienza energetica realizzati
dalla Pubblica Amministrazone,
le ESCO e le imprese.
una corrente a una certa frequenza f, e l’avvolgimento secondario, la carica metallica, costituto da una sola spira in corto circuito. Le correnti di corto
circuito che vengono indotte
nella carica metallica la riscaldano per effetto Joule (Fig. 1).
Forni Elettrici,
energia induttiva
F. Dughiero, M. Forzan
Laboratorio di Elettrotermia LEP Università di Padova – Dipartimento di Ingegneria industriale
In questo intervento si è voluto sottolineare come la teoria
del riscaldamento ad induzione, complessa e matematicamente rigorosa, ci permetta di
calcolare alcuni parametri fondamentali di un impianto di riscaldamento a induzione, come
la frequenza ottimale o l’efficienza elettrica, con formule
semplici e di immediata comprensione.
L’induzione elettromagnetica
presenta diversi vantaggi rispetto ad altre tecnologie utilizzate per il riscaldamento, la
fusione e il mantenimento dei
metalli. Ad esempio permette
di raggiungere alte temperature e tempi brevi di riscaldamento grazie alle elevate densità di potenza termica che
possono essere indotte nella
carica metallica. I vantaggi dipendono in gran parte dalla caratteristica principale dell’induzione elettromagnetica che è
quella di indurre le sorgenti
termiche direttamente all’interno del corpo stesso da riscaldare. Il meccanismo di funzionamento dell’induzione può
essere descritto come quello
di un trasformatore elettrico
con l’avvolgimento primario,
l’induttore, costituito da N spire in rame e alimentato con
Fig 1 - Tipica configurazione di un sistema
induttore solenoidale – carico cilindrico a
perfetta simmetria assiale.
Esistono diverse tipologie di
forni a induzione per la fusione
e il mantenimento dei metalli.
Qui, per descrivere da quali parametri dipende l’efficienza
elettrica, prendiamo ad esempio il forno più utilizzato, quello a crogiolo. La configurazione
del forno a crogiolo è quella
che più si avvicina alla geometria ideale, infinitamente lunga e
a perfetta simmetria assiale
(simmetria di rotazione), considerata nella teoria classica del
riscaldamento ad induzione: induttore cilindrico che riscalda
un carico perfettamente cilindrico. La teoria classica ci fornisce alcune semplici formule di
immediata comprensione per
la valutazione delle frequenze
più adatte e dell’efficienza del
forno.
La scelta della frequenza determina il valore dello spessore di
penetrazione δ, valore che descrive quanto in profondità penetrano le correnti indotte in
un metallo. Più è alta la frequenza, minore sarà lo spessore di penetrazione. Lo spessore
di penetrazione deve essere
rapportato alle dimensioni
geometriche del carico, in questo caso il raggio R del crogiolo dove avviene la fusione. Per
questo motivo si definisce il parametro m, grandezza adimensionale fondamentale per il
corretto dimensionamento del
forno, come m=√ 2 R/ δ. Si può
dimostrare che un carico ‘si accoppia’ bene al campo magnetico quando m è maggiore o
uguale a 2,5. Il carico, quando è
bene accoppiato, riceve un’elevata potenza dal campo elettromagnetico, quando invece il
valore di m è inferiore a 2,5
l’accoppiamento è cattivo e, a
parità di intensità di campo magnetico sulla superficie, nel carico viene indotta poca potenza (Fig. 2).
Fig. 2 - Spessore di penetrazione δ e raggio adimensionale m. Con J viene indicata la densità di corrente [A/m2], la figura a sinistra mostra come in uno spessore esterno pari a δ si
concentri il 63% della totale corrente indotta.
25
Industria Fusoria 2/2015
economico
Per ottenere un sistema di riscaldamento efficiente, occorre
scegliere opportunamente la
sezione del rame dell’induttore. La distribuzione della corrente nel rame dell’induttore
dipende dalla frequenza e, per
avere minime perdite per effetto Joule, occorre che lo spessore del rame sia pari a circa
1,5 lo spessore di penetrazione
nel rame. Ad esempio, lo spessore di penetrazione nel rame
a 50 Hz vale circa 10 mm. A
questa frequenza occorre che
lo spessore del rame dell’induttore sia almeno pari a 15 mm.
A frequenze più alte, lo spessore di penetrazione diminuisce e
di conseguenza si possono usare induttori con spessori del
rame inferiori.
In un sistema dove la frequenza
e lo spessore del rame sono
stati correttamente selezionati,
il rendimento massimo ideale
dipende dalla formula (1), dove
ρi è la resistività elettrica [ m]
del metallo dell’induttore, quindi il rame ρi = 2 mΩcm, ρ e μ
sono la resistività e la permeabilità relativa del metallo, con μ
sempre unitaria per i metalli fusi. Il rendimento dipende dalle
proprietà dei metalli ma anche
dal parametro α che è il rapporto tra raggio interno dell’induttore e raggio del carico, in
questo caso del crogiolo. Ovviamente il rapporto α deve
essere fissato con criteri prudenziali, visto che α piccoli significano che bobina induttrice
e metallo liquido sono vicini. E
ovviamente se si osserva un
aumento dell’efficienza di un
forno a crogiolo rispetto ai
suoi valori nominali, questo deve essere un allarme di verificare lo stato del refrattario.
La teoria classica del riscaldamento ad induzione è quindi
fondamentale per comprendere come alcune grandezze ab-
Industria Fusoria 2/2015
Fig. 3
biano una notevole influenza
sul funzionamento di un forno
a crogiolo.
Nuove tecnologie nei
forni a crogiolo
M. Cagliero – D.Heavey
Lamca LMT Inductotherm
Europe Limited
Le unità di potenza per la fusione ad induzione sono sul mercato da oltre 50 anni e in condizioni di uso reale da oltre 40
anni. Agli inizi la potenza dei dispositivi era ridotta e gli odierni controlli elettronici erano
ancora da inventare.
Gli sviluppi industriali si mossero lentamente fino al 1998,
quando le unità di potenza raggiunsero i 3000 kW e, fino ad
allora, la maggior parte dei costruttori non ambivano andare
oltre.
In quel periodo la fonderia
olandese De Globe (ora Componenta) stava valutando la sostituzione degli impianti e, per
ottenere la produzione richiesta, si ritenevano necessarie due
unità di potenza di 3500 kW
ciascuna con 2 forni da 4 T per
un totale di quattro forni. Erano
necessarie due squadre di operatori in un paese ad altissimo
costo della manodopera.
LA
SCELTA CORAGGIOSA
Si ritenne, allora, che la migliore soluzione fosse una sola
unità di potenza da 7000 kW
26
con due forni da 7.5 T. Questo
impianto aveva una taglia doppia rispetto a quanto, sino ad
allora, era mai stato costruito.
I vantaggi erano incredibili:
metà del personale, metà dei
costi di manutenzione, impianti
di raffreddamento meno complicati, metà dei controlli, minore ingombro a terra, minori costi di installazione e tutto con
la stessa produzione. Da qui
iniziò la rivoluzione degli impianti ad Alta Potenza (Fig. 3).
DA ALLORA
CI SI MOSSE IN
FRETTA
In Europa da allora gli impianti
per fondere ghisa raggiunsero
rapidamente 8000 kW poi
9000 kW in seguito 10000 kW
fino a 12000 kW e 15000 kW
(Fig. 4).
La soluzione più comune consiste in un’unità di potenza con
due forni l’uno in fusione e l’altro in colata, piuttosto che tanti piccoli impianti che lavorano
indipendentemente tra loro.
Oggi gli impianti ad induzione
raggiungono la potenza di
25000 kW con capacità di 50 T
e non sembra esserci limite a
tale crescita. Il più grande forno
a media frequenza in Europa
oggi raggiunge 85 tonnellate.
LA
COSTRUZIONE DEI FORNI
Un forno ad induzione è essenzialmente una bobina raffreddata ad acqua avvolta intorno
ad un crogiolo di refrattario.
Quando è alimentata, la bobina
tende a muoversi e torcersi al-
economico
con sufficiente rapidità; invece
una fusione più lenta comporta
che gli operatori non siano
completamente impegnati e la
produttività ne risente. Ad alti
livelli di produzione i sistemi
automatici di carica sono assolutamente necessari. E’ cruciale
mantenere elevato il rapporto
tra tempo di fusione e tempo
di non fusione.
RIMESCOLAMENTO POTENZA
E FREQUENZA: L’ELEVATA
DENSITÀ DI POTENZA CI VIENE
IN AIUTO
Fig. 4
la frequenza selezionata per
l’applicazione.
Il movimento della bobina può
indurre delle crepe nel refrattario che permettono al matallo di infiltrarsi riducendo la vita
del refrattario stesso. Diventa
quindi di primaria importanza
che il corpo forno sia una
struttura di supporto rigida.
Ad oggi si contrappongo due
diverse filosofie per il corpo
forno, l’una suggerisce di sostenere la bobina, l’altra invece di
lasciarla flottare. La prima richiede una struttura molto più
rigida con conseguenze sulle dimensioni e peso del forno nonché sui costi di costruzione.
L’opinione di Inductotherm è
sempre stata che la scelta di
supportare la bobina e mantenere il refrattario in compressione sia la migliore.
Inductotherm può indicare
fonderie equipaggaite con impianti 8250 kW e forni 12 T
che riferiscono di refrattari con
vita utile tra 350 e 500 fusioni
la struttra Steel Shell permette
di mantenere in compressione
il rame della bobina radialmente e longitudinalmente per il
massimo sostegno di bobina e
refrattario (Fig.5).
LIMITI
DI POTENZA
Esistono alcuni esempi di piccoli impianti con 200 kW applicati a forni da 40 kg con un
rapporto di potenza pari a
5000 kW/T. Tali impianti sono
tipici del campo aerospaziale
ed di processi “one shot”.
Fig. 5
Tuttavia ciò non è praticabile
nella moderna fonderia di ghisa
poiché l’impianto fusorio è parte di un sistema continuo in cui
il materiale grezzo deve essere
caricato e il metallo fuso deve
essere colato alla stessa velocità con cui è fuso.
SELEZIONE
DELLA POTENZA
E’ normale dimensionare l’impianto con un tempo di fusione
di 40 – 45 minuti lasciando circa 10 – 15 minuti per l’aggiunta
di elementi, scorificare, prendere campioni, etc. in modo che il
forno sia pronto per la colata
in 50 – 60 minuti. La fusione di
ghisa in 45 minuti richiede 750
kW per tonnellata di capacità
del forno. E’ opinione comune
che questo sia il tempo ottimale; una fusione più rapida implica che gli operatori non riescano a mantenere il ritmo, che sia
difficile caricare il materiale
27
Una ghisa di buona qualità richiede l’aggiunta controllata di
grafite e uno dei maggiori benefici del forno ad induzione è
il rimescolamento magnetico.
A parità di altre condizioni il rimescolamento magnetico è inversamente proporzionale alla
Frequenza.
Tuttavia il rimescolamento dipende anche dalla densità di
potenza e dalla geometria del
forno e per questo forni ad alta potenza possono migliorare
la produttività.
Infatti per esempio un impianto
50 Hz da 12 tonnellate ha una
potenza di 2500 kW o anche
meno, mentre per avere lo
stesso rimescolamento un impianto a media frequenza a 200
Hz dovrebbe avere una potenza tra 8000 kW e 9000 kW.
LIMITAZIONI
Non esiste un limite reale teorico alla potenza di un impianto ad induzione. Le limitazioni
infatti sono tutte esterne:
• resistenza della struttura del
forno;
• capacità di caricare;
• dimensioni del forno;
• flusso di metallo nella linea di
colata;
• capacità dell’operatore;
• eccessivo movimento del
metallo;
• metallurgia;
• durata del refrattario;
• capacità di convogliare la potenza seguendo il cambiamento delle condizioni del
carico.
CONTROLLO
Avere tutta questa potenza
Industria Fusoria 2/2015
economico
senza poterla trasferire al materiale in un processo “carica
per carica”, sarebbe privo di
senso.
Ciò significa che il sistema di
controllo dell’inverter deve essere in grado di accordarsi con
il cambiare delle caratteristiche elettriche del materiale di
carica particolarmente all’inizio della fusione quando il materiale è ancora freddo e la sua
resistività è molto alta.
Questo argomento da solo potrebbe essere argomento di
un’intera relazione, ma ritengo
che tutti i costruttori convengano che la migliore soluzione
tecnica sia
L’inverter alimentato in tensione collegato in serie
QUANDO GLI IMPIANTI AD ALTA POTENZA CI AIUTANO IN
FONDERIA?
Il segreto per una fusione efficiente nel funzionamento in
continuo di una fonderia è la
scelta del forno più piccolo
possibile con la massima potenza pratica.
Questo approccio offre:
• il più basso costo dell’energia;
• il funzionamento più flessibile;
• le minime perdite dovute al
tempo di attesa.
CONCLUSIONI
SUI BENEFICI
DEI SISTEMI FUSORI AD ALTA
POTENZA
• Fusione veloce e funzionamento flessibile dei forni.
• Ridotto numero di forni e
del periodo di attesa.
• Ridotte perdite di attesa e
miglior uso dell’energia.
-•Elevato rimescolamento
• Ridotto costo della manodopera per funzionamento
con furni multipli.
• Rapido cambio di lega.
• Meno scoria
• Meno perdite di metallo a
fuoco.
• Efficienza della fusione per
cariche
• Ampia gamma di pesi dei
getti.
• Forni ad induzione stanno
sostituendo i forni ad arco
in acciaieria.
Industria Fusoria 2/2015
Fig. 6
GESTIONE DELL’EFFICIENZA
ENERGETICA DELLA FUSIONE
Oltre il 50% di tutta l’energia
impiegata in fonderia è usata
nella fusione ad induzione. I costruttori di impianti fusori non
possono essere utili con la
semplice efficienza energetica.
UNITÀ DI POTENZA PER FORNI
I sistemi di fusione basati su inverter sono disponibili da oltre
40 anni e l’efficienza è continuamente aumentata fino a
raggiungere il 98%. È difficile
che possa aumentare ulteriormente nel futuro (Fig. 6).
DOVE VA L’ENERGIA:
UN ESEMPIO
La capacità termica
della ghisa a 1480°C
è circa
385 kWh/T
VIP Power consumption
is 2%
= 393 kWh/T
Transmission consumption
is 2%
= 400 kWh/T
Thermal dissipationis 4%
cover closed
= 417 kWh/T
Coil I2R losses
are 16%
= 483 kWh/T
Shunt consumption
is 1%
= 488 kWh/T
Top and Bottom cooling
coil consumption
is 1%
= 493 kWh/T
Complessivamente 493 kWh/T
CONTROLLATE COSA FONDETE. FONDETE METALLO E NON
NON-METALLI
Usate materiali di carica metallica di buona qualità e pulita.
Materiali non-metallici possono
avere calore specifico molto
maggiore dei metalli da fondere
e tali metalli si trasformano alla
28
fine del processo di fusione in
scoria o fumi.
Poniamo di fondere 10 T di ghisa e 500kg siano sabbia dovuta
a materiale di recupero; sprecheremmo 1000 kWh per fondere tale materiale; avremmo
una perdita di tempo disponibile alla fusione per togliere tale
scoria e dovremmo pagare per
smaltirla.
FUSIONE
CARICA PER CARICA
Fondere sempre da carica fredda. La fusione ad induzione è
più efficiente quando il metallo
della carica è freddo e maggiormente reistivo ed inoltre le
correnti indotte creano del riscaldamento per resistenza.
Questa è la ragione per cui la
velocità di fusione reale è spesso migliore di quanto dichiarato dal costruttore dell’impianto
(Fig. 7).
Fig. 7
CARICA PER CARICA E FUSIONE CON PIEDE LIQUIDO
FUSIONE
La fusione per carica è 7% più
efficiente della fusione con piede liquido; 7% equivale a 30
kWH per T fusa.
economico
VANTAGGI
Fig. 9
NON SOVRACCARICARE IL FORNO
Alimentare la carica alla velocità di fusione (Fig.8).
NON MANTENERE IL METALLO IN ATTESA IN TEMPERATURA O PER LO MENO
CHIUDERE IL COPERCHIO DEL FORNO
• e. Svuotare il forno il più in
fretta possibile e ricominciare a fondere.
• f. Sembra buonsenso ma in
molti casi si dimenticano questi punti basilari.
(Fig. 9).
CONTROLLARE L’ASPIRAZIONE
SECONDO LE CONDIZIONI DELLA FUSIONE.
CON MENO FUMI RIDURRE PRESSIONE
E PORTATA (Fig. 10).
Fig. 10
GESTIONE
DELL’OPERATIVITÀ
DELLA FONDERIA
• a. Pianificare la produzione
del fuso per accordarsi con le
necessità di colata.
• b. Se non è necessario del
metallo non fonderlo.
• c. Non mantenere mai in attesa il metallo: è solo un extra costo.
• d. Quando non si carica il forno mantenere il coperchio
chiuso per evitare perdite
per irraggiamento.
Il forno elettrico
di colata
G. Introna - Cime Crescenzi Induction Melting
La sempre maggiore richiesta
di migliorare le condizioni ambientali , migliorare la qualità e
ridurre i costi, ha condotto ad
un crescente interesse ad automatizzare i processi di produzione in fonderia. La sincronizzazione tra il reparto di fusione
e la linea di formatura è un
problema serio nel settore della fonderia.
L’indagine della VDG (associazione dei fonditori tedeschi) in
Germania, mostra che circa la
metà delle interruzioni delle linee automatiche è causata dall’attesa del metallo.
Questo problema di interruzione della produzione può essere completamente eliminato
tenendo metallo liquido pronto
alla colata in un forno elettrico
a pressione.
La combinazione di mantenere
e colare con un’unica macchina
mostra i seguenti vantaggi per
la fonderia:
29
ECONOMICI
• Riduzione del costo del lavoro per la gestione dei processi di fusione e colata.
• Miglioramento del rendimento della fusione fino a + 7%
(nessun ritorno di siviera,
esatta quantità colata etc).
• Riduzione della temperatura
di spillata (risparmio di energia: 4 kwh / ton / 10°
Cx35/10 x la produzione
tot).
• Riduzione del consumo del
magnesio (10%) utilizzato
nella produzione di ghisa sferoidale.
• Riduzione, fino al 2%, degli
scarti di fonderia grazie al
mantenimento di una ottimale e costante temperatura di
colata, alla ottimizzazione
dell’uso di Mg nel caso della
produzione di ghisa sferoidale, metallo pulito, consistente
flusso di colata etc.
• Maggiore efficienza sulla linea
di formatura - nessuna attesa
per il metallo.
• Aumento della produzione
(3%) grazie alla migliore utilizzazione dell’impianto di
formatura.
• L’operazione di colata è resa
indipendente dal reparto fusorio.
• Miglioramento delle condizioni di lavoro, miglioramento
ambientale e della sicurezza
con riduzione del personale.
• Lavoro più qualificante per gli
operatori.
VANTAGGI
TECNICI:
METALLURGICI E
• costanza della temperatura di
colata per tutti i getti;
• contenuto ottimale di Mg per
tutti i getti in ghisa sferoidale
che consente di evitare il fenomeno del fading (dissolvenza di Mg) (Fig. 11);
• coagulazione e separazione
dei prodotti di reazione dispersi;
• miglior controllo dell’analisi
chimica per effetto dell’omogeneizzazione;
• colata di metallo senza scorie
(doppio sifone in pressione e
funzionamento con tampone);
• miglioramento e riduzione
Industria Fusoria 2/2015
economico
monitorato dal sistema che
muove il tampone automaticamente in funzione dell’assorbimento del modello (Fig. 13).
Come diretto risultato dell’aumentata produzione, migliore
qualità dei getti e riduzione degli scarti, risparmio di metallo ,
risparmi generali , migliorata sicurezza dell’ambiente di lavoro,
riduzione del costo del lavoro,
il tempo di ritorno dell’investimento di un forno CAP è decisamente breve.
Fig. 11
Scelta del refrattario.
Utilizzo della tecnologia al plasma sul canale di un forno di
colata
F. Cavadini – Insertec Italia
e J.R. Alonso, ITL Plasma
Fig. 12
PERCHÉ
del lavoro del personale operativo;
• corretto dosaggio del metallo che entra nella forma.
Il forno elettrico di colata automatica a pressione più elastico,
moderno, flessibile, adattabile
ad ogni esigenza è il forno ad
induzione a crogiolo a bobina
ellittica con sifoni riscaldati, denominato CAP (acronimo di
Coreless Automatic Press
Pour) (Fig. 12).
Si tratta di un forno di colata
ad induzione a crogiolo con
sifoni immersi nel campo magnetico e pertanto riscaldati da
spire come normale forno ad
induzione.
I vantaggi esclusivi del CAP:
• svuotamento completo al
100% per rapidi cambi di lega;
• spegnimento nel weekend o
per periodi lunghi;
• rifusione del metallo solido;
• pigiata vibrata a secco;
• demolizione, rifacimento del
refrattario e sinterizzazione
in un weekend;
• sifoni riscaldati per induzione
che garantiscono uniformità,
costanza di temperatura e facilità di colare ghisa sferoidale.
Industria Fusoria 2/2015
FORNO CAP DI COLATA
AUTOMATICA CON SISTEMA
OPTICAL “SPS”:
Il completo processo di colata
è alla fine controllato in un circuito chiuso cioè mantenendo
il controllo del livello e della
pressurizzazione costantemente e dosando il metallo liquido
adattandosi automaticamente
alle capacità di assorbimento
delle staffe o motte.
Il sistema “SPS” CAP è stato sviluppato con l’uso di tamponi
azionati da servo motori e guidati da un sistema ottico sofisticato. Il sistema di controllo di
colata tiene il livello del liquido
nel bicchiere della staffa costante durante la colata: tale livello
nel bicchiere è continuamente
Fig. 13
30
IL PLASMA?
Il trasferimento di energia attraverso l’arco di plasma è il
metodo più efficiente che può
essere applicato nel processo
di colata , infatti si ottiene una
diminuzione dei consumi energetici e di gestione del sistema
unendo anche una migliore
qualità metallurgica (Fig. 14).
INNOVAZIONE TECNOLOGICA
Il lavoro svolto da TECNALIA
durante diversi anni, permmette oggi ad ILT di usufruire dei
due brevetti riguradanti l’applicazione del plasma nella fonderia, industriallizando una innovazione tecnologica.
COME SI GENERA IL PLASMA
TERMICO
Applicando una differenza di
economico
sce perdite di temperatura
del refrattario.
Risparmio= ∑ (Tª Mínima
Operativa + ↑ Rendimiento + ↓ Perdita)
EFFICIENZA ENERGETICA DEL
TRASFERIMENTO IN ENERGIA
TERMICA
Ogni kW che PLASMAPOUR
immette si trasforma in energia
termica con una % migliore rispetto all’energia utilizzata con
altre metedologie di mantenimento del metallo:
• Plasma: rendimento di trasferimento >70%.
• Rendimento operativo 200%
rispetto all’induttore di forno
a canale.
• Quale è il rendimento del Vostro forno?
Fig. 14
potenziale tra gli elettrodi, si
provoca una corrente di alta intensità che causa una reazione
a catena ionizzando il gas plasmatico, iniettato attraverso il
catodo, dando luogo all’arco
del plasma.
Detto arco crea una zona di alta temperatura che emana una
radiazione di alta potenza che
riscalda il metallo (Fig. 15).
RIDUZIONE
TERMICHE
Fig. 16
RISPARMIO
ENERGETICO IL
PERCHÉ
Fig. 15
COSA GENERA IL PLASMA SU
UNA LINEA DI COLATA
Il calore che si genera con l’arco plasmatico si trasmette al
metallo fuso in tre modi:
• Trasferimento del calore per
irraggiamento.
• Trasferimento del calore per
convenzione all’interno del
metallo.
• Trasferimento del calore generato dal passaggio di una
corrente elevata attraverso il
materiale.
Il Plasma raggiunge un’efficienza energetica (trasferimento
della potenza installata in termica) maggiore del 70% (16%).
La chiave del sistema di riscaldamento basato sulla tecnologia del PLASMAPOUR è nel
fatto che viene riscaldata solo
la quantità di metallo da colare
e nel momento di colare e alla
temperatura precisa di colata.
• Consente che la temperatura
di funzionamento sia molto
vicina alla temperatura di ottima di lavoro (temperatura
minima alla quale il pezzo è
corretto).
• L’efficienza energetica del
trasferimento per arco plasmatico in energia termica è
molto più elevato rispetto ad
altre tecnologie
• L’energia dal plasma impedi-
DELLE
PERDITE
Nell’apportare il calore con il
PLASMAPOUR appena prima della colata significa che: l’energia immessa è fornita direttamente ed esclusivamente al
materiale che viene colato e
quindi eliminando le perdite
derivanti da movimentazioni.
• Il plasma mentre riscalda il
metallo, mantiene caldo il refrattario evitando un suo raffreddamento.
• L’atmosfera di azoto in cui
viene creata la radiazione insieme alla carburazione degli
elettrodi, minimizza la generazione di scoria e di conseguenza non spreca energia
per riscaldarla.
• Tenere il metallo caldo durante le soste non previste riduce drasticamente le operazioni di lingottamento o di ritorno del materiale nel forno
fusorio o di attesa (Fig. 17).
Fig. 17
31
Industria Fusoria 2/2015
economico
Ottimizzazione della
gestione del forno a
crogiolo
E. Guerini
Ariotti
–
Fonderie
Enrico Guerini, responsabile
forni della Fonderia Ariotti, ha
descritte le proprie esperienze
nella conduzione di un forno
CIME a media frequenza della
capacità di 16 ton paragonandone le prestazioni con le atre
tipologie di forni presenti presso il proprio reparto fusorio
(forno elettrico a frequenza di
rete e forno rotativo ad ossigeno e metano) e descrivendo, in
particolare, le regole pratiche
da seguire per gestire il forno
ottenendo la migliore efficienza
energetica.
Guerini ha, di fatto, confermati
i principali vantaggi, dal punto
di vista produttivo, che un forno a media frequenza offre rispetto ad un forno a frequenza
di rete:
• fusione rapida del metallo;
• facilità e rapidità nel cambio
lega;
• possibilità di completo svuotamento e riempimento con
la quantità di metallo desiderata
ed ha sottolineato i fattori che
maggiormente possono incidere sul risparmio energetico:
• il corretto dimensionamento
del forno che, se non effettuato correttamente, può annullare i grossi vantaggi che,
in termini di assorbimento di
potenza, ha questo forno rispetto a quello a frequenza di
rete;
• il personale che, se adeguatamente formato, può contribuire a velocizzare e rendere
più efficaci tutte le operazioni;
• l’impiego di pompe per il circuito di raffreddamento dei
forni comandate da motori
elettrici ad alta efficienza e
comandati da inverter (per
potere dosare la quantità di
acqua nel circuito in funzione
della effettiva esigenze di raffreddamento maggiore nelle
Industria Fusoria 2/2015
fasi di fusione e minore nelle
fasi di mantenimento);
• l’impego di sistemi di aspirazione a portata regolabile
(ventilatori comandati da
motori elettrici ad alta efficienza e comandati da inverter);
• la riduzione al minimo dei
tempi di apertura del coperchio per minimizzare la riduzione di temperatura del metallo fuso ed il conseguente
successivo assorbimento di
potenza per riportare la temperatura al valore voluto;
• il riutilizzo del calore asportato dal circuito di raffreddamento per altri scopi (riscaldamento degli ambienti e dell’acqua sanitaria).
Esperienze di conduzione di un forno a
crogiolo di grande
capacità con svuotamento settimanale.
Costi e benefici
R. J. Scaburri – Fondstamp
Scaburri, Energy Manager della
Fondstamp, ha descritto l’esperienza che la fonderia ha scelto
di condurre con l’obiettivo di
ridurre il consumo energetico.
Il processo che, in tutte le fonderie, assorbe il maggiore
quantitativo di energia è quello
di fusione sul quale, infatti, si è
focalizzata la esperienza di
Fondstamp che ha scelto di
modificare la conduzione del
proprio forno passando da un
funzionamento continuo ad
uno discontinuo (spegnimento
nel corso del week end).
Il risparmio energetico misurato su un forno CIME da 55 ton
è stato di circa 45 MW/settimana che però ha come contro
indicazione la necessità di un
rivestimento refrattario che sia
in grado di resistere al meglio
agli shock termici.
L’esperienza di Fondstamp, durata circa un anno, ha dato notevoli benefici in termini di ri-
32
sparmio energetico (cui è da
aggiungere l’ottenimento di Titoli di Efficienza Energetica per
5 anni) ma è stata, purtroppo,
interrotta in seguito ad alcuni
importanti inconvenienti legati
alle sollecitazioni termiche cui
risulta sottoposto il refrattario.
Scelta del refrattario
in forni a crogiolo di
grande capacità gestiti con svuotamento
settimanale
L. Guarino – Satef-HA –
R. J. Scaburri – Fondstamp
Si riporta l’esperienza condotta
c/o Fonderia Fond-Stamp relativa alla scelta del rivestimento
refrattario più adatto, per un
impianto fusorio CIME da 55 t,
operante con una conduzione
discontinua finalizzata al risparmio energetico.
Possiamo senz’altro affermare
che le prestazioni del mezzo
fusorio sono direttamente correlate alle prestazioni del rivestimento.
La scelta del rivestimento deve
tener conto di numerosi aspetti e soddisfare ad alcuni requisiti di base piuttosto stringenti. E’
consolidato l’impiego di pigiate
vibrabili a secco a base di quarzite per il rivestimento di forni
a crogiolo per la fusione di leghe ferrose, in particolare ghisa
e acciai basso legati e leghe cupriche.
Le masse da pigiata sono miscele di sostanze granulate
aventi appropriata composizione granulometrica, caratterizzate da una temperatura di fusione assai elevata; per la loro
fabbricazione si richiede quindi
l’impiego di quarziti piuttosto
pure, e il tenore dei fondenti
introdotto in lavorazione deve
essere adeguato alle condizioni
di conduzione. Devono avere
porosità molto ridotta, al fine
di limitare la penetrazione di
scorie fondenti e una certa resistenza specifica agli sbalzi termici, il che è assai difficile ad ot-
economico
tenersi, in quanto il materiale in
silice, data la sua costituzione
cristallina e il notevole coefficiente di dilatazione tra 0° e
700°, è molto sensibile alle variazioni di temperatura in tale
campo.
Al fine di poter garantire una
conduzione dell’impianto discontinua si è ritenuto necessario l’impiego di una pigiata speciale stabilizzata con silice fusa.
La silice fusa è un vetro siliceo
amorfo, prodotto dalla fusione
ad alta temperatura di silice
cristallina di alta qualità (quarzo). Questa fusione produce
una sostanza caratterizzata da
una dilatazione termica molto
bassa e da un’ elevata resistenza alla temperatura e allo
shock termico, inoltre essendo
chimicamente meno reattiva
resiste meglio agli elementi aggressivi come il manganese, la
fayalite etc.
Le applicazioni più comuni di
pigiate stabilizzate con silice fusa si hanno nei seguenti casi:
• tempi di colata lunghi quindi
esposizione agli shock termici;
• durata breve del rivestimento
a causa di precoci penetrazioni;
• condotte fusorie intensive
quindi esposizione a cicli termici repentini;
• conduzione irregolare quindi
soggetti a brusco raffreddamento;
• rimedio alla zampa di elefante.
La soluzione tecnica individuata
per il caso specifico è l’impiego
della FRITMASSE FF 30 HT additivata con lo 0.8% di sinterizzante (promotore di fase vetrosa).
Per una migliore comprensione
delle dinamiche alle quali è sottoposta una pigiata quarzitica in
opera si riporta uno schema
nel quale si distinguono quattro
zone
1. una zona definita di infiltrazione esposta al metallo liquido che assume una colorazione scura per la presen-
za di scoria e di metallo e
che nel caso di una sinterizzazione ben fatta costituisce
all’ incirca il 10% dello spessore della parete.
2. Lo strato sinterizzato nel
quale i granuli di quarzite costituiscono uno strato vetroso e sinterizzato in modo
compatto nel quale le forze
di adesione tra i singoli granuli sono così forti che la
rottura della pigiata causa la
rottura del granulo stesso.
Lo spessore di questa zona
rappresenta circa il 20÷30%
dello spessore della parete.
3. Lo strato cotto, nel quale i
granuli di quarzite presentano un notevole indurimento
ceramico che non giunge
però alla sinterizzazione e la
rottura non influenza il granulo.
4. Lo strato esterno rivolto
verso la bobina o verso l’isolamento di aspetto più o meno polverulento nel quale la
quarzite non è indurita per
mancanza di temperature
elevate, questo strato fornisce al crogiolo la necessaria
elasticità e la sicurezza contro il formarsi di fessurazioni
Gli spessori della 3 e 4 zona
rappresentano in un crogiolo
rifatto a nuovo circa un terzo
dello spessore di parete, essi si
spostano però col progredire
dell’usura del crogiolo in direzione della bobina (Fig. 18).
Se dovessimo considerare la
durata di un crogiolo in rapporto al tipo di esercizio del
forno si può affermare che i
migliori risultati si hanno quando gli impianti marciano in continuità.
Se si vuole operare con una
conduzione discontinua è necessario scegliere un rivestimento in grado di minimizzare
le tensioni in fase di raffreddamento.
Criteri di scelta
del rivestimento
refrattario nelle
fonderie di acciaio e
leghe leggere
Fiorenzo Santorini, Giorgio
Muneratti – FOSECO e
Ing Giuseppe Giuliano –
Fonderia Federal Mogul
In questo intervento, i tecnici di
FOSECO hanno descritto in
maniera dettagliata:
• la configurazione tipica del
refrattario nel forno a crogiolo;
• le principali parti del rivestimento;
• la sinterizzazione e manutenzione;
• setti porosi per acciaio;
• rivestimento dei forni per Alluminio e Rame;
• crogioli per forni ad induzione.
Fig. 18
33
Industria Fusoria 2/2015
economico
Nel corso dell’intervento è stato, inoltre, presentato un caso
studio condotto da FOSECO
in collaborazione con la fonderia Federal Mogul.
L’accesso al sito è libero e ciascun utente, dopo essersi registrato, ha la opportunità di
commentarne i contenuti.
Ricordiamo, a chi desiderasse ave-
La pubblicazione dei
risultati del progetto:
il sito:
www.fonderiaefficiente.it
M. Prando – ASSOFOND
Al progetto di ASSOFOND è
stato dedicato il sito web
www.fonderiaefficiente.it nel
quale sono pubblicati i risultati
del lavoro.
Si ringraziano
per il contributo
alla realizzazione
della giornata:
Industria Fusoria 2/2015
34
re maggiori dettagli sui contenuti
di ciascun intervento, che, nella
sezione Seminari del sito
www.fonderiaefficiente.it, sono disponibili le presentazioni ed i filmati di tutti i relatori.
Riduci gli sprechi
e aumenta la tua competitività
In un contesto in cui l’ottimizzazione di tutti centri di costo
è necessaria per mantenere competitività soprattutto
rispetto a competitors esteri, diventa cruciale e strategico
estendere tale attività anche alle utilities energetiche.
GESTIONE ENERGETICA
Riduzione dei consumi per unità di prodotto
• Variabili controllabili internamente
• Ampi margini di intervento
• Consolidamento dei savings
MONITORAGGIO CONTINUO
PROGRAMMARE
FARE
VERIFICARE
AGIRE
Ricordo dell’ing. Luigi Pisano
Venerdì 3 aprile
2015, alla soglia
dei 92 anni, è mancato l’ing. Luigi Pisano, Presidente
delle Fonderie Pisano & C. S.p.A. di
Salerno.
L’intervento dell’ing. Luigi Pisano durante il XXV Congresso Assofond tenutosi
a Sorrento nel 2000.
Il Settore della
Fonderia italiana
ha perso una delle
sue più rappresentative figure.
Per oltre mezzo secolo Luigi Pisano ha rappresentato una figura di eccellenza di quella imprenditoria manifatturiera che ha concretamente contribuito alla crescita economica e sociale del nostro
paese, arricchendo il Settore della fonderia con la
Sua presenza discreta quanto incisiva.
Un Imprenditore capace e concreto, che ha negli
anni consolidato la propria presenza sul mercato
con prodotti che hanno portato il nome della Sua
Fonderia sull’intero territorio nazionale; quei prodotti destinati all’arredo urbano, che hanno accompagnato lo sviluppo del nostro paese.
Prodotti fusi, ancora oggi ben riconoscibili sulle
strade delle nostre città o delle località di villeggiatura che frequentiamo, al mare come ai monti,
prodotti destinati a durare a lungo nel tempo.
Basta distogliere lo sguardo da paesaggi, edifici e
monumenti ed osservare le strade che percorriamo quotidianamente, per individuare le “sue” fusioni che fanno parte del contesto urbano, così
come quelli di altri colleghi fonditori che hanno
fatto la storia della Fonderia italiana, prima che
l’importazione di chiusini fabbricati in Cina portasse alla crisi delle imprese del Settore con la necessità di riorganizzare le attività delle fonderie
orientando le produzioni verso nuovi settori e
mercati, come Lui ha saputo fare.
Alla Sua lungimiranza ed intuizione si deve anche
la scelta di aderire ad Assofond, all’interno della
quale a partire dagli anni ‘80, ha iniziato una attività di collaborazione con un gruppo di Fonderie
concorrenti, finalizzata a qualificare le fusioni destinate all’arredo urbano (chiusini stradali e caditoie), attraverso una attività di standardizzazione
delle caratteristiche dimensionali e di prestazione
dei chiusini.
Superando la spiccata “individualità” tipica degli
imprenditori italiani nati nel primo dopoguerra,
nell’adesione alla propria Associazione di categoria, l’ing. Luigi Pisano aveva colto una opportunità
di crescita per la Sua Fonderia, anche attraverso la
collaborazione con altri colleghi fonditori presenti sul mercato, per qualificare le fusioni attraverso
criteri condivisi di standardizzazione che superas-
Industria Fusoria 2/2015
sero i molteplici capitolati definiti dai singoli uffici
Tecnici comunali.
Ed è proprio l’attività svolta in collaborazione con
i colleghi/concorrenti all’interno dell’Associazione, che ha portato successivamente alla pubblicazione della prima norma europea di prodotto, la
NORMA EN 124, alla quale l’Italia ha dato un fondamentale contributo.
L’impegno di Luigi Pisano è stato fondamentale anche per sollecitare alle Ferrovie dello Stato, l’aggiornamento del capitolato tecnico di fornitura
dei “ceppi freno” che per anni hanno costituito
una importante applicazione per i getti di ghisa.
Negli anni di lavoro in Assofond, ho avuto modo
di confrontarmi con l’ing. Pisano in varie occasioni, per discutere di problemi tecnici di Settore o
per affrontare problematiche che coinvolgevano la
Sua Fonderia; in ogni circostanza ho potuto apprezzare la Sua cordialità che associata alla simpatia propria del suo essere partenopeo, rendevano
piacevole ogni occasione di incontro.
Incontri che puntualmente si verificavano in occasione dei Congressi di Fonderia Assofond, ai quali
partecipava e che, in occasione del Congresso di
Sorrento del 2000, lo hanno visto svolgere il ruolo di “padrone di casa” porgendo il saluto di benvenuto ai colleghi nella giornata inaugurale del
convegno, ed aprile le danze, al termine della tradizionale cena ufficiale, esibendosi con la Sua compagna di vita, la signora Enrica, in una allegra tarantella napoletana.
La passione per la fonderia e per la sua professione lo hanno accompagnato fino all’ultimo; era normale incontrarlo, fino a pochi giorni dalla Sua scomparsa, al reparto forni, dove non mancava di recarsi nelle visite quotidiane che faceva in Fonderia.
Una passione, la Fonderia, che ha caratterizzato l’intera esistenza di Luigi Pisano; un uomo ed un imprenditore che hanno segnato la propria epoca, ai
quali la Professione e tutti noi dobbiamo un doveroso ricordo.
Gualtiero Corelli
L’ing. Pisano, sorridente al lavoro al reparto forni.
36
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ic
tecnico
nic
D. Gorini
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t ec n
t
ec
o
tecnico
Effetto dell’aggiunta di Ti sulla
microstruttura e sulle proprietà meccaniche
di ghise grigie per impieghi automobilistici
In questo studio sono stati
considerati i dischi freno prodotti in ghisa grigia lamellare,
un materiale che trae le sue caratteristiche meccaniche finali
esclusivamente dalla microstruttura assunta durante la solidificazione.
I campioni, denominati con lettere alfabetiche da A ad I, sono
stati tutti ricavati dalla stessa tipologia di disco, e hanno quindi
caratteristiche di raffreddamento e di processo identiche.
Fa eccezione il campione I che
proviene da un disco con un
spessore leggermente inferiore
e che è quindi caratterizzato da
un raffreddamento leggermente più veloce. Per questa ragione tale campione è stato scartato dall’analisi dei risultati del
prove meccaniche. In Fig. 1 sono mostrate le zone di prelievo
dei campioni per le prove meccaniche oltre ad una barretta
rappresentativa dell’intera sezione del disco.
Fig. 1 - Zone di prelievo dei campioni per
le prove meccaniche.
Industria Fusoria 2/2015
Campione
A
B
C
D
E
F
G
H
I
C
3,19
3,20
3,25
3,16
3,26
3,16
3,20
3,24
3,18
Si
1,78
1,67
1,83
1,75
1,89
1,75
1,83
1,76
1,95
Mn
0,58
0,62
0,61
0,60
0,67
0,61
0,62
0,61
0,68
S
0,101
0,102
0,105
0,093
0,102
0,102
0,112
0,101
0,102
Ti
0,013
0,013
0,016
0,020
0,023
0,024
0,025
0,027
0,031
Tab. 1 – Composizione chimica dei campion presi in esame.
Si sono considerate colate con
composizione chimica pressoché identica, salvo per il titanio
che è stato variato in un range
da 0.013% fino ad un massimo di
0.031% proprio allo scopo di
studiarne gli effetti. In Tab. 1 è riportata la composizione chimica
dei diversi campioni.
La riduzione delle proprietà
meccaniche prodotta dall’aumento della percentuale di titanio nella ghisa grigia, è stata misurata mediante prove di resistenza a compressione. Tale prova permette di ricavare, attraverso una formula empirica, la resistenza a trazione del materiale.
In Fig. 2 sono mostrati gli andamenti della resistenza meccanica
a trazione (Rm) e della durezza
(HB) al crescere della percentuale di titanio.
Dai grafici si nota un calo della
resistenza a trazione di circa 56
MPa, che corrisponde ad una riduzione del 18%.Anche la durez-
38
za risulta inferiore, anche se con
una variazione più contenuta, pari al 10%.
In letteratura non si sono trovati
studi che spieghino come variazioni così contenute di titanio
possano generare una riduzione
marcata delle proprietà meccaniche della ghisa grigia; si è quindi
proceduto ad un’analisi metallografica per ricercare eventuali
spiegazioni a livello microstrutturale.
Una prima analisi al microscopio
ottico di campioni lucidati a
specchio, rappresentativi dell’intera sezione del disco, ha mostrato come tutti i campioni posseggano la stessa tipologia e distribuzione della grafite (Fig. 3).
Tuttavia, già da questa prima analisi qualitativa, è emerso che nei
campioni ad alto titanio la struttura appaia più grossolana (Fig.
3). Le micrografie sono state acquisite dalla medesima zona dei
componenti in modo da consi-
tecnico
Fig. 2 - Andamento delle resistenza meccanica a trazione e della durezza al crescere della percentuale di Titanio.
derare punti con la stessa storia
termica.
Un parametro importante per la
determinazione delle proprietà
meccaniche di un getto in ghisa
grigia è la dimensione delle sue
celle eutettiche. Per conoscere
questa grandezza è stato necessario eseguire un attacco chimico Stead Le Chatelier. Conoscendo il numero di celle per
unità area è possibile determinarne il diametro medio. Per il
conteggio è stata presa in esame
l’intera sezione del campione. I
risultati di tali misure sono riportati in Tab. 2 e correlati alle diverse concentrazioni di titanio nel
grafico di Fig. 4.
L’andamento del grafico in Fig. 3
appare crescente parabolico, indicando che un aumento di titanio comporta la formazione di
una struttura più grossolana e
quindi meno resistente. È possibile, inoltre, individuare una concentrazione pari a circa lo
0,020%, oltre la quale l’incremento di dimensioni delle celle
eutettiche diventa più marcato.
In letteratura è riportato come
l’aumento della concentrazione
di azoto nella ghisa grigia possa
Campione
A
B
C
D
E
F
G
H
% Ti
0,013
0,013
0,016
0,020
0,023
0,024
0,025
0,027
Diametro medio
393,47
383,49
390,96
397,50
428,01
449,74
457,61
465,14
Rm medio
312,10
301,49
312,52
289,94
272,58
284,38
295,43
256,20
Tab. 2 – Diametro medio delle celle eutettiche nei diversi campioni.
comportare una riduzione della
dimensione delle celle eutettiche
|1|. Ciò viene spiegato considerando che l’azoto aumenta il sottoraffreddamento della trasformazione eutettica, che dunque
avviene a temperature più basse,
favorendo la nucleazione delle
celle eutettiche, in sfavore della
loro crescita. In concentrazioni
nell’ordine dei 100 ppm, l’azoto
ha dunque un effetto benefico,
perché è in grado di affinare la
microstruttura, accorciando le
lamelle di grafite, come riportato
anche in recenti lavori di letteratura |2|. Tuttavia per concentrazioni più elevate, l’azoto può risultare dannoso, sia perché è in
grado di generare soffiature, sia
perché può modificare la grafite
Fig. 3 - Confronto tra due micrografie del campione A (a) e del campione H (b).
39
da lamellare a vermicolare, peggiorando la resistenza agli shock
termici della ghisa |3|. Il titanio,
essendo un elemento molto affine all’azoto, ha un effetto inibitore nei suoi confronti, e viene
spesso aggiunto per evitarne gli
effetti.
I campioni sono stati quindi esaminati con un analizzatore di gas
LECO, in modo da conoscerne
l’esatto contenuto di azoto. Si è
potuto osservare come i campioni presentino contenuti di
azoto simili tra loro (compresi
tra 76 e 89 ppm).
Per verificare che effettivamente
il titanio reagisce con l’azoto formando i rispettivi nitruri sono
state condotte delle analisi al microscopio elettronico a scansione (SEM) dotato di microsonda
EDS sui campioni A (0.013% Ti) e
H (0.027% Ti) per determinare la
composizione dei precipitati
presenti. In Fig. 5 è riportato un
esempio di immagine SEM. In entrambi i campioni si nota soprattutto la presenza di MnS con
qualche nitruro di titanio.
Il conteggio di questi precipitati
mostra che nel campione H c’è
un numero di nitruri di titanio
Industria Fusoria 2/2015
tecnico
il campione I in quanto l’analisi
termica viene condotta sul metallo liquido, indipendente dalla
geometria della forma in cui
verrà colato.
Fig. 4 - Andamento diametro medio cella al variare della percentuale di titanio.
Fig. 5 - Immagini SEM dei precipitati intermetallici presenti nei campioni A (a) e H (b).
quasi doppio rispetto al campione A (75 nitruri/mm2 contro 43
nitruri/mm2), confermando il fatto che nel caso dei campioni ad
alto titanio viene sottratta al bagno una maggiore quantità di
azoto, lasciando così una concentrazione inferiore di azoto libero.
È stata quindi calcolata la percentuale teorica di azoto libero
nel bagno, nell’ipotesi che tutto il
titanio presente si combini a formare nitruri. Sapendo che un
atomo di titanio pesa circa tre
volte un atomo di azoto è possibile trovare questo valori basandosi semplicemente sulla formula: %Nlibero = %N – (1/3)·%Ti.
È possibile ora riplottare i grafici visti in precedenza (relativi
ad Rm, HB e diametro delle
celle eutettiche) in funzione
della concentrazione di N libero anziché di Ti.
Poiché la concentrazione di N
nei campioni rimane pressoché
costante, gli andamenti non si
discostano molto da quelli già
trovati.
Alcune importanti indicazioni
che aiutano a spiegare il mecca-
Industria Fusoria 2/2015
nismo con cui l’azoto libero presente nel liquido sia in grado di
modificare la microstruttura finale della ghisa, arrivano dai risultati dell’analisi termica condotta sui campioni. Tale analisi
permette di ricavare l’andamento della temperatura durante la
solidificazione dei campioni in
funzione del tempo. Gli andamenti mostrano delle significative differenze nella temperatura
di inizio solidificazione (Tliquidus),
mentre la solidificazione eutettica si mantiene pressoché costante. In particolare, la Fig. 6 mostra
che la temperatura di liquidus
dei campioni si riduce al diminuire della quantità di azoto libero,
per effetto di un aumento del
sottoraffreddamento. Ciò provoca un ritardo nella solidificazione
delle dendriti primarie di austenite, che dunque hanno un intervallo di temperatura inferiore
per crescere e ramificarsi, prima
che inizi la solidificazione eutettica. Da notare che in questo grafico è stato inserito nuovamente
Per confermare i risultati dell’analisi termica, nel caso dei due
campioni A e H si sono misurate
la dimensione delle dendriti primarie di austenite. Per metterle
in evidenza è stato necessario
eseguire un attacco specifico
chiamato WW6, composto principalmente da acido solforico,
cloruro ferrico e solfito di sodio.
Le immagini riportate in Fig. 6
mostrano chiaramente che il
campione A (0.013% Ti) ha dendriti più estese e ramificate rispetto al campione H (0.027%
Ti). Un reticolo di dendriti più
fitto comporta la formazione di
un maggior numero di spazi interdendritici per la nucleazione
delle celle eutettiche. In questo
modo ne risulta una microstruttura più fine, caratterizzata da
celle eutettiche più piccole e numerose, come riportato anche in
altri lavori di letteratura |4|. Tale
condizione è ben documentata
dalle micrografie in Fig. 7.
Sugli stessi campioni è stato calcolato anche lo SDAS (Secondary Dendrite Arms Spacing)
delle dendriti. I risultati sono tra
loro comparabili: 42 m per il
campione A e 43 m per il campione H. Ciò significa che la velocità di raffreddamento nei due
campioni è all’incirca la stessa,
confermando che nel campione
ad alto tenore di titanio, il tempo
per la solidificazione primaria
Fig. 6 - Andamento della temperatura di liquidus al variare del contenuto di azoto libero
(%N-(1/3)%Ti).
40
tecnico
crescita di grandi celle eutettiche. La microstruttura grossolana e l’aumento della quantità di
grafite formata durante la solidificazione eutettica permette di
spiegare il calo delle proprietà
meccaniche.
Fig. 7 - Confronto tra attacco WW6 sul campione A (0.013% Ti) (a) e lo stesso attacco sul
campione H (0.027% Ti) (b).
delle dendriti di austenite è stato
inferiore.
Un’ulteriore conseguenza della
differente solidificazione primaria è la percentuale di grafite, misurata tramite un software di
elaborazione dell’immagine, che
mostra sostanziali differenze tra
i due campioni. In particolare il
campione A (0.013% Ti) risulta
avere un contenuto di grafite pari al 16%, con una lunghezza media delle lamelle di grafite pari a
34 µm, contro una percentuale
di grafite del 22% per il campione I (0.031% Ti), con una lunghezza media di 37,6 µm. E’ noto
che un maggior contenuto di
grafite può contribuire a ridurre
sia la durezza che la resistenza a
trazione.
In conclusione è possibile affermare che il titanio è un elemento molto affine all’azoto, formando precipitati molto stabili di nitruro di titanio (TiN).
L’effetto affinante dell’azoto viene così annullato, con il risultato
di produrre una microstruttura
più grossolana, caratterizzata da
poche celle eutettiche di grandi
dimensioni. L’analisi termica ha
dimostrato che una minor quantità di azoto libero nel liquido
aumenta il sottoraffreddamento
di solidificazione, ritardando la
nucleazione dell’austenite. Ne
consegue una riduzione della
percentuale di austenite, che
crea reticoli meno fitti e favorisce negli spazi interdendritici la
|1| ZHAI Qijie, HU Hanqi, “Effect of nitrogen on
matrix structure of gray cast iron”, Acta Metall
sin (1993).
|2| M.C. Grath,V. Richards, T.V. Anish, “Effects of Nitrogen, Titanium and Aluminium on Gray Cast
Iron Microstructure” (2011)
|3| Kandula Ankamma, “Effect of Trace Elements
(Boron and Lead) on the Properties of Gray
Cast Iron” (2014).
|4| D. Kopyci ski, E. Guzik, J. Dorula, “Forming of primary austenite in low-sulphur cast iron”, Archives
of foundry engineering, Vol. 11, Is. 1, 2011.
|5| Assofond, “La metallurgia delle ghise, vol.1 Metallurgia generale”.
|6| Franco Bonollo, Alberto Tiziani, “La solidificazione delle ghise”, Ghisa 2000 tradizione + innovazione (2000).
|7| J.R. Davis, Davis & Associates, ASM Speciality
handbook, Cast Iron (1996)
|8| L. Battezzati, M. Baricco, C. A. Goria, G. Serramoglia, “Selezione delle fasi e delle microstrutture nella solidificazione della ghisa”, la metallurgia italiana (1/2004).
Poiché non è possibile rimuovere il titanio dal bagno, diventa necessario aggiungere l’azoto. Ciò
non può essere fatto semplicemente insufflando il gas all’interno del bagno, perché questo non
viene assorbito, ma è necessario
aggiungerlo come azoto nascente (N).Altre fonti di azoto più efficienti possono essere il calciocianamide, il ferrocromo altamente nitrurato e i rottami di
acciaio, oppure dalla dissociazione di leganti organici azotati presenti nelle forme in sabbia utilizzate per la solidificazione del
getto. In quest’ultimo caso, il legante, bruciando a contatto con
la ghisa liquida, libera azoto che
diffonde all’interno della ghisa.
Daniele Gorini – Università di
Brescia.
Memoria presentata al XXXII
Congresso di Fonderia Assofond –
Sessione Metalli ferrosi tecnologia e
processo.
|9| Sommerfeld, A, “Nucleation of graphite in cast
iron melts depending on manganese, sulphur
and oxygen”, International journal of cast metals research (2008).
|10| Elham moumeni, Doru Michael Stefanescu,
Niels Skat Tiedje, Pello Larran Aga, Jesper
Henri Hattel, “Investigation on the effect of
sulfur and titanium on the microstructureof
lamellar graphite iron”, The Minerals, Metals
& Materials Society and ASM International
(2013).
|11| E Fra , M. Górny, “Mechanism of free sulfur influence on the eutectic cell count and transition from graphite to cementite eutectic in
cast iron”, Archive of foundry engineering
(2010).
HM.B. Cortie: “Simulation of metal solidification using a cellular automaton”, Metallurgical
Transactions, 24B (1993).
|12| G. Cueva, A. Sinatora, W.L. Guesser, A.P.
Tschiptschin, “Wear resistance of cast irons
used in brake disc rotors” (2003).
41
Industria Fusoria 2/2015
ic
tecnico
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F. Santorini - L. Mazzocco
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t
ec
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tecnico
Eccesso di inoculazione e
precondizionamento nelle ghise grigie
e sferoidali
È noto come il precondizionamento e l’inoculazione migliorano la nucleazione e con essa
tutte le proprietà fisiche delle
ghise.
Ma un eccesso di queste aggiunte, protratte nel tempo,
può causare un accumulo di
elementi attivi ed una conseguente sovra nucleazione che
aumenta il rischio di formazione di risucchi e porosità.
Tramite l’analisi termica è possibile prevenire questo fenomeno analizzando la ghisa dei
forni fusori e la ghisa finale, con
e senza inoculante in coppetta
(simulazione dell’inoculazione
sul flusso).
In caso di sovra nucleazione, la
curva di raffreddamento della
ghisa finale, senza l’inoculante
in coppetta, sarà simile o addirittura migliore della ghisa finale inoculata.
I principali parametri termici da
considerare per la sovra inoculazione sono la Temperatura Eutettica minima (Te min), l’angolo
di solidificazione VPS e la reale
posizione nel diagramma Ferro
Carbonio, indicata da HEH.
Temperature Eutettiche minime elevate, generalmente sopra i 1150°C, possono indicare
un eccesso di nucleazione. In
pratica la nucleazione e l’accre-
Industria Fusoria 2/2015
scimento delle celle Eutettiche
iniziano troppo presto, nella
prima fase della solidificazione.
Nella seconda fase della solidificazione, quando inizia la contrazione del liquido, gli alimentatori sono inattivi e l’espansione grafitica, avendo cessato il
suo effetto, non riesce a contrastare il ritiro.
Altra conseguenza causata da
un eccesso d’inoculazione è il
movimento della solidificazione
nel diagramma Ferro Carbonio
che, nel software di analisi termica, è indicato dal cruscotto
HEH: a parità di CE, misurato
con lo spettrometro, la solidificazione può avvenire in posizioni diverse nel diagramma
Ferro Carbonio con precipitazioni di fasi indesiderate, come
ad esempio l’Austenite primaria e la grafite primaria.
L’angolo di solidificazione VPS
indica la velocità di passaggio allo stato solido, misurato con la
velocità di dissipazione del calore verso l’esterno. Generalmente una buona nucleazione genera VPS con valori bassi, ma un
eccesso di nuclei può formare
porosità e micro ritiri che generano angoli con valori più ampi.
E’ un parametro da considerare
con le pinze quando si vuole valutare la nucleazione. Generalmente più i valori sono alti, più
il rischio di formazione ritiri/porosità è elevato.
42
È molto importante analizzare
la ghisa del forno/siviera di colata con e senza inoculante in
coppetta perché è l’unico modo
per accorgersi per tempo se la
ghisa è over inoculata o sta
prendendo quella strada. In questo caso, potrà accadere che la
nucleazione delle due ghise sia
molto simile, oppure con il tempo ci si accorgerà che la Te min
della ghisa precondizionata, ma
non inoculata, aumenta settimana dopo settimana.
Le cause sono da ricercare in
un’eccessiva aggiunta d’inoculante/precondizionante, accumulo di elementi attivi presenti
negli inoculanti, carica più
performante, migliore resa del
trattamento di sferoidizzazione, migliore resa dei prodotti
impiegati, peso staffa, pulizia
delle siviere, etc.
È utile analizzare le curve tramite un’analisi statistica da fare
settimanalmente che permetta
di controllare l’aumento di nucleazione, per decidere anzitempo un’eventuale riduzione o
rimozione dell’aggiunta di inoculante e/o precondizionante.
Tutte le modifiche vanno poi
monitorate per evitare il fenomeno inverso, una eccessivo
calo della nucleazione, ed eventualmente aumentare/ripristinare le aggiunte di inoculante
e/o precondizionante.
tecnico
Caso studio
ghisa grigia
Negli impianti automatici, la
tendenza delle fonderie è di
produrre con una sola analisi
e una sola modalità ogni classe
di ghisa grigia, che semplifica
molto il lavoro. Talvolta può
accadere che i getti con spessore più importante, non hanno bisogno di un’inoculazione
spinta perché il raffreddamento avviene più lentamente e la
grafite ha tutto il tempo di
diffondersi nell’Austenite per
raggiungere i nuclei.
Nel caso di un eccesso d’inoculazione questo fenomeno è
anticipato e l’espansione grafitica avviene troppo presto, in
un momento nel quale il getto
non ne ha bisogno. In seguito il
getto inizia a solidificare e richiede l’espansione grafitica
per compensare il ritiro liquido, ma essendo già avvenuta,
ritiri e porosità possono apparire.
La suddivisione della produzione in famiglie di getti è necessaria per evitare questi fenomeni. Meglio ancora se la
fonderia impiega il software
Casting Designer dove ogni
getto è schedato in base al peso, modulo, spessori, tipo di
ghisa, etc. Il software di analisi
termica associa una curva
ideale che confronta con quella reale del getto e avviene
Reparto forni fusori Infun For.
Laboratorio chimico fisico Infun For.
una sorta di auto calibrazione
sulla base del feedback del
controllo qualità. Se per esempio un getto con spessori contenuti è stato colato, per errore, con la ghisa iper anziché
Eutettica, e il reparto “Quality check” non ha riscontrato nessuna anomalia quali galleggiamenti di grafite o proprietà meccaniche fuori norma, il sistema si auto calibra
permettendo anche in futuro
di colare quel getto con la ghisa leggermente iper Eutettica.
Per l’esecuzione delle produzioni l’azienda ha a disposizione, come impianti principali, 4
forni fusori a crogiolo da 12t,
nei quali è preparata la ghisa
base, e due impianti di formatura, uno orizzontale e uno
verticale.
Caso Studio
Infun For SpA
I prodotti realizzati sono componenti per motori (alberi,
bielle gruppi cappello) impianti
frenanti (dischi e pinze grezze)
sistemi sospensione e trasmissione (scatole cambio e differenziale, bracci sospensione,
mozzi ruota).
L’Infun For è Leader in Europa
nella produzione di parti meccaniche, componenti di alta
qualità e sicurezza per l’industria Automotive. Lo stabilimento di Rovigo, nato nel
1971 come Peraro For, dal
2000 è di proprietà dell’Infun,
gruppo multinazionale specializzato nel settore delle fusioni
in ghisa sferoidale che ricopre
il 95% dei getti prodotti, mentre la ghisa grigia ricopre solo
il 5% della produzione.
La superficie totale è di
105.723 mq di cui 24.744 mq
coperti; la capacità produttiva
è di 60.000 ton/anno. L’azienda è certificata ISO/TS 16949
(Sistemi Qualità settore automobilistico), ISO14001 (Sistema di Gestione Ambientale) e
OHSAS 18001 (Sistema di
Gestione della Sicurezza).
43
Sono inoltre presenti in azienda un reparto di formatura
anime e una funzione di ricerca e sviluppo costituita dall’Ufficio progettazione, dal reparto modelleria e dai laboratori chimico e fisico.
Caso di
iper-inoculazione
ghisa sferoidale
Nel corso dell’anno 2010, Infun For Spa, ha introdotto l’analisi termica per il controllo
della produzione, riscontrando una notevole stabilizzazione del processo produttivo.
L’analisi termica si è rivelata
molto utile anche per scoprire
un caso di sovra inoculazione,
segnalato dopo l’inserimento
nel processo di un forte precondizionante.
Per eliminare le inclusioni di
scoria filante spesso trovata
Industria Fusoria 2/2015
tecnico
nei pezzi finiti, la fonderia ha
introdotto una lega FeSiBa ai
forni fusori, che fa risalire la
scoria in superficie del forno e
mantiene il bagno pulito, inoltre, funge da precondizionante
nella ghisa base conferendole
una buona qualità già al forno
fusorio e aumenta la geminazione.
L’azione scorificante fu apprezzata fin da subito, la scoria
si presentò secca e facile da rimuovere; di conseguenza si vide un forno di colata Asea più
pulito, ma la presenza di quest’ulteriore preinoculazione
iniziale, mantenendo costante
la quantità di inoculante inserito sul flusso, causò un brusco innalzamento delle Temperatura Eutettica minima e un
aumento delle celle eutettiche
con conseguente incremento
di micro ritiri nei getti.
I micro ritiri si verificano, in
genere, durante la contrazione
volumetrica conseguente al
raffreddamento della ghisa; talvolta sono confusi con altri difetti, in realtà causati da altri
fattori come la formazione di
gas (soffiature) o piccole inclusioni. Il difetto è considerato
micro ritiro quando la contrazione volumetrica è predominante rispetto ad altre concause. Ne deriva che la formazione di micro ritiri è fortemente correlata a getti con
spessori di parete notevoli. La
causa della formazione di questo difetto può essere dovuta,
non solo alla contrazione volumetrica conseguente al raffreddamento, ma anche ad
un’espansione grafitica insufficiente. Il micro ritiro crea una
riduzione della sezione resistente del getto, inoltre, se si
trova in una zona sottoposta a
lavorazione meccanica, può
Industria Fusoria 2/2015
1
2
3
TLiquidus
1153,9
1151,1
1151,4
TeStart
1147,1
1148,1
1151,4
TeMin
1138,2
1145,2
1151,4
TSolidus
1088,4
1090,2
1095,0
28
35
42
HEH
Tab. 1 - Variazione della reale posizione nel diagramma Fe-C (HEH) in base alla TeMin.
provocare la rottura degli
utensili.
A distanza di tempo, il difetto
si accentuò sempre maggiormente, si pensa anche a causa
di ritorni di materozza caricati
nei forni.
I nuovi valori della Temperatura Eutettica minima ottenuti
con il precondizionamento si
differenziavano dai precedenti
di circa +10°C e dalle analisi
chimiche svolte durante le
correzioni dei forni; durante le
colate si è notato, a parità di
Ceq, una maggiore quantità di
Si che ci ha costretto ad aumentare la % di C.
Fondamentale è stato l’aiuto
di ITACA che mostrando, in
diversi casi, le curve di raffreddamento della ghisa inoculata
simili a quelle non inoculate,
diede un forte segnale di iper
inoculazione, che muoveva la
reale posizione del diagramma
FeC. In particolare si è passati
da una ghisa ipoeutettica, che
garantiva getti sani, a una ghisa
Eutettica con micro ritiri.
(Tab.1).
Per una ghisa sferoidale i valori ottimali di questi parametri
sono:
• TLiquidus 1155 – 1160°C.
• TeMin 1145 ± 3°C.
• HEH 30 – 40.
44
La modifica apportata non è
stata quella di ridurre l’inoculante sul flusso, perché garantisce la produzione di getti senza cementite, bensì di calare la
% di precondizionante ai forni
in modo da trovare un giusto
equilibrio fra bagno del forno
pulito, parametri nei giusti range e riduzione di micro ritiri.
I risultati non sono stati immediati, solo dopo 2 settimane si è visto una piccola diminuzione delle TeMin e la conseguente stabilizzazione dell’HEH, il Ceq è rimasto invariato, ma con più Carbonio e
molto meno silicio in %, infine
le curve inoculate risultavano
migliori delle curve non inoculate.
Si è così ristabilizzato il processo ai forni fusori e diminuito la presenza di micro ritiri
nei getti, mantenendo comunque una ghisa di partenza di
buona qualità.
Fiorenzo Santorini, Foseco Italia.
Linda Mazzocco, tirocinante
presso Infun For e studentessa
alla facoltà di Ingegneria meccanica di Ferrara.
Memoria presentata al XXXII
Congresso di Fonderia Assofond
– Sessione Metalli ferrosi Metallurgia, simulazione SW.
Via San Bernardo da Chiaravalle, 26 - ALBINO (BG)
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tecnico
o
S.A. Fischer – L. R. Horvath e
R.E. Showman – U. Skerdi
nic
t ec n
t
ec
o
tecnico
Evoluzione dei sistemi di alimentazione
ad alte prestazioni per migliorare
la qualità dei getti
I fonditori sono costantemente alla ricerca di sistemi per aumentare la produttività e migliorare la
qualità e l’integrità dei getti per distinguersi in un mercato sempre
più competitivo. I sistemi di alimentazione, e in particolare i manicotti per materozze, si sono evoluti negli anni per rispondere a
queste esigenze. Questo lavoro
passa in rassegna i progressi compiuti nella progettazione e nei
materiali dei manicotti e gli ultimi
sviluppi della moderna tecnologia
delle mini materozze.
Introduzione
I fonditori considerano le materozze perlopiù come un male
necessario. Se da un lato sono
indispensabili per evitare la formazione di cavità da ritiro nel
getto, dall’altro riducono la resa
della fusione e richiedono costose operazioni di rimozione e
pulizia. Per funzionare correttamente, le materozze devono
presentare due caratteristiche
primarie. Devono possedere un
modulo, vale a dire un rapporto volume/superficie, tale da solidificare più tardi della sezione
del getto che devono alimentare e allo stesso tempo devono
disporre di sufficiente metallo
di alimentazione per compensare la perdita di volume dovuta al ritiro in quella sezione.
Questi due criteri hanno pro-
Industria Fusoria 2/2015
dotto nel tempo una serie di linee guida per la progettazione
della posizione e della geometria della materozza.
Inizialmente si utilizzavano materozze “naturali”, cioè create
nello stampo e dello stesso materiale della cavità e del canale
di colata. In questo modo il tasso di dispersione termica dalla
superficie della materozza era
lo stesso del resto del getto e il
modulo della materozza era
realmente il fattore determinante. Le materozze “naturali”
vengono utilizzate ancora oggi,
ma sempre più di frequente lasciano il posto ad altri sistemi di
alimentazione. Una materozza
“naturale” utilizza solo una piccola parte del suo volume totale per alimentare metallo al
getto. La parte restante è necessaria per mantenere liquido
il metallo di alimentazione, ma
va “sprecata”.
ausilio utilizzato per l’alimentazione del metallo. Si tratta di
materiali che vengono aggiunti
dopo la colata sopra le materozze aperte. Tali materiali evitano la perdita di calore radiante dalla materozza e garantiscono un isolamento o calore
supplementare sulla superficie
della materozza. Si utilizzano a
tal fine materiali a bassa densità
e con eccellenti proprietà isolanti, come pula di riso o perlite
o vermicolite espansa. Possono
essere utilizzati anche materiali
esotermici che sfruttano la reazione della “termite” come sorgente di calore:
4 Fe2O3 + 8 Al → 4 Al2O3 + 8
Fe + calore (2400 °C)
Materiali di copertura
La termite può essere utilizzata
da sola o mescolata con un materiale isolante. Non solo fornisce calore e isolamento, ma è
una fonte di ghisa liquida, e
quindi di metallo di alimentazione aggiuntivo per la materozza.
Negli anni sono stati messi a
punto diversi sistemi di alimentazione per aumentare l’efficienza della materozza controllandone la perdita termica o
prevedendo una sorgente supplementare di riscaldamento
del metallo al suo interno. I materiali di copertura sono stati
probabilmente il primo tipo di
Malgrado la varietà di formulazioni e tipi di materiali di copertura, il loro utilizzo risulta
comunque problematico a
causa della loro forma fisica. Si
tratta, per la maggior parte, di
materiali granulari o in polvere. I materiali devono essere
aggiunti dopo la colata e sono
46
tecnico
difficili da distribuire in modo
preciso e sicuro. Un metodo
sviluppato di recente |1| fornisce una soluzione a questi problemi. I coperchi flottanti
(FCL) sono stati progettati per
sostituire i tradizionali materiali di copertura in polvere.
Possono essere realizzati con
proprietà refrattarie isolanti
e/o esotermiche. I FCL sono
costruiti in materiale ceramico
allumina-silicato a bassa densità (LDASC) legato da un agglomerante resinoide con procedimento PUCB (phenolic
urethane coldbox). Sono di forma circolare e dimensionati
per inserirsi nelle tradizionali
materozze rotonde aperte.
Possono essere realizzati anche
in altre forme per materozze di
diversa conformazione.
La Fig. 1 mostra coperchi flottanti circolari di diverse dimensioni.
Fig. 1 - Coperchi flottanti isolanti ed esotermici di diverse dimensioni.
L’uso dei FCL può contribuire
in modo significativo a migliorare e a mantenere costante l’efficienza di alimentazione delle
materozze. Utilizzando i FCL è
possibile eliminare molte delle
variabili in gioco in fonderia,
come la quantità di materiale di
copertura utilizzato, il momento in cui viene aggiunto e se ha
coperto la materozza in modo
uniforme.Test condotti in laboratorio e in fonderia confermano le migliori prestazioni e
un’alimentazione più costante
rispetto all’uso dei composti di
copertura tradizionali |1|. La
Fig. 2 mostra un FCL su una forma appena colata.
Fig. 2 - Coperchio flottante su materozza appena colata.
Manicotti
per materozze
I manicotti hanno aumentato in
modo ancora più significativo
l’efficienza delle materozze. I
manicotti per materozze possono essere isolanti o esotermici, o presentare entrambe le
proprietà.
Generalmente coprono la superficie cilindrica della materozza, vale a dire la superficie
maggiore, e, se inseribili o applicabili, possono coprire l’intera
superficie. Come i materiali di
copertura, i manicotti riducono la dispersione termica della
materozza attraverso l’isolamento e l’apporto di calore
supplementare.
Un modo per caratterizzare un
manicotto per materozza consiste nel considerarne l’effetto
sul modulo relativo della materozza. Riducendo la velocità di
raffreddamento della materozza, questa si solidifica come se
fosse di dimensioni maggiori o
avesse un modulo più alto.
Questa osservazione è alla base
del concetto di “fattore di
estensione del modulo” o MEF.
Ad esempio, se una materozza
con manicotto solidificasse come una materozza “naturale”
con modulo doppio, il manicotto avrebbe un MEF pari a 2. Se
un manicotto avesse un MEF di
1,5, la materozza con manicotto
dovrebbe solidificare nello
stesso tempo di una materozza
47
naturale con modulo di 1,5 volte maggiore. In generale, un
manicotto esotermico avrà un
MEF maggiore di un manicotto
isolante e permetterà di utilizzare materozze più piccole con
una resa maggiore.
Alcuni dei primi manicotti per
materozze utilizzavano un materiale isolante mescolato a un
legante, generalmente una miscela di sabbia glauconitica con
argilla e acqua o olio e amido,
simile a un’anima cotta, e la miscela poteva essere applicata
attorno al corpo della materozza per creare un manicotto.
Sebbene efficace, questo metodo richiedeva tempo e non era
molto efficiente. Nel 1947 furono messi a punto composti
esotermici in grado di migliorare l’efficienza di alimentazione.
I primi manicotti esotermici
preformati risalgono al 1948 e
venivano prodotti utilizzando
uno slurry a base acquosa contenente un legante e fibra refrattaria. I manicotti venivano
formati creando un vuoto su
una rete a maglia fine per fare
depositare le fibre sullo stampo
ed eliminare l’acqua. Si procedeva quindi alla cottura dei manicotti per rimuovere l’acqua in
eccesso ed ottenere la resistenza richiesta. La Fig. 3 mostra lo
stampo a vuoto e i manicotti di
fibra finiti.
I manicotti di fibra possono essere prodotti con diverse pro-
Industria Fusoria 2/2015
tecnico
Uno dei miglioramenti più significativi riguarda la formulazione
del composto esotermico. Come si è detto, tutti i sistemi di
alimentazione esotermici sfruttano la reazione della termite,
composta da polvere di alluminio e ossido di ferro. Tuttavia,
per potenziare la reazione, si
aggiungono generalmente anche altri agenti chimici: la criolite (Na3AlF6) o composti fluorurati analoghi sono spesso
utilizzati come “iniziatori” della
reazione. Questi composti fondono o puliscono le superfici
delle particelle di alluminio per
ottenere reazioni più rapide e
più calde.
Fig. 3 - Stampo sotto vuoto (a) e manicotti in fibra finiti (b).
prietà, da isolanti ad altamente
esotermici, in funzione della
quantità di materiale esotermico che viene aggiunto allo
slurry. Normalmente i manicotti hanno una superficie
esterna ruvida che ne favorisce
l’applicazione e interferisce positivamente con il materiale
della forma per mantenere il
manicotto in posizione. La superficie del manicotto può anche essere levigata per ottenere una superficie più liscia e un
controllo dimensionale più
preciso nelle applicazioni a inserimento.
La fase successiva dell’evoluzione dei manicotti ad alte prestazioni è stata l’introduzione di
manicotti prodotti allo stesso
modo delle anime costituiti da
“microsfere” di silicato di allumina a bassa densità (LDASC),
Fig. 4 - Diversi tipi di manicotti LDASC.
Industria Fusoria 2/2015
utilizzando il procedimento
coldbox. Questi manicotti offrono una serie di vantaggi |2|.
Poiché formati all’interno degli
stampi coldbox, i manicotti offrono una maggiore precisione
dimensionale rispetto ai normali manicotti in fibra. Presentano
inoltre una maggiore uniformità
della composizione da pezzo a
pezzo. Come i tradizionali manicotti in fibra, anche i manicotti
LDASC possono essere prodotti in diverse composizioni, da
isolante a altamente esotermica.
Possono essere del tradizionale
tipo applicabile o inseribili.
Esempi di manicotti LDASC sono riportati nella Fig. 4.
I manicotti LDASC sono stati
prodotti per la prima volta nel
1997 e negli anni sono stati migliorati sotto diversi aspetti.
Sperimentando formulazioni
specifiche per la ghisa sferoidale,
si è scoperto che le materozze
con manicotto possono essere
soggette a degenerazione grafitica |3|. Ulteriori ricerche hanno
dimostrato che la degenerazione della grafite è associata al trasferimento di alluminio dal manicotto alla materozza. Esempi di
degenerazione della grafite in
materozze con manicotto sono
illustrati nella Fig. 5.
Potenzialmente questo potrebbe creare aree di grafite lamellare sulla superficie dei getti di
ghisa sferoidale con conseguente perdita delle proprietà
fisiche/meccaniche. La Fig. 6
mostra un grande getto di ghisa sferoidale con grafite lamellare proveniente dal manicotto
sulla superficie lavorata.
Fig. 5 - Materozza lucidata con grafite lamellare nella parte superiore
e grafite nodulare nella parte inferiore.
48
tecnico
Fig. 6 - Un getto di ghisa sferoidale di grandi dimensioni (a sinistra)
conteneva ghisa lamellare sotto un manicotto esotermico (a destra).
Con l’uso di manicotti esotermici su ghisa sferoidale è stato
poi registrato un altro problema. Una fonderia di ghisa sferoidale ha riscontrato la formazione di difetti definiti “occhi di
pesce” su getti di ghisa sferoidale prodotti in sabbia glauconitica dopo un largo uso di manicotti. Si è pensato che il fluoro contenuto nella criolite dei
manicotti contaminasse la sabbia provocando i difetti. Un
esempio di difetto a “occhio di
pesce” è illustrato nella Fig. 7.
Per stabilire l’esatta causa dei
difetti sono state effettuate diverse prove in fonderia. Alcuni
lotti di sabbia sono stati contaminati intenzionalmente con
criolite pura, manicotti non cotti frantumati e manicotti cotti
frantumati. Si è scoperto che il
difetto era causato dai manicotti cotti.
È stato inoltre teorizzato che il
fluoruro di alluminio prodotto
dalla reazione esotermica potesse essere responsabile sia
dei difetti a “occhio di pesce”
Fig. 7 - “Occhi di pesce” su getti di ghisa duttile.
sia della degenerazione della
grafite nella ghisa duttile.
Per ovviare al problema è stato
necessario eliminare la criolite
e tutti gli altri composti fluorurati delle miscele esotermiche.
A tal fine è stata utilizzata una
miscela di altri metalli reattivi
come “carburante” ed altri sali
reattivi per innescare la reazione esotermica. Da alcuni anni, in
fonderia si utilizzano formulazioni prive di fluoro con buoni
risultati.
Sviluppo delle mini
materozze
Parallelamente allo sviluppo e al
perfezionamento dei manicotti
in LDASC prodotti con il procedimento coldbox, sono state
messe a punto anche altre tecnologie. Lo sviluppo delle mini
materozze nella Fonderia Rexroth di Lohr, Germania, nei primi anni settanta, ha rappresentato un importante passo avanti nel processo di miglioramen-
Fig. 8 - Differenze di efficienza di alimentazione e area di contatto per diversi tipi di materozze (GJS).
49
to continuo dei sistemi di alimentazione. Queste nuove materozze fornivano ben il 70% di
efficienza nell’alimentazione del
getto, riducendo le dimensioni
complessive dell’alimentatore
e quindi lo spazio necessario
per la loro applicazione come
illustrato nella Fig. 8. Il principio
di base era ancora la “reazione
della termite” con combustione dell’alluminio insieme all’ossido di ferro e temperature fino
a 2.400 °C.
La massa di 23 kg di una materozza naturale in questo esempio si riduce a 8,4 kg utilizzando
una copertura esotermica e a
1,3 kg utilizzando una mini materozza. La superficie di sbavatura si riduce da 158,8 cm² a
73,5 cm² utilizzando una copertura esotermica e addirittura a
19,6 cm² utilizzando una mini
materozza. Si tratta di una significativa ottimizzazione della resa del processo di fusione, che
si traduce in prestazioni molto
maggiori della linea di formatura e che può ridurre i costi associati alla sbavatura e lavorazione.
Per raggiungere questa temperatura elevata e mantenere una
buona qualità del metallo di alimentazione, la mini materozza
contiene ingredienti come sabbia e/o altri materiali isolanti
che rallentano la reazione e riducono le perdite termiche più
a lungo durante la solidificazione. Attraverso la compensazione della perdita termica con il
materiale esotermico, si ottiene
così una significativa riduzione
del volume di ghisa liquida nella
materozza. Questo tipo di mini
materozza è stato sviluppato e
applicato per la prima volta in
Industria Fusoria 2/2015
tecnico
Fig. 9 - Impronta dell’anima di segmentazione su un getto estratto
dal modello.
Germania con la collaborazione della Fonderia Rexroth ed è
ampiamente utilizzato ancora
oggi in diverse configurazioni e
forme.
Una volta messa a punto la mini
materozza, le ottimizzazioni
non si sono fermate. Il primo
passo è stata l’introduzione
per l’applicazione di perni a
molla che permettono di creare uno strato di sabbia tra la
materozza e il getto per evitare
il contatto del materiale esotermico con la sabbia. Lo scopo di
tale tecnica è stato quello di
migliorare la qualità superficiale
del getto che può essere compromessa dalle reazioni del
materiale esotermico durante
la solidificazione. L’introduzione
di anime di segmentazione in
sabbia Croning (shell) a contatto diretto con il getto, ha ridotto ulteriormente i costi di sbavatura.
Tuttavia, con l’avvento di linee
di formatura più moderne ad
alta pressione con un maggiore
compattamento della sabbia di
fonderia, le materozze con anime di segmentazione hanno
raggiunto il proprio limite. Le
anime di segmentazione possono infatti essere distrutte dalla
pressione imposta alla sabbia
di fonderia e possono creare
difetti da inclusione nel getto.
L’uso di anime di segmentazione può inoltre usurare la superficie del modello, come si vede
chiaramente sulla superficie del
getto rappresentato in Fig. 9.
Industria Fusoria 2/2015
Fig. 10 - Mini materozza su un perno a molla prima dello stampaggio
(a) – dopo la smaterozzatura una parte del collo della materozza è ancora sul getto e deve essere rimossa (b).
MATEROZZE CON PERNO
A MOLLA
La materozza con perno a molla combina i vantaggi di entrambi i tipi utilizzando anime di
segmentazione esotermiche.
L’anima di segmentazione esotermica riduce il collo della materozza e, insieme al perno a
molla, crea uno strato di sabbia
tra la materozza e il getto. Non
c’è impronta sul modello e la
materozza può essere estratta
facilmente sebbene parte del
collo talvolta rimanga sul getto
dopo la smaterozzatura e sia
necessario altro lavoro per rimuoverla e rifinire il getto (vedere Fig. 10).
FORMULAZIONI ESOTERMICHE
OTTIMIZZATE
Un altro importante passo
avanti nello sviluppo delle mini
materozze è stata l’applicazione
della tecnologia coldbox LDASC. Queste formulazioni hanno
reso possibile la produzione di
manicotti leggeri senza utilizzare le fibre ceramiche che vengono generalmente impiegate
nei tradizionali alimentatori e
che, in alcuni casi, sono considerate pericolose nella Comunità
Europea. La mini materozza
originale era piuttosto pesante
a causa dell’uso di sabbia e di
ceramica nei manicotti. La sostituzione della sabbia con
LDASC ha permesso di ridurre
il peso di quasi il 75%. Con meno refrattario è necessario
meno materiale esotermico
per portare il manicotto alla
50
stessa temperatura. Anche le
formulazioni prive di fluoruro
sviluppate per le applicazioni
con ghisa sferoidale hanno potuto essere utilizzate nelle mini
materozze riducendo la possibilità di contaminazione dell’alluminio e degradazione dei noduli.
MINI MATEROZZA CON
COLLO METALLICO
Per sfruttare appieno i vantaggi
e le potenzialità di questi principi è stata sviluppata la mini materozza con collo di segmentazione metallico. Questa materozza è posizionata su un perno
a molla con un inserto metallico conico che forma con precisione il collo della materozza.
La materozza si abbassa scorrendo sull’inserto metallico e la
sabbia viene compattata. Il risultato è un collo molto piccolo
con un bordo di segmentazione ottimale per semplificare al
massimo la smaterozzatura e la
sbavatura.
Molte fonderie hanno potuto
eliminare completamente la
sbavatura dopo la smaterozzatura grazie a questa tecnologia
avanzata di alimentazione.
Il movimento verso il basso della materozza produce un compattamento ottimale della sabbia di fonderia sotto l’alimentatore e il getto presenta una superficie di contatto perfetta
(Fig. 11). Questo sistema oggi è
molto comune e quasi tutti i
tecnico
Fig. 13 - Questa mini materozza con contatto ridotto è stata concepita priva di anima di segmentazione.
Fig. 11 - Principio di compattamento utilizzando una mini materozza con collo di segmentazione telescopico (a) e risultati della fusione.
fornitori di alimentatori utilizzano varianti di questo sistema
in grado di offrire vantaggi analoghi al fonditore.
Il successo della realizzazione
della mini materozza con collo
metallico non ha messo fine alla
ricerca di sistemi di alimentazione sempre migliori. Il passo
successivo è stato lo sviluppo
di una materozza in due parti,
Fig. 12 - Mini materozze con collo metallico staccato per un’applicazione più agevole utilizzando perni a molla sul modello.
con l’inserto metallico concepito come parte mobile interna
che si posiziona automaticamente durante l’applicazione
della materozza sul perno o sul
perno a molla |2|. Il fatto che la
materozza sia costituita da due
parti permette di realizzare soluzioni personalizzate con differenti volumi di alimentazione
in base alle esigenze della fonderia. Il maggiore vantaggio è
tuttavia rappresentato dalla
semplicità d’uso in quanto è
quasi impossibile compiere errori nell’applicazione durante il
posizionamento della materozza (Fig. 12).
Contemporaneamente alla realizzazione della mini materozza,
è stata sviluppata un’altra tecnologia brevettata. In questo
caso l’obiettivo era creare un
bordo di segmentazione ottimale e con contatto ridotto,
senza necessità di un’anima di
segmentazione separata (Fig.
13). La geometria del bordo di
segmentazione è integrata nel
manicotto esotermico e sulla
sommità della materozza è po-
51
sizionato un coperchio di plastica per evitare la penetrazione di sabbia durante l’applicazione della materozza. Utilizzando questa configurazione, è
stato possibile produrre la materozza in modo più economico rispetto ad altri sistemi che
prevedono la costruzione della
materozza in due o tre pezzi.
Questo tipo di materozza può
essere usato con o senza perno
a molla.
SINERGIE TRA LE TECNOLOGIE
ATTUALI PER LE MATEROZZE
Sebbene siano stati realizzati numerosi e importanti miglioramenti delle tecniche di produzione delle materozze per fonderia, gli sviluppi più recenti hanno riunito i vantaggi di tecnologie diverse per creare una nuova
generazione di materozze.
Questa nuova mini materozza
riunisce i principali vantaggi delle tecnologie esistenti già descritte in questo articolo. La
tecnologia con collo di segmentazione metallico riduce i costi
di sbavatura e consente di
mantenere un’area di contatto
molto ridotta per posizionare
la materozza su geometrie del
getto molto complicate. L’impiego di colli metallici telescopici semplifica l’uso della materozza da parte degli operatori
di fonderia e consente di realizzare molteplici variazioni di volume offrendo diverse possibilità di applicazione. Infine, il pro-
Industria Fusoria 2/2015
tecnico
Fig. 14 - Combinazione di tre materozze ad alte prestazioni in una.
Fig. 15 - Difetti superficiali causati dal fluoro.
cesso di produzione e il tappo
di plastica contribuiscono a ridurre il costo totale del sistema
di alimentazione offrendo il
vantaggio di materozze leggere
e di un’alimentazione altamente efficiente (Fig. 14). Questi alimentatori sono in fase di approvazione in diverse fonderie
europee e i risultati dei primi
test sono molto promettenti.
Fig. 16 - La struttura della ghisa nodulare può essere compromessa da alti livelli di fluoro nella materozza, come si vede nella fotomicrografia a destra.
SALUTE E SOSTENIBILITÀ:
MIGLIORAMENTI DEI SISTEMI
DI ALIMENTAZIONE
getto. Le mini materozze prive di
fluoro, inoltre, possono contribuire a ridurre la degenerazione
della grafite attorno al collo
dell’alimentatore nei getti di ghisa sferoidale (Fig. 16).
Per quanto le prestazioni e la
semplicità d’uso siano aspetti
importanti per le fonderie moderne, la sicurezza e la salute
dei lavoratori devono esserlo
ancora di più.Tutte le mini materozze descritte in questo articolo presentano il vantaggio di
essere prive di fibre cancerogene per difendere la salute delle
persone che le utilizzano. Come i manicotti LDASC già descritti, anche le mini materozze
vengono ora prodotte senza
fluoro, un altro materiale pericoloso. Eliminando il fluoro dagli alimentatori, si riduce in ultima analisi la quantità di questa
sostanza nella sabbia di fonderia
e si evitano i difetti superficiali
creati dal fluoro come illustrato
nella Fig. 15.
Il fluoro può diventare un problema anche nello smaltimento
della sabbia di fonderia usata.
Utilizzando materozze prive di
fluoro, il contenuto di fluoro
della sabbia è molto più basso e
il suo smaltimento in discarica
accettabile. In ultima analisi, l’utilizzo di materozze prive di
fluoro nel processo di alimentazione può rappresentare un
vantaggio economico per la
fonderia e un passo nella direzione giusta per proteggere
l’ambiente e garantire un futuro
sostenibile.
Gli alimentatori esotermici formulati senza fluoro aumentano
la produttività della fonderia.
Con una minore quantità di fluoro nella sabbia di fonderia, è possibile evitare i difetti superficiali e
ottenere una migliore qualità del
Per una sostenibilità ancora
maggiore della serie OPTIMA e
con l’obiettivo di offrire un sistema completamente inorganico, le materozze OPTIMA saranno disponibili anche con l’inserto metallico.
Industria Fusoria 2/2015
52
Conclusioni
Come si può capire dalla lunga
evoluzione delle prestazioni e
funzionalità dei sistemi di alimentazione, la necessità di un
miglioramento continuo non riguarda soltanto i processi. Anche i materiali di consumo
possono rappresentare per il
fonditore uno strumento non
solo per migliorare la qualità e
l’efficienza del processo di fusione, ma anche per ridurre i
costi complessivi in modo sicuro ed efficiente.
I più recenti sviluppi nella progettazione degli alimentatori
hanno portato alla realizzazione
di nuove mini materozze che
combinano molti di questi vantaggi ottimali in un unico prodotto. Ora il fonditore può ridurre le dimensioni e il peso
della materozza e la sua “influenza” sul getto. Le tecnologie
avanzate impiegate oggi per la
realizzazione delle mini materozze aumentano in modo significativo la resa del processo
tecnico
di fusione grazie a un’alimentazione più efficiente e, inoltre,
possono lasciare spazio a un
maggior numero di getti nello
stampo.
La tecnologia senza fluoro già
impiegata nelle materozze
LDASC di maggiori dimensioni, è stata oggi trasferita alle
mini materozze, più piccole ed
efficienti. Non solo si può eliminare la degenerazione della
grafite prodotta talvolta nella
ghisa sferoidale dai manicotti
per materozze contenenti
fluoro, ma si ottiene anche il
vantaggio di una migliore ergo-
nomia (minor peso), dimensioni precise e minore impatto
ambientale.
Grazie alla perfetta combinazione di funzionalità, efficienza e
riduzione dei costi, le moderne
mini materozze hanno aumentato il livello di aspettative in
termini di prestazioni. Fornendo risposte a molti problemi
delle fonderie moderne, queste
soluzioni innovative permettono ai fonditori di produrre getti
di qualità eccellente riducendo
sensibilmente i costi.
S. A. Fischer, ASK Chemicals Feed-
|1| Aufderheide, R. C.; Mathias, J. M.; Waters, K.:
New hot topping techniques improve riser
feeding consistency.AFS Transaction (2007), paper 07-098.
|2| Aufderheide, R. C.; Showman, R. E.;Twardowska,
H.: New developments in riser sleeve technology.AFS Transactions (1998), paper 98-07.
|3| Showman, R. E.; Lute, C. A.; Aufderheide, R. C.:
Exothermic riser sleeves can cause flake
53
ing Systems GmbH, Bendorf, Germania, L. R. Horvath e R. E. Showman, ASK Chemicals US LP,
Dublin, Ohio, USA, U. Skerdi, ASK
Chemicals Feeding Systems
GmbH, Bendorf, Germania.
Copyright
2012 American
Foundry Society.
Parole chiave: alimentazione, sistemi di alimentazione, mini materozza, materozza, manicotto,
resa.
Memoria presentata al XXXII
Congresso di Fonderia Assofond –
Sessione Metalli ferrosi tecnologia
e processo.
graphite in ductile iron. AFS Transactions
(2001), Paper 01-086.
Aufderheide, R. C.; Showman, R. E.; Close, J.;
Zins, E. J.: Eliminating fish-eye defects in ductile
castings. AFS Transactions (2002), paper 02047.
Aufderheide, R. C.; Showman, R. E.; Jain, N.:
Breaker core optimization. AFS Transactions
(2010), paper 10-017.
Industria Fusoria 2/2015
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ic
tecnico
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tecnico
L. Gonzo
Innovazione nel processo Cold Box
La nuova linea LEGANOL HR
ad elevate prestazioni
Le principali caratteristiche di
questa linea, che la distinguono
dalla già ampia gamma di prodotti proposti a catalogo, possono essere così sintetizzate:
Negli ultimi anni, anche in relazione alla crescente competizione globale sulla qualità dei prodotti per fonderia, le resine per
processo cold box hanno subito
una costante evoluzione in termini sia chimico-fisici, sia di prestazioni tecnico-applicative.
ma serie di resine per processo cold box denominata LEGANOL HR, grazie al continuo lavoro di Ricerca e Sviluppo di prodotti sempre più innovativi e performanti.
La richiesta più frequente del
mercato internazionale è sempre più focalizzata su prodotti
in grado di migliorare la produttività mantenendo elevati
gli standard qualitativi e allo
stresso tempo ottimizzando il
processo.
F.lli Mazzon S.p.A., nel perseguire l’obiettivo della piena
soddisfazione del cliente e assecondare le esigenze crescenti del mercato, ha recentemente sviluppato una nuovissi-
Industria Fusoria 2/2015
Fig. 1
56
• elevata reattività del sistema, che garantisce maggiori resistenze anche subito
dopo lo sparo, permettendo
rapidi cicli di lavoro;
• elevate resistenze meccaniche alle 24 ore, che favoriscono un’ottimale stabilità al magazzinaggio rispetto
a quelle ottenute con prodotti tradizionali, a parità di
condizioni operative (Fig. 1);
• basso consumo di ammina, inferiore rispetto ai sistemi tradizionali fino al 20%,
con conseguente riduzione
non solo dei costi di consumo diretto, ma anche dei
tecnico
cassa d’anima grazie all’estrema scorrevolezza della
miscela, che non dà alcun
problema di distacco dalla
cassa d’anima dell’anima sparata, indipendentemente dalla geometria della stessa. Sono stati riscontrati aumenti
della produttività di oltre il
5% proprio a motivo delle
mancate interruzioni per le
normali operazioni di pulizia;
• riduzione delle emissioni
ambientali: l’utilizzo di resine no C.O.V. (Composti organici volatili) e l’innovativa
formulazione del prodotto
Fig. 2
tempi di gasaggio e lavaggio,
che a sua volta porta ad un
accorciamento del ciclo di
produzione per singola unità
di prodotto (Fig. 2).
In relazione a questo aspetto,
un vantaggio non trascurabile è
il miglioramento dell’ambiente
di lavoro, grazie all’importante
riduzione dell’odore in animisteria:
• riduzione dei fermi macchina per la pulizia della cassa d’anima e dei relativi filtri:
l’elevata reattività di questa
nuova linea di resine, unitamente all’innovativa formulazione delle stesse, migliorano
notevolmente il distacco delle anime dallo stampo, riducendo le soste per la pulizia
della cassa stessa, e permettendo altresì di ridurre l’utilizzo del distaccante;
• assenza di appiccicosità:
LEGANOL HR non sporca la
permettono di ridurre notevolmente le emissioni in atmosfera sia in animisteria
che durante la colata.
Grazie ai benefici sopra descritti, il LEGANOL HR è da
considerarsi un prodotto innovativo e ad elevate prestazioni, caratteristiche indispensabili alle animisterie impegnate in un contesto globale, con
richieste sempre più elevate in
termini di competitività e di
esigenze tecniche.
I laboratori chimici della F.lli
Mazzon S.p.A. sono a Vostra
disposizione per sviluppare resine cold box in grado di amplificare ciascuna della caratteristiche tecniche presenti in
questo studio.
Luca Gonzo - F.lli Mazzon.
Memoria presentata al XXXII
Congresso di Fonderia Assofond –
Sessione Metalli ferrosi Tecnologia
e processo.
57
Industria Fusoria 2/2015
ic
tecnico
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F. Sola – F. Banfi
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tecnico
Volumix prodotti performati e sicuri
per fonderie e acciaierie
sia dalla direttiva 1999/45/CE
sia dalla successiva Classificazione secondo il Regolamento
1272/2008 CE, noto come CLP,
che regolamenta la classificazione, l’etichettatura e l’imballaggio.
Forte dell’esperienza nel settore avviata nel 1958, JODOVIT
VD Group produce in Italia
un’ampia gamma di ausiliari chimici di consumo per fonderie
di metalli ferrosi e non ferrosi e
per le acciaierie di lingotti.
Sulla base di tali normative, i
preformati isolanti e esotermici,
costituiti da miscele, qualora
contengano FCR in misura superiore allo 0,1% in peso, sono
da ritenersi a loro volata presunti cancerogeni.
Dal giorno della sua fondazione, il gruppo impiega la sua vasta esperienza e il suo speciale
Know-how per studiare e realizzare, in collaborazione con i
propri clienti, soluzioni tecnologiche avanzate in tema di ricerca e sviluppo nel rispetto
delle normative ambientali.
Per informare e sensibilizzare gli
utilizzatori di questi prodotti,
durante i lavori tecnici del
XXXI Congresso di Fonderia
Assofond svoltosi a Vicenza nei
giorni 26-27 Ottobre 2012, Jodovit ha presentato una relazione dal titolo “Fibre ceramiche
refrattarie (FCR) e rischio cancerogeno” nella quale si evidenziano e si chiariscono le responsabilità relative ai produttori e
agli utilizzatori di preformati
isolanti e esotermici per Fonderia e Acciaieria (la relazione è
scaricabile dai siti www.jodovit.com e www.Assofond.it ).
Nell’ultimo decennio il Gruppo
ha destinato notevoli risorse
nella Ricerca e Sviluppo e nel
Controllo di Processo della
propria produzione, eliminando
o riducendo la presenza di elementi nocivi alla salute dell’uomo e dell’ambiente nella formulazione dei nuovi prodotti.
Problema FCR
La Fibra Ceramica Refrattaria
(FCR) è stata considerata presunta cancerogena per l’uomo
Industria Fusoria 2/2015
Nei mesi successivi, Jodovit ha
svolto ulteriori approfondimenti condotti allo scopo di verificare la classificazione dei preformati contenenti FCR (diffusi ancora oggi nei mercati Europei e
Extra CEE), indagando cosa avviene prima e dopo la fase di
58
combustione e le modalità del
loro smaltimento dopo il loro
impiego.
Nel Maggio 2014 Jodovit ha
presentato al congresso ICRF
2014 una pubblicazione scientifica realizzata in collaborazione
con il Politecnico di Milano dal
titolo “Ingot feeding systems:
analysis of fibers’ behaviour
before/after casting”.
In tale lavoro si è dimostrato
che utilizzando dei prodotti
esenti da RCF è possibile ottenere dei risultati tecnicamente
equivalenti o migliori rispetto a
quelli ottenibili utilizzando prodotti contenenti fibre ceramiche (Fig 1).
Inoltre si è dimostrato che le
RCF sottoposte alle temperature dell’acciaio liquido possono
subire trasformazioni chimicofisiche: in quel che rimane del
manufatto dopo il servizio, è
stata rilevata la presenza sia di
RCF inalterate, sia di fibre devetrificate, cioè fibre che hanno
perso la natura vetrosa in quanto si sono originate nuove fasi di
silice cristallina (Cristobalite),
originariamente assenti nel manufatto. Il prodotto dopo il servizio risulta quindi duplicemente pericoloso, in quanto tende a
sbriciolarsi molto facilmente, rilasciando nell’ambiente le fibre
in esso contenute, che possono
essere sia RCF inalterate che
devetrificate (Fig. 2).
tecnico
MANICOTTI ESOTERMICI
• VOLUMIX FX per fonderie di
ghisa e acciaio;
• VOLUMIX AX ad alta resa
per fonderie di acciaio al manganese, acciai Duplex, SuperDuplex, WCB e alto legati e
ghise al cromo.
MANICOTTI
ISOLANTI A PANNELLI
COMPONIBILI PER MATEROZZE
GROSSI GETTI IN ACCIAO
Fig. 1 - Immagini relative a 2 lingotti colati in parallelo su unica placca; a) Pannelli con RCF,
fotografia b) Pannelli esenti da RCF.
In merito allo smaltimento, le linee Guida della Regione Lombardia prevedono che gli Articoli contenenti FCR in quantità superiore a 0,1% in peso (dopo il
loro impiego) vengano trattati
come Rifiuti Pericolosi. Ad essi è
attribuito il codice CER 170603
(altri materiali isolanti contenenti o costituiti da sostanze
pericolose) in quanto tali fibre
sono classificate presunte cancerogene.
Volumix
Risoluzione problema
FCR
Per risolvere il problema relativo alle FCR nei preformati isolanti e esotermici, JODOVIT ha
avviato nel 2003 un importante
lavoro di ricerca denominato
“ECO PROJECT”, avente lo
scopo di togliere le Fibre Ceramiche Refrattarie da tutte le
formulazioni dei prodotti VOLUMIX attraverso una serie di
prove condotte con materie
prime alternative.
Grazie a questo lavoro di ricerca, a partire da Giugno 2008
tutte le formulazioni dei prodotti VOLUMIX di Jodovit sono
prodotte senza FCR e nel pieno rispetto delle normative EU
in materia di salute dei lavoratori e di tutela dell’ambiente.
Nel Giugno 2012 JODOVIT ha
ottenuto la Certificazione Ambientale ISO 14001.
Possiamo oggi garantire che tutta la gamma dei “VOLUMIX” Jodovit sono PRODOTTI SICURI
perché classificati come NON
• FEEDFLEX per fonderie di acciaio e ghisa grossi getti.
PERICOLOSI per la salute dell’uomo, con ulteriori modifiche
ai formulati essi hanno acquisito
inoltre le caratteristiche di
composti NON irritanti.
Essi sono in grado di assicurare
rendimenti pari e con la nuova
gamma “Volumix AX” superiori
rispetto ai prodotti contenenti
FCR, in termini sia di alimentazione del getto sia di resistenza
alla temperatura e alla pressione metallostatica, evitando
deformazioni delle materozze
solidificate e eventuali fenomeni di inquinamento dipendenti
da inclusioni nel metallo.
ACCIAIERIE
VOLUMIX
A integrazione del servizio tecnico, JODOVIT offre ai propri
clienti simulazioni personalizzate relative al riempimento di
getti in ghisa, acciaio e di lingotti, al fine di consigliare al meglio
il tipo di prodotto da utilizzare
per ottenere getti sani al miglior costo.
Gamma prodotti
La gamma dei VOLUMIX prodotti da JODOVIT si caratterizza come segue:
FONDERIE
MANICOTTI ISOLANTI
• VOLUMIX H per fonderie di
leghe leggere;
• VOLUMIX AC per fonderie
di ghisa e acciaio.
MATEROZZE
ISOLANTI MONOLITICHE E A SETTORI
• VOLIMIX ISO E per acciaierie di lingotti con tutti i tipi
di leghe.
MATEROZZE
ESOTERMICHE MONOLITICHE E A SETTORI
• VOLUMIX AXA per acciaierie di lingotti con tutti i tipi
di leghe.
MATEROZZE
ISOLANTI E ESOTERMICHE A PANNELLI COMPONIBILI
• VOLUMIX ISOFLEX
• VOLUMIX EXOFLEX
Fabio Sola, Fabio Banfi - Jodovit s.r.l.
Memoria presentata al XXXII Congresso di Fonderia Assofond – Sessione energia, ambiente e sicurezza.
Fig. 2 - Immagine SEM: a) Formazione di Criptocristalli in matrice vetrosa b) RCF inalterata.
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Industria Fusoria 2/2015
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Software di simulazione della colata
dei metalli ferrosi: concatenazione virtuale
Fonderia-Calcolo Strutturale
Il processo di sviluppo convenzionale di un componente prevede diverse fasi nel passaggio
dal concept al prodotto finale.
Nel caso di una struttura sospensione indipendente per il
settore automotive le informazioni di input riguardano i dati
generali e lo schema del veicolo, lo schema di architettura ed
i carichi principali.
Fig. 2 - Analisi di calcolo strutturale FEA.
In fase di progettazione vengono specificamente analizzati i
calcoli elastocinematici, i parametri di handling e comfort ed
i carichi sui singoli componenti
(Fig. 1).
Il calcolo strutturale FEA abbinato alle condizioni tradizionali
di calcolo prevedono l’utilizzo
di una geometria nominale
esente da difetti come possono
essere le porosità da ritiro o
gas; il materiale inoltre è ideale
in quanto possiede proprietà
meccaniche e microstrutturali
nominali ed omogenee su tutto
il componente oltre a non avere tensioni residue e deformazioni derivanti dalle operazioni
a monte (Fig. 2).
Il nuovo approccio per il progettista prevede la simulazione
del processo produttivo, in
questo caso di fonderia, integrata direttamente nella fase di
progettazione.
Streparava insieme ad Ecotre
Valente sta portando avanti
questa modalità di sviluppo del
processo con l’utilizzo del
Fig. 1 - Prestazioni del componente.
Industria Fusoria 2/2015
62
tecnico
La solidificazione del pezzo ha
evidenziato la formazione di
porosità da ritiro, le quali sono
state misurate in termini di cm3
direttamente in ProCAST e poi
esportate nel modello CAD
del componente lavorato per
valutare la presenza di difetti
affioranti alla superficie come si
vede dall’immagine riportata in
Fig. 4. Questa integrazione ProCAST\CAD permette di condividere i risultati tra tutti i
progettisti, utilizzando
il
software CAD che utilizzano
quotidianamente.
Fig. 3 - Sospensione con evidenziato il braccio in ghisa analizzato.
software di simulazione della
colata ProCAST di ESI-Group.
La simulazione del processo
produttivo del componente, sia
esso di colata oppure di stampaggio, consente di andare a
progettare conoscendo in anticipo le prestazioni del pezzo.
Il software di simulazione della
colata ProCAST è in grado di effettuare la simulazione di riempimento e solidificazione, microstruttura e stress direttamente
sul componente; questo consente al progettista un approccio
immediato nel quale non serve
modellare l’attrezzatura o industrializzare il processo.
I risultati della simulazione consentono di riuscire a prevedere
e quindi prevenire difettosità
legate al processo produttivo e
consentono di ottenere le caratteristiche meccaniche e metallurgiche previste dal capitolato di fornitura.
In questo modo si potranno
ottenere prodotti più affidabili
e con qualità costante, derivati
da un prodotto e da un processo che risulteranno ottimizzati
da questo tipo di approccio.
Il ridotto time-to-market di
questo tipo di progettazione
consente di ottenere più qualità con minori costi.
Il caso specifico di questo studio è il braccio in ghisa di una
sospensione indipendente mostrato nella Fig. 3.
Fig. 4 - Porosità da ritiro misurata in ProCAST (sezione di sinistra) ed affiorante sulla superficie del pezzo CAD lavorato (sezione di destra).
Il componente strutturale e di
sicurezza verrà realizzato in
ghisa sferoidale GJS 500-7.
La simulazione di colata ProCAST è partita con il riempimento e la solidificazione del
componente cavo, al cui interno è presente un’anima.
La simulazione della fase di
riempimento ha consentito di
valutare la formazione di ossidi
e intrappolamenti di gas all’interno del pezzo; nessuna attività di modellazione della staffa
o di assemblaggio delle anime è
stata richiesta.
Fig. 5 - Cricche a caldo (sezione).
63
La misurazione del volume
delle porosità da ritiro, come
di quelle da gas, consente di
valutare direttamente in simulazione la conformità del pezzo al rispetto del capitolato di
fornitura.
La solidificazione, oltre alla formazione di porosità da ritiro,
ha comportato anche la creazione di cricche a caldo e ha indotto la generazioni di tensioni
residue sul componente come
mostrato in Fig. 5.
Sono state inoltre calcolate le
proprietà meccaniche attese
e la microstruttura ottenuta
sul componente come mostrato nell’immagine di Fig. 6.
Le successive analisi FEA eseguite con Nastran-Marc hanno utilizzato come dati di ingresso i risultati delle simulazioni di ProCAST, con il quale
condividevano la stessa mesh
FEM tetraedrica iniziale.
Nessuna mappatura e traduzione dei risultati è stata quin-
Industria Fusoria 2/2015
tecnico
ne analizzato ha dimostrato
che la simulazione di colata è
uno strumento fondamentale
anche per il progettista del
pezzo.
ProCAST, con la tecnologia
agli elementi finiti e la capacità
di misurare e localizzare esattamente sia i difetti che le
prestazioni del getto, si è dimostrato lo strumento ideale
per la simulazione di colata a
supporto del progettista nello
sviluppo dei componenti.
Fig. 6 - Proprietà meccaniche calcolate da ProCAST: Carico di Snervamento, Carico di Rottura, Allungamento e Durezza Brinell.
di necessaria visto che sia i
software di analisi strutturale
che ProCAST si basano sulla
tecnologia ad elementi finiti.
Questa concatenazione ProCAST\CAE strutturale permette la massima affidabilità
delle simulazioni strutturali.
La validazione di tutto il processo di simulazione concatenato è quindi passata attraverso la caratterizzazione sperimentale dei prototipi realizzati.
Nei laboratori Streparava si sono eseguiti i controlli di qualità
sia dimensionali che per le proprietà meccaniche; son stati effettuati anche test al banco, con
acquisizione diretta dei carichi
e delle deformazioni sul com-
Industria Fusoria 2/2015
ponente in esercizio per quantificare l’effetto delle tensioni
residue alla luce del carico applicato (Fig. 7).
L’innovativa attività di progettazione sul braccio sospensio-
Conoscere in anticipo le prestazioni ottenibili dal processo di produzione e dal materiale scelto consentono di ottenere il miglior prodotto in
termini di qualità e costi.
Davide Ferrario – Streparava
SpA., Cristian Viscardi – Ecotre
Valente srl.
Memoria presentata al XXXII
Congresso di Fonderia Assofond
- Sessione Metalli ferrosi Metallurgia, simulazione SW.
Fig. 7 - Ritiri nella simulazione ProCAST (sinistra) e nella realtà (destra).
64
ABP INDUCT
ION HA CO
STRUITO P
RESSO
INDUCTION
COSTRUITO
PRESSO
T
ISCO* L‘
IMPIANTO FU
SORIO A
D
TISCO*
L‘IMPIANTO
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s Non è richiesta un‘ alta qualità della
fornitura elettrica
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e manutenzione
s Minor spazio richiesto
s minori costi per i rispetti ambientali
(emissioni polverose e sonore, ...)
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s¬resa fusoria molto alta in particolare per
leghe metalliche (Crr, Mo, Mn, ...)
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A. Panvini
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tecnico
Pressocolati in alluminio con anime
ceramiche a perdere:
l’approccio innovativo della simulazione
La necessità di eliminare i vincoli geometrici imposti dalla
classica tecnica di pressocolata,
nella quale la forma delle cavità
del getto deve essere esente da
sottosquadri al fine di rendere
possibile l’estrazione delle parti
stampanti mediante movimenti
radiali, ha portato da qualche
anno allo sviluppo di tecnologie
alternative che rendono possibile la produzione di getti di
forma pressoché arbitraria mediante l’utilizzo di anime a perdere come da sempre fatto per
la colata in sabbia ed in conchiglia. Le alte velocità e pressioni
cui è sottoposto il metallo nel
processo di pressocolata hanno tuttavia reso necessario lo
sviluppo ed impiego di materiali che possano resistere durante il riempimento alle sollecitazioni: una recente innovazione,
oggetto di studio all’interno di
un progetto di ricerca finanziato da MIUR e Regione Lombardia cui partecipano sia enti accademici che diverse aziende
del settore fonderia, consiste
nell’impiego di anime di materiale ceramico di caratteristiche tali da essere sufficientemente resistenti da non disgregarsi sotto l’azione del flusso
del metallo ma al tempo stesso
facilmente rimuovibili dalle cavità del getto a fine processo
mediante getti di acqua pressurizzati.
Industria Fusoria 2/2015
Il progetto di ricerca denominato SAVE (acronimo di Stampi con Anima per Veicoli più Efficienti), avente come capofila
la fonderia Lomopress e partner di progetto, oltre a Piq2,
CoStamp ed Italpresse nonché
l’Unversità degli Studi di Brescia, nei suoi due anni di sviluppo ha avuto come obiettivo
l’industrializzazione del processo di pressofusione con anime ceramiche per la produzione di componenti automotive
strutturali e non che consentano una riduzione del peso dei
veicoli.
Nell’ambito del progetto si è
reso quindi necessario da parte
di Piq2 sviluppare un software
che simuli l’interazione che avviene tra il metallo liquido e l’anima ceramica durante l’iniezione: sotto la spinta del flusso,
l’anima tende a deformarsi deviando il fluido stesso e può arrivare a spostarsi o rompersi
comportando uno scarto. Ciò
è dovuto alle caratteristiche
meccaniche dell’anima stessa
che, essendo ceramica, presenta una flessibilità di gran lunga
superiore all’acciaio di cui è costruito lo stampo ed inoltre ha
un carico di rottura ed un allungamento a rottura particolarmente bassi e di conseguenza risulta estremamente fragile.
Tale software si pone l’obiettivo di aiutare a dimensionare
correttamente forma, dimensioni e caratteristiche meccaniche delle anime stesse per poter garantire un’adeguata resistenza meccanica e strette tolleranze dimensionali minimizzando al tempo stesso gli sforzi
necessari a rimuoverla. Dal
punto di vista tecnico, è stato
Fig. 1 - Deformazione dell’anima durante il riempimento dello stampo.
68
tecnico
Fig. 2 - Simulazione sul collettore acqua Lomopress.
quindi sviluppato un software
di simulazione di interazione
tra fluido e struttura (FSI) capace di valutare la deformazione e gli stati di sforzo che si
sviluppano nell’anima durante
un transitorio di riempimento
che dura pochi millisecondi.
Per fare ciò sono state portate “in ambito fonderia” tecniche di simulazione attualmente impiegate in campi di progettazione di prodotti di altissima tecnologia. (Fig. 1).
L’integrazione di questo tool
di interazione fluido-struttura
all’interno di una suite di simulazione di processo fornisce quindi un ulteriore strumento ai progettisti di stampi
ed ai designer di componenti
pressocolati utile all’ottimizzazione del prodotto e quindi
alla diffusione ed industrializzazione di un processo inno-
Fig. 3 - La traversa posteriore scatolata prodotta da Costamp e la
relativa anima.
vativo che permette di produrre componenti strutturali
in lega di alluminio con costi
nettamente inferiori alle tecnologie tradizionali.
All’interno del progetto di ricerca sono quindi stati sviluppati tre stampi per la produzione di altrettanti getti per
applicazioni automotive: Lomopress si è cimentata con un
collettore acqua ed un nodo
strutturale per il telaio di una
vettura stradale ad elevate
prestazioni, mentre Costamp
ha reingegnerizzato una traversa posteriore al fine di irrigidirla mediante l’impiego di
un profilo scatolato chiuso ottenibile unicamente mediante
utilizzo di anima ceramica a
perdere. (Figg. 2-3-4)
L’impiego della simulazione ha
quindi consentito di prevede-
Fig. 4 - Deformazione dell’anima a fine iniezione sotto la pressione
di moltiplica.
re le sollecitazioni agenti sulle
anime e di valutarne di conseguenza le deformazioni per
poi ottimizzarne la forma, il
materiale ed il sistema di vincolo all’interno dello stampo.
Tutti e tre i componenti sono
stati quindi industrializzati e
prodotti con successo in isole
di produzione opportunamente adattate da Italpresse, presentando problematiche minime di deformazione e rottura
delle anime dimostrando come il processo , seppure ancora in fase di sviluppo, sia oggi
industrializzabile (Fig. 5).
Andrea Panvini – Piq2 s.r.l. – Brescia.
Memoria presentata al XXXII
Congresso di Fonderia Assofond –
Sessione Metalli non ferrosi.
Fig. 5 - Getto traversa posteriore sezionato.
69
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R. Squatrito – I. Todaro
E. Salsi – L. Tomesani
S. Essel – H. Zeidler
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tecnico
Progetto FP7 THERMACO:
materiali compositi Al-C ad alta
conduttività termica ottenuti mediante
processi di colata in gravità
In questo articolo si presenta il
progetto EU-FP7 “THERMACO”
incentrato sulla produzione, tramite tecnologie fusorie, di materiali compositi a matrice metallica
ottenuti inserendo nella matrice
nuovi materiali altamente conduttivi a base carbonio. Il materiali
compositi studiati sono costituiti
da una lega di alluminio commerciale (A356) additivati con materiali altamente conduttivi, quali ad
esempio particolato di fiocchi di
Grafene, ed inserti discreti in Grafite Pirolitica. In virtù della spiccata anisotropia conduttiva di alcuni
di questi materiali, è possibile rea-
lizzare componenti in grado di
controllare e direzionare il flusso
di calore che li attraversa lungo
percorsi selezionati, evitando il
surriscaldamento di specifiche zone del materiale e garantendone
una maggiore stabilità meccanica.
I nuovi materiali allo studio, caratterizzati da conduttività termiche estremamente elevate, saranno particolarmente indicati
per applicazioni di trasmissione
del calore in svariati campi da
quello della microelettronica, alla
generazione di energia, a quello
di motori a combustione ad elevate prestazioni.
Introduzione
Il progetto si propone di valutare la possibilità di adattare
una tradizionale tecnologia di
formatura da liquido alla produzione di materiali compositi
a matrice metallica ad elevata
conduttività termica. Le strade
attualmente allo studio sono:
• produzione di componenti
costituiti da una matrice in
lega di alluminio ed inserti discreti in grafite pirolitica
TPG/APG (Thermal/Annealed Pyrolitic Graphite);
Fig. 1 - Compositi AL- MMC : Matrice Metallica in lega di alluminio ed inserti in materiali a base di carbonio.
Industria Fusoria 2/2015
70
tecnico
• produzione di compositi in
matrice metallica Alluminio e
particolato costituito da
Fiocchi di Grafene (Fig.1).
Queste soluzioni si propongono di esplorare possibili campi
di applicazione delle recenti
scoperte sulle principali caratteristiche dei nuovi materiali a
base carbonio, fra cui il grafene,
un materiale, costituito da strati bidimensionali monoatomici
di carbonio, che sta conoscendo sempre maggiore interesse
da parte della comunità scientifica e dal mondo industriale.
La prima strada descritta, si
propone come l’approccio più
semplice all’integrazione fra i
nuovi materiali a base carbonio ed i tradizionali materiali
da fonderia per la realizzazione di componenti, anche geometricamente complessi, con
inserti ad elevata conducibilità
termica.
convogliare l’evacuazione e lo
smaltimento di calore lungo
direttrici privilegiate.
Le attuali limitazioni di impiego dei materiali come
TPG/APG sono dovute alle
basse caratteristiche meccaniche ed alla conseguente incapacità di sopportare carichi. La
produzione di componenti fusi
dotati di inserti fortemente
conduttivi può risolvere tale
problema.
La seconda strada descritta si
propone come tentativo di superare lo stato dell’arte nella
produzione di materiali ad alta
conducibilità termica, integrando in una matrice di alluminio
fiocchi di grafene di dimensioni
micrometriche.
Descrizione ed
obiettivi del progetto
In questa prospettiva, molti
produttori stanno sempre più
concentrando la loro attenzione su materiali a base di grafite
estremamente orientata che
vengono ottenuti mediante
deposizione e/o reazioni di pirolisi in vuoto ad elevate temperature (TPG, APG: Thermal
Pyrolytic Graphite, Annealed
Pyrolytic Graphite). Tali materiali sono costituiti da molteplici layer di carbonio (disposto nel piano secondo reticoli
esagonali estremamente ordinati) tenuti insieme forze deboli di Van der Waals. In virtù
dell’organizzazione atomica
del carbonio si sono misurate
caratteristiche di conducibilità
termica fortemente differenti
in funzione della direzione di
propagazione del calore. Si
parla di valori pari a 1500
W/m°K in due direzioni principali e di 7 W/m°K nella restante direzione.
In prima istanza, questo progetto di ricerca si propone di
studiare la realizzabilità di una
tecnologia di fabbricazione
che, mediante processi di investment casting e colata in conchiglia in gravità, consenta di
colare un metallo liquido attorno ad inserti a base carbonio fortemente orientato
(TPG/APG), consentendo il
superamento degli attuali limiti
di applicabilità di questi materiali.
Questa forte anisotropia di
comportamento termo-fisico
del materiale porta ad intravedere prevalenti campi di utilizzo in tutte quelle applicazioni
industriali che necessitano di
Si sono studiati i principali parametri di processo per permettere la produzione di tali
getti, come ad esempio la temperatura di preriscaldo dell’inserto e degli utensili, le condi-
Ad oggi, si sono realizzati alcuni getti sperimentali a geometria semplificata. La maggior
parte del volume di tali getti è
costituita dal materiale avente
funzione strutturale (lega di alluminio A356), che integra un
inserto in materiale a base grafite, come “collettore” termico
dei flussi di calore che attraversano il componente in
esercizio.
71
zioni di riempimento della forma, la temperatura del metallo
liquido, i parametri dimensionali delle parti in gioco e le
condizioni di vincolo.
Obiettivo finale dello studio
sarà disporre della conoscenza
necessaria per gestire la condizione di interfaccia fra matrice ed inserto: si devono considerare una serie di possibili
criticità, al fine di assicurare la
riuscita del processo di colata
che dovrà coinvolgere l’interazione tra due materiali dissimili come il metallo liquido e l’inserto.
Dal punto di vista funzionale
inoltre, la condizione di interfaccia fra matrice ed inserto,
ne definisce la resistenza termica di contatto che risulta
fortemente dipendente dalle
condizioni di processo. Considerando la forte dipendenza
della riuscita del processo dalle dinamiche di solidificazione,
i parametri di processo sono
stati studiati e valutati in primo luogo mediante analisi numerica. Si sono studiati e impiegati nuovi strumenti e metodi di modellazione per tenere conto della forte anisotropia delle caratteristiche termo-fisiche della grafite pirolitica attraverso l’implementazione di modelli numerici ad-hoc
in codici commerciali. Questi
strumenti previsionali sono
stati messi a punto e validati
sia per essere utilizzati in fase
di simulazione del processo di
colata, sia in fase di progettazione della nuova componentistica per ottimizzarne le caratteristiche di evacuazione del
calore (Fig. 2).
Come detto, la strada che prevede la realizzazione di un
composito in matrice metallica
Alluminio-Fiocchi di Grafene
rappresenta un tentativo di superamento sostanziale nello
stato dell’arte della produzione di materiali strutturali ad alta conducibilità termica che, ad
oggi, è rappresentata principalmente da esperienze di ricerca
volte alla realizzazione di ma-
Industria Fusoria 2/2015
tecnico
Fig. 2 - Esempio di simulazione FEM del comportamento termico di un composito Al-TPG
teriali a matrice metallica caricati con particelle micrometriche di diamante. Questa soluzione, oltre alle ben note problematiche di dispersione del
particolato in una matrice metallica, presenta altre criticità
peculiari, come ad esempio
una scarsa conoscenza delle
caratteristiche del particolato.
Inoltre, a causa della supposta
marcata anisotropia conduttiva che caratterizza questi materiali, in caso di una dispersione di particelle completamente casuale l’effetto di aumento
Industria Fusoria 2/2015
della conduttività termica effettiva del composito non è
scontato. Ad oggi si sono realizzate alcune campagne di
produzione di tali materiali e
le prove di caratterizzazione
termica e strutturale sono attualmente in corso.
Impatti del progetto
La possibilità di realizzare attraverso un processo di colata
una nuova tipologia di compositi a matrice metallica e mate-
72
riali a base carbonio porterebbe un contributo fortemente
innovativo specialmente in tutte quelle applicazioni che coinvolgono la gestione e lo smaltimento di calore, aumentando
la densità di potenza termica
elaborabile, riducendo la dimensione delle superfici di raffreddamento ed eliminando, in
alcuni casi, la necessità di dover ricorrere a dispositivi
esterni di evacuazione del calore (si pensi ad esempio all’utilizzo degli heat pipe nel campo elettronico).
Per via della forte anisotropia
attesa dai materiali sviluppati
sarà possibile realizzare componenti che siano in grado di
controllare e direzionare il
flusso di calore che li attraversa lungo specifici percorsi.
Rosario Squatrito, Ivan Todaro, E.
Salsi, Luca Tomesani- CIRI-MAM Interdepartmental Center of Industrial Research, University of
Bologna, Italy.
Shai Essel – IIT, Technion - Israel
Institute of Technology, Haifa,
Israel.
Henning Zeidler - TUC, Technische Universität Chemnitz,
Chemnitz, Germany.
Memoria presentata al XXXII
Congresso di Fonderia Assofond
– Sessione Metalli non ferrosi.
di Perno Lazzari Rodolfo & C. snc
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tecnico
nic
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tecnico
C. Giglioni
La misura del particolato atmosferico
con strumenti che utilizzano
il metodo laser scattering
Le polveri presenti nell’aria sono oggetto di particolari attenzioni da parte degli Enti pubblici, dei Centri di ricerca e delle
aziende. Il motivo di questo interesse è dovuto alla pericolosità delle polveri per la salute
degli uomini; è quindi necessario tenere sotto controllo e
misurare le concentrazioni del
particolato nell’aria.
Fra i diversi metodi di misura
esiste quello a “Laser Scattering” che permette di misurare, in modo facile, le concentrazioni delle polveri in tempo
reale direttamente in microgrammi al metro cubo ed anche dare l’analisi granulometrica delle polveri presenti
nell’aria.
Questi valori possono essere
registrati e mostrati in tempo
reale sia come concentrazione
3
in µg/m sia come numero di
particelle suddivise in 15 classi
da 0,3 a 10 micron.
Prima di illustrare questo metodo di misura e gli strumenti che
utilizzano il metodo a “Laser
Scattering” spieghiamo brevemente che cosa sono le polveri
del particolato atmosferico.
Il particolato atmosferico è un
sistema disperso di particelle
solide e di particelle liquide che
Industria Fusoria 2/2015
si trovano in sospensione in atmosfera (aerosol).
Le particelle possono essere
prodotte ed immesse in atmosfera attraverso fenomeni naturali (erosione del suolo ad opera degli agenti atmosferici,
spray marino, eruzioni vulcaniche, etc.) o antropogenici
(emissioni da traffico, da impianti per la produzione di
energia, da impianti di riscaldamento ed industriali di vario
genere).
Altro materiale particellare si
può formare in atmosfera come risultato di complicati processi fisico-chimici fra gas, oppure tra gas e particelle o goccioline d’acqua.
Si definisce aerosol primario
l’insieme delle particelle che
vengono immesse direttamente in atmosfera dalle diverse
sorgenti (sali marini, polvere
minerale o vulcanica, emissioni
dirette da traffico o impianti industriali, etc.).
L’aerosol secondario è invece
costituito da particelle che non
sono state immesse direttamente in aria ma che si sono
formate da processi di conversione gas-particella (solfati, nitrati, alcuni composti organici)
che sono avvenuti in atmosfera.
Le particelle di origine primaria
76
o secondaria, ed in particolare
quelle di piccole dimensioni,
svolgono un importante ruolo
tra gli inquinanti atmosferici a
causa dei loro effetti negativi
sulla salute umana e per il forte
impatto ambientale.
Alla presenza di polveri sospese in atmosfera sono infatti legati fenomeni quali la formazione di nebbie e nubi, la variazione delle proprietà ottiche dell’atmosfera con effetti sulla visibilità e sul bilancio energetico
terrestre, la contaminazione
delle acque e del suolo attraverso deposizione secca e umida, la catalisi di reazioni chimiche in atmosfera ed il danneggiamento dei materiali.
DEFINIZIONE DI
PM10 - PM2,5 – PM1
Il PM10 è definito come il materiale particolato (PM) con un
diametro aerodinamico inferiore a 10 micron; analoghe definizioni valgono per il PM2,5 e per
il PM1.
DEFINIZIONE DI PARTICELLE
INALABILI, TORACICHE E
RESPIRABILI
1. FRAZIONE INALABILE
Questa è la frazione delle particelle che entra nel corpo attraverso il naso e la bocca du-
tecnico
rante la respirazione. Questa
parte è considerata importante
agli effetti della salute, perché le
particelle si depositano ovunque nel tratto respiratorio.
Alcune particelle sopra i 20 m
possono essere inalate, ma rimangono sopra la laringe e sono, perciò extratoraciche. Non
si prende, perciò, in considerazione le particelle sopra i 20 m
come parte inalabile.
2. FRAZIONE TORACICA
Questa è la frazione delle particelle che può penetrare nei
polmoni sotto la laringe.
Questa frazione può essere
messa in relazione con effetti
sulla salute che nascono dal deposito di particolato nei condotti d’aria dei polmoni.
3. FRAZIONE RESPIRABILE
E’ la frazione delle particelle
inalabile che può penetrare in
profondità negli alveoli polmo-
ESEMPI DI POSSIBILE PRESENTAZIONE
DELLE MISURE EFFETTUATE
77
Industria Fusoria 2/2015
tecnico
nari. Questa frazione può portare ad effetti sulla salute dovuti al deposito di particelle
nella regione alveolare dei polmoni.
Principio di
funzionamento
degli strumenti a
“Laser Scattering”
Una pompa a portata costante
e controllata aspira l’aria attraverso una sonda a simmetria
radiale e la convoglia in una camera dove le particelle trasportate vengono singolarmente investite da un fascio di luce
laser.
L’energia riflessa da ogni particella, che è proporzionale alla sua dimensione, viene misurata da un fotodiodo ad alta
velocità che genera in uscita
sia i segnali di conteggio sia
quelli di caratterizzazione dimensionale.
Il software di sistema mette in
relazione questi valori con l’unità di volume inviando sulla linea seriale RS232 un risultato
finale nell’unità ingegneristica
standard (Fig. 1).
Gli strumenti per il monitoraggio delle polveri possono funzionare sia in ambienti chiusi
che in luoghi aperti.
Principali applicazioni degli
spettrometri a laser scattering
per la misura delle concentrazioni delle polveri fini nell’aria:
• Immediata misura della concentrazione delle polveri presenti in un determinato luogo
sia urbano che industriale.
• Misura del particolato nei sistemi di monitoraggio dell’inquinamento atmosferico.
• Mappatura delle concentrazioni delle polveri fini in una
zona sia urbana che extraurbana.
• Misura delle polveri nei cantieri e nei luoghi di movimentazione materiali.
• Misura delle concentrazioni
delle particelle respirate da
una persona durante un periodo di tempo.
• Misura delle concentrazioni
delle particelle nei luoghi di
lavoro, negli uffici, sui mezzi di
trasporto etc.
• Valutazione dei cambiamenti
rispetto alle concentrazioni
delle particelle presenti in
un’area prima e dopo l’esecuzione di grossi impianti o lavori.
Le caratteristiche tecniche di
questi strumenti permettono il
loro utilizzo nei seguenti modi:
• In postazioni fisse oppure ricollocabili.
• Su laboratori mobili.
• Nei laboratori.
• Su mezzi mobili quali auto,
treni, metropolitane etc.
• Inseriti in zaini da portare a
spalla.
• Inseriti in valigia per portarli
nei posti da monitorare.
Carlo Giglioni – Conec Engineering
Memoria presentata al XXXII
Congresso di Fonderia Assofond –
Sessione energia, ambiente e sicurezza.
Fig. 1
Industria Fusoria 2/2015
78
CINQUE PUNTI PER GETTI DI ALTA QUALITÀ
1.
WƌĞƉĂƌĂnjŝŽŶĞĚĞůůĂ
'ŚŝƐĂďĂƐĞ
2.
dƌĂƚƚĂŵĞŶƚŽĚŝ
ŶŽĚƵůĂƌŝnjnjĂnjŝŽŶĞĚĞůůĂ
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3. /ŶŽĐƵůĂnjŝŽŶĞĚĞůůĞ
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4. WƌŽĚƵnjŝŽŶĞĚŝ'ŚŝƐĂ
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5. ƉƌŽĐĞƐƐŽƉƌŽĚƵƚƚŝǀŽ
^ĨĞƌŽŝĚĂůĞ
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Controllo della qualità metallurgica
/ůĐŝĐůŽĐŽŵƉůĞƚŽ͘KƚƚŝŵŝnjnjĂƌĞůĂ
ƉƌŽĚƵnjŝŽŶĞĚĞŝŐĞƚƚŝŝŶŐŚŝƐĂ͘
I fattori fondamentali nel ciclo
produttivo della fonderia sono la
stabilità, la consistenza, il
miglioramento continuo e l’efficienza
dei costi.
Innanzitutto, la creazione in forno di un
adeguato numero di nuclei
temporalmente stabili nel metallo pone
le basi per ottenere buoni risultati nei
successivi trattamenti.
Per la produzione di ghisa sferoidale, è
essenziale la selezione della giusta lega
nodularizzante al fine di massimizzare la
resa di magnesio mentre, in generale per
tutte le ghise, la scelta dell’inoculante è il
fattore più importante per ottimizzare la
struttura dei getti ed ottenere le proprietà
meccaniche desiderate.
Qualunque sia la fase del ciclo produttivo
presa in considerazione, pensa ad Elkem
come il tuo partner ideale per il
trattamento del metallo.
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P. Lück – M. Fontanot
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Forni ad induzione: un sistema di
raffreddamento contemporaneo ad alta
efficienza e risparmio di energia
ABP si presenta con l’obbiettivo
di fornire un centro fusorio sicuro, affidabile e produttivo con
soluzioni avanzate nel campo
dei sistemi di raffreddamento, in
grado di ridurre i consumi di
energia attraverso l’uso di sistemi moderni. A tale scopo ABP
ha realizzato un sistema di raffreddamento avanzato che consente di sfruttare efficacemente
il calore disperso con una temperatura dell’acqua di ritorno
che rimane sempre costante.
Nei vecchi sistemi non ha importanza se il forno fusorio lavora a potenza di fusione o di
mantenimento la massima
quantità di acqua, calcolata per
una potenza fusoria del 100%,
scorre in continuo nel sistema
di raffreddamento (Fig. 1).
È possibile però trasformare un
sistema di raffreddamento obsoleto in un sistema di raffreddamento competitivo: non è
più il flusso dell’acqua a rimanere costante, ma la temperatura
di ricircolo dell’acqua di raffreddamento (Fig. 2).
Esempio della riduzione
dei costi sulle pompe
del forno
Utilizzando una pompa con inverter è possibile ottenere un
Fig. 1 - Temperatura dell’acqua di raffreddamento in funzione della potenza assorbita dal forno.
Industria Fusoria 2/2015
risparmio di energia elettrica pari al 40% nel caso vengano modificati i profili di necessità. Se la
velocità della pompa è ridotta
del 50%, il consumo di potenza è
ridotto di un notevole 80%.
CALCOLO DEL CONSUMO IN
CONDIZIONI STANDARD
DATI TECNICI
• Potenza della pompa dell’acqua di raffreddamento: 55
kW.
• Ore di funzionamento giornaliero: 24 (lavoro su doppio
turno).
• Giorni di funzionamento/anno: 365.
Fig. 2 - Variazione della portata di acqua di raffreddamento in funzione
della potenza assorbita dal forno.
82
tecnico
CALCOLO
Potenza assorbita/anno = 55
kW x 24 h x 365 giorni=
481,800 kWh.
CALCOLO UTILIZZANDO UN
INVERTER
• 55 kW x 16 h x 250 giorni lavorativi x 0,75 consumo di potenza = 165,000 kWh (lavoro
su doppio turno).
• 55 kW x 8 h x 250 giorni (retroraffreddamento) x 0,25
consumo di potenza =
22,000 kWh.
• 55 kW x 24 h x 115
giorni(weekends) x 0,25 consumo di potenza = 30,360
kWh.
• Consumo complessivo di potenza con un inverter:
217,360 kWh.
• Risparmio energetico annuo
nel circuito di raffreddamento del forno: 264,440
kWh.
Non bisogna dimenticare che
per i soli motivi fisici, un moderno centro fusorio genera
una perdita di potenza fino al
30%, di cui il 70% circa nella
bobina. È possibile convertire
questa perdita di potenza attraverso moderni sistemi di
riscaldamento aziendale o per
la produzione di acqua calda.
Un ulteriore risparmio può
essere ottenuto mediante la
gestione del convertitore.
Esempio della riduzione
dei costi sulle pompe
del convertitore
Se il convertitore ABP non
produce e fonde, oppure è in
mantenimento, le pompe del
circuito di raffreddamento nel
sistema elettrico di raffredda-
Fig. 3 - Esempio di simulazione con Meltshop Designer ABP.
mento si spengono automaticamente dopo un lasso di
tempo pari a 10 min.
C ALCOLO DEI COSTI CON
UNA POMPA D’ACQUA DI RAFFREDDAMENTO DI 37 KW
Pompa d’acqua di raffreddamento 37 kW x 24 h x 365
giorni = 324,120 kWh (lavoro
su doppio turno).
CALCOLO
CON INTERRUTTORE AUTOMATICO:
• 37 kW x 16 h x 250 giorni lavorativi = 148,000 kWh (lavoro su doppio turno).
• 37 kW x 8 h x 250 giorni
(turno libero) x 0 consumo
di potenza = 0 kWh.
• 37 kW x 24 h x 115 giorni
(weekend) x 0 consumo di
potenza = 0 kWh.
Consumo complessivo di potenza con spegnimento automatico: 148,000 kWh.
Risparmio energetico annuo
nel circuito di raffreddamento
del forno: 176,120 kWh.
Un sistema di raffreddamento
moderno deve essere costruito
in modo tale da permettere una
manutenzione pianificabile ed un
83
monitoraggio visivo dalla console di controllo. Ogni area nel circuito di raffreddamento del forno (ad esempio il monitoraggio
dello scambiatore di calore, il distributore e la stazione di pompaggio) è stata riprogettata e ridisegnata. Piccole modifiche nel
circuito elettrico di raffreddamento sono state sufficienti per
generare effetti considerevoli.
A completamento di tutto ciò è
stata implementata la Simulazione con Meltshop Designer ABP
(Fig. 3) per verificare e definire:
• le misure corrette dell’equipaggiamento e più precisamente: dimensione forni, potenza convertitore;
• analisi flusso di processo e
apparecchiature accessorie:
dimensioni e numero siviere,
dimensione forni di colata,
verifica capacità produttiva;
• analisi consumi nelle diverse
configurazioni ed ipotesi di
produzione.
Patrick Lück, ABP Induction Systems Gmbh.
Marco Fontanot, Fontanot Rappresentanze.
Memoria presentata XXXII Congresso Assofond – Sessione energia, ambiente e sicurezza.
Industria Fusoria 2/2015
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F. Campana
Sistemi di recupero calore da fonderia
con tecnologia Organic Rankine Cycle:
stato dell’arte e sviluppi futuri
In fonderia, numerosi processi
disperdono energia termica
nell’atmosfera, che difficilmente
può essere recuperata e valorizzata.
L’introduzione di misure ambientali sempre più esigenti |1|
e requisiti di efficienza energetica volti ad incrementare la
competitività |2| hanno incentivato la ricerca di soluzioni per
valorizzare l’energia che inevitabilmente viene dispersa dai
processi produttivi.
La tecnologia ORC (Organic
Rankine Cycle) è stata oggetto
di numerosi studi che la individuano come la più adatta al recupero di sorgenti di calore fra
i 200 e i 400°C |3||1|. Si tratta di
un ciclo termodinamico chiuso
paragonabile al ciclo a vapore,
ma che in alternativa all’acqua,
impiega come fluido di lavoro
un fluido organico ad elevato
peso molecolare. Le caratteristiche del fluido lo rendono
adatto a valorizzare piccoli salti
entalpici a pressioni e temperature inferiori ai cicli a vapore
e ne riducono i costi di esercizio e di manutenzione.
Nel corso degli ultimi anni la
tecnologia ORC è stata applicata con successo in numerosi interventi di recupero da processo industriale nei settori di
cemento, vetro, acciaio e altri
processi metallurgici |4|.
Industria Fusoria 2/2015
Il presente articolo illustra le
fonti di calore presenti in fonderia attualmente disperse che
è possibile valorizzare con tecnologia ORC. Si confrontano i
vantaggi dei cicli ORC con tecnologie alternative e se ne segnalano i limiti d’applicazione.
Sono presentati i primi due casi
al mondo di recupero di calore
da circuito di raffreddamento
ad olio diatermico da cubilotto, attualmente in fase di realizzazione in Francia e in Italia.
Si analizza la fattibilità economica di queste iniziative indicando
opportunità – quali la possibilità di accedere al meccanismo
dei Titoli di Efficienza Energetica – e le barriere che ne rallentano la diffusione.
In conclusione sono presentati
Fig. 1
84
gli sviluppi futuri attesi dalle attività di ricerca e sviluppo sulla
tecnologia ORC e le esternalità positive sul sistema economico e sociale.
Introduzione
Le industrie energy intensive
(siderurgie, cementifici, vetrerie, …) consumano energia primaria per i loro processi. Se si
verificano determinate condizioni tecniche il calore residuo
non utilizzato dal processo e attualmente disperso in atmosfera può essere recuperato
per soddisfare utenze interne
(preriscaldo delle materie prime o del combustibile, utenze
termiche in altri processi) o
esterne (per esempio, essere
tecnico
ceduto ad una rete di teleriscaldamento). Quando è tecnicamente possibile recuperare
calore, ma non vi è la possibilità
di utilizzarlo sotto forma di
energia termica, questo può essere convertito in energia elettrica mediante la tecnologia
ORC (Organic Rankine Cycle).
In Fig. 1 è rappresentato uno
schema di flusso semplificato
che illustra i recuperi termici da
processo industriale con tecnologia ORC.
Fig. 2
Il processo produttivo prevede
l’immissione di energia sotto
forma di combustibili fossili e/o
energia elettrica. Una porzione
di questa energia – che varia a
seconda del processo produttivo – viene assorbita dal processo, mentre la restante parte
viene dispersa sotto forma
energia termica. È possibile valorizzare parte di questa energia residua attraverso:
• preriscaldo della materia prima e/o;
• preriscaldo del combustibile
in ingresso e/o;
• utilizzo esterno tramite la
trasmissione di energia ad un
fluido vettore (per esempio
vapore o olio diatermico)
per mezzo di una caldaia di
recupero/ altro scambiatore
di calore mentre una quota
viene inevitabilmente dispersa (“perdite”).
L’energia oggi dispersa e non
valorizzabile per utenze termiche può essere convertita in
energia elettrica.
La tecnologia ORC (Organic
Rankine Cycle) è stata oggetto
di numerosi studi che la individuano come la più adatta al recupero di sorgenti di calore fra i
200 e i 400°C |3||1|, le temperature delle sorgenti di energia
non assorbita riscontrabili nei
processi industriali.
Il ciclo ORC
Il principio del Ciclo Rankine
Organico si basa su un turbogeneratore che lavora come una
normale turbina a vapore per
trasformare energia termica in
energia meccanica e infine in
energia elettrica attraverso un
generatore elettrico. Invece del
vapore acqueo il sistema ORC
vaporizza un fluido organico,
caratterizzato da un peso molecolare superiore a quello
dell’acqua, che provoca una rotazione più lenta della turbina,
una minor pressione e di conseguenza una più lenta erosione
delle parti metalliche e delle palette (Fig. 2).
In particolare, in riferimento a
un impianto di recupero calore,
il processo si basa sul seguente
ciclo termodinamico:
• la sorgente di calore – ad
esempio gas di scarico da
processo industriale - riscalda il fluido vettore – ad
esempio olio diatermico - o
scambia direttamente con il
fluido di lavoro fino alla più
alta temperatura disponibile,
di solito circa 300°C, in un
circuito chiuso;
• nell’ORC il fluido organico
evapora tramite un adeguato
sistema di scambiatori di calore (con pre- riscaldatore
ed evaporatore);
• il vapore organico si espande
nella turbina, producendo
energia meccanica, poi trasformata in energia elettrica
attraverso un generatore;
• il vapore viene poi raffreddato e condensato da un fluido
in un circuito chiuso. In applicazioni di recupero di calore, l’acqua di raffreddamento
ha una temperatura di poco
superiore a quella ambiente
ed è difficilmente valorizzabile, pertanto viene raffredda-
85
ta da torri evaporative o condensatori ad acqua. È possibile installare anche condensatori ad aria che raffreddano
direttamente il fluido di lavoro ORC;
• il liquido organico condensato viene pompato nel rigeneratore per chiudere il circuito e riavviare il ciclo.
L’efficienza elettrica ottenuta in
ambiti non cogenerativi può superare il 24% e varia in funzione
delle temperature della sorgente calda in ingresso e della
sorgente fredda per la condensazione.
I principali vantaggi di questa
tecnologia rispetto al vapore riguardano la flessibilità ad adattarsi alle variazioni di potenza
termica in ingresso – fattore
chiave nei processi produttivi
discontinui – garantendo il
mantenimento dell’efficienza
anche a carichi parziali, l’assenza di interferenze con il processo produttivo e i ridotti costi di
esercizio e manutenzione consentiti da fattori quali l’assenza
di erosione dei componenti
della turbina e l’elevata automazione che non richiede la
presenza continua di un operatore.
Applicazioni ORC nel
recupero calore da
processi industriali
Le applicazioni di recupero di
calore con ORC si stanno
diffondendo presso i cementifici europei, anche se a livello
Industria Fusoria 2/2015
tecnico
mondiale la tecnologia prevalente è la tradizionale turbina a
vapore |5|.
Fra tutti i produttori di tecnologi ORC, Turboden, azienda
bresciana leader in questa tecnologia, vanta il maggior numero di realizzazioni per diversi
processi industriali, come cementifici, vetrerie, siderurgie, inceneritori, miniere. Le unità
ORC Turboden possono produrre potenza elettrica anche
recuperando calore da cicli
combinati, motori alternativi,
motori a combustione interna,
turbine a gas, stazioni di compressione del gas.
Nel 2010 è stato installato in
Russia un progetto innovativo
per il recupero di calore da gas
associato proveniente
da
estrazione di olio tramite combustione controllata (al posto
di combustione in torcia). L’impianto produce sia calore che
energia elettrica: l’acqua calda
viene utilizzata per riscaldare
l’olio estratto; l’energia elettrica
è utilizzata nella stazione di
estrazione. Il turbogeneratore
ORC produce 1800 kW di potenza elettrica.
Un altro progetto è stato installato in Russia, nella regione
di Mosca: questa unità ORC di
recupero calore è accoppiata a
cinque motori MTU, da 2 MWel
ciascuno. Il gas di scarico di
questi motori sarà trasmesso
con olio termico al modulo
ORC.
Turboden ha realizzato 4 impianti per il recupero di calore
dal processo di produzione del
cemento, rispettivamente in
Marocco, Slovacchia e 2 in Romania.
Nel 2013, Turboden ha avviato
la sue prime applicazioni nel
settore siderurgico: il primo è
un sistema di recupero calore
per la produzione di energia
elettrica, a Singapore. L’ORC è
un modulo da 700 kW che utilizza il calore residuo dei fumi
del forno di riscaldo billette del
laminatoio.
Il secondo è un modulo ORC
da 3 MW per un’acciaieria in
Germania, alimentato con vapore generato dal calore di
scarto dei fumi di un forno elet-
Fig. 3
Industria Fusoria 2/2015
86
trico. Questo impianto fa parte
del progetto H-REII DEMO
(Heat Recovery in Energy Intensive Industries), che la Direzione
Generale Ambiente della Commissione Europea ha deciso di
co-finanziare tramite il programma Life+ per la sua innovazione tecnologica e il suo valore ambientale.
Altre realizzazioni si stanno
sviluppando per l’industria siderurgica e per i processi di
produzione di alluminio, rame
e ghisa.
Recupero di calore
in Fonderia
In fonderia, il circuito di raffreddamento ad olio diatermico del forno a “cubilotto”
rappresenta la sorgente di calore che è più semplice valorizzare convertendola in energia elettrica. L’olio diatermico
è un fluido vettore molto utilizzato per trasferire energia
termica dai processi produttivi al ciclo ORC. Le temperature dell’olio in uscita del cubilotto sono comprese fra i
tecnico
200 e i 250°C, temperature
inferiori rispetto a quelle
dell’olio diatermico che alimenta gli ORC in applicazioni
a biomassa, ma comunque valorizzabili attraverso un ciclo
termodinamico efficiente.
A titolo esemplificativo, si riporta in Fig. 3 uno schema
semplificato di questa applicazione.
Il sistema ORC è messo in bypass rispetto ai sistemi di dissipazione esistenti che continuano a svolgere funzione di
backup, di fatto annullando
l’impatto del sistema ORC sul
processo produttivo.
per circa 675 tep l’anno. L’energia prodotta va a ridurre
gli autoconsumi dell’impianto,
pertanto l’energia è valorizzata al prezzo di acquisto. Applicando il tau di 3,36 previsto
per questo tipo di interventi,
l’impianto può beneficiare di
circa 2200 TEE l’anno. La delibera 578/2013/R/EEL prevede
dal 1 gennaio 2014 il pagamento degli oneri generali di
sistema sull’energia consumata anche se autoprodotta, pertanto il valore dell’energia
prodotta dal sistema di recupero con ORC può essere
decurtato di un valore fino a
50€/MWh.
L’olio diatermico cede la sua
energia termica prima all’evaporatore e poi al preriscaldatore del ciclo ORC. Un ulteriore scambiatore olio/acqua
è installato per allineare la
temperatura dell’olio a quella
del circuito principale. Un intervento di questo tipo con
tecnologia ORC presso una
fonderia (potenza netta di
555 kW) produce risparmi
Le barriere che rallentano lo
sviluppo di questi interventi,
sono:
• la crisi economica riduce
il numero di ore di funzionamento degli impianti, allungando i tempi di ritorno
dell’investimento;
• barriere di tipo normativo quali lo sconto agli
energivori (art. 39 DL
|1| Directive 2010/75/EU of the European Parliament and of the Council of 24 November 2010
on industrial emissions (integrated pollution
prevention and control) (Recast).
|2| Directive 2012/27/EU of the European Parliament and of the Council of 25 October 2012 on
energy
efficiency, amending Directives
2009/125/EC and 2010/30/EU and repealing Directives 2004/8/EC and 2006/32/EC.
|3| M. Bianchi, A. De Pascale, Bottoming cycles for
electric energy generation: Parametric investiga-
83/2012) non vincolato ad
interventi di efficienza energetica e la delibera AEEG
578/2013/R/eel che grava
l’energia prodotta da questi
sistemi degli oneri generali
di sistema;
• l’assenza di strumenti di
finanza dedicata (garanzie, finanziamenti agevolati)
alla realizzazione di questi
interventi;
• le realtà industriali si focalizzano su investimenti riguardanti il processo produttivo rispetto a interventi
di efficienza energetica.
I Titoli di Efficienza Energetica rappresentano oggi
l’unico strumento a sostegno
di questi interventi: la bontà
del meccanismo lascia auspicare una parziale compensazione delle barriere sopra
elencate.
Francesco Campana – Turboden.
Memoria presentata al XXXII
Congresso di Fonderia Assofond
– Sessione energia, ambiente e
sicurezza.
tion of available and innovative solutions for
the exploitation of low and medium temperature heat source, Applied Energy 88 (2011)
1500-1509.
|4| V.A. ORC waste heat recovery in European energy intensive industries: Energy and GHG savings, Energy Conversion and Management Volume 76, Dicembre 2013, Pag. 244–25.
|5| IFC,Waste Heat Recovery for the Cement Sector: Market and Supplier Analysis, Giugno 2014.
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C. Cavaretta – M. Filic
SES Lighting, illuminazione a LED
L’uso efficiente dell’energia è oggi più importante che mai... e SES Lighting
sta cercando di contribuirvi portando luce nelle fonderie.
SES Lighting, marchio per
Smart Energy Solutions, ha sviluppato e produce luci industriali a LED intelligenti per alta
campata chiamate beLine® studiate per resistere alle condizioni più dure nell’industria
pesante, specialmente nelle
fonderie.
La tecnologia a LED ha circa
cent’anni, ma ci è voluto molto
tempo perchè diventasse
un’opzione per l’utilizzo generale che ne facciamo oggi. I vantaggi ed il prezzo sono ora una
valida opzione per molte fonderie. L’efficienza dei diodi LED
è di gran lunga superiore rispetto alle luci convenzionali,
facendo essere l’illuminazione a
LED all’avanguardia rispetto alle future esigenze di illuminazione.
L’illuminazione a LED beLine®
per l’industria pesante si distingue per le sue eccezionali caratteristiche di riduzione dei
costi dell’elettricità fino
all’80% e riduzione delle
emissioni di CO2 fino al
90% con un’illuminazione
consideravolmente migliorativa delle condizioni di lavoro ed inoltre senza bisogno di
manutenzione.
Industria Fusoria 2/2015
Ma i due vantaggi principali
dell’illuminazione beLine sono
l’efficienza negli ambienti
di lavoro più duri nonché la
durata. Le condizioni migliori
consistono nei periodi di lavoro più lunghi (24/7) in un ambiente di lavoro sporco, polveroso, aggressivo e più estremo
con alte temperature presso le
strutture con soffitti alti. Un
aspetto molto importante per
le fonderie è proprio l’operatività a temperature che vanno
da meno 30°C a più 70°C.
Ciò è possibile grazie alle nervature verticali laterali che forniscono la dissipazione di calore ottimale, facendo sì che la
lampada si riscaldi solo fino a +
15°C rispetto alla temperatura
ambiente. Gli ultimi risultati
forniti dal produttore di CREE
LED sono alla base della garanzia di durata di 100.000
ore, il che significa circa 15 anni. In teoria, in funzione della
variabilità, la durata può addirittura raggiungere le 200.000
ore. Poiché l’alimentazione è il
cuore dell’illuminazione a LED
e solo il meglio può permettere una tale durata, abbiamo sviluppato il nostro sistema di alimentazione altamente efficiente chiamato bePower che permette l’alimentazione costatn-
90
te per I diodi LED con un condensatore a secco e che raggiunge il 93% di efficienza.
L’installazione più alta dell’illuminazione beLine® fino ad oggi
è stata fatta in un’acciaieria a
32 metri di altezza con un incremento dell’illuminazione di
circa quattro volte col raggiungimento del 75% di risparmio
energetico circa.
Le ottiche disponibili forniscono la migliore performace nonchè il target di illuminazione
tecnico
definito nel progetto di illuminazione per ogni singolo utilizzatore e controbuiscono, insieme all’efficienza, ad illuminare
bene il posto di lavoro. L’illuminazione risulta molto aumentata, in alcuni casi anche del 250%
in base alle singole esigenze. Le
lampade LED producono una
luce di colore bianco che è più
amichevole per l’occhio umano. Anche I lux risultano aumentati, fino a 800 lux con la
lampada da 175 W e, grazie a
questo, la sicurezza è molto migliorata. Secondo le *ricerche,
un posto di lavoro ben illuminato contribuisce alla diminuzione del 52% degli incidenti sul
lavoro, ad un incremento
dell’8% della produttività nonchè ad un incremento del 16%
delle performace.
L’illuminazione beLine può essere integrata con I sistemi
ILCS - Intelligent Lighting Control System, PIR – sensore infrarosso passivo o sensore di
Presenza e beBox – controllo
radio tramite il quale le lampade a LED possono essere impostate in base alla richiesta di
lux nonché possono auto-impostarsi in base alla luce naturale presente in stabilimento.
Il prodotto è supportato da un
modello di business che permette la sostituzione dell’illuminazione senza investimento iniziale, in quanto l’investimento stesso si ripaga mediante il risparmio energetico.
L’ammortamento medio
dell’investimento è di nemmeno 3 anni in base al costo
dell’energia.
SES Lighting gode di un’ottima
reputazione in Slovenia e i prodotti sono certificati a livello
internazionale, infatti vantiamo
progetti in altri paesi Europei,
inclusa l’Italia, la Svezia, la Polonia, il Regno Unito e stiamo penetrando in India e in altre parti
del mondo. Nell’ambito della
nostra attività, possiamo vantare molte referenze in fonderie
che hanno raggiunto risultati
eccezionali. Tra le fonderie che
hanno espresso il desiderio di
un’illuminazione più efficiente
c’è la Litostroj Stell Ltd in Slovenia che ha installato la tecnologia nel suo stabilimento Semco. Sulle tre campate, 107 lampade a ioni di mercurio da
460W sono state sostituite con
le lampade beLine® da 120W.
Con un tempo di lavoro di 24
ore al giorno, 365 giorni all’anno, la riduzione totale dei costi
di elettricità ammonta a circa €
55.000 all’anno.
Per tutte le ragioni di cui sopra
ed in linea con la strategia
energetica e le preoccupazioni
ambientali, è arrivato il momento di investire nella sostituzione dell’illuminazione.
Clara Cavaretta – Matjaz Filic
(Teknos s.r.l.)
Memoria presentata al XXXII
Congresso Assofond – Sessione
energia, ambiente e sicurezza.
Ricordiamo che i video di tutti i Relatori intervenuti al XXXII
Congresso Assofond – Sessioni tecniche, tenutosi presso
l’Università degli Studi di Brescia il 21-22 novembre 2014,
sono disponibili all’indirizzo www.castingitaly.it
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L’importanza della metallurgia
Trentunesima parte
Come è noto Metallurgia generale è il
1° Volume della Collana “La Metallurgia delle ghise”, edita dalla Commissione Tecnica
Assofond, composta da tre pubblicazioni:
• Volume 1° - Metallurgia generale
• Volume 2° - Ghise grigie
• Volume 3° - Ghisa malleabile e ghisa
sferoidale
Metallurgia Generale: 389 pagine suddivise in tre capitoli:
• Capitolo I – Il diagramma di stato Fe-C
• Capitolo II – Dalla Teoria alla pratica
• Capitolo III – Il laboratorio metallurgico
unitamente a l’Appendice “Le ghise e l’azione degli elementi in lega” e comprendenti indice Analitico, dei Nomi e Generale.
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CONTINUA
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Impianti, macchine e attrezzature per fonderie e animisterie
Programma di produzione
• Impianti di preparazione e distribuzione sabbia per ogni processo
di produzione anime.
• Macchine per formatura anime in cold box e shell moulding in vari
tipi e dimensioni.
• Macchine speciali a richiesta.
• Gasatori automatici per ogni processo.
• Mescolatori ad elica radente.
• Frantumatori per recupero sabbia.
• Propulsori pneumatici.
• Depuratori a scrubber per l’abbattimento delle emissioni da qualsiasi
processo di formatura anime.
• Vasche di miscelazione della vernice per anime.
• Impianti di asciugatura delle anime verniciate.
• Forni di riscaldamento per sterratura anime da fusioni di alluminio.
• Smaterozzatori a cuneo per la rottura delle colate di fusioni di
ghisa sferoidale e acciaio al manganese.
• Cabine aspiranti insonorizzate per sbavatura.
• Manipolatori - Posizionatori per sbavatura getti.
• Revisioni, modifiche, fornitura di macchine e impianti usati.
• Progettazione e consulenza.
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b
ve
in breve
Foseco apre un nuovo centro
Ricerca & Sviluppo dedicato alla Fonderia
come la filtrazione del metallo,
sistemi e processi di trattamento
dei metalli automatizzati, che sono diventati degli standard del
settore. Con la nostra combinazione unica di tecnologia, esperienza nelle applicazioni e knowhow dei processi di fonderia, siamo nella posizione ideale per lavorare ancora di più con i nostri
clienti per sviluppare le tecnologie future nelle fonderie di ghisa,
acciaio e non ferrosi”.
Vesuvius plc, annuncia che ha investito 4,5 milioni di sterline per
la creazione di un nuovo Centro
di Ricerca & Sviluppo dedicato
alla propria Divisione Foseco.
La struttura, che si trova a Enschede, nei Paesi Bassi, si estende su una superficie di 4 500 m2
ed è dotata delle più moderne
attrezzature analitiche, laboratorio chimico, e una fonderia di
prova.
Pavel Holub, R & D Director
Foundry Global ha commentato:
“questo entusiasmante nuovo
centro offre un ambiente di innovazione di livello mondiale che
ci permetterà di attrarre i migliori talenti da tutto il mondo
che contribuiranno a guidare la
creazione di soluzioni innovative, di nuovi prodotti e servizi per
l’industria fusoria”.
George Coulston, Chief Technology Officer di Vesuvius plc ha dichiarato: “Questo Centro rappresenta un significativo passo
avanti nella strategia Vesuvius di
mantenere la sua posizione di
leadership tecnologica e l’innovazione in tutte le linee di business e dimostra il nostro impe-
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gno a fornire ai clienti della divisione fonderia i prodotti innovativi all’avanguardia di cui hanno
bisogno”.
L’impianto riunirà sotto un unico
tetto le attività di ricerca e sviluppo Foseco del trattamento
del metallo, alimentazione, filtrazione, resine e vernici. Il Centro
Ricerca & Sviluppo per crogioli e
refrattari resterà in un secondo
stabilimento a Pittsburgh, USA.
Glenn Cowie, Business President Foseco ha dichiarato, “Foseco ha una storia gloriosa di innovazione attraverso l’introduzione e lo sviluppo di tecnologie
Foseco
Foseco, la Divisione Fonderia di
Vesuvius plc, è leader mondiale
nei prodotti e soluzioni per migliorare le prestazioni in fonderia. Il suo scopo è quello di
consentire il miglioramento
delle prestazioni in fonderia, lavorando a fianco dei clienti per
sviluppare e applicare prodotti
e servizi che producono una
102
migliore qualità di fusione e
una maggiore produttività a costi inferiori in un ambiente di
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ABB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/I3
Abrasystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
ASK Chemicals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Copertina IV - 60
Mazzon F.lli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Metal Trading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo 1V/13
Montalbetti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/I3
B
Brain Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/I3
C
Carbones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Cavenaghi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Copertina 1 - 2 - 3
Crossmedia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
N
Nitor
..................................................5
O
Omnysist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo II/14
P
E
Eca Consult . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Ecotre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo I/15
EKW Italia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Elkem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 - 79
Emerson Industrial Automation . . . . . . . . . . . Fascicolo I/15
Energy Team . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Engin Soft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/14
Ervin Amasteel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Euromac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
F
Fae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo 11/13
Farmetal SA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Faro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Fomet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/I3
Fontanot. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Foseco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Pangborn Europe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/14
Primafond . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Protec-Fond . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Copertina II
R
RC Informatica
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo
II/13
S
Safond. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Copertina III
Satef. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo I/15
Savelli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/14
Sibelco Europe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Sidermetal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Sogemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Speroni Remo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80-81
T
G
Gerli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/14
Gerli Metalli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Guerra autotrasporti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
H
Heinrich Wagner Sinto
................................6
Tesi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Tiesse Robot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
U
Universal Sun . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/14
Ubi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
I
V
Icm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/14
Imf. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Imic. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Impianti Morando . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/13
Italiana Coke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/14
Vincon Guido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
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Zappettini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Zetamet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
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