IT201900009825A1 - Forno per la fusione di metalli preziosi nel settore orafo - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

“Forno per la fusione di metalli preziosi nel settore orafo”

La presente invenzione ha per oggetto un forno per la fusione di metalli preziosi e non preziosi, materiali non metallici quali ceneri, scarti industriali organici, inorganici quali ceramici, refrattari e non, in particolare nel settore orafo.

In particolare, la presente invenzione trova applicazione nei trattamenti di lavorazione dei metalli preziosi e non ferrosi svolti al fine di ottenere prodotti di elevata qualità e purezza.

A titolo esemplificativo e non limitativo, inoltre, la presente invenzione può essere impiegata per il recupero di metalli preziosi dai metalli poveri, come gli scarti industriali o delle ceneri della manifattura orafa.

Le summenzionate procedure servono ad aumentare l’efficacia dell’omogeneizzazione di leghe metalliche composte da elementi aventi diverse caratteristiche fisiche (leghe di metalli preziosi e non), ad aumentare l’efficacia della separazione fisica di composti tra loro immiscibili in fase liquida (ceneri, scarti industriali organici, inorganici quali ceramici, refrattari e non), ad aumentare l’efficacia della purificazione e raffinazione di metalli e non metalli tramite evaporazione e/o ossidazione selettiva dei diversi componenti.

I forni a crogiolo statico e ribaltabile rientrano fra i più comuni sistemi impiegati per la fusione dei metalli.

Tali sistemi comprendono un crogiolo statico entro il quale viene riposto e portato a fusione il materiale da trattare.

In particolare, nel caso di fusione di ceneri, scarti industriali organici, inorganici quali ceramici, refrattari e non, le differenti fasi vengono separate grazie all’accelerazione di gravità che tende a far depositare sul fondo del crogiolo i materiali di densità maggiore.

Svantaggiosamente, i forni a crogiolo statico, facendo affidamento solamente all’accelerazione di gravità per la separazione delle diverse fasi, non consentono di separare efficacemente i metalli da estrarre, come oro o argento, dai sali fondenti, per esempio tetraborato di sodio.

I materiali vengono estratti facendoli defluire da una bocca di carico e scarico del crogiolo a seguito di un ribaltamento del crogiolo stesso.

I forni a crogiolo statico e ribaltabile possono riscaldare il crogiolo impiegando come fonte energetica il gas oppure mediante induzione elettromagnetica.

In particolare, i forni ad induzione elettromagnetica presentano temperature di lavoro inferiori rispetto a quelli a gas.

Un’altra problematica dei sistemi a crogiolo statico è che questo tipo di dispositivi non è in grado di garantire un efficace mescolamento delle leghe metalliche liquide. Dunque, non permettono una produzione di leghe omogenee con componenti presentanti diversa densità.

Svantaggiosamente, inoltre, tali sistemi richiedono un mescolamento manuale successivo all’introduzione dei differenti materiali all’interno del crogiolo.

Alla luce delle problematiche sopracitate sono stati sviluppati sistemi a gas presentanti un crogiolo rotativo e ribaltabile.

Tale tecnologia, nata specificatamente per il settore industriale della lavorazione del rame e del nichel, ha acquisito un ruolo di primo piano nel settore della lavorazione e del recupero dei metalli preziosi.

In particolare, questi sistemi presentano un crogiolo ruotabile attorno ad un proprio asse di mescolamento per promuovere la separazione delle diverse fasi dei materiali presenti nel crogiolo mediante l’azione combinata della forza centrifuga e della forza di gravità.

Oltre a ciò, tali sistemi prevedono un asse di ribaltamento che permette di facilitare le operazioni di caricamento o svuotamento del crogiolo.

Tuttavia, i sistemi a gas con crogiolo rotativo presentano tempi di preriscaldamento e di fusione particolarmente lunghi.

Per di più, l’impiego di gas comporta ingenti emissioni di anidride carbonica che impatta negativamente sull’ecosistema incrementando la presenza di gas serra nell’atmosfera, e maggiori verifiche per la sicurezza. Compito tecnico del presente trovato è di mettere a disposizione un forno per la fusione di metalli preziosi nel settore orafo e non solo che sia in grado di superare gli inconvenienti emersi dall’arte nota.

Uno altro scopo del forno per la fusione di metalli preziosi, secondo il trovato, è di riuscire ad incrementare l’efficienza del processo di lavorazione dei metalli.

In particolare, un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un forno per la fusione di metalli preziosi nel settore orafo che sia in grado di garantire un elevato livello di omogeneità dei prodotti ottenuti.

Il compito tecnico e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un forno per la fusione di metalli preziosi nel settore orafo comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o più delle unite rivendicazioni. Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un forno per la fusione di metalli preziosi nel settore orafo, come illustrato negli uniti disegni in cui:

- la figura 1 è una vista prospettica di un forno per la fusione di metalli preziosi nel settore orafo in accordo con la presente invenzione;

- la figura 2 è una vista dall’alto del forno per la fusione di metalli preziosi nel settore orafo di figura 1;

- la figura 3 è la sezione III-III del forno per la fusione di metalli preziosi nel settore orafo di figura 2.

In accordo con le figure allegate, è stato complessivamente indicato con il riferimento numerico 1 un forno per la fusione di metalli preziosi nel settore orafo che verrà nel seguito riportato come forno 1.

Il forno 1 presenta un’unità esterna 2 comprendente un gruppo termico induttivo 3 ed un'unità interna 4 presentante una camera di fusione 5 per un metallo da sottoporre a fusione.

In particolare, l'unità esterna 2 definisce un volume interno 6 atto ad alloggiare l'unità interna 4.

In altre parole, il forno 1 comprende un’unità interna 4 disposta all’interno del volume interno 6 e presentante una camera di fusione 5 per un metallo da fondere.

In accordo con una possibile forma realizzativa e come illustrato nelle figure allegate, l’unità esterna 2 presenta una conformazione scatolare e definisce un volume interno 6, preferibilmente cilindrico, atto ad alloggiare girevolmente l'unità interna 4.

Secondo ulteriori forme realizzative non illustrate nelle figure allegate, l’unità esterna può presentare una conformazione differente da quella illustrata, per esempio cilindrica, senza che venga alterato il concetto inventivo alla base della presente invenzione.

L'unità esterna 2 comprende un gruppo termico induttivo 3 disposto attorno al volume interno 6.

Il gruppo termico induttivo 3 genera un campo elettromagnetico che, interagendo con l'unità interna 4, determina un incremento della temperatura della camera di fusione 5 per realizzare la fusione del metallo. In altre parole, l’unità interna 4 coopera con il gruppo termico induttivo 3 in modo tale che un riscaldamento dell’unità interna 4 ad opera del gruppo termico induttivo 3 determini la fusione del metallo nella camera di fusione Preferibilmente, il gruppo termico induttivo 3 comprende una bobina “3a” disposta attorno al volume interno 6.

In accordo con ulteriori forme realizzative non illustrate nelle figure allegate, il gruppo termico induttivo 3 può comprendere magneti adeguatamente disposti al fine di generare un campo elettromagnetico presentante caratteristiche simili a quelle del campo generato dalla bobina “3a” senza che venga alterato il concetto inventivo alla base della presente invenzione.

Vantaggiosamente, l'unità esterna 2 presenta mezzi di rotazione 7 attivi sull’unità interna 4 per porla in rotazione rispetto all'unità esterna 2 attorno ad un asse di rotazione “Z” in modo da promuovere un efficace mescolamento del metallo fuso all’interno della camera di fusione 5.

In particolare, l'unità interna 4 è girevolmente montata in modo motorizzato sull’unità esterna 2 attorno all’asse di rotazione “Z” per realizzare un miscelamento del metallo contenuto nella camera di fusione 5.

In questo modo, il forno 1 garantisce elevati livelli di omogeneità del metallo ottenuto permettendo una rimozione particolarmente efficiente delle impurità.

Preferibilmente, i mezzi di rotazione 7 permettono una rotazione dell’unità interna 4 rispetto all'unità esterna 2 con velocità angolare di circa 1-2 giri al minuto fino ad un massimo di 20 giri al minuto.

In accordo con una possibile forma realizzativa, i mezzi di rotazione 7 comprendono un motore elettrico 8 passo-passo.

In particolare, i mezzi di rotazione 7 possono comprendere un motore elettrico ad asse perpendicolare all'asse di rotazione “Z” e collegato ad una trasmissione meccanica ortogonale, preferibilmente una trasmissione a vite senza fine.

In accordo con una possibile forma realizzativa e come illustrato nelle figure allegate, i mezzi di rotazione 7 sono montati in modo sospeso su una superficie inferiore dell'unità esterna 2.

I mezzi di rotazione 7 comprendono un albero di rotazione 9 girevole collegato all’unità interna 4 per ruotarla rispetto all’unità esterna 2.

In accordo con una possibile forma realizzativa, l’albero di rotazione 9 può alloggiare un sensore “S” di rilevazione della temperatura collegato alla camera di fusione 5 ed atto ad inviare un segnale rappresentativo della temperatura della camera di fusione 5 ad una unità di controllo esterna (non raffigurata nelle figure allegate).

Secondo altre possibili forme realizzative, il sensore “S” può trovare una differente collocazione oppure non essere presente senza che venga alterato il concetto inventivo alla base della presente invenzione.

Vantaggiosamente, il forno 1 può comprendere, inoltre, una pluralità di rulli di guida 10, realizzati preferibilmente in materiale ceramico, montati sull’unità esterna 2 ed impegnati in rotolamento su una superficie cilindrica esterna “4b” dell’unità interna 4 in prossimità di una rispettiva bocca 11 di carico e scarico.

In altre parole, l'unità interna 4 è ruotabile rispetto all'unità esterna 2 e la pluralità di rulli di guida 10 è attiva sull'unità interna 4 guidandola durante la rotazione.

Come illustrato nelle figure allegate, l’unità interna 4 può comprendere un crogiolo 12 delimitante la camera di fusione 5 e definente la bocca 11 di carico e scarico per il metallo.

Con riferimento alla figura 3, l'unità interna 4 presenta una superficie laterale esterna “4a”, preferibilmente cilindrica, avente distanza “D” da una corrispondente superficie laterale interna “12a” del crogiolo 12 compresa sostanzialmente tra 15 e 25 mm e preferibilmente pari a circa 20 mm. La distanza minima “D” garantisce un’interazione elettromagnetica particolarmente efficace tra l’unità esterna 2 e l'unità interna 4 e limita la possibilità che le elevate temperature della camera di fusione 5 possano danneggiare l’unità esterna 2: se il crogiolo 12 fosse troppo vicino all’induttore 3 il forno 1 presenterebbe delle perdite, mentre se viceversa l’induttore 3 fosse troppo lontano il campo magnetico non avrebbe la giusta efficacia.

In particolare, l'intercapedine definita dalla superficie laterale esterna “4a” e dalla superficie laterale interna “2a” può contenere aria.

Preferibilmente, la bocca 11 di carico e scarico definisce un’apertura circolare di raggio “R” atta a permettere efficacemente l’introduzione e l’estrazione del metallo.

In particolare, l’unità interna 4 presenta inferiormente una porzione conformata a tazza 13 girevolmente solidale all’albero di rotazione 9 girevole e supportante il crogiolo 12 mediante interposizione di un distanziale termicamente isolante 14 preferibilmente ceramico.

Tale porzione conformata a tazza 13 è realizzata in materiale metallico, per esempio in acciaio inossidabile, preferibilmente in acciaio inossidabile o altri metalli diamagnetici oppure con materiali idonei quali ceramici o refrattari.

Il crogiolo 12 è realizzato almeno parzialmente in materiale idoneo ad un riscaldamento ad induzione operato dal gruppo termico induttivo 3.

In particolare, il crogiolo 12 è girevolmente solidale all’albero di rotazione 9 girevole attorno all’asse di rotazione “Z”.

Vantaggiosamente, l’unità interna 4 comprende inoltre un corpo di contenimento esterno 16 realizzato in un materiale termicamente isolante, preferibilmente materiale refrattario, in modo da isolare termicamente il crogiolo 12 dal gruppo termico induttivo 3.

Tale corpo di contenimento esterno 16 presenta uno sviluppo sostanzialmente a tazza e contiene almeno parzialmente il crogiolo 12. Vantaggiosamente, l’unità interna 4 può comprendere una pluralità di elementi termicamente isolanti 15, preferibilmente ceramici, interposti tra il corpo 16 ed il crogiolo 12 atti a limitare le dispersioni termiche tra il l’unità interna 4 ed un ambiente esterno.

In particolare, la successione di spessori 15 in refrattario funge da giunto tra le porzioni sostanzialmente orizzontali del corpo 16 e camicia del crogiolo 12 calettato sul piano della

Vantaggiosamente, l’unità interna 4 può comprendere inoltre una guaina di rivestimento 17 disposta esternamente al corpo di contenimento esterno 16.

Tale guaina di rivestimento 17 conferisce resistenza meccanica e tenacità all’unità interna 4 contribuendo a superare le problematiche relative all’intrinseca fragilità del materiale refrattario generalmente impiegato per la realizzazione del corpo di contenimento esterno 16.

Ancora più vantaggiosamente, la guaina di rivestimento 17 può presentare una conformazione a tazza in modo da contenere il metallo fuso nel caso di cedimenti o rotture del corpo di contenimento esterno 16.

Nella soluzione realizzativa qui presentata, la guaina di rivestimento 17 è uno schermo di titanio di circa due millimetri, atto a conferire solidità.

Preferibilmente, la guaina di rivestimento 17, se conduttiva, presenta una fessura longitudinale (non illustrata nelle figure allegate) atta a limitare un’interazione elettromagnetica tra la guaina di rivestimento 17 stessa ed il gruppo termico induttivo 3.

Preferibilmente, possono essere previsti inserti ceramici di rinforzo atti a collegare i lembi della summenzionata fessura al fine di garantire la tenuta meccanica della guaina di rivestimento 17.

In questo modo, la guaina 17 garantisce un incremento delle proprietà meccaniche del corpo di contenimento esterno 16 limitando le interazioni con il campo magnetico generato dal gruppo termico induttivo 3.

Vantaggiosamente, l’unità esterna 2 può comprendere, inoltre, mezzi di isolamento elettromagnetico 18 atti a limitare una interazione elettromagnetica tra il gruppo termico induttivo 3 ed un ambiente esterno. I mezzi di isolamento elettromagnetico 18 limitano le radiazioni indotte dal gruppo termico induttivo 3 sull'ambiente circostante incrementando la sicurezza per il personale addetto all'impiego del forno 1.

Preferibilmente, tali mezzi di isolamento elettromagnetico 18 comprendendo una gabbia di Faraday 19 e/o uno strato realizzato in materiale diamagnetico 20, per esempio lamierini in rame sviluppantisi perimetralmente all’esterno del gruppo termico induttivo 3.

Inoltre, il forno 1 può comprendere un sistema di raffreddamento a liquido atto a limitare le temperature indotte dalla camera di fusione 5 sull’unità esterna 2 e sull’ambiente circostante.

I lamierini di diamagnetico 20 sfruttano da una parte il sistema di raffreddamento dell’induttore 3 e, dall’altra parte – in prossimità della gabbia di Faraday 19 – presentano dei tubi sui quali scorre un fluido raffreddante (non rappresentati).

Vantaggiosamente, la presente invenzione garantisce uno svolgimento delle operazioni di carico e scarico del metallo grazie alla possibilità di movimentare il forno 1 rispetto ad un asse di basculamento “Y”.

In particolare, l’unità esterna 2 può presentare mezzi di supporto girevole 21 definenti l’asse di basculamento “Y” idoneo allo scarico del metallo liquido dalla camera di fusione 5.

Preferibilmente, l'asse di basculamento “Y” è perpendicolare all'asse di rotazione “Z”.

In altre parole, i mezzi di supporto girevole 21 permettono di ruotare l’unità esterna 2 per facilitare le operazioni di carico e scarico del metallo attraverso la bocca 11 di carico e scarico della camera di fusione 5.

I mezzi di supporto girevole 21 possono permettere una rotazione dell’unità esterna 2 di un angolo necessariamente maggiore di 90°, preferibilmente compreso tra 0 gradi verticale e 180 verticale opposta, ancor più preferibilmente 135 gradi.

Come illustrato nelle figure allegate, i mezzi di supporto girevole 21 possono comprendere i perni di rotazione 22 disposti contrapposti rispetto all'unità interna 4 e definenti l’asse di basculamento “Y”.

Inoltre, il forno 1 può comprendere inoltre un’incastellatura stazionaria (non illustrata nelle figure allegate) presentante due supporti accoppiabili ai mezzi di supporto girevole 21, preferibilmente una coppia di guide per i perni di rotazione 22, dell’unità esterna 2 per definire l’asse di basculamento “Y”.

In particolare, l’incastellatura può presentare mezzi di ribaltamento attivi sull’unità esterna 2 per porre in basculamento l’unità esterna 2 attorno all’asse di basculamento “Y”.

Vantaggiosamente, il forno 1 può comprendere almeno un rullo di blocco assiale 23 montato sull’unità esterna 2 ed impegnato in rotolamento su una superficie anulare frontale “4c” dell’unità interna 4 in prossimità della bocca 11 di carico e scarico.

In questo modo, il rullo di blocco assiale 23 permette una rotazione dell'unità interna 4 rispetto all'unità esterna 2 impedendone uno scorrimento assiale relativo durante una rotazione del forno 1 rispetto l'asse di basculamento “Y”.

Preferibilmente, il rullo di blocco assiale 23 è realizzato in materiale ceramico, per esempio alluminia, carburo di silicio, nitruro di silicio o nitruro di boro

Si osserva quindi che la presente invenzione raggiunge gli scopi proposti grazie ad un forno per la fusione di metalli preziosi nel settore orafo comprendente un’unità esterna presentante un gruppo termico induttivo ed un’unità interna, definente una camera di fusione, girevolmente montata in modo motorizzato sull’unità esterna per realizzare un miscelamento del metallo contenuto nella camera di fusione.

Vantaggiosamente, i mezzi di rotazione garantiscono un elevato di omogeneità del metallo ottenuto a seguito della fusione e permettono un’efficiente rimozione delle impurità presenti nel materiale non lavorato. Vantaggiosamente, inoltre, il forno può essere impiegato sia per batch che in continua.

Vantaggiosamente, il sensore all’interno dell’albero di rotazione permette controllare la temperatura sulla superficie interna del crogiolo di alta affidabilità.

Inoltre, la particolare conformazione delle unità interna ed esterna semplifica la sostituzione del crogiolo rispetto ai comuni sistemi a gas. Vantaggiosamente, il corpo di contenimento esterno in materiale refrattario riduce le dispersioni termiche garantendo un elevato rendimento energetico.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Forno (1) per la fusione di metalli preziosi e non preziosi, materiali non metallici quali ceneri, scarti industriali organici, inorganici quali ceramici, refrattari e non, in particolare nel settore orafo, comprendente: - un’unità esterna (2) definente un volume interno (6) e presentante un gruppo termico induttivo (3) disposto attorno a detto volume interno (6); - un’unità interna (4) disposta in detto volume interno (6) e presentante una camera di fusione (5) per un metallo da sottoporre a fusione e cooperante con detto gruppo termico induttivo (3) in modo tale che un riscaldamento dell’unità interna (4) ad opera di detto gruppo termico induttivo (3) determini la fusione del metallo in detta camera di fusione (5), detta camera di fusione (5) presentando una bocca (11) di carico e scarico del metallo; in cui detta unità interna (4) è girevolmente montata in modo motorizzato sull’unità esterna (2) attorno ad un asse di rotazione (Z) idoneo a realizzare un miscelamento del metallo contenuto nella camera di fusione (5); ed in cui l’unità esterna (2) presenta mezzi di supporto girevole (21) definenti un asse di basculamento (Y) perpendicolare a detto asse di rotazione (Z) e idoneo allo scarico del metallo liquido dalla camera di fusione (5).
2. 2. Forno in accordo con la rivendicazione 1, in cui detta unità esterna (2) presenta mezzi di rotazione (7) attivi sull’unità interna (4) per porre in rotazione l’unità interna (4) attorno a detto asse di rotazione (Z), preferibilmente detti mezzi di rotazione (7) comprendendo un motore elettrico (8).
3. 3. Forno in accordo con la rivendicazione 1 o 2, in cui detta unità interna (4) comprende un crogiolo (12) delimitante detta camera di fusione (5) e definente detta bocca (11) di carico e scarico, detto crogiolo (12) essendo realizzato almeno parzialmente in materiale idoneo ad un riscaldamento ad induzione operato da detto gruppo termico induttivo (3); detto crogiolo (12) essendo girevolmente solidale ad un albero di rotazione (8) girevole attorno a detto asse di rotazione (Z).
4. 4. Forno in accordo con la rivendicazione 3, in cui detta unità interna (4) comprende inoltre un corpo di contenimento esterno (16) realizzato in un materiale termicamente isolante, preferibilmente materiale refrattario, atto ad isolare termicamente detto crogiolo (12) da detto gruppo termico induttivo (3).
5. 5. Forno in accordo con la rivendicazione 4, in cui detta unità interna (4) comprende inoltre una guaina di rivestimento (17) disposta esternamente al corpo di contenimento esterno (16) e realizzata in un materiale metallico, preferibilmente in titanio, detta guaina di rivestimento (17) presentando una fessura longitudinale atta a limitare un’interazione elettromagnetica tra detta guaina di rivestimento (17) e detto gruppo termico induttivo (3).
6. 6. Forno in accordo con una o più delle precedenti rivendicazioni da 3 a 5, in cui detta unità interna (4) presenta inferiormente una porzione conformata a tazza (13), girevolmente solidale a detto albero di rotazione (9) girevole e supportante detto crogiolo (12) mediante interposizione di un distanziale termicamente isolante (14) preferibilmente ceramico, preferibilmente detto corpo di contenimento esterno (16) in materiale termicamente isolante e/o detta guaina di rivestimento (17) presentando anch’esse forma a tazza.
7. 7. Forno in accordo con la rivendicazione 2, in cui detti mezzi di rotazione (7) sono montati in modo sospeso su una superficie inferiore di detta unità esterna (2).
8. 8. Forno in accordo con una o più delle rivendicazioni precedenti, comprendente una pluralità di rulli di guida (10), realizzati preferibilmente in materiale ceramico, montati sull’unità esterna (2) ed impegnati in rotolamento su una superficie cilindrica esterna (4b) dell’unità interna (4) in prossimità di detta bocca (11) di carico e scarico.
9. 9. Forno in accordo con una o più delle rivendicazioni precedenti, comprendente almeno un rullo di blocco assiale (23), realizzato preferibilmente in materiale ceramico, montato sull’unità esterna (2) ed impegnato in rotolamento su una superficie anulare frontale dell’unità interna (4) in prossimità di detta bocca (11) di carico e scarico.
10. 10. Forno in accordo con una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui l’unità esterna (2) comprende mezzi di isolamento elettromagnetico (18) atti a limitare una interazione elettromagnetica tra il gruppo termico induttivo (3) ed un ambiente esterno, detti mezzi di isolamento elettromagnetico comprendendo una gabbia di Faraday (19) e/o uno strato realizzato in materiale diamagnetico (20) sviluppantesi all’esterno di detto gruppo termico induttivo (3).