ITMI20001509A1 - Lancia di iniezione, particolarmente per l'iniezione di sostanze in polvere o in particolato, all'interno di forni elettrici per la produzio - Google Patents

Description

D E S C R I Z IO N E

Il presente trovato ha come oggetto una lancia di iniezione, particolarmente per l'iniezione di sostanze in polvere o in particolato, all'interno di forni elettrici per la produzione di acciaio.

Nella produzione di acciaio con forni elettrici, nelle varie fasi di conduzione del forno, è necessario immettere nel forno diverse sostanze chimiche, con varie finalità a seconda delle fasi di processo.

In particolare, durante la fase di fusione, per preriscaldare il rottame ferroso immesso nel forno e per coadiuvare l'azione degli elettrodi nella fusione, vengono utilizzati bruciatori, denominati "bruciatori oxifuel" che sono applicati alle pareti laterali del forno e che immettono all'interno del forno ossigeno e combustibile per produrre una fiamma di riscaldamento del metallo.

Durante la successiva fase di affonazione, all'interno del forno vengono immesse diverse sostanze chimiche, come ad esempio carbonio sotto forma di polvere di carbone o di grafite, ossigeno, ma anche idrocarburi come ad esempio metano, con la finalità di ottenere la desiderata formulazione del metallo eliminando sostanze indesiderate e favorendo la formazione di scoria schiumosa al di sopra del metallo liquido, mantenendo anche determinate caratteristiche fisico-chimiche per il metallo liquido e per la scoria.

Queste sostanze, nella fase di affinazione, vengono generalmente iniettate nel forno utilizzando lance di iniezione che, mediante un brac-cio robotizzato, vengono inserite attraverso la porta di scorifica del forno.

L'utilizzo della porta di scorifica del forno per la manipolazione di queste lance di iniezione non è esente da problemi in quanto l'apertura della porta di scorifica durante il processo di produzione dell'acciaio influenza negativamente la marcia del forno.

La tendenza attuale è quella di iniettare tutte le sostanze in forno mediante lance applicate alle pareti del forno in modo da eliminare qualsiasi attività di iniezione attraverso la porta di scorifica che, restando chiusa, non influenza in modo negativo la marcia del forno.

Per poter soddisfare questa esigenza è necessario però risolvere il problema di riuscire a raggiungere correttamente, con le sostanze erogate attraverso le lance di iniezione, la scoria o il metallo liquido in quanto il posizionamento delle lance sulle pareti del forno comporta inevitabilmente un allontanamento dell'estremità di erogazione della lancia del bagno liquido rispetto alle condizioni nelle quali si trova ad operare una lancia inserita attraverso la porta di scorifica.

Questo problema è ancora più marcato quando le sostanze da iniettare sono costituite, anziché da gas, da polveri o particolati, come ad esempio polvere di carbone o di grafite o calce o metalli.

Compito precipuo del presente trovato è quello di risolvere il problema sopra esposto, realizzando una lancia di iniezione, particolarmente per l'iniezione di sostanze in polvere o in particolato, all'interno di forni elettrici per la produzione di acciaio, in grado di assicurare alle sostanze iniettate una spinta tale da consentire loro di raggiungere cor-rettamente il bagno di metallo liquido<'>o la scoria anche se la lancia vie-ne applicata alle pareti del forno.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del trovato è quello di rea-lizzare una lancia di iniezione in grado di svolgere più funzioni per iniettare diverse sostanze a seconda delle fasi di marcia del forno.

Un altro scopo del trovato è quello di realizzare una lancia di inie-zione, strutturalmente semplice, che possa essere prodotta con costi competitivi .

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da una lancia di iniezione, particolarmente per l'iniezione di sostanze in polvere o in particolato, all'interno di forni elettrici per la produzione di acciaio, comprendente un corpo della lancia con definito almeno un primo condotto comunicante con una prima luce di alimentazione e sfociante all'esterno attraverso un'apertura di erogazione in corrispondenza di un'estremità assiale del corpo della lancia, detta prima luce di alimentazione essendo collegabile ad un dispositivo di alimentazione di una prima sostanza da iniettare mediante la lancia, caratterizzata dal fatto che, lungo detto primo condotto, tra detta prima luce e detta apertura di erogazione, è previsto un restringimento comunicante con una seconda luce di alimentazione per l'immissione, in detto primo condotto, di un fluido propulsore atto ad accelerare ed a proiettare, attraverso detta apertura di erogazione, detta prima sostanza miscelata con detto fluido propulsore.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, della lancia di iniezione secondo il trovato illustrata, a ti-tolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni, in cui:

la figura 1 illustra la lancia di iniezione secondo il trovato sezionata assialmente;

la figura 2 illustra un particolare ingrandito della figura 1.

Con riferimento alle figure citate, la lancia di iniezione secondo il trovato, indicata globalmente con un numero di riferimento 1, comprende un corpo della lancia 2 nel quale è definito almeno un primo condotto 3 che comunica con una prima luce di alimentazione 4 e che sfocia all'esterno attraverso un'apertura di erogazione 5 in corrispondenza di un'estremità assiale del corpo 2 della lancia.

La prima luce di alimentazione 4 è collegabile ad un dispositivo di alimentazione di una prima sostanza da iniettare mediante la lancia, in particolare una sostanza in polvere o in particolato, come ad esempio polvere di carbone o di grafite, calce, o altra sostanza.

Secondo il trovato, lungo il primo condotto 3, tra la prima luce di alimeintazione 4 e l'apertura di erogazione 5, è previsto un restringimento 6 che comunica con una seconda luce di alimentazione 7 attraverso la quale viene immesso, nel primo condotto 3, un fluido propulsore che è atto ad accelerare ed a proiettare, attraverso l'apertura di erogazione 5, la prima sostanza miscelata con il fluido propulsore.,

IL restringimento 6 presenta una conformazione troncoconica che si restringe progressivamente dalla luce di alimentazione 4 in direzione dell 'apertura di erogazione 5.

Nel restringimento troncoconico 6, è opportunamente inserito, coassialmente, un ugello troncoconico 8 che si restringe anch’esso progressivamente in direzione dell'apertura di erogazione 5. Tra l'ugello troncoconico 8 e il restringimento troncoconico 6 è definito un passaggio anulare 9, a sviluppo conico, che comunica con la seconda luce di alimentazione 7 del fluido propulsore in pressione.

Opportunamente, il primo condotto 3 è definito all'interno di un primo corpo tubolare 10 il quale è inserito, preferibilmente coassialmente, in un secondo corpo tubolare 11.

Tra il primo corpo tubolare 10 e il secondo corpo tubolare 11 è definita una prima intercapedine 12 che sfocia all'esterno in corrispondenza dell'estremità di erogazione della lancia e che comunica con una terza luce 13 che è utilizzabile per immettere nella prima intercapedine 12 un'altra sostanza da iniettare mediante la lancia.

Il secondo corpo tubolare 11 è a sua volta inserito, preferibilmente coassialmente, in un terzo corpo tubolare 14 in modo tale che tra il secondo corpo tubolare il e il terzo corpo tubolare 14 risulti definita una seconda intercapedine 15 la quale sfocia anch'essa all'esterno in corrispondenza dell'estremità di erogazione della lancia ed è in comunicazione con una quarta luce di alimentazione 16 attraverso la quale è possibile immettere all'interno della lancia un'ulteriore sostanza da iniettare mediante la lancia.

Il secondo corpo tubolare 11 è inserito all interno del terzo corpo tubolare 14 attraverso la sua estremità assiale opposta rispetto all'estremità di erogazione della lancia ed è fissato a questo mediante un accoppiamento flangiato indicato con un numero di riferimento 17.

Anche il primo corpo tubolare 10 è inserito coassialmente all'interno del secondo corpo tubolare 11 a partire dall'estremità assiale di questo che è opposta rispetto all'estremità di erogazione della lancia ed è fissato al secondo corpo tubolare 11 mediante un accoppiamento flangiato 18. Le luci 7, 13 e 16 sono definite su una porzione laterale rispettivamente del primo corpo tubolare 10, del secondo corpo tubolare 11 e del terzo corpo tubolare 14 e sono destinate ad essere connesse a rispettivi condotti di alimentazione delle varie sostanza fluide.

Opportunamente, attorno al terzo corpo tubolare 14, è disposto un corpo tubolare di rivestimento 19 e, tra il corpo tubolare di rivestimento 19 e il terzo corpo tubolare 14 risulta definita un'intercapedine di raffreddamento nella quale viene fatto circolare un fluido, ad esempio acqua, per raffreddare opportunamente il corpo della lancia.

Più particolarmente, nell'intercapedine di raffreddamento è previsto un setto 20, sostanzialmente cilindrico, che suddivide l'intercapedine di raffreddamento in due camere, rispettivamente una camera interna 21, situata a ridosso del terzo corpo tubolare 14, ed una camera esterna 22, situata a ridosso del corpo tubolare di rivestimento 19.

La prima camera 21 è in comunicazione con una luce di ingresso 23 del fluido di raffreddamento, mentre la camera esterna 22 è in comunicazione con una luce di uscita 24 del fluido di raffreddamento.

Le due camere 21 e 22 sono in comunicazione tra loro attraverso apposite interruzioni 25 del setto 20 previste in prossimità dell'estremità di erogazione della lancia.

Il funzionamento della lancia secondo il trovato è il seguente.

Attivando il dispositivo di alimentazione della sostanza in polvere o in particolato che è collegato alla prima luce di alimentazione 4 ed immettendo un fluido propulsore in pressione, ad esempio aria, attraverso la seconda luce di alimentazione 7, si ottiene un'erogazione con un'elevata velocità e con un'elevata spinta della sostanza in polvere o in particolato attraverso l'estremità di erogazione della lancia.

La sostanza in polvere o in particolato, immessa attraverso la prima luce di alimentazione 4, subisce una prima accelerazione percorrendo l'ugello troncoconico 8 e subisce un'ulteriore accelerazione attraversando il tratto troncoconico 6.

In particolare, il fluido propulsore, entrando attraverso la luce di alimentazione 7 e percorrendo il tratto troncoconico 6 viene accelerato trascinando con sè la sostanza in polvere o in particolato immessa nel primo condotto 3. L'incremento di velocità, che si ottiene nel tratto troncoconico 6, genera una depressione in corrispondenza dello stesso tratto troncoconico 6 che richiama in continuo la sostanza in particolato che viene immessa nel primo condotto 3 attraverso la prima luce di alimentazione 4.

I'er questo motivo, la lancia secondo il trovato può essere montata senza problemi sulla parete di un forno elettrico in quanto, grazie alla spinta elevata impressa alla sostanza iniettata, anche nel caso di sostanze in polvere o in particolato, è in grado di raggiungere con il suo getto la scoria o il bagno di metallo liquido sottostante.

Le luci di alimentazione 13 e 16 possono essere utilizzate, qualora richiesto, per iniettare, unitamente alla sostanza in particolato o in polvere, altre sostanze all'interno del forno.

In particolare, durante la fase di fusione, la lancia secondo il trovato può essere utilizzata come un bruciatore oxi-fuel collegando la prima luce di alimentazione 4 ad un condotto di alimentazione di polvere di grafite o di carbone, la luce di alimentazione 13 ad un condotto di alimentazione di un idrocarburo, come ad esempio metano, o di un combustibile in genere, e la luce di alimentazione 16 ad un condotto di alimentazione di ossigeno .

In questa condizione di funzionamento, la lancia secondo il trovato emette una fiamma che, per la presenza della grafite o carbone, raggiunge una temperatura elevata ed è molto luminosa e quindi in grado di trasmettere elevate quantità di calore per irraggiamento al rottame sottoposto a fusione .

In questo modo, si riesce a trasmettere una maggiore energia termica al rottame diminuendo il consumo di energia elettrica e riducendo anche i tempi di fusione.

In questa fase, incrementando adeguatamente la pressione di alimentazione dell'aria in pressione immessa attraverso la luce di alimentazione 7, è possibile generare una spaccatura della fiamma che, anziché presentarsi con una conformazione a dardo, si presenta come una palla di fuoco, a forte velocità, e ad altissima temperatura. Per questo motivo, l'energia termica che viene trasmessa viene ripartita su una superficie superiore di rottame con conseguenti vantaggi per la velocizzazione del processo di fusione .

Durante la fase di affinazione, la lancia secondo il trovato può essere utilizzata per iniettare sostanze nella scoria o nel bagno liquido di metallo.

Mediante l'iniezione di grafite o carbone nella scoria, è possibile migliorare e controllare il livello di ossidazione della scoria, contrastando il livello di ossidazione del bagno e quindi migliorando la resa della carica metallica così come mantenere la basicità-acidità della scoria al livello desiderato e quindi contenere il consumo dei refrettari che rivestono la superficie interna del forno.

Inoltre, la possibilità di poter iniettare, nella scoria, grafite o carbone in modo efficiente permette di sviluppare le più opportune pratiche operative per ottenere la desiderata analisi chimica prima dello spillaggio così come contrastare i p.p.m. di ossigeno nonché espletare efficientemente le pratiche relative alla defosforazione.

Ovviamente, è possibile anche iniettare nella scoria, mediante la lancia secondo il trovato, altre sostanze sotto forma di polvere o di particolato, quali calce, alluminio, ferro, silicio, cromo, ecc., con altre fina3.ità, a seconda del tipo di acciaio da produrre.

L'iniezione di sostanze nel bagno di metallo liquido, risulta particolarmente efficace grazie all'elevata forza di iniezione assicurata dalla lancia secondo il trovato. Il getto emesso è in grado di vincere la resistenza generata dal battente di scoria e quindi bucare la scoria stessa per raggiungere il bagno liquido. Iniettando carbonio nel bagno di metallo liquido, a seconda delle varie fasi del processo di produzione dell'acciaio, è possibile ottenere i seguenti vantaggi:

- iniettare la desiderata quantità di carbonio nelle fasi di fusione per generare, a fronte della reazione con l'ossigeno, del CO che si trasformerà in CO2 attuando la cosiddetta "post-combustione ";

- produrre in modo efficiente energia nel bagno liquido per mezzo della combinazione carbone-ossigeno come reazione chimica esotermica. Questa possibilità offre il vantaggio di ridurre i tempi di fusione e di affìnazìone e quindi di aumentare la produttività del forno e di ridurre l'incidenza di energia elettrica;

- contrastare o ridurre i p.p.m. di ossigeno se troppo alti;

- ridurre i costi di produzione grazie all'aumento dell'efficienza dell'iniezione del carbonio in quanto con la lancia secondo il trovato un'elevata percentuale di questo raggiunge il bagno di metallo liquido;

- un vantaggio anche dal punto di vista ambientale in quanto, evitando efficacemente una dispersore di elevate quantità di carbonio sotto forma di polvere di carbone o dì grafite, si evitano problemi nel sistema di aspirazione dei fumi.

Si è in pratica constatato come la lancia di iniezione secondo il trovato assolva pienamente il compito prefissato in quanto, imprimendo un'elevata velocità ed un'elevata forza di iniezione alle sostanze iniettate, in particolare sotto forma di polvere o di particolato, consente di ottenere un'elevata efficacia di iniezione anche qualora la lancia venga disposta sulla parete del forno e quindi distanziata superiormente dal pelo libero del metallo liquido e dalla scoria.

La lancia di iniezione, così concepita, è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims (8)

1. R IV E N D I CA Z IO N I 1. Lancia di iniezione, particolarmente per l'iniezione di sostanze in polvere o in particolato, all'interno di forni elettrici per la produzione di acciaio, comprendente un corpo della lancia con definito almeno un primo condotto comunicante con una prima luce di alimentazione e sfocian^e all'esterno attraverso un'apertura di erogazione in corrispondenza di un'estremità assiale del corpo della lancia, detta prima luce di alimentazione essendo collegabile ad un dispositivo di alimentazione di una prima sostanza da iniettare mediante la lancia, caratterizzata dal fatto che, lungo detto primo condotto, tra detta prima luce e detta apertura di erogazione, è previsto un restringimento comunicante con una seconda luce di alimentazione per l'immissione, in detto primo condotto, di un fluido propulsore atto ad accelerare ed a proiettare, attraverso detta apertura di erogazione, detta prima sostanza miscelata con detto fluido propulsore.
2. 2. Lancia di iniezione, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto restringimento presenta una conformazione troncoconica restringentesi progressivamente in direzione di detta estremità di erogazione della lancia.
3. 3. Lancia di iniezione, secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzata dal fatto che, in detto restringimento troncoconico, è inserito coassialmente un ugello troncoconico restringentesi progressivamente da detta prima luce di alimentazione in direzione dell'estremità di erogazione della lancia; tra detto ugello troncoconico e detto restringimento troncoconico, essendo definito un passaggio anulare a sviluppo conico comunicante con detta seconda luce di alimentazione del fluido propulsore in pressione.
4. 4. Lancia di iniezione, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto primo condotto è definito internamente ad un primo corpo tubolare inserito in un secondo corpo tubolare,-tra detto primo corpo tubolare e detto secondo corpo tubolare essendo definita una prima intercapedine sfociante all'esterno in corrispondenza di detta estremità di erogazione; detta prima intercapedine comunicando con una terza luce per l'immissione in detta prima intercapedine di un'altra sostiinza da iniettare mediante la lancia.
5. 5. Lancia di iniezione, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto secondo corpo tubolare è inserito in un terzo corpo tubolare,- tra detto secondo corpo tubolare e detto terzo corpo tubolare essendo definita una seconda intercapedine sfociante all'esterno in corrispondenza di detta estremità di erogazione; detta seconda intercapedine comunicando con una quarta luce per l'immissione in detta seconda intercapedine di un'ulteriore sostanza da iniettare mediante la lancia.
6. 6. Lancia di iniezione, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che, attorno a detto terzo corpo tubolare, è disposto un corpo tubolare di rivestimento; tra detto corpo tubolare di rivestimento e detto terzo corpo tubolare essendo definita un'intercapedine di raffreddamento comunicante con una luce di ingresso e con una luce di uscita di un fluido di raffreddamento.
7. 7. Lancia di iniezione, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che, in detta intercapedine di raffreddamento, è previsto un setto sostanzialmente cilindrico suddividente detta intercapedine di raffreddamento in due camere: una camera interna in comunicazione con detta luce di ingresso del fluido di raffreddamento ed una camera esterna in comunicazione con detta luce di uscita del fluido di raffreddamento, dette due camere essendo in comunicazione tra loro in prossimità dell'estremità di erogazione della lancia.
8. 8. Lancia di iniezione, particolarmente per l'iniezione di sostanze in polvere o in particolato, all'interno di forni elettrici per la produzione di acciaio, caratterizzata dal fatto di comprendere una o più delle caratteristiche descritte e/o illustrate.