IT202000007111A1 - Fornace per la fusione di materiale vetrificabile - Google Patents

Fornace per la fusione di materiale vetrificabile Download PDF

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furnace
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Stefano Sboarina
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Comb Consulting Italy S R L
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Description

DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad una fornace per la fusione di materiale vetrificabile.
Sono note sul mercato fornaci destinate a fondere materiale vetrificabile.
Tali fornaci devono raggiungere temperature comprese tra 1200?C e 1600?C per poter eseguire una corretta e completa fusione del materiale vetrificabile la cui composizione pu? di volta in volta variare.
Per limitare la temperatura a cui sono esposte le pareti della fornace pu? essere previsto un sistema di raffreddamento ad acqua delle pareti.
Il materiale vetrificabile fuso, quando viene a contatto con le pareti raffreddate, solidifica formando una crosta di materiale devetrificato che protegge le pareti stesse.
Questa crosta protettiva deve avere delle adeguate caratteristiche di spessore, resistenza meccanica e capacit? di adesione alle pareti per isolare termicamente le pareti senza rompersi e/o distaccarsi da esse.
Un eventuale danneggiamento della crosta protettiva potrebbe lasciare le pareti esposte all?erosione ad opera del materiale fuso ed avrebbe anche delle ricadute negative sull? efficienza energetica dell'intero processo di fusione.
Infatti le parti di crosta che si distaccano e ricadono nel bagno di fusione vengono rifuse assorbendo energia termica che abbassa la temperatura della massa fusa.
Una modifica della temperatura del bagno di fusione innesca una fluttuazione dei parametri del processo di fusione che comporta necessariamente un deterioramento dell?efficienza sia in termini produttivi sia in termini energetici.
Compito tecnico che si propone la presente invenzione ?, pertanto, quello di realizzare una fornace per la fusione di materiale vetrificabile che consenta di eliminare gli inconvenienti tecnici lamentati della tecnica nota.
Nell?ambito di questo compito tecnico uno scopo dell? invenzione ? quello di realizzare una fornace per la fusione di materiale vetrificabile che ottimizzi le prestazioni in termini sia di produttivit? sia di efficienza energetica.
Un altro scopo dell? invenzione ? quello di realizzare una fornace per la fusione di materiale vetrificabile che garantisca una protezione uniforme e duratura delle pareti dal punto di vista termico e meccanico.
Un altro scopo dell?invenzione ? quello di realizzare una fornace per la fusione di materiale vetrificabile che consenta di mantenere stabili i parametri del processo di fusione.
Un altro scopo dell?invenzione ? quello di realizzare una fornace per la fusione di materiale vetrificabile economica e facile da costruire.
Il compito tecnico, nonch? questi ed altri scopi, secondo la presente invenzione vengono raggiunti realizzando una fornace per la fusione di materiale vetrificabile, comprendente delle pareti metalliche di delimitazione di una vasca di fusione ed un sistema di raffreddamento ad acqua delle pareti, dette pareti presentando mezzi di ancoraggio di materiale devetrificato, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di ancoraggio comprendono steli di ancoraggio che aggettano in direzione longitudinale verso l' interno di detta vasca di fusione.
Ci? significa che gli steli di ancoraggio nella loro direzione di estensione principale si prolungano verso l interno della vasca di fusione allontanandosi dalle pareti della vasca di fusione.
In un modo di realizzazione dell? invenzione detti steli di ancoraggio sono metallici.
In un modo di realizzazione dell?invenzione detti steli di ancoraggio si prolungano in direzione longitudinale ortogonalmente da dette pareti.
In un modo di realizzazione dell?invenzione detti steli di ancoraggio sono distribuiti uniformemente su dette pareti.
In un modo di realizzazione dell?invenzione detti steli di ancoraggio sono distribuiti a passo costante in una pluralit? di file. In un modo di realizzazione dell?invenzione detti steli di ancoraggio presentano una superficie scanalata.
In un modo di realizzazione dell?invenzione dette pareti comprendono ciascuna un pannello metallico interno affacciato alla vasca di fusione ed un pannello metallico esterno da parte opposta alla vasca di fusione, detti pannello interno ed esterno essendo separati da una intercapedine di circolazione di acqua di raffreddamento.
In un modo di realizzazione dell?invenzione detti steli di ancoraggio si prolungano all? interno di detta intercapedine.
In un modo di realizzazione dell?invenzione detti steli di ancoraggio si prolungano attraverso detta intercapedine e attraverso detto pannello esterno.
In un modo di realizzazione dell?invenzione detti steli di ancoraggio sono steli di bulloni.
In un modo di realizzazione dell?invenzione detti steli di ancoraggio sono steli di bulloni di serraggio tra detto pannello interno e detto pannello esterno.
In un modo di realizzazione dell?invenzione detti steli di ancoraggio presentano una testa allargata di fissaggio a detto pannello interno.
In un modo di realizzazione dell? invenzione detta testa allargata di fissaggio ? saldata a detto pannello interno.
In un modo di realizzazione dell?invenzione sul lato del detto pannello interno rivolto verso detta vasca di fusione ? posizionato uno strato di rivestimento in fibra ceramica.
In un modo di realizzazione dell?invenzione su detto strato di rivestimento in fibra ceramica ? posizionato uno strato di rivestimento in calcestruzzo refrattario.
Le pareti di delimitazione della vasca di fusione presentanti gli steli di ancoraggio possono essere verticali e/o inclinate.
L?impiego di steli di ancoraggio per trattenere il materiale vetrificabile devetrificato presenta numerosi vantaggi.
Essi permettono di creare una crosta di rivestimento protettiva della vasca di fusione in materiale vetrificabile devetrificato che, essendo termicamente isolante, impedisce la dispersione del calore e favorisce la fase di avvio della fornace che ? di solito molto delicata.
La crosta di rivestimento protegge le pareti della vasca di fusione dalle temperature eccessive e la limitazione delle temperature favorisce l?attecchimento del materiale vetrificabile che devetrifica. Gli steli di ancoraggio infatti, essendo preferibilmente in materiale metallico, vantaggiosamente smaltiscono velocemente l?energia termica dalla crosta di rivestimento verso le pareti dove viene prontamente asportata dall?acqua di raffreddamento.
Non si instaurano pertanto gradienti e/o picchi di temperatura estremamente elevati nella crosta di rivestimento che vantaggiosamente pu? rimanere pi? a lungo integra ed adesa correttamente alle pareti.
Le superfici di scambio termico degli steli di ancoraggio con le pareti raffreddate ad acqua sono sempre molto ampie, anche nelle zone di unione alle pareti, ed in alcune soluzioni si pu? addirittura prevedere di prolungare gli steli di ancoraggio fino al contatto diretto con l?acqua di raffreddamento.
Gli steli di ancoraggio che si prolungano all? interno delle intercapedini delle pareti dove scorre l?acqua di raffreddamento favoriscono in modo sinergico lo smaltimento dell?energia termica in quanto creano una turbolenza nel moto d?acqua di raffreddamento che migliora il coefficiente di scambio termico. Gli steli di ancoraggio possono essere costituiti dagli steli di bulloni comunemente reperibili in commercio, che presentano una elevata superficie di ancoraggio e di scambio termico e possono essere impiegati anche per serrare tra di loro i pannelli che formano le pareti della vasca di fusione.
Gli steli di ancoraggio si possono estendere per una lunghezza desiderata all?intemo della vasca di fusione per consentire la formazione di una crosta protettiva uniforme e compatta con lo spessore voluto.
Gli steli di ancoraggio sono estremamente facili da installare e possono essere versatilmente applicati a pareti di varia conformazione e orientamento.
Le caratteristiche del rivestimento protettivo possono essere ottimizzate scegliendo opportunamente la distribuzione spaziale degli steli di ancoraggio, la loro densit? spaziale, la loro lunghezza e/o diametro, e il loro materiale costitutivo.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell?invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita ma non esclusiva della fornace per la fusione di materiale vetrificabile secondo il trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo nei disegni allegati, in cui:
la figura 1 mostra schematicamente un modo esemplificativo di realizzazione della fornace, in sezione verticale;
la figura 2 mostra una vista in alzato laterale di una parete verticale della fornace con una possibile distribuzione degli steli di ancoraggio sulla parete;
la figura 3 mostra una vista in alzato laterale di una parete verticale della fornace con un?altra possibile distribuzione degli steli di ancoraggio sulla parete;
la figura 4 mostra una vista dall?alto di una parete verticale della vasca di fusione sezionata orizzontalmente di una fornace secondo l?invenzione, conforme ad un primo modo di realizzazione dei mezzi di ancoraggio;
la figura 5 mostra una vista dall?alto di una parete verticale della vasca di fusione sezionata orizzontalmente di una fornace secondo l?invenzione, conforme ad una seconda realizzazione dei mezzi di ancoraggio;
la figura 6 mostra una vista dall?alto di una parete verticale della vasca di fusione sezionata orizzontalmente di una fornace secondo l?invenzione, conforme ad una terza realizzazione dei mezzi di ancoraggio;
la figura 7 mostra una variante della soluzione illustrata in figura 6 dove, sul lato del pannello interno rivolto verso la vasca di fusione, ? stato aggiunto uno strato di fibra ceramica; e
la figura 8 mostra una variante della soluzione illustrata in figura 6 dove, sul lato del pannello interno rivolto verso la vasca di fusione, ? stato aggiunto uno strato di fibra ceramica ricoperto a sua volta uno strato di calcestruzzo refrattario.
Parti equivalenti nella varie forme realizzative verranno indicate con lo stesso riferimento numerico.
Con riferimento alle figure citate, viene mostrata una fornace per la fusione di materiale vetrificabile indicata complessivamente con il numero di riferimento 1.
La fornace 1 presenta delle pareti metalliche 2i, 2ii, 2iii, 2iv, 2v di delimitazione di una vasca di fusione 3.
La vasca di fusione 3 ? in particolare delimitata da una parete di fondo orizzontale 2i, da pareti laterali verticali 2ii e 2iii e da pareti laterali inclinate 2iv e 2v.
Il numero, la configurazione e la disposizione delle pareti pu? comunque essere diverso da quelli qui illustrati solo a titolo di esempio.
In particolare in figura 1 sono indicate solo due delle quattro pareti verticali che parallele a coppie che delimitano la vasca di fusione 3. Superiormente la vasca di fusione 3 comunica con un camino 4 di smaltimento dei gas di combustione.
La fornace 1 presenta un sistema di raffreddamento ad acqua delle pareti 2i, 2ii, 2iii, 2iv e 2v di delimitazione della vasca di fusione 3, ed eventualmente anche di parte o tutte le pareti che formano il camino 4.
Il sistema di raffreddamento ad acqua comprende un circuito di acqua in pressione che circola attraverso una intercapedine 7 interna alle pareti 2i, 2ii, 2iii, 2iv e 2v di delimitazione della vasca di fusione 3.
Le pareti 2i, 2ii, 2iii, 2iv e 2v di delimitazione della vasca di fusione 3 in particolare sono formate ciascuna da un pannello interno 5 affacciato al materiale fuso presente nella vasca di fusione 3 ed un pannello esterno 6 posizionato da parte opposta al materiale fuso presente nella vasca di fusione 3.
Il pannello interno 5 ed il pannello esterno 6 delimitano l?intercapedine 7 di circolazione di acqua di raffreddamento.
I pannelli 5, 6 sono preferibilmente piani e preferibilmente metallici, in particolare in acciaio.
L?intercapedine 4 presenta preferibilmente dei setti 8 che oltre a distanziare i pannelli 5, 6 guidano l?acqua di raffreddamento lungo un percorso obbligato.
Bench? nel caso illustrato siano previsti bruciatori (non mostrati) installati dal basso della vasca di fusione 3, in altre soluzioni i bruciatori possono essere installati da un lato della vasca di fusione 3 o dall?alto della vasca di fusione 3.
Le pareti 2i, 2ii, 2iii, 2iv e 2v che delimitano inferiormente, lateralmente e superiormente la vasca di fusione 3 presentano mezzi di ancoraggio di materiale devetrificato opportunamente configurati per creare una crosta protettiva 10 di materiale vetrificabile de vetrificato.
Vantaggiosamente i mezzi di ancoraggio comprendono steli di ancoraggio 9 che aggettano in direzione longitudinale verso Tintemo della vasca di fusione 3.
Gli steli di ancoraggio 9 sono preferibilmente metallici, in particolare in acciaio.
Gli steli di ancoraggio 9 si prolungano in direzione longitudinale ortogonalmente dalle pareti 2i, 2ii, 2iii, 2iv e 2v.
Nel caso mostrato sono previste una parete orizzontale di fondo 2i di delimitazione del fondo della vasca di fusione 3, presentante steli di ancoraggio 9 verticali, pareti piane verticali 2ii, 2iii di delimitazione laterale della vasca di fusione 3, presentanti steli di ancoraggio 9 orizzontali, e pareti piane inclinate verso l?alto 2iv, 2v di delimitazione superiore della vasca di fusione 3 presentanti steli di ancoraggio 9 inclinati verso il basso.
Gli steli di ancoraggio 9 sono preferibilmente sempre ortogonali alle pareti 2i, 2ii, 2iii, 2iv e 2v su cui sono montati.
Gli steli di ancoraggio 9 sono distribuiti uniformemente su dette pareti 2i, 2ii, 2iii, 2iv e 2v.
Gli steli di ancoraggio 9 sono distribuiti preferibilmente in una pluralit? di file orizzontali equidistanti.
In ciascuna fila orizzontale gli steli di ancoraggio 9 possono essere posizionati a passo di distanziamento costante.
Tutte le file possono presentare lo stesso passo di distanziamento tra gli steli di ancoraggio 9.
In una soluzione per le pareti verticali e inclinate 2ii, 2iii, 2iv e 2v gli steli di ancoraggio 9 in posizione omologa delle varie file orizzontali possono essere allineati verticalmente, come mostrato in figura 2.
In una soluzione gli steli di ancoraggio 9 in posizione omologa delle varie file orizzontali possono essere sfalsati di mezzo passo, come mostrato in figura 3.
Gli steli di ancoraggio 9 presentano una scanalatura, preferibilmente elicoidale, che aumenta la superficie di ancoraggio e scambio termico.
Vantaggiosamente gli steli di ancoraggio 9 possono essere gli steli di bulloni 11, particolarmente bulloni comunemente reperibili in commercio.
Con riferimento alla soluzione illustrata in figura 4, gli steli di ancoraggio 9 si prolungano all? interno dell? intercapedine 7 e attraversano sia l?intercapedine 7 sia il pannello esterno 6.
In questo caso gli steli di ancoraggio 9 possono essere gli steli di bulloni 11 di serraggio tra il pannello interno 5 ed il pannello esterno 6.
Come si vede a titolo di esempio il bullone 11 ha uno stelo 9 disposto attraverso due fori allineati del pannello interno 5 e del pannello esterno 6.
La testa allargata 12 del bullone 11 ? posizionata all?intemo della vasca di fusione 3 mentre un dado 13 di serraggio del bullone 11 ? posizionato in battuta contro la superficie esterna del pannello esterno 6.
Il dado di serraggio 13 e il tratto longitudinale dello stelo 9 che da esso fuoriesce proiettandosi verso l?interno della vasca di fusione 3 cooperano per definire la superficie di ancoraggio per il materiale vetrificabile de vetrificato.
In questa soluzione l?energia termica da smaltire verso l?acqua di raffreddamento viene efficientemente trasferita attraverso le saldature e l?ampia sezione trasversale termicamente conduttiva dello stelo di ancoraggio 9 che a sua volta, con il suo tratto che si sviluppa all?interno all?intercapedine 7, genera una turbolenza nel flusso di acqua che migliora il coefficiente di scambio termico. Con riferimento alla soluzione illustrata in figura 5, gli steli di ancoraggio 9 si prolungano all?intemo dell?intercapedine 7 senza attraversarla completamente.
In questo caso gli steli di ancoraggio 9 possono essere gli steli di bulloni 11.
In questo caso per? i bulloni 1 1 non sono preposti al serraggio tra il pannello interno 5 ed il pannello esterno 6.
Come si vede a titolo di esempio il bullone 11 ha uno stelo 9 disposto attraverso un foro del pannello interno 5.
In questo caso lo stelo 9 ? saldato al foro del pannello interno 5 in cui ? inserito.
La testa allargata 12 del bullone 11 ? posizionata aH?intemo della vasca di fusione 3 a distanza dal pannello interno 5.
La testa allargata 12 del bullone 11 e il tratto longitudinale dello stelo 9 che distanzia la testa allargata 12 del bullone 11 dal pannello interno 5 cooperano per definire la superficie di ancoraggio per il materiale vetrificabile devetrificato.
Anche in questa soluzione l?energia termica da smaltire verso l?acqua di raffreddamento viene efficientemente trasferita lo stelo 9 oltre che attraverso la saldatura dei bulloni 11 al pannello interno 5 anche attraverso l?ampia sezione trasversale termicamente conduttiva dello stelo di ancoraggio 9 che a sua volta, con il suo tratto che si sviluppa all?intemo all? intercapedine 7, genera una turbolenza nel flusso di acqua che migliora il coefficiente di scambio termico aumentando il numero di Reynolds.
La soluzione illustrata in figure 6, 7 e 8 ? estremamente semplice perch? pu? essere implementata su qualunque tipo di parete raffreddata ad acqua senza doverla minimamente adattare.
In questo caso i mezzi di ancoraggio sono totalmente esterni alla parete 2i, 2ii, 2iii, 2iv, 2v.
Anche in questo caso gli steli di ancoraggio 9 possono essere gli steli di bulloni 11.
In questo caso la testa allargata 12 del bullone 11 ? fissata, ad esempio saldata, alla superficie interna del pannello interno 5 e lo stelo 9 si prolunga integralmente verso l' interno della vasca di fusione 3.
Anche in questa soluzione l?energia termica da smaltire verso l?acqua di raffreddamento viene efficientemente trasferita al pannello interno 5 attraverso l?ampia sezione trasversale termicamente conduttiva dello stelo di ancoraggio 9 e dalla saldatura con cui la testa 12 dei bulloni 11 ? fissata alla superficie del pannello interno 5.
In figura 6 tutte le parti del bullone 11, vale a dire sia la testa allargata 12 sia lo stelo 9, cooperano per definire la superficie di ancoraggio per il materiale vetrificabile devetrificato.
La soluzione illustrata in figura 7 differisce da quella illustrata in figura 6 solo per il fatto che, per migliorare l?isolamento termico, sul lato del pannello interno 5 rivolto verso la vasca di fusione 3 ? posizionato uno strato di rivestimento in fibra ceramica 14.
Lo strato di rivestimento in fibra ceramica 14 ricopre la testa dei bulloni 11 lasciando scoperto lo stelo 9 almeno per la maggior parte della sua lunghezza.
La soluzione illustrata in figura 8 differisce da quella illustrata in figura 7 solo per il fatto che, per migliorare ulteriormente l?isolamento termico, sullo strato di rivestimento in fibra ceramica 14 ? posizionato uno strato di rivestimento in calcestruzzo refrattario 15.
Lo strato di rivestimento in calcestruzzo refrattario 15 lasciando scoperto lo stelo 9 almeno per una parte della sua lunghezza.
La fornace per la fusione di materiale vetrificabile cos? concepita ? suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell?ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti.
In pratica i materiali utilizzati, nonch? le dimensioni, potranno essere qualsiasi a secondo delle esigenze e dello stato della tecnica.

Claims (1)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Fornace (1) per la fusione di materiale vetrificabile, comprendente delle pareti metalliche (2i, 2ii, 2iii, 2iv, 2v) di delimitazione di una vasca di fusione (3) ed un sistema di raffreddamento ad acqua delle pareti (2i, 2ii, 2iii, 2iv, 2v), dette pareti (2i, 2ii, 2iii, 2iv, 2v) presentando mezzi di ancoraggio di materiale devetrificato, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di ancoraggio comprendono steli di ancoraggio (9) che aggettano in direzione longitudinale verso l?interno di detta vasca di fusione (3). 2.Fomace (1) per la fusione di materiale vetrificabile secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che detti steli di ancoraggio (9) sono metallici. 3. Fornace (1) per la fusione di materiale vetrificabile secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che detti steli di ancoraggio (9) si prolungano in direzione longitudinale ortogonalmente da dette pareti (2i, 2ii, 2iii, 2iv, 2v). 4.Fomace (1) per la fusione di materiale vetrificabile secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che detti steli di ancoraggio (9) sono distribuiti uniformemente su dette pareti (2i, 2ii, 2iii, 2iv, 2v). 5. Fornace (1) per la fusione di materiale vetrificabile secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che detti steli di ancoraggio (9) sono distribuiti a passo costante in una pluralit? di file. 6.Fomace (1) per la fusione di materiale vetrificabile secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che detti steli di ancoraggio (9) presentano una superficie scanalata. 7. Fornace (1) per la fusione di materiale vetrificabile secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che dette pareti (2i, 2ii, 2iii, 2iv, 2v) comprendono ciascuna un pannello metallico interno (5) affacciato alla vasca di fusione (3) ed un pannello metallico esterno (6) posizionato da parte opposta alla vasca di fusione (3), detto pannello interno (5) e detto pannello esterno (6) essendo separati da una intercapedine (7) di circolazione di acqua di raffreddamento. 8. Fornace (1) per la fusione di materiale vetrificabile secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detti steli di ancoraggio (9) si prolungano all? interno di detta intercapedine (7). 9. Fornace (1) per la fusione di materiale vetrificabile secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che detti steli di ancoraggio (9) si prolungano attraverso detta intercapedine (7) e attraverso detto pannello esterno (6). 10. Fornace (1) per la fusione di materiale vetrificabile secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che detti steli di ancoraggio (9) sono steli di bulloni (11). 11. Fornace (1) per la fusione di materiale vetrificabile secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che detti bulloni (11) serrano tra loro detto pannello interno (5) e detto pannello esterno (6). 12. Fornace (1) per la fusione di materiale vetrificabile secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detti steli di ancoraggio (9) presentano una testa allargata (12) di fissaggio a detto pannello interno (5). 13. Fornace (1) per la fusione di materiale vetrificabile secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che detta testa allargata di fissaggio (12) ? saldata a detto pannello interno (5). 14. Fornace (1) per la fusione di materiale vetrificabile secondo una qualunque rivendicazione 12 e 13, caratterizzata dal fatto che sul lato del detto pannello interno (5) rivolto verso detta vasca di fusione (3) ? posizionato uno strato di rivestimento (14) in fibra ceramica. 15. Fornace (1) per la fusione di materiale vetrificabile secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che su detto strato di rivestimento in fibra ceramica (14) ? posizionato uno strato di rivestimento in calcestruzzo refrattario (15).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2019122614A1 (fr) * 2017-12-21 2019-06-27 Saint-Gobain Isover Four a bruleur immerge a paroi auto-creuset
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