IT202000013285A1 - Procedimento e apparato per il riscaldo di prodotti siderurgici - Google Patents

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"PROCEDIMENTO E APPARATO PER IL RISCALDO DI PRODOTTI SIDERURGICI"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Il presente trovato si riferisce a un procedimento e ad un apparato per la produzione di prodotti siderurgici, in particolare per eseguire un trattamento termico di riscaldo di prodotti, in genere ma non solo semilavorati, in acciaio.

I prodotti in acciaio a cui il trovato si riferisce possono essere sia prodotti piani che prodotti lunghi.

Per prodotti lunghi si intendono in generale billette o blumi destinati alla produzione di barre, tondini, profili e tubi di acciaio.

Per prodotti siderurgici si intendono prodotti metallici o non metallici, ad esempio leghe. Il trovato permette di ridurre al minimo, se non eliminare, il contenuto di scaglia presente sui prodotti all? uscita del forno, in una condizione sostanziale di ?scale free?.

STATO DELLA TECNICA

Gli impianti di laminazione utilizzati in ambito siderurgico sono tradizionalmente associati a forni di riscaldo il cui ruolo ? di innalzare la temperatura dei semiprodotti, ad esempio provenienti da colata continua, fino a un valore predefinito e idoneo alla deformazione plastica, per essere avviati ad esempio a laminazione. Tali semiprodotti possono essere prodotti piani, quali bramme, oppure prodotti lunghi come ad esempio billette o blumi.

Per far raggiungere rapidamente ai prodotti siderurgici le temperature idonee alla deformazione plastica possono essere applicate differenti metodologie di riscaldo basate su altrettanti differenti principi fisici. Tra di essi le pi? comuni sono convezione, irraggiamento e induzione.

La convezione ? un fenomeno di scambio termico in cui il flusso di calore ? scambiato tramite un fluido di riscaldo che lambisce il prodotto. Il flusso di calore ? direttamente proporzionale alla differenza di temperatura, o delta di temperatura, tra il mezzo scaldante e la superficie del prodotto siderurgico.

L?irraggiamento prevede invece che il flusso di calore venga scambiato non per contatto ma per radiazione fra una superficie calda e la superf?cie del prodotto siderurgico da riscaldare. Il flusso di calore ? direttamente proporzionale a un delta di temperatura tra la superf?cie irraggiante (calda) e la superficie del prodotto metallico, ma nel quale delta le temperature sono entrambe elevate alla quarta potenza, secondo la legge di Stefan-Boltzman.

L?induzione consiste nella generazione di correnti interne al prodotto stesso, indotte da un campo magnetico in cui esso ? immerso. Tali correnti interne favoriscono il riscaldo del prodotto.

Per esigenze di produttivit?, dei fenomeni di scambio termico coinvolti e delle potenze elettriche in gioco, ? irraggiamento ? il principio fisico maggiormente utilizzato in campo industriale.

Il riscaldo per irraggiamento ? ottenuto grazie a superfici tenute molto calde mediante resistenze elettriche, oppure da fiamme che operano la combustione di un combustibile in presenza di un comburente. I prodotti della combustione, che solitamente sono CO, CO2, H2, H2O, O2 ed eventuali impurezze presenti nel combustibile stesso, hanno un contenuto entalpico talmente elevato da costituire un mezzo ?irraggiante? verso una superficie fredda.

Sul principio dell? irraggiamento si innestano due metodologie applicative distinte: l?irraggiamento a combustione diretta, nel quale il contatto tra i prodotti della combustione e la superficie dei prodotti ? consentito; e l?irraggiamento a combustione indiretta, nel quale il suddetto contatto tra i prodotti della combustione e la superficie dei prodotti ? invece impedito.

Tra le tipologie note di forni di riscaldo le pi? diffuse sono quelle ad irraggiamento a combustione diretta e di tipo continuo; in tali forni i prodotti sono fatti transitare all?interno di un ambiente quasi perfettamente chiuso in modo da consentire un loro riscaldamento continuo.

Tale tipologia di forni ? diffusa perch? permette di raggiungere la migliore produttivit?, rispetto ad altre tipologie di forni, e consente una produzione massiva.

Tipicamente, un forno di riscaldo comprende, in successione, nel senso di avanzamento dei semiprodotti, una zona iniziale di pre-riscaldo, una zona intermedia di riscaldo e una zona di mantenimento a temperatura. La zona di pre-riscaldo pu? essere estesa su circa la met? della lunghezza tra il punto di ingresso e il punto di uscita dal forno. La temperatura all?interno del forno, generalmente superiore a 700?C, ? crescente tra l?ingresso e l?uscita del forno.

La fig. 1 mostra un grafico di un esempio di andamento della temperatura di una billetta in un forno. Nell?esempio illustrato, il forno ha una lunghezza di 20 metri. La curva T1 indica la temperatura impostata all?interno del forno, mentre le curve T2, T3 e T4 rappresentano, rispettivamente, la temperatura interna di una billetta, presa in un punto vicino al cuore (asse), la temperatura esterna della billetta, presa in un punto vicino alla superficie superiore o inferiore, e la temperatura media della billetta. La curva D rappresenta la differenza di temperatura tra l?esterno e il cuore della billetta.

Come si vede, la temperatura del forno parte da poco pi? di 700?C in corrispondenza dell?ingresso del forno ed aumenta gradualmente fino a circa la met? del forno. Da l? fino alla zona di uscita (a destra sul grafico) la temperatura rimane elevata ma a un valore sostanzialmente costante, con una variazione minima. Nel frattempo la differenza di temperatura tra il cuore e l?esterno della billetta diminuisce progressivamente, fino a raggiungere un valore praticamente nullo (curva D).

Un inconveniente dei forni di riscaldo termico noti sta nella formazione, sulla superficie dei prodotti, di uno strato superficiale di materiale indesiderato comunemente chiamato scaglia, o calamina.

La scaglia si compone di ossidi di ferro di composizione chimica variabile, tipicamente comprendente FeO, Fe3O4 e Fe2O3. La loro formazione deriva dalla messa in contatto delle superfici dei prodotti con i prodotti della combustione di un combustibile.

L?insorgenza della scaglia si verifica in particolare per via della permanenza di billette o blumi di acciaio in un ambiente ossidante e a temperatura elevata. Si ? infatti verificato che la sua formazione aumenta in modo esponenziale con il tempo di permanenza delle billette in tali condizioni.

La formazione di uno strato superficiale di scaglia ? problematica in quanto costituisce una fonte di difetti superficiali che vengono laminati, oltre che una perdita economica non trascurabile.

Per evitare che nel prodotto metallico si determinino difetti superficiali, si prevede generalmente di rimuovere lo strato di scaglia usando discagliatori ad acqua, che lavorano ad alta pressione, oppure sistemi di spazzolatura. La scaglia rimossa finisce tra i prodotti di scarto, il che determina una perdita di materiale che implica a sua volta una riduzione del peso dei semiprodotti, a svantaggio della cosiddetta ?messa a mille?, ovvero della resa di un?operazione di trasformazione o lavorazione dell?acciaio.

Esiste pertanto la necessit? di perfezionare un procedimento per il riscaldo di semilavorati metallici, e un relativo apparato, che possano superare almeno uno degli inconvenienti della tecnica.

In particolare, uno scopo del presente trovato ? quello di mettere a punto un procedimento per il riscaldo di prodotti siderurgici, ad esempio ma non solo in acciaio, che consenta di ridurre drasticamente la formazione di scaglia sulla superficie dei prodotti in acciaio, riducendola almeno del 50% fino a valori trascurabili (?scale free?).

Un ulteriore scopo del presente trovato ? quello di mettere a punto un procedimento per il riscaldo che permetta di realizzare una produzione massiva di prodotti di acciaio.

Un ulteriore scopo ? quello di realizzare un apparato che permetta di attuare il suddetto procedimento.

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato ? espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni indipendenti. Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell?idea di soluzione principale.

In accordo con i suddetti scopi, si descrivono nel seguito un procedimento e un apparato per il riscaldo termico di prodotti siderurgici, ad esempio semilavorati, metallici e non metallici.

In accordo con forme di realizzazione, il procedimento per il riscaldo termico prevede di controllare/regolare l?atmosfera interna del forno in modo da ridurre la quantit? di ossigeno presente nelle varie zone del forno.

Il procedimento prevede inoltre, vantaggiosamente, di alimentare almeno un prodotto, ad esempio semilavorato, siderurgico attraverso un apparato di riscaldo termico, e di controllare/regolare, durante la rampa di riscaldo dei prodotti da riscaldare, il livello di ossigeno nell?atmosfera all? interno dell?apparato. Preferibilmente, il prodotto siderurgico ? alimentato lungo un percorso di alimentazione che si estende tra un?estremit? di ingresso e un?estremit? di uscita.

Vantaggiosamente, il procedimento prevede, almeno durante la rampa di riscaldo dei pezzi da riscaldare, di alimentare un combustibile ed un comburente comprendente ossigeno all?interno dell?apparato, e di realizzare la combustione del combustibile e del comburente tramite una pluralit? di bruciatori disposti all?interno dell?apparato.

Secondo forme di realizzazione, in almeno una zona dell?apparato, il comburente ? alimentato in maniera tale per cui l?ossigeno risulta in proporzione stechiometrica o sub-stechiometrica rispetto al combustibile.

Per quantit? di ossigeno sub-stechiometrica si intende una quantit? inferiore a quella strettamente necessaria per ottenere una combustione completa. In tal modo si limita o addirittura azzera la presenza di ossigeno residuo durante la combustione, in corrispondenza della suddetta zona dell? interno dell?apparato.

Preferenzialmente, all?interno dell?apparato sono definite, in successione lungo la direzione di alimentazione dei prodotti, almeno una prima parte e una seconda parte, in cui la temperatura della seconda parte ? maggiore della temperatura della prima parte. ? vantaggioso, secondo il trovato, che l?alimentazione del comburente con quantit? di ossigeno stechiometrica o sub-stechiometrica avvenga in corrispondenza della seconda parte.

Preferibilmente, il procedimento prevede anche di monitorare la quantit? di ossigeno presente all? interno dell?apparato.

In accordo con forme di realizzazione, il procedimento prevede di eseguire, nella prima parte dell?apparato, la combustione dei residui di combustibili non consumati nella seconda parte.

Vantaggiosamente, i prodotti siderurgici alimentati all? interno dell?apparato hanno una dimensione laterale variabile da 100 a 250 mm. Pi? vantaggiosamente, la dimensione laterale ? maggiore di 190 mm. I suddetti prodotti hanno preferibilmente una sezione tonda o quadrata.

Secondo un aspetto del trovato, l?apparato per il riscaldo termico di prodotti siderurgici comprende un percorso di alimentazione prodotti che si estende tra un?estremit? di ingresso e un?estremit? di uscita, mezzi di alimentazione di un combustibile, mezzi di alimentazione di un comburente, e bruciatori atti ad attuare la reazione di combustione del combustibile e del comburente. Vantaggiosamente, i mezzi di alimentazione di comburente e i mezzi di alimentazione di combustibile sono configurati per alimentare il comburente e il combustibile in modo che l?ossigeno risulti in proporzione sub-stechiometrica o stechiometrica rispetto al combustibile in almeno una parte dell?apparato.

Preferenzialmente, l?apparato comprende un forno diviso nel suo interno in una prima parte e una seconda parte disposte in successione lungo il percorso di alimentazione dei prodotti siderurgici. Pi? preferenzialmente, i mezzi di alimentazione di comburente e i mezzi di alimentazione di combustibile sono configurati per alimentare il comburente e il combustibile in modo che l?ossigeno risulti in proporzione sub-stechiometrica o stechiometrica rispetto al combustibile in corrispondenza della seconda parte.

Secondo forme di realizzazione, la prima parte e la seconda parte sono a loro volta suddivise in due zone.

In particolare, la prima parte comprende una zona di ingresso, o zona di infomamento, che si estende dall?estremit? di ingresso, ed una zona di preriscaldo che si estende dalla fine della zona di ingresso e l?inizio della seconda parte. La seconda parte, a sua volta, ? suddivisa in una zona di riscaldo, consecutiva alla zona di pre-riscaldo, e una zona di equalizzazione, che si estende tra la zona di riscaldo e l?estremit? di uscita.

Secondo forme di realizzazione, l?apparato di riscaldo comprende anche un dispositivo di post-combustione configurato per iniettare comburente all? interno dell?apparato di riscaldo, preferibilmente nella prima parte del forno, dove la temperatura ? pi? bassa. Cos?, il dispositivo di post-combustione permette di completare la reazione chimica di combustione (non portata a termine nella zona di estremit? di equalizzazione) tramite iniezione di comburente (per bruciare combustibile incombusto mescolato ai residui di combustione incompleta proveniente da detta zona) e trasferire i residui di combustione (ora completa) alla prima parte di apparato.

Preferenzialmente, il dispositivo di post-combustione comprende uno o pi? ugelli disposti nella prima parte del forno e configurati per iniettarvi del comburente.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Questi ed altri aspetti, caratteristiche e vantaggi del presente trovato appariranno chiari dalla seguente descrizione di forme di realizzazione, fomite a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:

- la fig. 1 ? un possibile grafico di temperatura di una billetta all? interno di un forno di 20 m di lunghezza;

- la fig. 2 ? una sezione longitudinale di un apparato per il riscaldamento di prodotti siderurgici secondo il trovato;

- la fig. 3 ? una vista schematica in prospettiva dell?apparato di fig. 1; e

- le fig. 4A-D sono viste schematiche di modalit? di alimentazione di billette ad un forno.

Per facilitare la comprensione, numeri di riferimento identici sono stati utilizzati, ove possibile, per identificare elementi comuni identici nelle figure. Va inteso che elementi e caratteristiche di una forma di realizzazione possono essere convenientemente combinati o incorporati in altre forme di realizzazione senza ulteriori precisazioni.

DESCRIZIONE DI FORME DI REALIZZAZIONE

Si far? ora riferimento nel dettaglio alle possibili forme di realizzazione del trovato, delle quali uno o pi? esempi sono illustrati nelle figure allegate a titolo esemplificativo non limitativo. Anche la fraseologia e terminologia qui utilizzata ? a fini esemplificativi non limitativi.

In fig. 2 ? rappresentato un apparato 10 per riscaldare prodotti siderurgici 100 di tipo semiprodotti di colata, tipicamente delle billette di acciaio.

Nel seguito, per semplicit?, si far? riferimento a billette 100, o blumi, quali prodotti trattati all?interno dell?apparato 10, ma tale riferimento ? fatto solo a titolo esemplificativo

L?apparato 10 ? un forno, preferibilmente di tipo a irraggiamento a combustione diretta e con alimentazione continua.

All? interno del forno 10 ? definito un percorso di alimentazione delle billette 100 rettilineo, che si estende tra un?estremit? di ingresso Il e un?estremit? di uscita 12, attraverso le quali le billette entrano ed escono dal forno 10, rispettivamente.

Il percorso di alimentazione ? definito su un piano P orizzontale, posto ad un?altezza intermedia all? interno del forno (fig. 2), preferibilmente circa a meta altezza del forno 10.

Le billette 100 sono disposte in appositi ricevitori 200, comunemente denominati selle, che sono spostati in modo vantaggiosamente continuo tra l?estremit? di ingresso 1 1 e l?estremit? di uscita 12.

Vantaggiosamente, il forno 10 comprende un?apertura di ingresso disposta in corrispondenza dell?estremit? di ingresso 11, pi? preferibilmente in corrispondenza di una sua parete laterale.

Il forno 10 ? delimitato nel suo interno in una prima parte 20 e una seconda parte 30, disposte in questo ordine lungo il percorso di alimentazione. La prima parte 20 inizia dall?estremit? di ingresso 11 ed ? posta a una prima temperatura TI per il pre-riscaldamento delle billette 100, in modo da alzarne la temperatura gradualmente. Per questa ragione la prima parte 20 del forno 10 ? anche denominata zona di pre-riscaldo. Ad esempio, la temperatura T1 nella prima parte 20 varia trai 700 e i 1000-1100?C allincirca, a seconda dell?acciaio da riscaldare.

La seconda parte 30 ? collocata tra la prima parte 20 e l?estremit? di uscita 12, ed ? posta a una seconda temperatura T2 maggiore della prima temperatura T1 (fig. 1). Le temperature T2, tipicamente superiori a 1000?C, sono tali da riscaldare le billette 100 al punto di renderle deformabili plasticamente.

Come si vede dalla fig. 2, la prima parte 20 delimita una zona di ingresso 21, o zona di infornamento, adiacente all?estremit? di ingresso 11 del forno 10. La zona di ingresso 21 ? seguita da una zona di pre-riscaldo 22, anch?essa inclusa nella prima parte 20 del forno 10.

Preferenzialmente, anche la seconda parte 30 ? separata in due zone, una zona di riscaldo 31 , che segue direttamente la zona di pre-riscaldo 22, e una zona di equalizzazione 32 collocata tra la zona di riscaldo 31 e l?estremit? di uscita 12 del forno 10.

Nell?esempio illustrato in fig. 2 e 3, la zona di riscaldo 31 ? suddivisa in una semi-zona superiore di riscaldo 31A e una semi-zona inferiore di riscaldo 31B, posta al di sotto della semi-zona superiore di riscaldo 31 A. Analogamente, la zona di equalizzazione 32 ? suddivisa all?incirca a meta in una semi-zona superiore di equalizzazione 32A e una semi-zona inferiore di equalizzazione 32B.

Tale suddivisione della zona di riscaldo 31 e della zona di equalizzazione 32 ? preferibilmente materializzata dal piano P di alimentazione delle billette 100. Ne consegue che anche la zona di preriscaldo 22 ? suddivisa in una semi-zona superiore di pre-riscaldo 22A e una semi-zona inferiore di pre-riscaldo 22B (fig. 2).

La zona di riscaldo 31 ? posta a una temperatura T2 maggiore della temperatura massima T1 della zona di pre-riscaldo 22, ed ha lo scopo di riscaldare la billetta fino a renderla deformabile, per la successiva laminazione. La zona di equalizzazione 32, con temperatura T2 ancora maggiore rispetto alla zona di riscaldo 31, ha lo scopo di uniformare la temperatura dell? acciaio tra l?interno della billetta e la sua superf?cie.

La temperatura all? interno del forno 10 ? fatta gradualmente e continuamente aumentare lungo il percorso di alimentazione rettilineo, partendo ad esempio da 700? C in corrispondenza dell?estremit? di ingresso 11 per giungere a temperature dell?ordine di 1000?C alla fine della prima parte 20. Nella seconda parte 30 la temperatura T2 ? sostanzialmente mantenuta allo stesso valore alto, oppure leggermente maggiore della temperatura ottenuta alla fine della zona di pre-riscaldo 22, in modo da aumentare la temperatura della billetta, sia in superf?cie, sia nel suo interno. Ad esempio la temperatura T2 nella seconda parte pu? essere dell?ordine di 1100?C.

Va notato che le temperature all?interno del forno 10 sono regolate in modo da non surriscaldare la superf?cie delle billette a scapito dell?omogeneit? pelle-cuore.

Le zone 21, 22, 31, 32 sopra definite hanno vantaggiosamente delle dimensioni e un volume ben noti, il che permette di controllarne efficacemente i parametri fisici durante il funzionamento dell?apparato di riscaldo termico 10, in particolare la temperatura e le concentrazioni di combustibile e di comburente presenti nei loro interni.

Nell?esempio illustrato, la prima parte 20 e la seconda parte 30 hanno lunghezze sostanzialmente uguali. La zona di ingresso 21 ha un?altezza preferibilmente minore dell?altezza delle altre zone 22, 31, 32, che hanno tutte e tre la stessa altezza.

Vantaggiosamente il limite tra la prima parte 20 e la seconda parte 30 ? materializzato da un bordo interno 23 che sporge dalla parete superiore del forno 10. Tale bordo interno 23 superiore pu? avere un?altezza tale per cui la sua estremit? inferiore risulti alla stessa quota della parete superiore nella zona di ingresso 21.

L?apparato 10 comprende anche, nel suo interno, degli organi di combustione 40, o bruciatori, distribuiti tra le diverse zone 21, 22, 31, 32 precedentemente definite. I bruciatori 40 sono collegati a una sorgente di combustibile, ad esempio metano, e una sorgente di comburente che contiene preferibilmente ossigeno, come ad esempio l?aria, tramite opportuni mezzi di alimentazione di combustibile e mezzi di alimentazione di comburente, ad esempio delle tubature.

Nell?esempio illustrato in fig. 2, l?apparato comprende diversi bruciatori 40, detti laterali, disposti nelle pareti laterali dell?apparato 10, e almeno un bruciatore 41 detto frontale, disposto in corrispondenza dell ? estremit? di uscita 12.

Si nota che i bruciatori 40 sono disposti nella zona di pre-riscaldo 22, nella zona di riscaldo 31 e nella zona di equalizzazione 32. A solo titolo esemplificativo, si pu? prevedere che su ciascuna delle pareti laterali del forno vi siano quattro bruciatori 40 nella zona di pre-riscaldo 22 e nella zona di riscaldo 31, e soltanto due bruciatori 40 nella zona di equalizzazione 32.

In quest?ultima zona 32, i bruciatori 40 laterali sono preferibilmente disposti soltanto nella semi-zona inferiore di equalizzazione 32B, per via della presenza dei bruciatori 41 frontali nella semi-zona superiore di equalizzazione 32A.

I bruciatori 40, 41 usati nel forno 10 sono vantaggiosamente atti ad operare in qualsiasi condizione di quantit? di comburente rispetto alla quantit? di combustibile.

In particolare, si definisce un rapporto LAMBDA = Areale/ Ateorica, in cui Areale ? la quantit? di comburente effettivamente erogata, e Ateorica la quantit? di comburente a cui corrisponde il preciso quantitativo di ossigeno necessario e sufficiente a completare le reazioni di combustione coinvolte, che sono:

Se LAMBDA ? pari a 1, la combustione ? realizzata con la precisa quantit? teorica di ossigeno. I bruciatori 40 sono atti ad operare sia con LAMBDA minore di 1 , sia con LAMBDA maggiore di 1.

L?apparato 10 comprende anche mezzi di alimentazione del combustibile, per alimentare il combustibile dalla relativa sorgente ai bruciatori 40, 41, e mezzi di alimentazione del comburente, per alimentare il comburente dalla relativa sorgente ai bruciatori 40, 4L

Preferibilmente i mezzi di alimentazione di comburente e i mezzi di alimentazione di combustibile sono configurati per alimentare il combustibile in eccesso rispetto al comburente in corrispondenza della seconda parte 30. In tal modo si favorisce un consumo completo del comburente, quindi dell?ossigeno, durante la combustione che permette il riscaldamento e il mantenimento a temperatura delle billette, evitando la formazione di scaglia sui prodotti di acciaio (prodotti ?scale free?).

Nel presente trovato, la scaglia viene ridotta almeno del 50% rispetto a soluzioni note, fino anche a valori trascurabili.

Si pu? ad esempio prevedere che i mezzi di alimentazione del comburente e i mezzi di alimentazione del combustibile siano configurati per alimentare il combustibile in eccesso in modo da avere una proporzione sub-stechiometrica di ossigeno nella zona di equalizzazione 32, e da avere una presenza sub-stechiometrica o stechiometrica di ossigeno nella zona di riscaldo 31.

Con proporzione stechiometrica si intende, nell?ambito della presente descrizione, che la quantit? di ossigeno immessa risulta esattamente pari a quella idonea a bruciare la esatta quantit? di combustibile immessa (ci? corrisponde a LAMBDA = 1).

Analogamente, con proporzione sub-stechiometrica si intende che la quantit? di ossigeno immessa ? inferiore alla quantit? necessaria a bruciare la quantit? di combustibile immessa (ci? corrisponde a LAMBDA < 1). In altre parole, quando l?aria ? alimentata in proporzione sub-stechiometrica, la reazione di combustione conduce teoricamente al consumo completo dell?ossigeno mentre il combustibile non ? totalmente consumato.

Al contrario, i mezzi di alimentazione di combustibile e di comburente sono preferibilmente configurati in modo da alimentare il comburente in eccesso (LAMBDA > 1) nella prima parte 20 del forno 10.

? anche vantaggioso prevedere che l?apparato 10 sia dotato di un circuito di iniezione di comburente addizionale, anche chiamato sistema post combustione, configurato per completare la combustione del combustibile trasferito (senza essere combusto) dalla seconda parte 30 del forno 10 (dove il comburente ? alimentato in proporzione substechiometrica) alla prima parte 20 (dove il comburente ? alimentato in eccesso). In tal modo il combustibile in eccesso nella seconda parte 30 viene bruciato nella prima parte 20 e la reazione di combustione utilizzata per trasferire calore ai semi prodotti di acciaio.

Tale provvedimento permette di ottimizzare il consumo di combustibile. Il circuito di post combustione comprende degli ugelli 50 posti nella prima parte 20 del forno 10, ovviamente all?interno di quest?ultimo. Secondo forme di realizzazione, il circuito comprende anche un dispositivo di controllo configurato per controllare che il combustibile sia stato consumato.

In modo vantaggioso si pu? prevedere di disporre gli ugelli 50 sul bordo interno 23 superiore, pi? vantaggiosamente sulla superf?cie del bordo interno 23 superiore rivolta verso la prima parte 20 del forno 10, in modo da iniettarvi direttamente il comburente, pur evitando di iniettarlo nella seconda parte 30 del forno (fig. 2).

Nell?esempio illustrato, il circuito di post combustione ? in grado di operare il consumo di combustibile in eccesso nella semi-zona superiore 22A della zona di pre-riscaldo 22. Per ottimizzare ulteriormente il consumo di combustibile si possono prevedere altri ugelli 50 (non illustrati) disposti nella zona inferiore della prima parte 20 del forno, preferibilmente nella semi-zona inferiore 22B della zona di pre-riscaldo 22.

Si pu? ad esempio prevedere un secondo bordo interno, che pu? essere analogo al bordo interno 23 della parete superiore, ma disposto sulla parete inferiore. Gli ugelli della semi-zona inferiore 22B possono essere vantaggiosamente disposti su questo bordo interno inferiore, e rivolti verso la zona di pre-riscaldo 22. La presenza del bordo interno inferiore permette anche di determinare ulteriormente la separazione tra la prima parte 20 del forno 10 e la seconda parte 30.

Preferibilmente, il dispositivo di controllo ? configurato per misurare la presenza di ossigeno, ed eventualmente anche di monossido di carbonio CO nella zona di ingresso 2 1. A tale scopo il dispositivo di controllo pu? comprendere uno spettrometro laser 51, una o pi? sonde ad ossigeno 52 per rilevare l?ossigeno libero e una o pi? sonde di prelievo di CO. Lo spettrometro 51 e la sonda 52 per l?ossigeno libero sono preferibilmente disposti nella zona di ingresso 21.

Il forno 10 comprende anche, in modo preferibile, dei sensori di ossigeno atti a monitorare la presenza e la concentrazione di ossigeno all?interno del forno 10. Preferibilmente il forno comprende almeno un sensore in ognuna delle zone di ingresso 21, di pre-riscaldo 22, di riscaldo 31 e di equalizzazione 32.

Vantaggiosamente i sensori sono configurati per monitorare la presenza di ossigeno di continuo. Pi? vantaggiosamente essi sono di tipo ottico, ad esempio del tipo a laser.

Preferibilmente, il forno 10 comprende anche un sistema di estrazione dei fumi, configurato per estrarre i fumi di combustione dall?interno del forno 10 verso l?esterno. Pi? preferibilmente, il sistema di estrazione dei fumi, di per s? noto e pertanto non ulteriormente descritto nella presente domanda, ? collocato nella prima parte 20 del forno 10.

Secondo forme di realizzazione, l?apparato 10 pu? comprendere anche una pluralit? di sonde 70 per rilevare la presenza e/o la concentrazione di altri composti chimici quali, ad esempio, il monossido di carbonio CO, il biossido di carbonio CO2, l?idrogeno 2 e/o il metano CH4.

Nell?esempio illustrato l?apparato 10 comprende quattro sonde 70 in ciascuna delle zone di pre-riscaldo 22, di riscaldo 31 e di equalizzazione 32. Preferibilmente le sonde 70 sono disposte nelle pareti laterali dell?apparato 10 (fig. 2). Pi? preferibilmente sono disposte in coppie, i due componenti di una stessa coppia essendo affacciati tra loro.

Ancora pi? preferibilmente le due coppie di ciascuna delle zone di preriscaldo 21, di riscaldo 31 e di equalizzazione 32 sono disposte l?una sopra l?altra, cio? allineate verticalmente. Ad esempio, nelle zone di riscaldo 31 e di equalizzazione 32, si pu? prevedere di avere una coppia di sonde 70 nella semi-zona superiore 31 A, 32A, e l?altra nella semi-zona inferiore 31B, 32B.

Il forno 10 comprende anche, preferenzialmente, dei termometri disposti nelle differenti zone del forno in modo da rilevare la temperatura in corrispondenza delle stesse.

Secondo forme di realizzazione, il forno 10 prevede anche dei sensori laser disposti in modo da poter controllare la rettilineit? delle billette 100 e il loro stato di avanzamento all? interno del forno.

Vantaggiosamente, il forno 10 comprende anche una serie di accorgimenti volti a migliorare la tenuta dei gas, in modo da evitare la perdita di combustibile e/o di comburente, ma anche l?ingresso in forno di aria indesiderata. In tal modo si riesce a regolare con maggiore precisione la composizione dell?atmosfera all? interno delle differenti zone 21, 22, 31, 32 del forno 10. Ad esempio il forno 10 pu? comprendere degli sportelli con sigillatura migliorata.

Per gestire l?insieme dei suoi componenti, il forno 10 comprende un sistema di gestione (non illustrato nelle figure) centralizzato che riceve i risultati dei parametri rilevati tramite i sensori e sonde, e permette di regolare i flussi di combustibile e di comburente alimentati nel forno 10.

Una modalit? di funzionamento dell?apparato di riscaldo 10 sopra descritto ? il seguente.

Le billette sono alimentate in continuo lungo il percorso di alimentazione rettilineo all?interno del forno 10 precedentemente portato in condizione di funzionamento, cio? con le diverse zone poste a temperatura di lavoro. L?impostazione della temperatura viene fatta basandosi sulla composizione dell?acciaio delle billette 100, nonch? sulle loro dimensioni, ed ? regolata in modo da non surriscaldare la superficie delle billette.

Per operare il riscaldamento all?interno del forno 10, si provvede ad alimentare il combustibile e il comburente, in modo controllato, verso i bruciatori 40 che operano la combustione, generando cos? il calore desiderato.

Vantaggiosamente, nella seconda parte 30 del forno, in cui la temperatura T2 ? pi? alta rispetto alla prima parte 20, il comburente e il combustibile sono alimentati in modo che l?ossigeno risulti in proporzione stechiometrica e/o sub-stechiometrica rispetto al combustibile. In tal modo durante la combustione tutto l?ossigeno ? consumato. In assenza di ossigeno nella seconda parte 30 del forno 10, si evita la formazione di scaglia sulla superficie delle billette (che si possono denominare ?scale free?), riducendola almeno del 50% fino a valori trascurabili.

? possibile prevedere di regolare l?alimentazione del comburente in modo differenziato nelle zone del forno 10, ad esempio in modo che l?ossigeno risulti in proporzione sub-stechiometrica nella zona di equalizzazione, e in proporzione sub-stechiometrica o stechiometrica nella zona di riscaldo.

L?alimentazione di comburente in proporzione sub-stechiometrica fa s? che parte del combustibile presente nella seconda parte 30 non viene combusta. Questa parte di combustibile residua ? trasferita, assieme ai fumi di combustione, verso la prima parte 20 del forno 10, dove si trova il sistema di estrazione dei fumi.

Secondo forme di realizzazione, nella prima parte 20 del forno 10 il comburente e il combustibile sono alimentati in modo da avere un eccesso di ossigeno. Tale eccesso di ossigeno pu? essere fornito tramite il circuito di post combustione.

Si provvede infatti ad iniettare, mediante il circuito di post combustione, il comburente necessario in corrispondenza della prima parte 20, per completare la combustione del combustibile non combusto nella seconda parte 30. In tal modo si fornisce al combustibile residuo il comburente necessario per completare la combustione evitando la emissione di incombusti.

Per assicurare una corretta distribuzione del comburente all? interno dell?apparato 10, la presenza e la concentrazione di ossigeno ? monitorata di continuo, mediante i sensori di ossigeno 51 a laser.

Secondo forme di realizzazione, si prevede un loop di controllo dei gas e dellaria allinteno del forno 10, durante il quale le portate di alimentazione di combustibile e di comburente sono controllati e regolati, ad esempio dal sistema di gestione centralizzato, in modo da mantenere il rapporto combustibile/comburente al valore desiderato in ciascuna delle zone di ingresso 21 , di pre-riscaldo 22, di riscaldo 3 1 e di equalizzazione 32.

In accordo con forme di realizzazione, si prevede anche un controllo costante della qualit? finale del riscaldo, tenendo conto delle variazioni della velocit? di avanzamento dei semilavorati siderurgici all? interno del forno 10. In particolare, si pu? prevedere di controllare costantemente le concentrazioni di comburente e combustibile nonch? la temperatura alfintemo delle diverse zone 21, 22, 31, 32 del forno 10. In caso di parametri non coerenti con un predeterminato livello di qualit? dei semilavorati siderurgici, si pu? agire variando opportunamente uno o pi? di questi parametri, e/o la velocit? di marcia dei semilavorati siderurgici. I controlli di cui sopra sono eseguiti dal sistema di gestione del forno, con l?ausilio del dispositivo di controllo 52.

In accordo con altre forme di realizzazione, si pu? prevedere che il sistema di gestione implementi una funzione di gestione del tempo di residenza dei semilavorati siderurgici al'inteno del forno 10.

Tale funzione di gestione pu? essere implementata in due modalit? diverse, che sono la modalit? a tempo di residenza variabile, e a tempo di residenza costante, che tiene conto dei tempi di pausa nell?avanzamento dei semilavorati siderurgici 100.

La gestione a tempo di residenza variabile prevede che il forno 10 sia sempre completamente caricato, ovvero che tutte le selle 200 siano caricate con un corrispondente semilavorato 100 (come in fig. 2).

In occasione di fermate nell?avanzamento delle selle 200, i semilavorati siderurgici 100 presenti all?interno del forno 10 accumulano tempo di residenza nel forno che risulter?, nel momento in cui saranno sfornati, in un tempo di residenza totale maggiore rispetto al tempo di residenza ottimale, determinato da progetto (si parla di tempo ottimale da calcolo progettuale).

La modalit? a tempo di residenza variabile corrisponde a una modalit? di gestione gi? nota nel settore.

La modalit? di gestione a tempo di residenza costante ? invece finalizzata a mantenere il pi? costante possibile il tempo di riscaldo di ciascun semilavorato, a prescindere dalla produttivit? media oraria, e nel frattempo il pi? vicino possibile al tempo ottimale da calcolo progettuale.

Il mantenimento del tempo di riscaldo ? raggiunto preferibilmente mediante uno schema di carico che potr? prevedere delle selle 200 non caricate, ovvero senza semilavorato siderurgico 100,

Come illustrato nelle fig. 4A-D, lo schema di caricamento delle selle 200 ? modificato spaziando maggiormente i semilavorati, alternando delle selle 200 vuote e delle selle 200 caricate. Lo schema di caricamento pu? essere adatto sulla base delle caratteristiche del semilavorato 100 che si vuole ottenere.

Rispetto al caricamento completo del forno 10 si possono individuare delle classi di caricamento, che corrispondono a rispettive percentuali di caricamento delle selle 200, a seconda delle caratteristiche del prodotto finale.

In fig. 4A ? illustrata una classe di caricamento al 50%, nella quale solo met? delle selle 200 ? caricata con un semilavorato 100. In tal caso si prevede di alternare una sella 200 carica con una sella 200 vuota.

Si pu? anche prevedere una classe di caricamento al 66%, illustrata in fig. 4B, e nella quale si alternano due selle 200 cariche e una sella 200 vuota. Questo schema viene ripetuto lungo l?avanzamento delle selle 200.

Un?altra classe di caricamento ancora, illustrata in fig. 4C, prevede un caricamento al 70%. Questa classe di caricamento pu? essere ottenuta alternando, su un ciclo di dieci selle 200, due selle 200 cariche, una sella 200 vuota, due selle 200 cariche, una sella 200 vuota, tre selle 200 cariche e infine una sella 200 vuota. In altre parole, si caricano due selle 200 su tre, due selle 200 su tre e tre selle 200 su quattro, a completamento di un ciclo di dieci selle 200.

In fig. 4D si illustra una quarta classe di caricamento, che prevede di caricare il 90% delle selle 200. Lo schema di caricamento prevede di caricare 9 selle 200 consecutive, e lasciarne una vuota.

In accordo con altre forme di realizzazione, si pu? prevedere anche di tenere conto delle pause programmate di laminazione. Tali pause nella laminazione possono essere gestite in modo da non allungare il tempo di permanenza in forno dei semilavorati 100, ad esempio anticipando l?interruzione del caricamento, conoscendo il tempo di pause previsto. Il tempo di pause definisce, in funzione del ritmo di lavoro della carica che verr? processata al termine della pausa di laminazione programmata, il numero di selle 200 da lasciare vuote in modo che il funzionamento del forno 10 sia mantenuto costante anche durante tutta la durata della pausa.

Si precisa per? che tali vuoti creati allinfonamento risulteranno in altrettanti vuoti allo sfornamento, e quindi non vi saranno semilavorati 100 pronti da laminare. Ci? permette di eseguire i necessari lavori di cambio cilindri al laminatoio, senza che il tempo di residenza in forno dei semilavorati 100 venga modificato.

Il numero di selle 200 da lasciare vuote pu? essere sintetizzato con la seguente formula: (n? di selle vuote) = (tempo di pausa) / (Pacing della carica da infornare al termine della pausa). Il tempo di pausa e il pacing della carica al termine della pausa sono informazioni che devono essere note per la corretta gestione del forno 10.

? chiaro che al procedimento ed apparato fin qui descritto possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti o fasi, senza per questo uscire dall?ambito del presente trovato come definito dalle rivendicazioni. Nelle rivendicazioni che seguono, i riferimenti tra parentesi hanno il solo scopo di facilitare la lettura e non devono essere considerati come fattori limitativi per quanto attiene all?ambito di protezione sotteso nelle specifiche rivendicazioni.

Claims (11)

RIVENDICAZIONI

1. Procedimento per riscaldare prodotti siderurgici (100), comprendente una fase di alimentazione di almeno un prodotto siderurgico (100) lungo un percorso di alimentazione all?interno di un apparato per il riscaldo (10) del tipo a irraggiamento a combustione diretta in cui si esegue una combustione facendo reagire un combustibile con un comburente comprendente ossigeno, caratterizzato dal fatto che prevede di controllare e regolare l?alimentazione di detto comburente e di detto combustibile all?interno di detto apparato (10) in modo che, almeno in una parte (20, 30) dell?apparato (10), l?ossigeno risulti in proporzione substechiometrica o stechiometrica rispetto a detto combustibile.

2. Procedimento come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l?apparato (10) ? diviso in una prima parte (20) e una seconda parte (30) disposte in successione lungo il percorso di alimentazione dei prodotti (100), in cui la temperatura (T2) nella seconda parte (30) ? maggiore della temperatura (T1) nella prima parte (20), e che l?alimentazione di comburente ? controllata in modo che l?ossigeno risulti in proporzione sub-stechiometrica o stechiometrica in corrispondenza di detta seconda parte (30).

3. Procedimento come nella rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che l?alimentazione in comburente nella prima parte (20) ? controllata in modo che l?ossigeno risulti in eccesso rispetto al combustibile, e che il combustibile non consumato in corrispondenza della seconda parte (30) ? combusto nella prima parte (20).

4. Procedimento come nella rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che la seconda parte (30) dell?apparato (10) ? suddivisa in una zona di riscaldo (31) e una zona di equalizzazione (32) disposti in successione lungo il percorso di alimentazione dei prodotti siderurgici (100), e che l?alimentazione del comburente ? tale per cui l?ossigeno ? in proporzione sub-stechiometrica in detta zona di equalizzazione (32) e in proporzione sub-stechiometrica o stechiometrica in detta zona di riscaldo (31).

5. Procedimento come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di alimentare all?intemo dell?apparato (10) dei prodotti siderurgici con una dimensione laterale variabile da 100 a 250 mm di forma tonda o quadra.

6. Apparato per il riscaldo di prodotti siderurgici (100), del tipo a irraggiamento a combustione diretta, comprendente nel suo interno un percorso di alimentazione dei prodotti siderurgici (100) che si estende tra un?estremit? di ingresso (11) e un?estremit? di uscita (12) dei prodotti siderurgici (100), mezzi di alimentazione di un combustibile, mezzi di alimentazione di un comburente comprendente ossigeno, e dei bruciatori (40, 41) atti a operare la combustione del combustibile e del comburente, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di alimentazione di comburente e detti mezzi di alimentazione di combustibile sono configurati per alimentare il comburente e il combustibile in modo che l?ossigeno risulti in proporzione sub-stechiometrica o stechiometrica rispetto al combustibile almeno in una parte di detto apparato (10).

7. Apparato come nella rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto di comprendere un forno diviso nel suo interno in una prima parte (20) e una seconda parte (30) disposte in successione lungo il percorso di alimentazione dei prodotti siderurgici (100), in cui la temperatura (T2) nella seconda parte (30) ? maggiore della temperatura (T1) nella prima parte (20), e che i mezzi di alimentazione di comburente e i mezzi di alimentazione di combustibile sono configurati per alimentare il comburente e il combustibile in modo che l?ossigeno risulti in proporzione sub-stechiometrica o stechiometrica rispetto al combustibile in corrispondenza di detta seconda parte (30).

8. Apparato come nella rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che la prima parte (20) comprende una zona di ingresso (21), che si estende daH?estremit? di ingresso (11), e una zona di pre-riscaldo (22) che si estende dalla fine di detta zona di ingresso (21) e l?inizio della seconda parte (30), e che la seconda parte (30) comprende una zona di riscaldo (31), consecutiva a detta zona di pre-riscaldo (22), e una zona di equalizzazione (32) che si estende tra detta zona di riscaldo (31) e l?estremit? di uscita (12).

9. Apparato come nella rivendicazione 7 o 8, caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo di post-combustione atto a favorire la completa combustione nella prima parte (20) dei residui di combustibile non bruciati nella seconda parte (30) del forno (10).

10. Apparato come nella rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di post-combustione comprende uno o pi? ugelli (50) disposti nella prima parte (20) del forno (10) e configurati per iniettarvi del comburente.

11. Apparato come nella rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che gli ugelli (50) del dispositivo di post-combustione sono disposti su un bordo interno superiore (23) che separa la prima parte (20) dalla seconda parte (30), e/o su un bordo interno inferiore che separa la prima parte (20) dalla seconda parte (30).