Danieli DER-AL, una nuova generazione di impianti per vergella d’allumino

La collaborazione tra Sural e Danieli ha segnato l’inizio dello sviluppo di una innovativa linea di colata e laminazione per vergella di metalli non ferrosi

di Carmelo Maria Brocato, Vice President Danieli Centro Maskin – Aluminium & Copper Wire Rod Lines

A volte i grandi sviluppi avvengono quando le persone giuste si incontrano nel posto giusto e nel momento giusto; la cosiddetta combinazione fortunata di fortunati eventi. Certamente la collaborazione tra Sural e Danieli è stata il punto di partenza per una dirompente “Innovaction” (innovazione attraverso l’azione) nell’industria strategica degli impianti per la produzione di vergella di metalli non ferrosi (alluminio e rame). Ma… partiamo dall’inizio.

Sural in breve
Sural , uno dei principali produttori mondiali di vergella di alluminio, ha iniziato la propria attività a Puerto Ordaz (Guyana-Venezuela) nel 1975. Sural ha avviato l’attività in Quebec (Canada) nel 1993 con una fabbrica per la trafilatura di vergella per applicazioni meccaniche speciali. Successivamente, a partire dal 1997, Sural ha avuto in Italia, per un decennio o poco di più, un impianto per la produzione di filo di alluminio. Nel corso degli ultimi anni, Sural ha consolidato la propria presenza in Canada, in primo luogo con l’acquisizione di uno stabilimento in Becancour precedentemente posseduto da Alcoa e, nel 2013, costruendo una nuova fabbrica a Victoriaville (Quebec). In questo stabilimento, la vergella di alluminio è prodotta con l’innovativo impianto Danieli DER-AL (Danieli Endless Rod- Al), che rappresenta il punto di riferimento nel settore della produzione di leghe complesse per applicazioni meccaniche. Oggi la produzione aggregata di vergella del Gruppo Sural si aggira sulle 180.000 tonnellate l’anno, servendo i più importati produttori di cavi mondiali e i più rinomati marchi dell’industria automobilistica e aeronautica.

La collaborazione tra Danieli e Sural
Tutto ebbe inizio circa cinque anni fa, quando il Top Management di Sural si rivolse a Danieli per valutare una possibile collaborazione nell’ambito di un nuovo progetto. In realtà, Sural era alla ricerca di un impianto innovativo per vergella di alluminio concepito per processare la più ampia gamma di leghe sia per applicazioni meccaniche sia elettriche e automatizzato in modo da consentire l’esplorazione di nuove leghe non prodotte in colata continua e laminazione diretta, come la AA7075 e similari. Sural desiderava dunque realizzare una linea di colata e laminazione derivata dai laminatoi per acciaio, ed equipaggiata con un sistema di automazione e controllo in grado di gestire l’intero processo produttivo, e non solo i gli interblocchi tra le varie macchine, in modo semplice e ripetibile.
Danieli fu piacevolmente sorpresa e lusingata dal fatto che Sural l’avesse preferita agli esistenti costruttori che vantavano esperienza specifica e referenze storiche consolidate. Così, con grande orgoglio Danieli accettò la sfida intuendo che importanti soluzioni tecniche innovative derivanti dal know-how accumulato in 100 anni di attività nel mondo siderurgico, e le più recenti esperienze nel settore alluminio (billette e piani), avrebbero potuto essere applicate nel nuovo progetto.
Giusto per dare qualche riferimento, la vergella di acciaio, processata da un Micromill MIDA raggiunge lo spooler ad una velocità di 35mps (40mps in alcuni casi), mentre nel caso di una grossa linea per vergella di alluminio da 15tph la velocità del filo – 9,5 mm – arriva allo spooler con una velocità prossima a 22mps. Allo stesso modo, i carichi di rottura e snervamento di acciaio e delle più dure leghe di alluminio non sono paragonabili tra loro. Queste considerazioni hanno rassicurato Danieli e Sural circa la fattibilità e redditività di questo progetto. Le idee divennero schizzi, gli schizzi divennero disegni costruttivi, i disegni divennero macchinari robusti e…. il primo impianto DER-AL fu messo in servizio presso il nuovo stabilimento di Sural .

Prestazioni generali dell’impianto DER-AL
L’impianto DER-AL è stato progettato e realizzato per produrre fino a 9,5 tonnellate l’ora (tph) di vergella EC grade e le più complesse leghe delle serie 2xxx, 3xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx ed 8xxx.
Il set di forni comprende cinque forni di cui due di fusione e tre di attesa. Tutti i forni sono basculanti in modo da ridurre il rischio di cross contamination passando da una lega all’altra. Particolare attenzione è stata posta al trattamento del metallo liquido dove il gas inerte utilizzato è Argon.
Il treno di laminazione Danieli utilizza una pluralità di gabbie di laminazione (2-rolls), derivate dalle BGV (Blocco Gabbie Veloci) utilizzate nella laminazione dell’acciaio. Ciascuna gabbia è trascinata in rotazione da un motore a velocità variabile A.C.
Il robusto e flessibile treno di laminazione ha permesso di progettare una ottimale area della sezione trasversale della barra. Cosa significa “dimensione ottimale”? Dovremmo fare riferimento all’equazione generale dei flussi, abbozzata qui sotto:

M = ρ × v × A

Dove: M è la cadenza produttiva; ρ è il peso specifico Al; v è la velocità della barra; A è l’area della sezione trasversale della barra.

I veterani di questo settore industriale sanno che una barra “lenta”, quindi con grande area della superficie trasversale, garantisce una maggiore stabilità termica della barra e quindi una costante qualità della barra stessa. Naturalmente, per realizzare questo importantissimo input progettuale è necessario disporre, a valle della macchina di colata, di un treno di laminazione robusto e flessibile in modo da minimizzare il numero di gabbie di laminazione pur mantenendo la massima flessibilità in ordine ai diametri vergella producibili.
Il sistema di automazione, progettato e fornito da Danieli Automation, è il cuore dell’impianto DER-AL. I setpoint delle variabili di processo sono preimpostati ed ottimizzati semplicemente agendo sulla TWS (Techonolgical Working Station) che si trova nella cabina di controllo.
È stato concepito per limitare, o addirittura eliminare, gli interventi manuali dell’operatore e per gestire in automatico tutte le fasi del processo produttivo: normali operazioni, avvio e spegnimento ed emergenze eventuali.
Le fotografie dove si vedono robusti operatori guidare con pinze ed attrezzi vari la barra in uscita dalla macchina di colata al più vicino pinch roll, rappresentano situazioni lontane dai minimi standard di sicurezza ed efficienza; per noi assolutamente da evitarsi.
Negli impianti DER-AL l’intervento dell’operatore è richiesto soltanto per la conduzione di gru e muletti necessari per carico forni e movimentazione bobine complete, per condurre le operazioni di campionatura per gli esami di laboratorio e, ovviamente, per lo svolgimento delle operazioni di manutenzione.

Diametri vergella
La tabella A mostra i diametri vergella richiesti da Sural per il suo impianto DER-AL di Victoriaville. Tuttavia, il DER-AL permette di produrre e processare qualsiasi diametro compreso tra ø 9.5mm e ø 32mm, semplicemente cambiando pochi cilindri di laminazione, le corrispondenti guide e regolando la velocità dei gruppi di laminazione interessati in base alla sequenza RPD (Roll Pass Design) risultante.
Pesi e dimensioni delle bobine
Lo spooler fornito da Danieli consente la produzione di bobine ad alta densità (altrimenti chiamate “Pitch-to-Pitch”) e bobine a bassa densità (altrimenti chiamate “Random”).
In Canada gli utilizzatori di vergella sono abituati a bobine jumbo con peso unitario superiore a 3 t. Pertanto, nel rispetto di questa peculiarità di mercato, Danieli ha equipaggiato l’impianto DER-AL di Sural con spooler per tali bobine, come mostrato nella tabella B. La tabella C mostra le dimensioni e i pesi delle bobine standard.

Gamma delle leghe
L’impianto DER-AL di Sural è stato concepito non solo per la produzione delle più complesse leghe attualmente richieste dal mercato, ma anche per l’esplorazione di nuove leghe o non ancora presenti sul mercato o attualmente prodotte con diverse tecnologie, come per esempio la lega AA7075. La tabella D visualizza, solo per riferimento, la designazione di alcune leghe e le relative applicazioni commerciali più diffuse.

Sintesi dei principali parametri di progetto dell’impianto DER-AL di Sural
Qui di seguito sono riassunti i principali dati di progetto dell’impianto DER-AL di Sural . Abbiamo volutamente omesso la parte relativa ai forni, perché ci sembra che vada oltre lo scopo di questo breve articolo.
• Capacità produttiva riferita ad AA 1370: 9.5tph
• Tecnologia di colata: Cristallizzatore basato sul sistema ruota
e nastro; barra in linea con asse di laminazione.
• Treno di laminazione: è composto da una serie di robusti gruppi laminanti – FFB – a due altezze che sono installati su due diversi basamenti.
Ciascuna gabbia è trascinata in rotazione da un motore AC a velocità variabile. La sequenza di laminazione è ovale/tondo come mostrato nella fotografia. Tutti i FFB dello sbozzatore sono tra loro intercambiabili; così come tutti i FFB del finitore sono tra loro intercambiabili. Questa standardizzazione riduce, ad esempio in questo caso a due, il numero di stand di ricambio necessari per la gestione del laminatoio con la massima serenità.

Innovaction
Cosa significa nel vocabolario di Danieli il termine “Innovaction”? È il nostro motto aziendale. E’ il nostro slogan che fonde tra loro due parole semplici ma piene di contenuti: Innovazione attraverso Azione. Ebbene sì. Il colosso Danieli, con Headquarters nell’operoso Nord-Est italiano, ha deciso di mettere in campo corposi investimenti (Azione) per portare il proprio contributo di Innovazione allo strategico settore degli impianti per la produzione di filo di alluminio e rame e nel settore delle macchine per produrre lingotti. I fattori di input sono ovviamente la necessità di migliorare gli OEE e gli OpEx attraverso un’intelligente automazione e la necessità di ridefinire il ruolo degli operatori rispetto ai processi produttivi …..e la storia continua…..