ITMI20001605A1 - Dispositivo per il riscaldamento rapido uniforme di masselli e barre in leghe di metalli leggeri. - Google Patents

Description

Descrizione

L’invenzione si riferisce a un dispositivo per il riscaldamento rapido uniforme di masselli e barre in leghe di metalli leggeri.

Il riscaldamento di masselli e barre mediante applicazione diretta a una fiamma della superficie del materiale fa parte dello stato della tecnica noto nella industria metallurgica. Un dispositivo tipico di questo tipo si ricava dal WO 83/02661, in cui oltre ai bruciatori vengono anche citati ugelli per gas caldi riscaldati elettricamente.

Per sfruttare meglio i gas di scarico caldi della zona di riscaldamento, la quale opera p.es. con una applicazione diretta alla fiamma (fig. la), viene descritto nel DE-OS 2637 646 un dispositivo, in cui nella direzione di trasporto del materiale, prima della parte di riscaldamento rapido mediante p.es. applicazione a una fiamma, i gas di scarico caldi vengono fatti ricircolare in zone di riscaldamento per convezione e soffiati con getti da ugelli sul materiale, prima che questo abbandoni il dispositivo attraverso il camino dei gas di scarico. Gli ugelli sono costituiti da ugelli a fessura disposti su entrambi i lati del materiale con assi longitudinali delle aperture ugello perpendicolari all'asse del materiale .

Altri dispositivi con riscaldamento convettivo senza alcuna applicazione diretta alla fiamma del materiale sono noti dal DE 35 09 481 Al, DE-OS 34 18 603 e dal DE 195 38 364 C2. In questi dispositivi il flusso di gas fatto ricircolare nelle zone convettive per ottenere la trasmissione convettiva di calore, viene riscaldato tramite dispositivi riscaldanti e il calore viene trasferito da questo flusso di gas al materiale.

Tutti questi dispositivi presentano notevoli svantaggi. Nei dispositivi con riscaldamento per convezione senza diretta applicazione a una fiamma, è possibile ottenere un riscaldamento uniforme con distribuzione di temperatura sufficientemente uniforme, ma per via della limitazione della temperatura di funzionamento alla temperatura sopportabile massima da parte del sistema convettivo provvisto di un ventilatore per gas caldi, si ottiene una limitazione della densità' di flusso termico massimo trasmissibile alla superficie del materiale e quindi una limitazione della velocita' di riscaldamento. La conseguenza consiste in capacita' produttive relativamente ridotte o in impianti lunghi con i noti svantaggi di una colonna di materiale relativamente lunga nel caso di cambi di lega durante la produzione, che richiede di solito anche una variazione della temperatura finale del materiale. In questo modo questi dispositivi risultano molto poco flessibili durante la produzione. Ulteriori svantaggi sono costituiti dai costi piu' elevati dovuti alla lunghezza maggiore cosi come dal maggiore ingombro richiesto.

I dispositivi con riscaldamento mediante applicazione diretta a una fiamma permettono grazie alla elevata temperatura del forno - nei dispositivi per il riscaldamento di leghe di metalli leggeri, pari o superiori a 1000°C - delle velocita' di riscaldamento molto elevate, ma la distribuzione di temperatura nel materiale è molto irregolare. In particolare nel caso di superfici materiale variabili, come p.es. nel caso di masselli o barre con sezioni variabili, per via della forte influenza variabile della radiazione non si riesce ad ottenere, nemmeno con controlli e tecniche di regolazione sofisticate, una soddisfacente uniformità' di temperatura. Nel caso di una improvvisa fermata della produzione, p.es. per via di un problema alla pressa o di un utensile, si verificano spesso addirittura delle fusioni del materiale caldo . Inoltre lo sfruttamento energetico è ridotto e quindi risulta elevata la potenza riscaldante richiesta riferita alla portata di materiale.

Anche nel dispositivo noto dal DE-OS 2637 646 con preriscaldamento convettivo sono presenti questi svantaggi . Lo sfruttamento energetico è in effetti leggermente migliore, per via dell 'accoppiamento del preriscaldamento al riscaldamento rapido, p.es. mediante applicazione diretta alla fiamma - si formano solo gas di scarico, quando opera il riscaldamento alla fiamma - ma la regolazione di temperatura è ancora piu' difficoltosa e la precisione di temperatura nel materiale è insufficiente, in particolare nel caso di interruzioni della produzione, p.es. nel caso di cambio utensile. Un tale dispositivo non è quindi impiegabile quando l'uniformità' di temperatura deve soddisfare particolari esigenze, come p.es. nel riscaldamento di leghe di alluminio come AlMgSi con temperatura di omogeneizzazione prossima alla temperatura di fusione con successivo raffreddamento rapido prima della estrusione allo scopo di aumentare la velocita' di estrusione.

Con la presente invenzione si crea un dispositivo, il quale evita i suddetti svantaggi. Ciò' si ottiene per il fatto che osservando nella direzione di trasporto del materiale, il riscaldamento dei masselli rispettivamente della barre avviene inizialmente mediante applicazione diretta alla fiamma e nella successiva restante parte del dispositivo, mediante convezione forzata mediante soffiaggio a getto di gas caldi.

Forme di realizzazione vantaggiose sono definite dalle sottorivendicazioni.

L'invenzione viene di seguito descritta per mezzo di un esempio di realizzazione. Le fig. 1 fino a 5 fungono da chiarimento.

In particolare

La fig. 1 mostra una rappresentazione schematica di un dispositivo secondo l'invenzione con rappresentazioni in sezione delle parti del dispositivo poste in successione,

la fig. 2 mostra un diagramma di flusso del dispositivo mostrato schematicamente in fig. 1, la fig. 3 mostra un'altra forma di realizzazione secondo l'invenzione della zona di applicazione alla fiamma,

la fig. 4 mostra forme vantaggiose degli ugelli, e

la fig. 5 mostra un tipico andamento della temperatura nelle singole parti del dispositivo e nel materiale riscaldato con il dispositivo.

Il materiale 1, una colonna composta da masselli o barre singole già1 segate in determinate lunghezze (nella figura questi non sono mostrati per motivi di chiarezza), viene condotta attraverso un dispositivo di trasporto, come mostrato p.es. in fig. 1, su un percorso a rulli 20 attraverso il dispositivo, per un riscaldamento rapido uniforme. Il trasporto avviene quindi mediante dispositivi ad urto all'esterno dei dispositivi. Un'altra possibilità', pure essa non mostrata nelle figure, consiste nel trasporto del materiale 1 attraverso il dispositivo mediante una trave mobile o un trasporto a catena. Si possono anche utilizzare rulli azionati.

La prima parte del dispositivo è composta sostanzialmente dalla zona dell'applicazione alla fiamma. In fig. 1 sono mostrate a titolo di esempio due zone di applicazione alla fiamma 3. Prima della · prima zona di applicazione alla fiamma 3, guardando nella direzione di trasporto, si trova una zona di ingresso 4, e dietro alla seconda (ultima) zona di applicazione alla fiamma 3 si trova una zona di separazione 5.

Alla zona di separazione 5 è unita la prima di due zone convettive 6; l'ultima zona convettiva 6, nella direzione di trasporto, che permette sostanzialmente una equilibratura della temperatura, forma la fine del dispositivo.

Nelle zone di applicazione alla fiamma 3, il materiale 1 viene riscaldato dalle fiamme generate con ugelli bruciatori 7. Il calore viene in questo caso trasmesso al materiale 1 mediante irraggiamento dallo spazio circostante del forno.

Nelle zone 4 e 5, quindi nella zona di ingresso 4 e nella zona di separazione 5, i gas di scarico vengono raccolti e fatti defluire attraverso condotti di scarico 8 dal dispositivo.

Le due rispettivamente tutte le zone convettive 6 dispongono di un rispettivo sistema di flusso, il quale contiene almeno un ventilatore 9, almeno un bruciatore per il riscaldamento e ugelli 10 disposti su entrambi i lati del materiale per il soffiaggio sul materiale, allo scopo di ottenere la trasmissione di calore per convezione. Gli ugelli vengono alimentati dal ventilatore 9 attraverso un sistema di canali di flusso 11.

I gas di scarico vengono condotti attraverso uno scambiatore di calore 12, con il quale l'aria di combustione per i bruciatori a gas viene preriscaldata. Nelle zone convettive 6, vengono impiegati per il riscaldamento dei bruciatori a recupero 13.

Una ulteriore forma vantaggiosa della zona di applicazione alla fiamma è mostrata schematicamente in fig. 3. Il riscaldamento avviene mediante un numero di bruciatori 14 inferiore rispetto a quello della zona di applicazione alla fiamma mostrata in fig. l, i quali bruciatori sono formati da bruciatori a recupero. In questa forma di realizzazione viene eliminato quindi lo scambiatore di calore esterno 12 per il preriscaldamento dell'aria di combustione. Inoltre i bruciatori a recupero possono essere utilizzati vantaggiosamente come bruciatori ad alta velocita'.

I getti dei bruciatori ad alta velocita' possono interessare, sfruttando l'effetto Coanda, con una configurazione vantaggiosa dell'ugello bruciatore, il materiale da riscaldare su una superficie relativamente grande, come mostrato in fig. 3 dalle frecce schematiche di flusso 15. Gli assi dei bruciatori e quindi dei getti fiammeggianti 16 possono anche essere inclinati rispetto alla verticale, per migliorare l'applicazione del flusso sulla superficie del materiale. È anche possibile influenzare i getti dei bruciatori 16, per migliorare l'azione sul materiale, mediante boccagli ugello in materiale resistente alle alte temperature, p.es. carburo di silicio .

La fig. 4 rappresenta dei possibili esempi vantaggiosi per gli ugelli 7. La fig. 4a mostra un ugello bruciatore, il quale deforma il getto rotondo del bruciatore in un getto piatto; la fig.

4b mostra un ugello bruciatore, in cui il getto piatto presenta al centro un listello e quindi i due getti parziali risultano conseguentemente piu' intensi rispetto all'ugello di fig. 4a. La fig. 4c mostra un ugello bruciatore con una sezione di uscita del tipo a "osso per cani", la fig. 4d mostra la sezione di un ugello bruciatore, con il quale il getto del bruciatore viene deviato rispetto alla verticale. La fig. 4e mostra infine un ugello bruciatore, il quale divide il getto bruciatore in una pluralità' di getti singoli nella figura tre -, i quali incidono in direzioni diverse sulla superficie del materiale. In questo modo è possibile ottenere densità' di flusso di calore pari e superiori a 300 kW/m2.

Il grande vantaggio del dispositivo secondo l'invenzione si rileva dall 'andamento schematico della temperatura per il nucleo e la superficie del materiale 1, il quale è mostrato in fig. 5. Nelle zone di applicazione alla fiamma, nell'esempio della fig. 5 sono assunte due zone FI e F2, la temperatura all'interno del forno è estremamente elevata, come anche nelle usuali zone di applicazione alla fiamma secondo lo stato della tecnica. Dato che queste zone sono pero' inserite all'inizio del dispositivo, non sussiste alcun pericolo di surriscaldamenti, e l'allargamento mostrato schematicamente in fig. 5 della curva di temperatura del materiale per diversi punti del materiale non ha alcuna importanza, dato che nelle successive due zone convettive K1 e K2, è possibile equilibrare la temperatura. Nella seconda zona L2 infine la temperatura dei gas si trova nel campo di temperatura finale desiderata del materiale. In questo modo si esclude un surriscaldamento del materiale anche nel caso di fermate non previste della pressa e quindi interruzioni forzate del trasporto del materiale nel dispositivo.

Claims (8)

1. Rivendicazioni 1. Dispositivo per il riscaldamento di masselli e barre, in particolare in leghe di metalli leggeri, con riscaldamento mediante fiamme di bruciatori a gas, le quali entrano in contatto con la superficie del materiale, in una parte (3; FI, F2) del dispositivo, per il riscaldamento mediante convezione forzata mediante getti di ugelli di gas caldi soffiati sulla superficie del materiale, in un’altra parte del dispositivo (6; Kl, K2), in cui, osservando nella direzione di trasporto del materiale, il riscaldamento si verifica inizialmente mediante applicazione diretta alle fiamme e nella restante parte successiva (6; Kl, K2) del dispositivo, mediante convezione forzata mediante soffiaggio di getti di gas caldi.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che per l'applicazione diretta alle fiamme vengono impiegati bruciatori a recupero (14).
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che gli ugelli dei bruciatori a recupero (12) sono provvisti di boccagli in materiale resistente alle alte temperature per la modifica della sezione dei getti dei bruciatori (16).
4. 4 . Dispositivo secondo almeno una delle rivendicazioni 2 o 3, caratterizzato dal fatto che gli ugelli (7) dei bruciatori a recupero (12) modificano la direzione dei getti dei bruciatori (16).
5. 5. Dispositivo secondo almeno una delle rivendicazioni 2 fino a 4, caratterizzato dal fatto che i boccagli suddividono i getti dei bruciatori (16) rispettivamente in almeno due getti singoli.
6. 6. Dispositivo secondo una o piu' delle rivendicazioni 1 fino a 5, caratterizzato dal fatto che nel caso di disposizione di almeno due zone convettive (6; Kl, K2) dietro alla zona (3; FI, F2) di applicazione diretta alle fiamme, l'ultima zona convettiva - nella direzione di trasporto del materiale - esegue sostanzialmente una compensazione della temperatura nel materiale e opera solo con una ridotta sovratemperatura rispetto alla temperatura finale dei masselli.
7. 7. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni 1 fino a 6, caratterizzato dal fatto che tra la zona di applicazione alle fiamme (3; FI, F2) e la zona convettiva (6; Kl, K2) è prevista una zona di separazione (5), per la raccolta e il deflusso dei gas di scarico.
8. 8. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni 1 fino a 7, caratterizzato dal fatto che nella direzione di trasporto, prima della zona di applicazione alle fiamme {3; FI, F2) è prevista una zona di ingresso (4), che permette la raccolta e il deflusso dei gas di scarico.