ITMI971840A1 - Blocco di copertura per forni del tipo a soffitto e procedimento per la realizzazione di tale blocco - Google Patents

Description

Titolo: Blocco di copertura per forni del tipo a soffitto sospeso e procedimento per la realizzazione di tale blocco.

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un blocco di copertura per forni del tipo a soffitto sospeso ed anche ad un procedimento per la realizzazione di un tale blocco.

I forni del tipo a soffitto sospeso sono oggi ben noti e largamente utilizzati in vari campi del settore industriale in sostituzione ai tradizionali forni a volta, rispetto ai quali presentano noti vantaggi funzionali.

Nei forni a soffitto sospeso, la parete di copertura è composta da una pluralità di elementi refrattari mantenuti, tramite idonei mezzi metallici, in condizione sospesa rispetto ad un telaio di supporto. Tali elementi sono poi reciprocamente accostati e adeguatamente premuti l'uno contro l'altro, in modo da ridurre gli spazi presenti nelle intercapedini tra due elementi adiacenti, spazi attraverso i quali il calore generato all'interno del forno può disperdersi verso l'esterno.

Perchè un forno possa operare in modo termodinamicamente efficiente, esso deve essere costruito con materiali in grado di resistere alle alte temperature presenti all'interno della camera di combustione e, di mantenere, all'interno della stessa camera, il calore generato dalla fiamma erogata dai bruciatori del forno stesso.

I suddetti requisiti vengono soddisfatti riservando, in fase progettuale, molta attenzione alla scelta dei materiali costituenti gli elementi destinati a formare le pareti del forno. Ulteriore cura deve essere successivamente prestata alle modalità con cui tali elementi vengono reciprocamente associati in fase di montaggio del forno stesso.

Tipicamente, le pareti del forno vengono realizzate con materiali aventi un elevato grado di refrattarietà, effettuando eventualmente opportune lavorazioni (per esempio applicazione di particolari vernici di rivestimento) sulla superficie destinata ad affacciarsi all'interno della camera di combustione.

Una parete siffatta non garantisce però elevati gradi di isolamento. Ciò è dovuto proprio alle caratteristiche strutturali dei materiali refrattari, i quali, a differenza dei tipici materiali isolanti (caratterizzati da elevati gradi di porosità), presentano densità elevata.

Il grado di isolamento desiderato viene allora generalmente raggiunto aumentando lo spessore delle pareti del forno e realizzando una coibentazione addizionale esterna.

Essendo lo spessore del singolo blocco comunque limitato dall'esigenza di garantire, in fase di realizzazione dello stesso, una adeguata ed omogenea cottura del materiale costituente, l'aumento di spessore della parete del forno viene conseguito affiancando tra loro più elementi refrattari posti in verticale.

La coibentazione addizionale viene realizzata tramite opportuni materiali disposti sulla parete dei blocchi sospesi. Materiali tipicamente utilizzati per questo scopo sono calcestruzzo isolante e materassini di fibre ceramiche.

Un forno a soffitto sospeso realizzato con le modalità costruttive sopra descritte, ha però l'inconveniente di un costo di installazione elevato, soprattutto a causa dell'elevato numero di elementi refrattari (elementi particolarmente costosi) necessari per realizzare una parete avente uno spessore tale da garantire, in esercizio, un buon isolamento termico.

Il problema dell'isolamento assume infatti, nei forni a soffitto sospeso, particolare importanza, a causa della presenza dei mezzi metallici di sostegno degli elementi. Tale presenza comporta la necessità di limitare la temperatura nella zona adiacente a tali mezzi e dunque di creare un adeguato spessore tra camera di combustione e tale zona. Diversamente il telaio di sostegno potrebbe essere danneggiato.

Il problema tecnico che sta alla base della presente invenzione è quello di escogitare un blocco di copertura per forni del tipo a soffitto sospeso, avente adeguate proprietà refrattarie ed isolanti e nel contempo un costo contenuto, così da ridurre l'entità degli investimenti previsti per la realizzazione del soffitto del forno stesso.

In un suo primo aspetto, l'invenzione riguarda pertanto un blocco di copertura per forni del tipo a soffitto sospeso, caratterizzato dal fatto di conprendere almeno un primo ed un secondo strato, sovrapposti tra loro ed aventi differenti proprietà refrattarie ed isolanti.

Nel seguito della presente descrizione e nelle successive rivendicazioni, con il termine refrattario si vuole intendere un materiale in grado di resistere, senza alterazioni strutturali notevoli, alle elevate temperature di un forno (almeno 1000-1200°C ed oltre) ed, eventualmente, all'azione diretta della fiamma; con il termine isolante si vuole invece intendere un materiale avente bassa conducibilità termica, e dunque in grado di offrire una elevata resistenza all'attraversamento del flusso di calore.

In accordo con l'invenzione, è così vantaggiosamente possibile realizzare, a costi relativamente modesti, un blocco di copertura avente buone proprietà refrattarie ed in grado di garantire, nel contempo, un buon isolamento termico. La riduzione dei costi viene conseguita riducendo la percentuale complessiva di materiale refrattario (più costoso) nel blocco; limitando la presenza di tale materiale in determinati strati opportunamente disposti all'interno del blocco stesso e prevedendo ulteriori strati di materiale isolante, è possibile garantire il desiderato grado di refrattarietà ed isolamento. Tale riduzione di percentuale di materiale refrattario (materiale ad alto peso specifico) comporta inoltre una riduzione di peso del blocco risultante, con notevoli vantaggi per il personale addetto alla installazione dei vari blocchi e per la parete risultante.

Preferibilmente, il primo ed il secondo strato comprendono rispettivamente un primo ed un secondo manufatto costruttivamente indipendenti. Ciò consente di realizzare il blocco di copertura in modo particolarmente semplice.

Vantaggiosamente, il primo strato ha proprietà refrattarie superiori rispetto al secondo strato. Ancor più vantaggiosamente, il secondo strato ha proprietà isolanti superiori rispetto al primo strato.

Ciò consente di prevedere, per la porzione di blocco adiacente alla camera di combustione del forno, uno strato di materiale in grado di resistere alle alte temperature ed eventualmente all'azione diretta della fiamma e, per la porzione di blocco superiore, uno strato di materiale in grado di opporsi al flusso di calore dal forno verso l'esterno, così da minimizzare le dispersioni termiche (energeticamente svantaggiose e comunque pericolose per il personale di servizio) e mantenere la temperatura della porzione esterna della parete (dove sono montati i mezzi di sostegno del blocco) relativamente bassa.

Inoltre, è possibile ottimizzare i costi di realizzazione del blocco di copertura, disponendo il materiale refrattario (costoso) solo laddove la sua presenza è necessaria e cioè esclusivamente nello strato (o manufatto) inferiore del blocco stesso. In tal modo, lo strato inferiore svolgerà prevalentemente l'azione refrattaria desiderata nei confronti del calore presente all'interno del forno, non opponendosi tuttavia in modo marcato al flusso termico verso l'esterno. Tale flusso verrà successivamente arrestato dal materiale isolante disposto negli strati superiori del blocco.

Preferibilmente, il primo ed il secondo strato sono reciprocamente fissati tramite collanti ad elevato potere di fissaggio. In tal modo è possibile garantire l'integrità strutturale del blocco, indispensabile sia in termini di sicurezza che in termini di efficienza termica del forno.

Vantaggiosamente il secondo strato comprende sedi destinate ad alloggiare mezzi atti a sostenere il suddetto blocco rispetto ad un telaio di supporto. Tali sedi sono dunquerealizzate in una porzione del blocco relativamente più fredda, in cui è prevista la presenza di materiale isolante; ciò garantisce, in esercizio, l'integrità strutturale dei mezzi metallici di sostegno destinati ad essere montati in tali sedi.

In un suo secondo aspetto, l'invenzione riguarda una parete di copertura per forni del tipo a soffitto sospeso, conprendente una pluralità di blocchi del tipo più sopra descritto, tali blocchi essendo montati sospesi su un telaio di supporto ed essendo reciprocamente accostati e mantenuti in condizione di stretta aderenza. Si tratta dunque di una parete termodinamicamente molto efficiente e, nel contempo, particolarmente semplice dal punto di vista costruttivo.

In un suo terzo aspetto, l'invenzione riguarda un forno del tipo a soffitto sospeso, comprendente una parete di copertura del tipo più sopra descritto.

In un suo ultimo aspetto, l'invenzione riguarda un procedimento per la realizzazione di un blocco di copertura del tipo più sopra descritto, caratterizzato dal fatto di comprendente le seguenti fasi:

predisporre un primo strato di un materiale avente determinate proprietà refrattarie ed isolanti,

predisporre un secondo-strato di un materiale avente differenti proprietà refrattarie ed isolanti rispetto al primo strato,

sovrapporre tale secondo strato al primo strato, fissare tale secondo strato sul primo strato. Vantaggiosamente, il primo ed il secondo strato sono tra loro costruttivamente indipendenti e la suddetta fase di fissaggio comprende la fase di interporre, tra il primo ed il secondo strato, un collante ad elevato potere di fissaggio.

Un tale procedimento consente di realizzare una parete di copertura termodinamicamente efficiente mediante una sequenza di operazioni semplici e veloci.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi di un blocco e di un procedimento secondo la presente invenzione risulteranno meglio dalla seguente descrizione di una sua forma di esecuzione preferita, fatta con riferimento alla figura 1, la quale' mostra una vista prospettica di un tale blocco.

In tale figura, con 1 è indicato un blocco di copertura per forni del tipo a soffitto sospeso. Il blocco 1 comprende una pluralità di strati sovrapposti, complessivamente indicati con 2. In una versione preferita della presente invenzione, gli strati 2 comprendono una pluralità di manufatti sovrapposti, costruttivamente indipendenti l'uno dall'altro e di forma sostanzialmente parallelepipeda. Tali manufatti sono in pratica mattoni refrattari-isolanti, realizzati con tecniche di per sè note, in modo da presentare le caratteristiche refrattarie ed isolanti desiderate, che saranno illustrate nel seguito.

Gli strati 2 comprendono un primo strato inferiore 3, avente elevate proprietà refrattarie, ed almeno un secondo strato 4 (due strati 4a e 4b nell'esempio illustrato, tra loro sovrapposti) avente elevate proprietà isolanti, sovrapposto al primo strato 3.

Più in particolare, il primo strato 3 ha proprietà refrattarie superiori rispetto ai secondi strati 4a e 4b i quali, a loro volta, hanno proprietà isolanti superiori rispetto al primo strato 3.

Il primo strato 3 presenta una superficie inferiore 3a destinata ad affacciarsi all'interno di una camera di combustione di un forno (non raffigurato).

Il secondo strato 4a è fissato sul primo strato 3 tramite l'interposizione di un collante 5 ad elevato potere di fissaggio. In modo analogo sono reciprocamente fissati i secondi strati 4a e 4b tra loro.

Il secondo strato 4b presenta, sulla sua superficie superiore 6, sedi 7 opportunamente conformate e destinate ad alloggiare mezzi di sostegno metallici o ceramici (non raffigurati) atti a mantenere il blocco 1 in condizione sospesa rispetto ad un.telaio di supporto (anch'esso non raffigurato).

Nel funzionamento, il blocco 1 è destinato ad essere montato sospeso sul telaio di supporto tramite i suddetti mezzi metallici. Al blocco 1 vengono accostati una pluralità di ulteriori blocchi 1, i quali vengono mantenuti in condizione di stretta aderenza da opportuni mezzi prementi (non raffigurati) predisposti alle contrapposte estremità della parete di copertura così realizzata. Le superfici inferiori 3a di ciascun blocco 1 realizzano così una superficie refrattaria della suddetta parete di copertura. Sui blocchi così installati, possono essere previsti, attorno ai mezzi di sostegno, ulteriori materiali isolanti (non illustrati).

In esercizio, il forno lavora ad una determinata temperatura operativa grazie al calore generato dalla fiamma erogata da bruciatori del forno stesso. Tale funzionamento in esercizio viene garantito dalla capacità, da parte delle superfici inferiori refrattarie 3a dei blocchi 1, di resistere alle elevate temperature presenti all'interno del forno.

Il flusso termico generato e diretto dall'interno del forno verso l'ambiente esterno, attraversa il primo strato refrattario 3a e viene successivamente ostacolato e minimizzato dai successivi strati isolanti 4a, 4b, così da conseguire una elevata efficienza termica ed una superficie superiore 6 a temperatura relativamente bassa.

La presente invenzione, così come sopra descritta, permette di conseguire svariati vantaggi rispetto.alla tecnica nota, fra i quali quelli sotto elencati.

Innanzitutto, la presenza di strati refrattari ed isolanti separati, consente di ridurre notevolmente i costi di installazione del soffitto del forno. Infatti, la possibilità di disporre il materiale refrattario (costoso) solo laddove la sua presenza è necessaria (e cioè esclusivamente nello strato inferiore del blocco) ed il materiale isolante (meno costoso) nella porzione restante del blocco, permette di realizzare una parete di copertura che, a parità di spessore, presenta una quantità di materiale refrattario notevolmente inferiore rispetto alla tecnica nota.

Tale riduzione di materiale refrattario consente inoltre una riduzione di peso della parete risultante. Infatti il peso specifico di un buon materiale isolante è all'incirca tra la metà ed un terzo del peso specifico di un buon materiale refrattario.

Ancora, mentre nella tecnica nota la funzione dell'isolamento viene svolta in gran parte dai materiali refrattari {da qui la necessità di creare un certo spessore di parete per evitare che i mezzi metallici di sostegno siano interessati alle alte temperature), nella presente invenzione tale funzione viene svolta da idonei materiali isolanti, con il vantaggio conseguente di dovere realizzare spessori di parete minori a parità di flusso termico disperso.

ESEMPIO

I vantaggi sopra riportati sono stati dimostrati attraverso prove simulate al calcolatore (secondo le specifiche ASTM G640) di conduzione termica su pareti realizzate rispettivamente con le modalità costruttive della tecnica nota e con quelle della presente invenzione. Tutti i materiali citati nel seguito sono commercialmente disponibili, con i loro rispettivi marchi, presso la stessa richiedente.

Tali prove sono state basate su un forno alle seguenti condizioni:

Temperatura ambiente: 25°C

Temperatura forno : 1200°C

È stato realizzato dapprima un modello di parete di copertura secondo la tecnica nota, avente le seguenti dimensioni:

superficie di scambio termico: 130 * 260 mm ;spessore parete: 295 mm ;e così composto: ;; ;; Gli ultimi due sono materiali coibentanti sovrapposti ai materiali refrattari: il primo è un materassino di fibre ceramiche, il secondo è un calcestruzzo isolante. ;Sono state misurate le temperature alle superfici di interfaccia tra gli strati ed all'interno del singolo strato del blocco (ad una altezza di 50 mm dalla superficie superiore del blocco, tale altezza corrispondendo alla zona in cui i mezzi di sostegno sono tipicamente collegati al blocco), ottenendo i seguenti risultati: ; ;; con: ;quantità di calore disperso: 838 W/m<2>;energia termica immagazzinata: 49.2 KWh/m<2 >Successivamente è stato realizzato un modello di parete di copertura secondo la presente invenzione, avente le seguenti dimensioni: ;superficie di scambio termico: 230 * 260 mm spessore parete: 220.4 mm

e così composto:

Anche in questo caso sono state misurate le temperature alle superfici di interfaccia tra gli strati ed all'interno dello strato esterno superiore del blocco (ad una altezza di 50 mm dalla superficie superiore del blocco), ottenendo i seguenti risultati:

con:

quantità di calore disperso: 859 W/m<2>

energia termica immagazzinata: 31.3 KWh/m<2 >Da un esame comparativo dei risultati ottenuti si può concludere che nella parete realizzata con blocchi secondo la presente invenzione, valori di flusso termico disperso e di temperatura della superficie esterna analoghi vengono conseguiti con:

uno spessore di parete minore,

un numero minore di strati di materiale coibentante, una energia immagazzinata dalla parete complessivamente minore,

una temperatura bassa laddove i mezzi di sostegno sono collegati ai blocchi,

minore materiale di coibentazione addizionale.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Blocco di copertura per forni del tipo a soffitto sospeso, caratterizzato dal fatto di conprendere almeno un primo ed un secondo strato, sovrapposti tra loro ed aventi differenti proprietà refrattarie ed isolanti.
2. 2. Blocco secondo la rivendicazione 1, in cui il primo ed il secondo strato comprendono rispettivamente un primo ed un secondo manufatto costruttivamente indipendenti.
3. 3. Blocco secondo la rivendicazione 1 in cui il primo strato ha proprietà refrattarie superiori rispetto al secondo strato.
4. 4. Blocco secondo la rivendicazione 1, in cui il secondo strato ha proprietà isolanti superiori rispetto al primo strato.
5. 5. Blocco secondo la rivendicazione 1 in cui il primo ed il secondo strato sono reciprocamente fissati tramite collanti ad elevato potere di fissaggio.
6. 6. Blocco secondo la rivendicazione 1 in cui il secondo strato comprende sedi destinate ad alloggiare mezzi atti a sostenere il suddetto blocco rispetto ad un telaio di supporto.
7. 7. Parete di copertura per forni del tipo a soffitto sospeso, comprendente una pluralità di blocchi secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, tali blocchi essendo montati sospesi su un telaio di supporto ed essendo reciprocamente accostati e mantenuti in condizione di stretta aderenza.
8. 8. Forno del tipo a soffitto sospeso, comprendente una parete di copertura secondo la rivendicazione 7.
9. 9. Procedimento per la realizzazione di un blocco di copertura secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendente le seguenti fasi: predisporre un primo strato di un materiale avente determinate proprietà refrattarie ed isolanti, predisporre un secondo strato di un materiale avente differenti proprietà refrattarie ed isolanti rispetto al primo strato, sovrapporre tale secondo strato al primo strato, fissare tale secondo strato sul primo strato.
10. 10. Procedimento secondo la rivendicazione 9, in cui il primo ed il secondo strato sono tra loro costruttivamente indipendenti e la suddetta fase di fissaggio comprende la fase di interporre, tra il primo ed il secondo strato, un collante ad elevato potere di fissaggio.
11. 11. Procedimento secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui nel primo strato viene previsto un materiale avente elevate proprietà refrattarie.
12. 12. Procedimento secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui nel secondo strato viene previsto un materiale avente elevate proprietà isolanti.
13. 13. Procedimento secondo la rivéndicazione 9 o 10, in cui nel primo strato viene previsto un materiale avente proprietà refrattarie superiori rispetto al secondo strato.
14. 14. Procedimento secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui nel secondo strato viene previsto un materiale avente proprietà ìsolanti superiori rispetto al primo strato.
15. 15. Procedimento secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui nel secondo strato vengono realizzate sedi destinate ad alloggiare mezzi atti a sostenere il suddetto blocco rispetto ad un telaio di supporto.