L'industria siderurgica sta continuando a migliorare sia gli impianti che le tecniche produttive in termini di qualità del prodotto e sicurezza del personale. Questo fa sì che siano presenti innumerevoli sfide tecnologiche da affrontare.
Per quanto riguarda i sistemi a colata continua, dove lunghi semilavorati (ad es. billette) vengono realizzati in una sola sequenza di colaggio, il controllo del livello dell'acciaio in lingottiera (zona dove l'acciaio inizia il processo di solidificazione, ma è ancora prevalentemente allo stato liquido) è di fondamentale importanza per ottenere dei prodotti di alta qualità ed evitare interruzioni della produzione dovute alla accidentale fuoriuscita di acciaio (break out). Questo misura è molto complicata a causa sia delle elevate temperature in gioco (sopra i 1000° C) sia della presenza delle polveri di colaggio sulla superficie dell'acciaio. Quest'ultime, che ricoprono totalmente il livello di acciaio, devono essere controllate a loro volta, perché il loro quantitativo ha un effetto sul prodotto finale.
Attualmente, la misura del livello di acciaio viene effettuata mediante un sensore radioattivo, il quale è sufficientemente accurato, ma necessita di particolare attenzione dal punto di vista della sicurezza. Al contrario, i vari sistemi di misura delle polveri non forniscono ancora una stima affidabile dello spessore.
Nell'ambito di una produttiva collaborazione con il Centro Sviluppo Materiali S.p.A. e l'ORI-Martin S.p.A., è stato sviluppato e brevettato un nuovo sensore capace di effettuare una misura simultanea di livello di acciaio e spessore polveri, senza introdurre rischi per il personale.
Il sensore consiste essenzialmente in una cavita elettromagnetica, che viene messa in risonanza nonostante la presenza delle aperture sul coperchio (vedi prototipo nell'immagine). Quest'ultime sono necessarie per consentire l'introduzione di acciaio e polveri. Il sistema sviluppato si basa sul principio fisico per cui una variazione del volume d'aria nella cavità, dovuta ad una variazione di livello di acciaio, causa una corrispondente variazione della frequenza di risonanza. Un comportamento analogo è osservabile in campo acustico: si consideri che nel trombone un movimento della coulisse provoca una variazione di lunghezza dello strumento, modificando l'altezza della nota emessa. La larghezza di banda della risposta in frequenza e l'ampiezza sono invece proporzionali alla quantità di polveri, le quali operano essenzialmente come un materiale assorbente.
La sensibilità della misura è legata alla qualità del confinamento della distribuzione del campo elettromagnetico all'interno di questa cavità aperta. Questo punto è stato risolto studiando una particolare geometria che sfrutta un modo di risonanza di ordine superiore.
Nelle condizioni operative, frequenza di risonanza e banda della cavità vengono misurate mediante un'opportuna elettronica. La relazione tra i parametri elettrici e quelli geometrici è stata caratterizzata mediante simulazioni e misure su un prototipo a bassa temperatura (vedi immagine). Di conseguenza, il livello di acciaio e lo spessore delle polveri possono essere direttamente calcolati a partire dai dati elettrici misurati.
I prototipi progettati per ORI-Martin S.p.A. dimostrano ottimi risultati su campagne di misura di lunga durata, soprattutto per quanto riguarda lo spessore delle polveri. In particolare, il segnale di spessore polveri è stato recentemente usato per controllare automaticamente il sistema di introduzione delle polveri in lingottiera con eccellente affidabilità. Tutti i risultati ottenuti stanno continuando a stimolare nuovi sviluppi industriali del sensore volti sia al miglioramento delle prestazioni sia all'estensione del campo di applicazione.
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