IT8921964A1

IT8921964A1 - Forno industriale.

Info

Publication number: IT8921964A1
Application number: IT1989A21964A
Authority: IT
Original assignee: Riedhammer Gmbh Co Kg
Priority date: 1988-10-12
Filing date: 1989-10-09
Publication date: 1991-04-09
Also published as: GB2224105A; FR2637677A1; IT1236532B; FR2637677B1; JPH02130387A; IT8921964A0; DE3834795A1; GB2224105B; GB8922857D0; DE3834795C2

Description

D E SC R I Z I ON E

dell'invenzione industriale dal titolo:

"Forno industriale"

RIASSUNTO

Forno industriale con pi? bruciatori, ai quali nella regione della fiamma dei bruciatori ? adducibile aria secondaria attraverso opportuni condotti, per la combustione di materiali e dei pezzi stampati da essi ricavati, con l'instaurazione di condizioni di atmosfera del forno definite nel modo pi? ampio.

DESCRIZIONE

I forni industriali sono noti in forme molteplici. L'invenzione ? applicata ad un forno industriale della tecnica nota con bruciatori che vengono alimentati con energia primaria, nella regione della fiamma dei bruciatori essendo adducibile aria secondaria. Un forno di tale tipo pu? essere conformato sia come forno continuo, per esemplo forno a tunnel o forno a rulli, sia anche come forno discontinuo, per esempio come forno a suola mobile.

Riguardo al materiale da bruciare, l'invenzione non ? soggetta ad alcuna limitazione, anche se il forno industriale rivendicato serve in primo luogo per la cottura di materiale ceramico, comprensivo di materiali ceramici diversi, e dei pezzi stampati da essi ricavati- Per esempio, si citano i forni per la cottura di porcellana, materiali refrattari, ceramica sanitaria, ferriti ecc,

Dal momento che nel seguito verranno discussi i problemi esistenti in forni noti, ci? avverr? a titolo di esempio con riferimento ad un forno a suola mobile per la cottura di ceramica sanitaria, ma vale anche analogamente per altri impieghi.

Internamente ad un forno a suola mobile di tale tipo si richiedono condizioni di atmosfera definite; in particolare, il contenuto di ossigeno internamente all?atmosfera del forno deve essere mantenuto costeulte, perch? le vetrinature ossldiche reagiscono a variazioni del contenuto di ossigeno internamente all'atmosfera del forno e possono cambiare di colore. Se per esempio il contenuto di ossigeno cala al disotto di un valore minimo raggiun- . gibile, le vetrinature di regola diventano pi? scure; le variazioni cromatiche sono irreversibili, e pu? accadere che la carica corrispondente debba quindi essere scartata.

I problemi inerenti al mantenimento dell'atmosfera del forno ad un livello costante si prospettano in particolare sotto due punti di vista: in primo luogo, frequentemente le variazioni di pressione nel sistema del gas di scarico non sono eliminabili. Inoltre, la fluttuazione del potere calorifico dei veicoli di energia primaria impiegati ? spesso considerevole. Ci? vale in particolare per i forni funzionanti a gas, in particolare con l'impiego di gas di cocheria (gas di citt?), ma anche con metano. Cos?, il potere calorifico del gas di cocheria, a seconda della provenienza, pu? fluttuare anche di 200 a 400 kcal. In tal modo si creano corrispondenti variazioni dell'atmosfera del forno.

Allo stato della tecnica si cerca di superare i problemi provocati dalle variazioni di colore delle vetrinature per il fatto di alimentare i bruciatori costantemente con un eccesso di ossigeno. Ci? richiede una alimentazione d'aria maggiorata e quindi obbligatoriamente anche un riscaldamento dei componenti dell'aria non costituiti da ossigeno e quindi,, infine, un maggior consumo di energia, che - a seconda del campo di impiego - pu? raggiungere il 30%.

Con l'invenzione si intende ora indicare una possibilit? di eseguire un forno industriale in modo che l'atmosfera del forno possa essere mantenuta ad un livello costante prestabilito, riducendo contemporaneamente al valore minimo possibile il consumo di energia.

La proposta secondo la presente invenzione ? basata sui seguenti presupposti:

Per la minimizzazione del fabbisogno di energia i bruciatori (la potenza erogata ai bruciatori) devono essere influenzati il meno possibile e devono essere regolati sulla potenza minore possibile. Se quindi i bruciatori, tenendo conto dell'ampiezza delle fluttuazioni del potere calorifico del veicolo di energia impiegato,(per esempio gas) vengono regolati sul potere calorifico di volta in volta pi? basso, per esemplo il contenuto di ossigeno dell'atmosfera viene influenzato praticamente soltanto dall'aria secondaria. Per il fatto che i bruciatori vengono regolati fissi in base al presupposto del pi? basso potere calorifico del veicolo di energia impiegato, si elimina una regolazione automatica dei bruciatori, e corrispondentemente il contenuto di ossigeno dell'atmosfera del forno pu? per esempio -senza accorgimenti addizionali - essere mantenuto soltanto al disotto dei valori desiderati. Se ora si misura il contenuto di ossigeno dell'atmosfera del forno nel forno, si pu? stabilire un deficit di ossigeno eventualmente presente, a breve scadenza o mediato entro certi intervalli di tempo, che pu? essere compensato mediante un opportuno accrescimento dell'alimentazione d'aria secondaria, senza elevare la potenza erogata dai bruciatori.

L'invenzione ? applicata ad un forno industriale con pi? bruciatori, ai quali nella regione della fiamma dei bruciatori ? aumentabile aria secondaria attraverso opportuni condotti. Il forno serve per la cottura di materiali e di pezzi stampati da essi ricavati, mantenendo condizioni di atmosfera del forno definite nel modo pi? ampio, corrispondenti a valori desiderati prestabiliti. Il forno secondo l'invenzione deve presentare le seguenti caratteristiche:

- Nel forno ? disposto almeno un dispositivo di misura per il rilevamento quantitativo, analitico, di almeno un componente gassoso dell'atmosfera del forno,

- ? inoltre prevista una unit? di controllo, per la registrazione del valore di misura rilevato dal dispositivo di misura, che confronta questo valore di misura con un valore desiderato prestabilito, l'unit? di controllo essendo eseguita in modo che essa - in dipendenza dello scostamento determinato di volta in volta del valore di misura dal valore desiderato-regoli la portata d'aria secondaria ai bruciatori .

Come precedentemente indicato, il contenuto di ossigeno dell'atmosfera del forno rappresenta un parametro significativo nella cottura di ceramiche sanitarie. Al giorno d?oggi, per questo campo di impiego vengono utilizzati il pi? delle volte forni a suola mobile, che mettono a disposizione un vano del forno chiuso. Un forno a suola mobile moderno, come quello venduto da tempo dalla Richiedente sotto la denominazione !'Sweep-Fire", presenta su ciascuno di lati contrapposti una fila di bruciatori di gas, i bruciatori di uno dei lati del forno estendendosi esattamente fra i bruciatori del lato opposto. All'avviamento del forno, naturalmente la regione intorno alla fiamma dei bruciatori ? particolarmente calda, mentre altre parti del vano del forno non si sono praticamente ancora riscaldate. Per migliorare la trasmissione del calore, i bruciatori vengono fatti funzionare all'inizio con una quantit? di aria secondaria molto elevata, per cui le temperature calano da circa 1000?C a circa 150?C. Contemporaneamente, l?aria secondaria viene insufflata ad alta pressione, e il forno viene condotto in modo che in un primo tempo funzionino i bruciatori su un lato del forno, per cui l?aria riscaldata viene spinta fin nella regione della parete opposta; quindi la prima fila di bruciatori viene disattivata, e la fila di bruciatori della parete laterale opposta viene fatta funzionare a piena potenza, per cui avviene un flusso di calore in direzione opposta a quella precedentemente descritta; successivamente, la fila di bruciatori funzionanti per ultimi viene nuovamente disattivata, e la prima fila di bruciatori riprende il funzionamento, le potenze erogate ai bruciatori fluttuando fra i singoli intervalli tra circa, rispettivamente, il 10 e il 100%, e fra il 100% e il 10%. Al crescere della temperatura nel forno la quantit? d?aria secondaria viene ridotta, fino a che, a una temperatura fra 600 e 650?C, la quantit? d'aria secondaria addotta va a zero.

All'incirca a partire da questo intervallo di temperature, a causa dei problemi descritti in conseguenza di una possibile ossidazione delle vetrinature nasce la necessit? di mantenere costante il contenuto di ossigeno dell?atmosfera del forno.

Il suddetto dispositivo di misura viene ora inserito e serve per il rilevamento quantitativo analitico del contenuto di ossigeno dell'atmosfera del forno. Se non viene raggiunto un valore desiderato prestabilito, lo scostamento del valore reale dal valore desiderato viene rilevato dal dispositivo di controllo, ed esso applica un segnale ai condotti di alimentazione dell'aria secondaria. In questi condotti di alimentazione sono ora incorporati organi di regolazione, che corrispondentemente all'intensit? di segnale di volta in volta emessa dall'unit? di controllo vengono pi? o meno aperti, fino a che il dispositivo di misura non registri nuovamente l'instaurazione del valore desiderato, il che viene poi registrato dall'unit? di controllo, che infine provvede a che gli organi di regolazione nei condotti di alimentazione dell'aria secondaria vengano nuovamente chiusi o almeno fatti operare con meno aria secondaria.

Qualora - per un qualsiasi motivo - durante l'apertura parziale dei condotti di alimentazione dell'aria secondaria si dovesse stabilire un deficit ancor maggiore di ossigeno nel forno, ci? naturalmente verrebbe pure rilevato dal dispositivo di misura, e tramite un opportuno segnale del dispositivo di controllo gli organi di regolazione nei condotti di alimentazione verrebbero ancora aperti maggiormente, per accrescere addizionalmente e corrispondentemente la quantit? d'aria secondaria.

Il dispositivo di misura e l'unit? di controllo possono essere programmati in funzione del tempo, se durante il processo di cottura (per esempio durante il riscaldamento o il raffreddamento) si desiderino contenuti di ossigeno diversi nell'atmosfera del forno.

Preferibilmente, il dispositivo di misura del gas dovrebbe essere disposto nel forno in una posizione nella quale possano essere determinati dati rappresentativi. Si ? dimostrato particolarmente preferibile a tale riguardo la disposizione del dispositivo di misura nella regione del condotto del gas di scarico (del condotto d? scarico) del forno. Cos? pure, il dispositivo di misura potrebbe per? anche essere disposto nel condotto stesso dei gas d? scarico.

Per la determinazione del contenuto di ossigeno dell'atmosfera del forno ? adatta in particolare una sonda di misura dell'ossigeno a base di ossido di zirconio.

Un apparecchio di misura dell'ossigeno di tale tipo viene offerto sotto la denominazione "SB/I" dalla Ditta Programmelectronic Engineering Ag, ch-4143 dornach. Il contenuto di ossigeno del gas viene determinato mediante la misura continua di un campione di gas aspirato in continuazione. L'apparecchio ? costituito da una cella di misura dell'ossigeno, alla quale il gas da misurare viene alimentato da una pompa, parimenti incorporata nell'apparecchio, unitamente al relativo circuito elettronico di analisi, che pu? essere disposto nell'apparecchio stesso o separatamente da esso. Il circuito elettronico di analisi serve per l'amplificazione del segnale del sensore d'ossigeno nonch? per la sua delogaritmizzazione, per ottenere un segnale proporzionale al contenuto di ossigeno, nonch? per la trasformazione tensione/corrente, per ottenere un segnale di uscita tra 0 e 20 mA. Infine, viene regolata anche la temperatura della cella di misura riscaldata, per eliminare alterazioni del valore di misura. Se il gas da misurare contiene particelle solide o vapori, che possono condensare o ossidare nella regione della cella di misura, ? preferibile disporre filtri opportuni e/o dissipatori termici a monte della cella di misura. Cos? pure, occorre badare di mantenere costante il flusso del gas attraverso la cella di misura. Ci? pu? avvenire per esempio con l'ausilio di una valvola di Bypass.

Naturalmente, possono essere disposti nel forno anche pi? dispositivi di misura del tipo citato. E' allora possibile mediare i diversi dati di misura e provocare mediante l'unit? di controllo una corrispondente regolazione dell'alimentazione dell'aria secondaria.

Mediante la conformazione secondo l'invenzione di un forno industriale, il contenuto di ossigeno dell'atmosfera del forno - senza alcun influenzamento dei bruciatori, che vengono fatti marciare alla potenza pi? bassa - pu? essere sen'altro mantenuto con un'ampiezza di fluttuazione inferiore a 0,5%.

Mentre per la cottura di ceramica sanitaria il contenuto di ossigeno dell?atmosfera del forno rappresenta un parametro decisivo, per la cottura delle porcellane lo ? il tenore di CO. La fiamma deve, specialmente alle temperature pi? elevate, essere riducente. Il controllo corrispondente dell'atmosfera del forno avviene nel forno mediante una opportuna cella di misura del CO. Se il valore del CO rilevato si trova al disotto del valore di volta in volta desiderato, esso richiede una corrispondente alimentazione di aria secondaria pi? ricca in CO, il che pu? avvenire mediante un opportuno ritorno dei gas combusti attraverso il condotto dell'aria secondaria. La quantit? di gas combusti viene nuovamente regolata mediante organi di regolazione corrispondenti nei condotti di alimentazione in dipendenza degli scostamenti dal valore desiderato determinati. Se si opera con un ritorno dei gas di scarico, ? consigliabile far funzionare il bruciatore almeno stechiometricamente, per mettere a disposizione la quantit? di ossigeno necessaria per la combustione.

Se i bruciatori vengono fatti funzionare con fiamma fortemente riducente, di regola ha luogo un contenuto di CO eccessivo dell'atmosfera del forno. Ci? viene a sua volta segnalato dal dispositivo di misura, e lo scostamento dal valore desiderato provoca - come gi? descritto - un segnale applicato agli organi di regolazione nei condotti dell'aria secondaria, che in questo caso vengono fatti funzionare con aria secondaria contenente ossigeno, per garantire una combustione regolare.

A seconda del campo di impiego e in dipendenza dalla necessit? di mantenere costanti determinati parametri dell'atmosfera del forno, il forno viene attrezzato con una o pi? apparecchiature di analisi del gas o unit? di controllo, e i condotti dell'aria secondaria vengono caricati con aria secondaria opportuna.

Esempi di altri campi di impiego sono: forni per carbone artificiale (grafite), ferriti o altri materiali ceramici diversi.

Il forno pu? essere eseguito come forno a funzionamento discontinuo, per esempio come forno a suola mobile; ? per? parimenti anche possibile eseguire il forno come forno operante continuativamente, per esempio come forno a tunnel o forno a rulli.

Anche in forni di tale tipo occorre mantenere internamente a determinate zone lungo il percorso di trasporto del materiale trattato condizioni di atmosfera definite e prestabilite.

Una suddivisione del forno in singole zone, che di per s? sono quasi "chiuse?, avviene per esempio mediante saracinesche opportune, che vengono spinte da sopra e/o da sotto nel canale di passaggio del forno e liberano soltanto una regione per il passaggio del materiale da trattare. Un forno corrispondente ? descritto in DE-OS 3016 852.

In un tale forno, le singole zone del forno vengono eseguite nel modo precedentemente descritto.. E' quindi necessario inserire i bruciatori e i condotti dell'aria secondaria separatamente per ciascuna zona, per consentire una regolazione individuale

Sebbene il costo di installazione di un dispositivo di misura o unit? di controllo nonch? dei corrispondenti organi di regolazione nei condotti di alimentazione dell'aria secondaria sia molto piccolo, il forno descritto offre per la prima volta la possibilit? di regolare individualmente e poter mantenere costanti condizioni,di atmosfera prestabilite - anche in dipendenza del tempo. I bruciatori del forno sono pertanto regolati sul potere calorifico pi? basso del combustibile (gas, carbone, nafta), per cui si ottengono risparmi di energia considerevoli.

?' evidente che anche gli impianti di forni esistenti possono senz'altro essere convertiti a breve scadenza e senza grande dispendio.

Altre caratteristiche dell'invenzione sono desumibili dalle caratteristiche delle rimanenti sottorivendicazioni nonch? dalla rimanente documentazione della domanda.

L'invenzione verr? nel seguito meglio chiarita con riferimento ad un esempio di realizzazione. Le due Figure mostrano, in rappresentazione fortemente schematizzata, in primo luogo una sezione longitudinale di un forno a suola mobile (Figura 1), e inoltre un sezione di un blocco di bruciatore con alimentazione dell'aria secondaria (Figura 2) del forno di Figura 1.

In Figura 1 il forno a suola mobile ? complessivamente rappresentato col numero di riferimento 10. Il forno ? costruito in modo concettualmente usuale, per cui si pu? rinunciare a ulteriori chiarimenti in questa sede.

In Figura ? visibile un bruciatore 12 nella parete laterale di sinistra, all'altezza del mezzi ausiliari per la combustione 16 di un carrello 18 nel forno.

Una molteplicit? di questi bruciatori 12 ? disposta a distanze reciproche e alla stessa altezza nella parete 14, e un ugual numero di bruciatori si trova nella parete opposta 20. Questi bruciatori non sono visibili, perch? sono disposti sfalsati rispetto alla fila di bruciatori a cui appartiene il bruciatore 12.

Nella zona di un condotto 22 dei gas combusti, sulla volta 24 ? disposta una cella di misura dell'ossigeno 26, che ? stata meglio descritta in precedenza.

Nella cella di misura dell'ossigeno 26 ? integrata una unit? di controllo (non rappresentata).

La cella di misura dell'ossigeno 26 determina durante il funzionamento del forno il contenuto effettivo di ossigeno dell'atmosfera del forno. Nell'unit? di controllo il valore di volta in volta determinato viene confrontato con un valore desiderato prestabilito. Se il valore rilevato si scosta dal valore desiderato, la differenza istantanea viene convertita in un segnale elettrico, che tramite collegamenti non rappresentati ? in collegamento con organi di regolazione 28 nella regione dei condotti d? alimentazione 30 della zona dei bruciatori 12.

Dalla Figura 2 ? desumibile in dettaglio la disposizione dei bruciatori. Il numero di riferimento 32 caratterizza un blocco di bruciatore nel quale viene formata una fiamma del bruciatore. Nel tratto rivolto al vano 34 del forno del blocco di bruciatore 32 si estende un canale anulare 36, che ? in collegamento con il condotto di alimentazione 30 nel quale ? disposto il relativo organo di regolazione 28 descritto.

Dal canale anulare 36 si estendono con andamento obliquo in direzione del vano interno 34 del forno ugelli 38 con disposizione a stella, che sono aperti verso l'interno del blocco 32 del bruciatore.

Attraverso i condotti di alimentazione 30, il canale anulare 36 e gli ugelli 38 viene addotta concentricamente aria secondaria nella fiamma del bruciatore (non rappresentata), la velocit? della fiamma del bruciatore venendo accresciuta dall'alimentazione a getti dell'aria secondaria.

Se ora per esempio dal dispositivo di misura 26 viene accertato un deficit di ossigeno nell'atmosfera del forno, l'entit? del deficit viene determinata dall'unit? di controllo, e tramite un calcolatore viene determinata quella quantit? d'aria secondaria che ? necessaria per riportare il contenuto di ossigeno dell'atmosfera del forno al valore desiderato prestabilito. Contemporaneamente, a partire dalla unit? di controllo viene applicato un segnale elettrico ad alcuni o a tutti gli organi di regolazione 28, che - in dipendenza del segnale applicato - si aprono pi? o meno, e quindi consentono una alimentazione d'aria secondaria attraverso i condotti 30 o il canale emulare 36 e gli ugelli 38 nel vano interno del forno. In dipendenza del successivo sviluppo del contenuto di ossigeno nell'atmosfera del forno gli organi di regolazione 28 vengono poi di regola nuovamente strozzati o chiusi; ovviamente, essi possono per? eventualmente essere anche ulteriormente aperti, per far crescere ancora 11 contenuto di ossigeno nel forno per effetto di una maggior adduzione d'aria secondaria.

Il forno rappresentato serve per la cottura di ceramica sanitaria, i prodotti trattati essendo rappresentati soltanto schematicamente in Figura 1. Il dispositivo di misura 26 e i gruppi ad esso correlati vengono preferibilmente inseriti soltanto in un campo di temperatura superiore a 600?C, nel quale sono di particolare rilevanza definite condizioni di atmosfera.

Durante l'intero trattamento termico fra 600?C e la temperatura di sinterizzazione la potenza dei singoli bruciatori 12 rimane invariata, sui valori che sono stati impostati in precedenza tenendo conto del pi? basso potere calorifico del gas combustibile impiegato. In tal modo il fabbisogno energetico viene drasticamente ridotto, e il contenuto di ossigeno nel forno viene regolato in continuazione esclusivamente mediante l?aria secondaria.

Naturalmente, in luogo degli organi di regolazione 28 rappresentati soltanto schematicamente possono trovare impiego anche altri dispositivi di strozzamento, come valvole ecc. Cos? pure, ? possibile collegare i singoli condotti di alimentazione 30 ai singoli bruciatori 12 tramite un condotto anulare comune, e regolare l'alimentazione dell'aria secondaria da un organo di regolazione centrale.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Forno industriale con pi? bruciatori (12), ai quali nella zona della fiamma dei bruciatori ? adducibile tramite condotti corrispondenti (30) aria secondaria, per la cottura di materiali e di pezzi stanpati da essi ottenuti, con l'instaurazione di condizioni di atmosfera definite nel modo pi? ampio, corrispondentemente a valori desiderati prestabiliti, con le seguenti caratteristiche: 1.1 almeno un dispositivo di misura (26)nel forno (10)per il rilevamento quantitativo, analitico, di almeno un componente gassoso dell'atmosfera del forno; 1.2 una unit? di controllo per la registrazione del valore di misura rilevato dal dispositivo di misura (26)e del confronto con un valore desiderato prestabilito, l'unit? di controllo essendo eseguita in modo che essa 1.3 in dipendenza dello scostamento determinato del valore di misura istantaneo dal valore desiderato regoli la quantit? d'aria secondaria ai bruciatori (12).
2. Forno secondo la rivendicazione1,in cui l'unit? di controllo ? eseguita in modo che i valori di misura determinati vengano mediati entro intervalli di tempo prestabiliti.
3. Forno secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il dispositivo di misura (26) ? disposto nella regione della volta (24) del forno.
4. Forno secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3,in cui il dispositivo di misura ? disposto nella zona di un dispositivo di scarico dei gas (22).
5. Forno secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui il dispositivo di misura (26) ? una sonda di misura.
6. Forno secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5,in cui la sonda di misura ? una sonda di misura dell'ossigeno a base di biossido di zirconio.
7. Forno secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui l'alimentazione dell'aria secondaria ? disposta anularmente intorno alla fiamma dl bruciatore.
8. Forno secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, in cui il condotto o i condotti di alimentazione (30) dell'aria secondaria sono eseguiti con un dispositivo di strozzamento (28).
9. Forno secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8 per la cottura di ceramica sanitaria, in cui il forno ? conformato come forno a suola mobile.
10. Forno secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8 per la cottura di materiale e pezzi stampati ceramici, in cui il forno ? conformato come forno continuo e singoli tratti del forno sono delimitati fra loro da saracinesche, che sporgono nel vano del forno dalla volta del forno e/o dal fondo del forno.