Uso dell’Azoto liquido in estrusione per il raffreddamento delle matrici
16 aprile 2010
Ore 10.00-12.00
Sala Turandot

Il sistema Incal integrato con N5Nitrogen rappresenta un notevole passo avanti per l'aumento della produttività nell'estrusione dell'alluminio.

Attualmente la maggioranza degli estrusori utilizza Azoto in forma gassosa, utilizzo determinato dal fatto che in questo stato è più semplice da usare, mentre utilizzare azoto in forma liquida a bassissime temperature è apparentemente più complesso.
L’azoto ha di per sé 2 proprietà peculiari:
– è un gas inerte
– è in forma liquida a bassissime temperature, quindi ha la capacità di cedere una enorme quantità di frigorie Utilizzare solo la caratteristica inertizzante è limitativo e costoso, e il costo iniziale dell'impianto, la sua manutenzione e il consumo di azoto vengono difficilmente ammortizzati; l'unico vantaggio reale utilizzando azoto gassoso è di ottenere profili con una superficie più lucida, in quanto, essendo l'alluminio durante l'estrusione un grande divoratore di ossigeno, eliminare l'ossigeno significa ridurre gli ossidi superficiali causa della bassa lucentezza degli estrusi.
Utilizzare la proprietà refrigerante dell'azoto liquido è assolutamente la miglior soluzione possibile perché abbiamo la possibilità di aumentare la produttività delle matrici di parecchi punti percentuali, inoltre un corretto controllo della temperatura dei piani di lavoro delle matrici impedisce la formazione dei difetti superficiali causati da surriscaldamento; a questi vantaggi si aggiunge comunque quello della miglior qualità superficiale, dovuto all’effetto inertizzante ma come conseguenza naturale della coda del processo, e a costo “zero”.

Il sistema INCAL gestisce i parametri fondamentali temperatura e pressione
La temperatura e la pressione dell'azoto liquido sono parametri fondamentali durante il suo inserimento nel pacco matrice; la gestione corretta di questi parametri è il punto di partenza per ottenere aumenti di produttività e qualità. Il sistema Incal di Messer Group è stato progettato per garantire la massima stabilità dei parametri di temperatura e pressione necessari al perfetto funzionamento di tutto il sistema di raffreddamento.
L'azoto liquido contenuto nel serbatoio criogenico esterno allo stabilimento percorrendo tubazioni, anche ben isolate o sottovuoto, cede comunque delle frigorie ed al suo arrivo al pacco matrice ha una temperatura non perfettamente idonea all'ottenimento di un corretto raffreddamento dei piani di lavoro della matrice.
Messer Group ha quindi adottato un sistema di ulteriore raffreddamento dell’Azoto liquido che avviene a bordo pressa tramite un opportuno contenitore isolato, definito “subcooler”, che garantisce di ottenere una temperatura dell’azoto in grado di soddisfare tutte le nostre necessità.

Canalizzazione delle sottomatrici e delle matrici con nuovi criteri
Una canalizzazione progettata correttamente è molto importante in quanto i canali servono per due obbiettivi, il primo è quello di trasmettere le frigorie per diminuire la temperatura dei piani di scorrimento, la seconda è quella di distribuire uniformemente le frigorie cedute a tutte le luci della matrice, così da permettere una uguale velocità di estrusione per tutte le luci.
L'introduzione delle canalizzazioni delle sottomatrici e delle matrici per la gestione dell'azoto liquido necessita, sia da parte del costruttore di matrici che del correttore, di nuove conoscenze.
Queste conoscenze, nate nei laboratori Messer e migliorate nelle applicazioni concrete in estrusione, con la collaborazione dei migliori costruttori di matrici e correttori, sono lo stato dell'arte del know-how attualmente disponibile.

Una regolazione precisa dell'azoto liquido è fondamentale per la qualità del processo
Gestire la regolazione dell'azoto liquido con valvole criogeniche di tipo “on-off”, oltre ad un consumo superiore di azoto, può produrre difetti superficiali e l'impossibilità di utilizzare l'azoto liquido per profili con rapporti di forma critici. Per evitare questi problemi la soluzione è l'utilizzo di una valvola criogenica pneumatica in grado di poter gestire con precisione il flusso di azoto liquido.

Riproducibilità e miglioramento continuo del processo una realtà di facile utilizzo
Il parametro principale da impostare è la temperatura, minima e massima, di uscita del profilo del profilo e le relative tolleranze.
Durante l'estrusione delle prime billette i parametri da impostare sono velocità di estrusione, anche variabile durante la stessa billetta, e flusso di azoto all'interno della matrice, parametro che permette di controllare la temperatura di uscita del profilo, mantenendola all'interno dei limiti prestabiliti.
Durante l'estrusione della prima e della seconda billetta vengono impostati e salvati tutti i parametri dei PLC dell'impianto, parametri che verranno utilizzati durante l'estrusione e nelle estrusioni successive.

I risultati ottenuti

1. Aumento qualità
L'utilizzo dell'azoto liquido permette un notevole incremento della qualità superficiale dei profili, riducendo significativamente il fenomeno di scie di calore, strappi, pulci, striature, bande di estrusione ecc.

2. Aumento di velocità e produttività
La velocità di estrusione può essere aumentata dal 10% a oltre il 50%; qui sotto riportiamo alcuni esempi con differenti leghe.
Profilo 1 luce, aperto, lega 2011, peso 8.050 gr/m - incremento di velocità 100%
Profilo 2 luci, aperto, lega 6026, peso 4.610 gr/m - incremento di velocità 80%
Profilo 2 luci, aperto, lega 6082, peso 3.780 gr/m - incremento di velocità 20%
Profilo 1 luce, chiuso, lega 7020, peso 8.430 gr/m - incremento di velocità 25%
Profilo 4 luci, lega 6060, peso 720 gr/m - incremento di velocità 25%
Profilo 2 luci, lega 6060, peso 870 gr/m - incremento di velocità 20%
Profilo 2 luci, lega 6060, peso 858 gr/m - incremento di velocità 12%
L'aumento di produttività complessiva verificata presso un nostro cliente dopo 8 mesi di produzione è stata calcolata maggiore del 20%.
Es: 6000 ton anno 20% di 6.000 = 1.200 ton anno di maggiore produzione

3. Diminuzione scarti per difetti superficiali
La totalità dei difetti superficiali causati dal surriscaldamento dei piani di lavoro viene eliminata; considerando:
– 25% - scarto determinato dal surriscaldamento
– 6% - totale degli scarti escluso lo scarto tecnico
Es: 6000 ton anno 6% di 6.000 = 360 - 25% di 360 = 90ton anno di maggiore produzione

4. Impianti installati
Il sistema è attualmente installato in diverse società in tutto il mondo, in particolare in Italia, Turchia e Russia.

Gli speaker presenti saranno:
– Antonio Ferrentino – Messer Italia – Implementazione della tecnologia Incal per l'utilizzo dell'azoto liquido
– Massimo Bertoletti - A.t.i.e. Uno Informatica – Gestione informatizzata e ingegnerizzata del processo di raffreddamento
– Giampaolo Barbarossa – Aital – Modifiche metallurgiche legate all'uso dell'azoto liquido
– Norberto Manzoni – Proferall Srl – Applicazione industriale e risultati ottenuti
– Francesco Agostoni – Altair Engineering – Simulazione FEA del processo di estrusione