Un ruolo importante nella produzione di laminati viene giocato dai gruppi di gabbie sbozzatrici, che devono garantire elevati valori di tiraggio in uno spazio limitato, al fine di utilizzare al massimo il calore del pezzo grezzo a fusione continua e aumentare le dimensioni della sezione trasversale delle billette, cosa che semplifica il processo di fusione e l’ottenimento di billette di alta qualità. Sono noti i treni di laminazione ad alta riduzione per la laminazione di sbozzatura con progettazioni differenti, ad esempio: il laminatoio planetario, il laminatoio per la laminazione a filettatura, e anche il gruppo sbozzatore compatto delle gabbie a cambio rapido con cilindro doppio e alternate orizzontali e verticali.
La varietà esistente di macchine sbozzatrici, sviluppate e assimilate dalle aziende leader, testimonia un’intensa ricerca di soluzioni tecnologiche sempre più efficaci in questo campo.
La caratteristica distintiva principale del processo di laminazione planetaria consiste nella deformazione del metallo tramite un grande numero di cilindri di lavoro con una superficie di contatto decisamente piccola, definibile dalla bassa velocità di avanzamento della billetta. Uno schema dello stato di tensione favorevole, una piccola dilatazione e la mancanza, sulla maggior parte della zona, di tensioni di compressione e di dilatazione consente di effettuare la deformazione senza violare la continuità delle leghe poco plastiche.
Gli sforzi che si creano dal lavoro dei cilindri di piccolo diametro, sono relativamente limitati, cosa che consente di laminare materiali con un’elevata resistenza alla deformazione. Le significative compressioni della billetta grezza, producibili tramite un’alta velocità di deformazione in una gabbia, provocano un intenso aumento della temperatura del metallo in uscita dalla gabbia. Questo è particolarmente importante durante la laminazione di acciai e leghe difficilmente deformabili che hanno un intervallo di temperatura di deformazione molto limitato.
Il processo di laminazione planetaria consente di realizzare in una gabbia l’imbutitura fino a 50, cosa che consente di sostituire 18-20 gabbie a cilindro doppio normali. La laminazione di finitura avviene in un piccolo gruppo di gabbie di laminazione compatte. Per il posizionamento dell'attrezzatura è necessario un piccolo spazio. L’utilizzo di tali treni di laminazione è più conveniente in caso di laminazione di acciai altolegati e acciai speciali con una produzione che arriva fino alle 100 mila tonnellate all'anno.
Nei laminatoi planetari per la laminazione a filettatura si ottiene un alto grado di compressione (≥ 80%).
Nella gabbia planetaria di filettatura i rulli sono posizionati in un rotore che ruota, mentre la billetta, non girando, viene posizionata soltanto in direzione assiale. A seconda della dimensione tipo del laminatoio e della grandezza dell’imbutitura nella gabbia, il rendimento può variare dalle 11 alle 36 t/h nelle istallazioni piccole (billetta: cerchio del diametro di 80 mm) fino a 266-820 t/h nei laminatoi più grandi (cerchio con un diametro di 320 mm).
Il processo di deformazione in caso di laminazione a filettatura, a causa delle intense compressioni, viene accompagnato dal riscaldamento del metallo a 80-100°C, cosa che aiuta a ridurre la differenza di temperatura sulla lunghezza della billetta e consente di ridurre la temperatura di riscaldamento delle billette. In questo modo, tra i vantaggi della laminazione a filettatura planetaria vi è la capacità di regolare un'ampia gamma di velocità di laminazione, di diametri della billetta e del prodotto sbozzato modificando le impostazioni dei rulli e della regolazione continua della velocità di rotazione dei rulli.
A seconda della grandezza tipo del laminatoio e la grandezza dell’imbutitura nella gabbia, il rendimento può variare dalle 11 alle 850 t/h. A causa dello slittamento del metallo rispetto ai rulli viene effettuata la compensazione di un eventuale disallineamento delle velocità di colata e laminazione.
Un altro tipo di laminazione con alte compressioni è il processo di laminazione a filettatura trasversale con una gabbia stazionaria fissa a tre cilindri.
La billetta di sezione circolare, girando, si deforma tramite tre rulli di laminazione conici inclinati. Con la filettatura si verifica uno studio approfondito della struttura, a volume totale, del metallo da deformare. In una gabbia di laminazione a filettatura a tre cilindri può essere ridotta una billetta con imbutitura pari a 6... 8, cosa che equivale all’installazione di 6-8 gabbie di laminazione longitudinale.
La bassa velocità di uscita del laminato dalla gabbia di laminazione a filettatura consente di tagliarlo con le cesoie mobili (volanti) a lunghezza di misura, cosa che consente di escludere il doppio taglio del laminato, di ridurre la lunghezza e la massa del letto di raffreddamento.
Gli alti coefficienti di imbutitura per il passaggio in combinazione con gli intensi spostamenti delle spinte di taglio, garantiscono un'efficace studio approfondito della deformazione della struttura del metallo e un aumento di 1,5 – 2,5 volte delle sue proprietà fisico-meccaniche e della durabilità dei componenti durante il funzionamento.
Tuttavia, i difetti superficiali della billetta grezza non vengono risolti, anzi vengono amplificati. È conveniente applicare il processo di laminazione a filettatura trasversale nella produzione preliminare di imprese metalmeccaniche per un utilizzo massimo delle billette in possesso e per ampliare il loro assortimento.
La particolarità di abbinare il processo di deformazione del metallo contemporaneamente in gabbie di laminazione a filettatura e a laminazione longitudinale consiste nel fatto che nel nucleo di deformazione della gabbia di filettatura la billetta riceve un movimento sia assiale che rotazionale, mentre nel nucleo di deformazione della gabbia di laminazione longitudinale, solo uno spostamento assiale. Pertanto, nel momento in cui avviene la combinazione di questi due processi, sotto l'azione del moto rotatorio nell’interspazio tra le gabbie avviene un’ulteriore deformazione di torsione del metallo, senza modificare le dimensioni della sezione trasversale della billetta.
La torsione della billetta fra le gabbie comporta delle particolarità durante il calcolo dei parametri di potenza del processo di laminazione.
Quando si utilizzano billette quadrate, prima della gabbia di filettatura vengono inoltre installate due gabbie a cilindri di formatura per dare al pezzo una forma rotonda.
L'utilizzo di tali treni di laminazione è più adatto per la produzione di laminati di lunghezza limitata (4-6 m) e billette per la successiva laminazione di barre di macinazione o sfere/palle.
Sulla base di anni di esperienza, si può concludere che la produzione di laminati si stia sviluppando verso l’aumento della velocità di laminazione, l’ampliamento di un assortimento di qualità e geometrico, l’aumento del tempo di lavoro diminuendo la durata delle operazioni ausiliarie associate alla muta dei cilindri delle gabbie e la loro trasformazione per un altro tipo di produzione.
Negli ultimi tempi si osserva una tendenza di una sempre più ampia applicazione del carico a caldo, combinazione di fusione e laminazione, della tecnologia «laminazione-separazione» e del processo senza fine di saldatura-laminazione.
L’applicazione dei treni di laminazione nell’insieme di impianti di fonderia combinati comporta compattezza, versatilità e prontezza operativa.
Nel gruppo di gabbie sbozzatrici compatte, la riduzione maggiorata viene ottenuta attraverso l'alimentazione forzata di laminato con una spinta aggiuntiva.
La riduzione delle dimensioni longitudinali si ottiene mediante la riduzione del numero di gabbie di lavoro, aumentando la riduzione in ciascuna di loro e riducendo le distanze tra una gabbia e l’altra. Un gruppo di gabbie compatte è composto da quattro gabbie alternate orizzontali e verticali ed è progettato per la laminazione delle billette.
La laminazione nella prima gabbia viene effettuata con una fornitura naturale del pezzo con un angolo di presa fino a 21° con una riduzione di circa l’11%, nelle gabbie successive, con l'obiettivo indotto del metallo con le gabbie precedenti con angoli di presa fino a 45° e una riduzione fino al 48%. Dopo la presa del metallo la gabbia successiva del sistema di controllo dei comandi automaticamente ricostituisce il rapporto tra la velocità di laminazione nelle gabbie, escludendo la spinta verticale e garantendo in seguito una laminazione con poca tensione. Il sistema funziona tramite dei sensori installati nelle aperture dei telai che ricevono le forze/gli sforzi orizzontali della spinta o della tensione.
La lunghezza ridotta del gruppo di gabbie lungo la linea di laminazione si ottiene grazie al fatto che i rulli con i cuscinetti sono installati in un telaio comune, nel quale i montanti che ricevono gli sforzi della laminazione, sono comuni per le gabbie posizionate l’una vicina all’altra. In questo modo, non ci sono intervalli tra una gabbia e l’altra e la distanza tra gli assi delle gabbie adiacenti è di circa 1 m.
Durante il cambio dei rulli, i cuscinetti con i rulli vengono spostati avanti dalle finestrelle del telaio verso la muta dei rulli su appositi carrelli con azionamento idraulico. La durata totale della muta dei rulli non supera i 15 minuti.
Il gruppo compatto di quattro gabbie della struttura descritta ha una dimensione agli assi delle gabbie esterne pari a 3 m e sostituisce un gruppo di sei gabbie comuni con un ingombro di 16 m.
La laminazione avviene con una tensione in tutti gli intervalli tra le gabbie. La muta dei rulli viene effettuata con le gabbie anticipatamente raccolte da speciali meccanismi, mentre la regolazione della soluzione dei cilindri avviene ruotando le boccole eccentriche.
Questa struttura in caso di una durezza radiale abbastanza alta, di compattezza e di un contenuto di metallo relativamente piccolo, ha una serie di svantaggi. Il settore preferibile per il suo utilizzo viene limitato da un rendimento di 70 – 200 mila tonnellate all'anno.
Industria metallurgica
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