In un tipico processo di colata a raffreddamento diretto per billette da estrusione o bramme da laminazione, l’alluminio fuso passa dal forno attraverso dei canali prima di entrare negli stampi. Quando queste fasi non sono coordinate, anche piccoli sbalzi nei livelli del metallo possono causare un traboccamento o un riempimento insufficiente dei canali, con conseguenti difetti superficiali e fermi di produzione. Collegando le apparecchiature in un unico ambiente interconnesso con sensori di livello e attuatori di flusso, gli stabilimenti di colata possono risolvere la maggior parte dei problemi in un colpo solo. Se un sensore rileva un picco nel canale o nello stampo, un attuatore regola il flusso prima che si verifichi una fuoriuscita. I dispositivi di protezione contro il riempimento eccessivo fungono da misura di sicurezza finale in caso di eventi imprevisti, garantendo la sicurezza degli operatori e il regolare svolgimento della produzione.
È fondamentale monitorare con precisione il livello del metallo fuso. I sensori a triangolazione laser resistono al calore intenso e alle superfici riflettenti in zone aperte o semi-aperte, fornendo misurazioni continue senza contatto fisico. I sensori induttivi danno il meglio di sé nei forni chiusi o pressurizzati, dove un laser potrebbe incontrare difficoltà. Entrambi i tipi di sensori trasmettono i dati a un sistema di controllo che avvisa gli operatori solo quando i valori superano le soglie prestabilite. I dati in tempo reale mantengono stabile il tasso di riempimento, limitando l'ossidazione e le potenziali crepe nel prodotto solidificato.
I sensori da soli non sono in grado di garantire una colata stabile se non esiste un modo rapido per regolare il flusso del metallo fuso. Gli attuatori motorizzati svolgono questa funzione, aprendo o chiudendo bocchelli, aste di arresto o saracinesche in risposta al segnale dei sensori. Se i livelli nello stampo salgono troppo rapidamente, un attuatore rallenta l'afflusso. Se i livelli scendono, lo riapre quanto basta per stabilizzare il processo. Questa reazione immediata libera gli operatori dalla necessità di stare in piedi vicino al metallo caldo. Nel corso di molte ore di colata, un riempimento più equilibrato riduce difetti quali porosità o riempimenti incompleti che altrimenti porterebbero alla rifusione o allo scarto.
Anche le linee ben regolate possono subire un improvviso aumento di pressione in caso di guasto di un sensore o di una situazione eccezionale. I dispositivi di protezione contro il traboccamento costituiscono l'ultima linea di difesa, in quanto rilevano rapidi aumenti del livello del metallo fuso ed emettono un comando di arresto prima che si verifichi un grave traboccamento. Incidenti di questo tipo danneggiano le attrezzature e mettono a rischio i lavoratori. Collegando i dispositivi di protezione contro il traboccamento ad altri dispositivi, il sistema reagisce nel suo complesso per proteggere il processo.
Senza un'interfaccia unica, ogni stazione potrebbe registrare i dati separatamente, costringendo gli operatori a confrontare più letture. Un sistema integrato raccoglie in un unico punto i segnali provenienti da sensori, attuatori e dispositivi di protezione contro il traboccamento. Il personale può monitorare diverse aree da un'unica console. Se i registri mostrano frequenti picchi di calo a una determinata lunghezza di colata o cali nel flusso del forno, gli ingegneri possono individuare la causa e risolverla. Questo approccio basato sui dati favorisce il miglioramento continuo, consentendo all'impianto di modificare le velocità di riempimento o di ottimizzare le condizioni del forno secondo necessità.
Gränges, un’azienda con sede in Svezia e stabilimenti nel Tennessee, in Arizona e nella Carolina del Nord, oltre che in Svezia, Polonia e Cina, dimostra come la colata a corrente continua integrata possa trasformare la produzione. L’azienda ha utilizzato sensori laser per monitorare i livelli del metallo fuso, insieme ad attuatori per gestire automaticamente il flusso. A Finspång, l'azienda ha registrato un minor numero di cicli di avvio e arresto, riducendo così i problemi di traboccamento o riempimento insufficiente. Questo cambiamento ha inoltre permesso di ridurre gli scarti, diminuire le approssimazioni e aumentare la produttività grazie all'accorciamento dei cicli di rifusione.
«La questione della sostenibilità è passata dall’essere relativamente ignorata a diventare una priorità assoluta. La consapevolezza sta crescendo a dismisura e, allo stesso tempo, mentre noi riteniamo essenziale produrre in modo più sostenibile, anche i nostri clienti sono d’accordo. Ora ci chiedono di ridurre la nostra impronta di carbonio e che i nostri materiali rispettino determinati standard», afferma Elin Lindfors, responsabile della tecnologia di produzione presso l’impianto di fusione di Gränges Finspång.
«Misuriamo costantemente la sostenibilità in base a diversi parametri: il benessere e la sicurezza del nostro personale sul posto di lavoro, l’impatto ambientale in termini di impronta di carbonio e consumo energetico, e l’efficienza in termini di capacità produttiva e velocità. Molti dei nostri dipendenti lavorano con noi da sempre, mentre altri sono nuovi assunti. Ci impegniamo a fondo per coinvolgere l’intera forza lavoro in un’operatività sostenibile, per mantenere un forte legame con la comunità e per costruire team solidi.»
Gränges considera questa automazione un pilastro fondamentale delle operazioni quotidiane. «La colata automatica è una componente importante del nostro impegno in materia di sicurezza e sostenibilità. Abbiamo iniziato a utilizzare Precimeter a questo scopo intorno al 2006–2007. Per noi, avviare la colata in modo automatico fa parte della normale routine lavorativa. La nostra configurazione ci permette di evitare la presenza di personale in punti critici nei momenti critici. Inoltre, aumentiamo l’efficienza produttiva. Non abbiamo mai avuto difficoltà a formare i nuovi dipendenti sui nostri sistemi con Precimeter. È molto semplice.”
I loro risultati confermano i vantaggi derivanti da una misurazione più accurata della portata e da un controllo in tempo reale.
«La produttività è migliorata notevolmente da quando abbiamo iniziato a utilizzare i laser Precimeter per misurare i livelli e gli attuatori per regolare la portata. Abbiamo meno guasti e scarti perché possiamo ripetere le colate più volte. Inoltre, l'avvio di ogni colata è più stabile.»
Anche Gränges apprezza la stretta collaborazione. “La collaborazione con Precimeter è assolutamente positiva! È fantastico avere un fornitore vicino e aperto alla stretta cooperazione che abbiamo instaurato. Possiamo usufruire dell’assistenza in loco; i tempi di risposta sono rapidi e il supporto è ottimo, ma c’è anche un dialogo per sviluppare soluzioni su misura per noi. Precimeter conosce molto bene ciò che vogliamo e comprende i rischi che potremmo correre, il che ci dà la tranquillità di sapere che le proposte soddisfano le nostre esigenze”, conclude Elin.
Una linea di produzione integrata può apportare un valore aggiunto in ogni fase dell'operazione di colata. Collegando sensori, attuatori e dispositivi di protezione contro il traboccamento in un unico sistema interconnesso, gli impianti di colata possono innalzare gli standard di sicurezza, limitare l'impatto ambientale, aumentare i profitti e migliorare l'efficienza. Questa sinergia lungo l'intero processo di colata garantisce un funzionamento più affidabile, in grado di soddisfare le esigenze odierne.
Sebbene sensori, attuatori e dispositivi di protezione contro il traboccamento più robusti siano fondamentali, essi aprono anche la strada a maggiori capacità nell'ambito dell'Industria 4.0. Una volta che i componenti condividono i dati, diventano possibili analisi avanzate e un'automazione parziale. Gli impianti possono esaminare i registri per migliorare l'avvio delle colate o ottimizzare le portate per le diverse leghe senza ricorrere al consueto metodo per tentativi ed errori. Un flusso costante di dati consente inoltre di progettare algoritmi per ridurre al minimo gli scarti, diminuire il consumo energetico e garantire una qualità costante.
Grazie all’integrazione di sensori, attuatori, dispositivi di protezione contro il traboccamento e un sistema di monitoraggio centralizzato, la colata in lingottiere DC diventa più sicura, più ecologica e più redditizia. L’esperienza di Gränges dimostra che questi metodi possono essere implementati in diversi impianti, ciascuno con diverse capacità produttive e requisiti di prodotto. Un processo di colata completamente automatizzato e integrato funziona in modo più fluido, protegge i dipendenti dai pericoli e fornisce costantemente billette o bramme che soddisfano standard elevati. Grazie a miglioramenti continui basati sui dati, le fonderie di alluminio possono prosperare in un mercato che valorizza la responsabilità ambientale e l'eccellenza operativa.