IT201600116139A1 - Metodo per sigillare le porte dei forni di cokeria - Google Patents

Description

Metodo per sigillare le porte dei forni di cokeria

Settore della tecnica

La presente invenzione concerne un metodo per sigillare le porte dei forni di cokeria.

Arte nota

Come noto, la fase di produzione del coke rappresenta ancora oggi un’operazione fondamentale per la produzione di acciaio. Il processo di produzione del coke avviene tipicamente all’interno di impianti in cui si effettua la carbonizzazione o distillazione del carbon fossile. Questo processo comprende in genere i seguenti stadi: un primo stadio in cui vengono selezionati i carboni, un secondo stadio in cui i carboni vengono miscelati, un terzo stadio in cui avviene il controllo della densità apparente ed un quarto stadio in cui la miscela viene caricata in un forno per cokeria che opera a temperature comprese in genere fra 700 e 1100 °C.

La cokeria è molto spesso affiancata a stabilimenti siderurgici ai quali fornisce il coke per gli alti forni. In un impianto tradizionale di produzione dell’acciaio i forni di cokeria sono di solito configurati in una disposizione a slot, ad esempio in numero di circa quaranta per ogni batteria di forni. Sono previste canne fumarie e impianti di riscaldamento condivisi da coppie di forni adiacenti. Il carbone è carbonizzato in atmosfera riducente ed il gas prodotto viene raccolto e inviato all’impianto di trattamento dei sottoprodotti dove vengono recuperati soprattutto le sostanze aromatiche.

La trasformazione da carbone a coke avviene con il trasferimento del calore attraverso le pareti del forno, tipicamente ricoperte da mattoni in silice. Nell’intervallo di temperatura compreso fra 375°C e 475°C il carbone si decompone formando una sorta di strato plastico in prossimità della parete del forno. Nell’intervallo di temperatura compreso fra 475°C e fino a 600°C si verifica in genere una marcata formazione di catrame, composti idrocarburici aromatici e la massa plastica solidifica in semi-coke, dove per semicoke si intende un combustibile ricavato come sottoprodotto dalla distillazione a bassa temperatura dei carboni fossili. Nell’intervallo di temperatura compreso fra circa 600°C e 1100°C si sviluppa la fase di stabilizzazione del coke. Questa fase è caratterizzata da una contrazione della massa con formazione di coke e sviluppo finale di idrogeno. Quando l’intera massa si è trasformata in coke, le porte laterali del forno vengono aperte e, in genere rimosse, e la massa ancora incandescente viene evacuata mediante un apposito braccio. A questo punto il coke viene bagnato per abbassarne la temperatura prima di essere destinato all’utilizzo negli altoforni.

Nei forni di cokeria lo sfornamento del coke avviene in genere lateralmente attraverso aperture dalle pareti della camera prospicenti l’esterno della batteria. Le pareti sono dotate di aperture chiuse da porte in genere in ferro o in ghisa rivestite internamente in materiale refrattario. In genere, inoltre, all’atto dello sfornamento le porte vengono rimosse.

Il controllo delle emissioni inquinanti nel processo di carbonizzazione è fondamentale, sia per ridurne la quantità, sia per contenere i danni alle strutture. Tali danni possono derivare, ad esempio, dalla formazione di masse catramose di difficile rimozione. Una tenuta non adeguata, ad esempio causata da un imperfetto allineamento delle porte del forno, determina inevitabilmente la formazione di quantità elevate di dette emissioni inquinanti e la formazione di masse catramose che, dovendo essere rimosse dal forno, richiedono interventi di manutenzione gravosi ed economicamente svantaggiosi.

Le porte dei forni sono soggette inoltre a stress termici e strutturali elevati. Una diretta conseguenza di questi fenomeni è la perdita di tenuta delle porte, con conseguenti fughe di gas che possono raggiungere quantità notevoli ed inaccettabili in base alle specifiche attualmente in vigore.

Per evitare queste fughe di gas, vengono oggi impiegati mezzi artigianali basati sull’utilizzo di alcune tipologie di materiali sigillanti come, ad esempio: polimeri siliconici, sospensioni di materiale siliceo arricchito di chamotte refrattaria, ossia argilla refrattaria, o condensati a base di catrame. Le metodologie impiegate finora per contenere le emissioni di gas dalle porte dei forni, non si sono rivelate tuttavia particolarmente efficaci. Inoltre, l’utilizzo di alcuni prodotti come ad esempio i condensati a base di catrame, è divenuto inaccettabile a causa dei divieti legislativi determinati dalla tossicità di questi materiali.

Anche in presenza di una manutenzione costante ed accurata delle porte dei forni, allo scopo di mantenere inalterata la geometria e la tenuta con l’apertura nelle pareti del forno, ed anche quando si scelgano materiali di elevata qualità per la loro realizzazione, l’utilizzo di un materiale sigillante adeguato si rende indispensabile.

Un primo scopo dell’invenzione è pertanto quello di provvedere un metodo per sigillare le porte dei forni di cokeria, che possa essere impiegato efficacemente per sigillare le porte dei forni di cokeria evitando la fuoriuscita di emissioni gassose.

Un altro scopo dell’invenzione è quello di provvedere un sigillante per l’uso in detto metodo, che risulti di facile applicazione e rimozione.

Uno scopo ulteriore dell’invenzione è quello di provvedere un sigillante per porte di forni di cokeria, che risulti di facile ed economica realizzazione, presenti una shelf life elevata e si presti pertanto ad essere prodotto industrialmente a costi contenuti ed in grandi quantità.

Questi ed altri scopi sono ottenuti con il sigillante per porte di forni di cokeria, come rivendicato nelle annesse rivendicazioni.

Descrizione dell ’ invenzione

Il metodo di sigillatura di porte di forni di cokeria comprende principalmente le fasi di: ottenere una quantità di materiale sigillante per porte di forni di cokeria, eventualmente stoccare detta quantità di materiale sigillante per un certo periodo di tempo, applicare detta quantità di materiale sigillante alla superficie del bordo perimetrale di un’apertura di un forno di cokeria e/o alla superficie del bordo perimetrale di una corrispondente porta suscettibile di chiudere detta apertura e provocare conseguentemente la sigillatura di detta apertura. Secondo l’invenzione, il materiale sigillante può essere applicato prima o dopo o sia prima che dopo la chiusura della porta. Quando il materiale è applicato prima della chiusura della porta, il metodo prevede una fase di chiudere detta apertura portando detta porta in configurazione di chiusura provocando lo schiacciamento di almeno parte del materiale sigillante precedentemente applicato.

Secondo l’invenzione, la fase di ottenimento del materiale sigillante comprende le fasi di: predisporre almeno un modificatore reologico, ossia un componente in grado di aumentare la viscosità di una sostanza in cui detto modificatore è disperso, disperdere detto almeno un modificatore reologico in una soluzione liquida, caricare la dispersione così ottenuta con una carica di sostanza inerte, additivare la dispersione caricata con una sostanza legante.

Il materiale sigillante secondo l’invenzione è vantaggiosamente ottenuto in forma di slurry, ossia sostanzialmente una miscela fluida con solidi in sospensione. Il materiale sigillante, inoltre, è in grado di disperdere in fase di preparazione elevate quantità di cariche solide, tipicamente in polvere o microgranuli, e di mantenerli in sospensione per un periodo sufficiente a consentirne l’utilizzo nei tempi richiesti nelle normali condizioni operative di un impianto per la produzione di coke, in particolare del tipo abbinato ad uno stabilimento siderurgico. Secondo una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, il materiale sigillante presenta una shelf life in cui le cariche solide sono disperse in modo omogeneo nella massa dello slurry di oltre sei mesi.

Un altro vantaggio dell’invenzione deriva dalla consistenza fluida del materiale dello slurry che ne permette l’applicazione a pennello. Queste proprietà reologiche vantaggiose del materiale si ottengono grazie a polimeri sospendenti che forniscono le caratteristiche di pseudo-plasticità e stabilità della dispersione, necessarie per rottenimento del materiale sigillante.

In accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione, detti polimeri comprendono un polimero scelto fra Acrilati/C10-30 Alchil Acrilati Crosspolimero (“Acrylates/C10-30 Alkyl Acrylate Crosspolymer”), un polimero ASE (“Alkali Soluble Emulsion”) o un polimero HASE (“Hydrophobically Modified Alkali Soluble Emulsion”). Detto polimero è presente nel materiale sigillante in percentuale in peso preferibilmente compresa fra 0,09 e 2,0 %.

Vantaggiosamente, nel polimero scelto fra Acrilati/C 10-30 Alchil Acrilati Crosspolimero, usato per la stabilizzazione del sigillante, si ricorre ad una reticolazione mirata e ad un contenuto di parte idrofobica tali da ottimizzare le prestazioni in presenza di un elevato contenuto di sali.

Questa tipologia di polimero può essere ottenuta per polimerizzazione radicalica in emulsione, “bulk” o solvente. La tipologia e la quantità dei monomeri, co-monomeri, la tipologia di agenti reticolanti ed il tipo di solvente determinano la struttura e le proprietà del polimero. Il polimero in soluzione, in funzione del pH, assume la struttura di un microgel tridimensionale che attribuisce le caratteristiche proprietà reologiche, con un meccanismo di riempimento degli spazi, piuttosto che con un meccanismo associativo.

Una metodologia idonea per attribuire le proprietà reologiche consiste nella neutralizzazione con conseguente ionizzazione dei gruppi carbossilici del polimero. Questo fenomeno provoca una repulsione ionica ed una espansione tridimensionale del network di filamenti di polimero che costituiscono il microgel. L’incremento del volume del microgel è funzione del pH. Alternativamente, l’incremento della viscosità del polimero in soluzione può essere ottenuto mediante donatori di gruppi idrossilici, come ad esempio i glicoli, che interagiscono con il polimero grazie ai legami idrogeno con i gruppi carbossilici del polimero.

Le famiglie di polimeri ASE (“Alkali Soluble Emulsion”) e HASE (“Hydrophobically Modified Alkali Soluble Emulsion”) possono anch’esse essere utilizzate come per aumentare la viscosità della soluzione nella produzione del sigillante secondo l’invenzione.

Le tipologie di polimeri ASE sono sintetizzate in emulsione partendo da acido acrilico e co-monomeri acrilici. Il meccanismo che determina l’aumento di viscosità è di tipo non associativo e pertanto il polimero non interagisce con particelle disperse o tensioattivi, ma tramite la ionizzazione dei gruppi carbossilici del polimero che causano una repulsione ionica ed una espansione tridimensionale del network di microgel. Il meccanismo di stabilizzazione della fase dispersa è legato soprattutto al rallentamento della mobilità.

Le tipologie di polimeri HASE sono anch’esse sintetizzate in emulsione, partendo da acido acrilico e copolimeri acrilici e includendo una parte idrofobica contenente anche dei gruppi etossilati. In questo caso, i meccanismi che determinano l’aumento della viscosità sono due e possono agire simultaneamente, tramite ionizzazione dei gruppi carbossilici e presenza di gruppi idrofobici pendenti, liberi di associarsi ed interagire con tensioattivi o particelle disperse, con un conseguente significativo aumento della viscosità.

I polimeri appartenenti a queste famiglie sono principalmente poliacrilati ottenuti per polimerizzazione in emulsione e forniscono stabilità alla dispersione e resistenza ad elevati pH.

H metodo di preparazione del materiale sigillante prevede una fase di dispersione del polimero che ne permette la solubilizzazione in un volume di liquido, preferibilmente acqua, preferibilmente compreso fra 10 e 15%. A seconda del tipo di apparecchio dispersore utilizzato, tale fase di dispersione può durare in media fra le 12 e le 24 ore.

Sempre secondo l’invenzione, la parte solida dispersa può consistere in singole cariche inerti o in miscele di cariche, preferibilmente in percentuali comprese fra il 35 e 50%. Dette cariche possono essere scelte nel gruppo comprendente caolino, silice amorfa, sodio carbonato o altre cariche idonee o una miscela di esse.

Ancora secondo l’invenzione, il materiale sigillante viene preparato con l’aggiunta di leganti, preferibilmente a base di silicati di sodio e/o potassio, metasilicati, disilicati o trisilicati, in percentuali comprese fra il 10 e il 30 %.

Grazie alla elevata disperdibilità dei polimeri succitati, la miscela così ottenuta non richiede speciali lavorazioni e pertanto il tempo ed il costo di produzione del materiale sigillante risulta ridotto.

II materiale ottenuto presenta elevate capacità adesive e sigillanti. Inoltre, vantaggiosamente, sempre secondo l’invenzione, il materiale sigillante presenta una rapida azione ed una elevata tissotropia, che ne permettono l’agevole applicazione anche su superfici verticali. Vantaggiosamente, inoltre, il materiale sigillante secondo l’invenzione risulta facilmente rimovibile una volta che la porta del forno è stata aperta.

Descrizione Sintetica delle Figure

Alcune forme di realizzazione preferite dell’invenzione saranno fomite a titolo esemplificativo e non limitativo con riferimento alle figure annesse in cui:

- La Fig.1 è una vista in pianta di fronte di una porta di forno di cokeria;

- La Fig.2 è una sezione longitudinale lungo il piano ΙΙ-Π di Fig.1.

Descrizione di alcune forme preferite di realizzazione

II metodo di sigillatura di porte di forni di cokeria secondo l’invenzione comprende principalmente una prima fase in cui viene ottenuta una certa quantità di materiale sigillante, una seconda fase in cui il sigillante è applicato in prossimità e/o in corrispondenza della superficie di battuta della porta del forno ed una terza fase di applicazione del sigillante per ottenere la sigillatura dell’apertura chiusa dalla porta del forno. Il materiale sigillante è applicato preferibilmente sia prima sia dopo la chiusura della porta e pertanto la chiusura della porta provoca lo schiacciamento di almeno parte del materiale applicato e conseguente sigillatura della porta rispetto all’apertura prevista nella parete del forno.

Secondo l’invenzione, la fase di ottenimento del materiale sigillante prevede principalmente una prima fase in cui viene predisposto un modificatore reologico, una seconda fase in cui detto modificatore reologico viene disperso in una soluzione liquida, una terza fase in cui la soluzione così ottenuta viene caricata con una sostanza inerte ed una terza fase in cui la dispersione caricata viene additivata con una sostanza legante. Sempre secondo l’invenzione, il modificatore reologico, ossia un componente in grado di aumentare la viscosità di una sostanza, viene disperso in acqua.

In accordo con l’invenzione, la fase di applicazione del sigillante alla superficie di battuta della porta del forno può essere portata a termine successivamente ad una preventiva fase di stoccaggio del materiale sigillante. Detta fase di stoccaggio può essere più o meno prolungata, a seconda delle esigenze dell’impianto di produzione del coke. Vantaggiosamente, secondo l’invenzione, questa fase di stoccaggio, quando presente, può durare anche alcuni mesi e finanche oltre sei mesi, senza che il materiale sigillante subisca sostanziali modifiche e mantenendo pertanto sostanzialmente inalterate le proprietà chimico-fisiche, in particolare l’omogeneità di distribuzione spaziale delle cariche di sostanza solida nel materiale sigillante.

Con riferimento alle figure annesse è illustrato un esempio di porta di forno 11 per la produzione di coke. L’esempio è fornito a puro titolo indicativo e si riferisce ad una porta di tipo noto. Il metodo secondo l’invenzione, evidentemente, può essere applicato a qualsiasi tipo di porta di forno di cokeria.

Nelle figure, la porta è indicata con il riferimento 13 ed è applicata ad un’apertura 15 ricavata nella parete 17 del forno 11. La porta 13 è dotata di sistema di chiusura 19. Il metodo secondo Γ invenzione prevede di applicare il materiale sigillante alla superficie del bordo perimetrale 21 dell’apertura 15, ossia sostanzialmente in prossimità ed in corrispondenza della superficie di battuta della porta 13, quando quest’ultima si trova in configurazione di chiusura rispetto all’apertura 15. Il materiale sigillante può essere applicato alla superficie di battuta che circonda l’apertura 15, oppure alla superficie di battuta perimetrale della porta 13, o ad entrambe le superfici di battuta.

In accordo con una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, il modificatore reologico è un polimero con potere sospendente, ossia suscettibile di aumentare lo yield value della sostanza in cui è disperso.

In una prima forma di realizzazione dell’invenzione, detto modificatore reologico è un polimero acrilico idrofobicamente modificato. Un esempio di polimero acrilico idrofobicamente modificato adatto allo scopo è Acrilati/C10-30 Alchil Acrilati Crosspolimero (“Acrylates/C10-30 Alkyl Acrylate Crosspolymer”). In accordo con un esempio di questa prima forma di realizzazione dell’invenzione, detto polimero era presente nel materiale sigillante in percentuale in peso compresa fra 0,1 e 1,0 %.

In una seconda forma di realizzazione dell’invenzione, detto modificatore reologico è un poliacrilato ottenuto per polimerizzazione in emulsione. In una prima variante di questa seconda forma di realizzazione dell’invenzione, il poliacrilato ottenuto per polimerizzazione in emulsione comprende un polimero ASE (“Alkali Soluble Emulsion”). In una seconda variante di questa seconda forma di realizzazione dell’invenzione, il poliacrilato ottenuto per polimerizzazione in emulsione comprende un polimero RASE (“Hydrophobically Modified Alkali Soluble Emulsion”).

In accordo con un esempio di questa seconda forma di realizzazione dell’invenzione, detto polimero era presente nel materiale sigillante in percentuale in peso compresa fra 1,0 e 2,0 %.

Inoltre, sempre in accordo con questa seconda forma di realizzazione dell’invenzione, la fase di ottenimento del materiale sigillante, comprende preferibilmente una fase di additivare il modificatore reologico con almeno un glicole. Detto almeno un glicole è preferibilmente selezionato nel gruppo di: glicole propilenico, butiltriglicole, glicole dietilenico-trietilenico, o una miscela di essi. Detto almeno un glicole è presente nel materiale sigillante in percentuale in peso compresa fra 1 e 3%.

Inoltre, sempre in accordo con questa seconda forma di realizzazione dell’invenzione, la fase di ottenimento del materiale sigillante, comprende preferibilmente una fase di additivare il modificatore reologico con un agente neutralizzante. Detto agente neutralizzante è preferibilmente selezionato nel gruppo di: ammina neutralizzante, 2-amino-2-metyl-l -propan olo, monoetanolammina (MEA), trietanolammina (TEA), dietanolammina (DEA). Detto agente neutralizzante è presente nel materiale sigillante in percentuale in peso compresa fra 0,5 e 1%.

Secondo l’invenzione il materiale sigillante ottenuto si presenta in forma di slurry, ossia sotto forma di miscela fluida con cariche di sostanza inerte in sospensione. Sostanze inerti adatte allo scopo comprendono ad esempio caolino, silice amorfa, sodio carbonato o una miscela di esse.

In accordo con una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, detta carica è presente nel materiale sigillante in percentuale in peso compresa fra 35 e 50 %.

In accordo con una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, la sostanza legante comprende silicati di sodio e/o potassio e, ancor più preferibilmente, metasilicati, disilicati, trisilicati di sodio e/o potassio.

In accordo con una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, detta sostanza legante è presente nel materiale sigillante in percentuale in peso compresa fra 10 e 30 %.

Sempre secondo l’invenzione, inoltre, il materiale sigillante ottenuto è un fluido pseudoplastico, ossia suscettibile di scorrimento quando viene applicata una forza da taglio anche modesta.

II metodo di sigillatura così come descritto ed illustrato è suscettibile di numerose varianti e modificazioni, rientranti nello stesso principio inventivo.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo di sigillatura di porte (13) di forni di cokeria (11) comprendente le fasi di: - ottenere una quantità di materiale sigillante per porte di forni di cokeria, detta fase comprendendo le fasi di: - predisporre almeno un modificatore reologico, ossia un componente in grado di aumentare la viscosità di una sostanza in cui detto modificatore è disperso; disperdere detto almeno un modificatore reologico in una soluzione liquida; caricare la dispersione così ottenuta con una carica di sostanza inerte; additivare la dispersione caricata con una sostanza legante; - eventualmente stoccare detta quantità di materiale sigillante per un certo periodo di tempo; - applicare detta quantità di materiale sigillante alla superficie del bordo perimetrale di un’apertura di un forno di cokeria e/o alla superficie del bordo perimetrale di una corrispondente porta suscettibile di chiudere detta apertura provocando in tal modo la sigillatura di detta apertura.
2. 2. Metodo secondo la riv.l, in cui detto modificatore reologico è un polimero con potere sospendente, ossia suscettibile di aumentare lo yield value di detta sostanza.
3. 3. Metodo secondo la riv.l o 2, in cui detto modificatore reologico è un polimero acrilico idrofobicamente modificato.
4. 4. Metodo secondo la riv.3, in cui detto polimero è Acrilati/C10-30 Alchil Acrilati Crosspolimero.
5. 5. Metodo secondo la riv.4, in cui detto polimero è presente nel materiale sigillante in percentuale in peso compresa fra 0,09 e 2,0 %.
6. 6. Metodo secondo la riv.l o 2, in cui detto polimero è un poliacrilato ottenuto per polimerizzazione in emulsione.
7. 7. Metodo secondo la riv.l o 2 o 5, in cui detto polimero comprende una Alkali Soluble Emulsion (ASE) o una Hydrophobically Modified Alkali Soluble Emulsion (HASE).
8. 8. Metodo secondo la riv.l o 2 o 5 o 7, in cui è prevista inoltre una fase di additivare il modificatore reologico con almeno un glicole, detto glicole essendo selezionato nel gruppo di: glicole propilenico, butiltriglicole, glicole di etilenico-tri etilenico, o una miscela di essi ed in cui detto almeno un glicole è presente nel materiale sigillante in percentuale in peso compresa fra 1 e 3%.
9. 9. Metodo secondo la riv.l o 2 o 5 o 7 o 8, in cui è prevista inoltre una fase di additivare il modificatore reologico con un agente neutralizzante, detto agente neutralizzante essendo selezionato nel gruppo di: ammina neutralizzante, 2-amino-2-metil-1-propanolo, monoetanolammina (MEA), trietanolammina (TEA), dietanolammina (DEA) ed in cui detto agente neutralizzante è presente nel materiale sigillante in percentuale in peso compresa fra 0,5 e 1%.
10. 10. Metodo secondo una qualsiasi delle riv.i precedenti, in cui detta sostanza liquida è acqua, in cui detta carica di sostanza inerte comprende una sostanza scelta fra caolino, silice amorfa, sodio carbonato o una miscela di esse ed in cui detta sostanza legante comprende silicati di sodio e/o potassio ed in cui detta carica è presente nel materiale sigillante in percentuale in peso compresa fra 35 e 50 % e detta sostanza legante è presente nel materiale sigillante in percentuale in peso compresa fra 10 e 30 %.