ITSV990021A1 - Procedimento ed impianto per la fusione di materiali metallici. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'Invenzione Industriale dal titolo: "Procedimento ed impianto per la fusione di materiali metallici"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

L'invenzione ha per oggetto un procedimento per la fusione e preferibilmente per il contemporaneo affinamento (per esempio per la carburazione, l'ossidazione selettiva, la desolforazione, la defosforazione, o per altri trattamenti similari) di materiali metallici ferrosi o non ferrosi. L'invenzione prevede anche un impianto per l'attuazione di tale procedimento .

L'invenzione mira ad eliminare gli inconvenienti delle tecnologie che vengono finora adottate per la fusione e l'eventuale contemporaneo affinamento di materiali metallici e consistono, per esempio, in forni elettrici od a combustione ed in particolare nei cosiddetti cubilotti. L'invenzione ha lo scopo di trovare - per la fusione e per l'eventuale contemporaneo affinamento di materiali metallici - un procedimento ed un impianto che sono notevolmente più flessibili ed economici rispetto allo stato della tecnica e forniscono un prodotto migliore a costi sensibilmente più bassi .

A tale scopo, l'invenzione prevede un procedimento del tipo indicato all'inizio e caratterizzato in sostanza dal fatto che un bagno fuso, nel guale viene alimentato, in modo almeno sostanzialmente continuo od a cariche, il materiale metallico da fondere, viene mantenuto alla temperatura desiderata bruciando, in una zona di combustione primaria immediatamente sovrastante o sottostante la superficie del bagno fuso, un combustìbile carbonioso polverulento, costituito per esempio da carbone in polvere, da coke in polvere o simili, ed in modo particolarmente preferito da polverino di carbone, da soli od in miscela fra loro e/o in miscela con altri materiali combustibili polverulenti, come per esempio scarti di materie plastiche o simili.

Il combustibile carbonioso polverulento utilizzato secondo l'invenzione presenta di preferenza una grandezza granulometrica che consente il suo trasporto pneumatico e corrisponde, per esempio, ad una distribuzione granulometrica fra 0 e 5 mm, con picchi di 2 a 3 min.

Il combustibile carbonioso polverulento utilizzato in modo particolarmente preferito dall'invenzione, da solo od in miscela con altri, è costituito da polverino di carbone che è una delle pezzature note per i carboni e presenta una grandezza granulometrica media fra 0 e 3 mm. Il polverino di carbone non è un materiale combustibile molto pregiato e ricercato, e quindi relativamente economico, per cui un vantaggio dell'invenzione consiste nel aver trovato una nuova possibilità d'impiego e di sfruttamento (e di smaltimento) del polverino di carbone.

Un altro vantaggio del procedimento secondo l'invenzione consiste nel fatto che l'energia termica necessaria alla fusione ed all'eventuale contemporaneo affinamento dei materiali metallici, viene fornita dalla combustione del combustibile carbonioso polverulento ed in particolare dal polverino di carbone, il quale combustibile non richiede particolari specifiche qualitative ed ha un costo nettamente inferiore sia al coke od al carbone in pezzatura impiegati nei cubilotti sia ai combustibili liquidi e gassosi e sia all'energia elettrica dei forni ad arco, permettendo così di ridurre notevolmente il costo del metallo ottenuto. Altri vantaggi generali del procedimento secondo l'invenzione consistono nella maggiore semplicità della sua attuazione e pertanto in una corrispondente riduzione della necessaria mano d'opera, nonché in un minore consumo di refrattari.

Di preferenza, secondo una forma esecutiva particolarmente efficace e semplice del procedimento secondo l'invenzione, il combustibile carbonioso polverulento viene iniettato, di preferenza pneumaticamente, in uno o più getti nella zona di combustione primaria sopra o sotto la superficie del bagno fuso, con contemporaneo insufflamento di una prestabilita quantità di gas comburente. Il gas comburente può essere aria, ossigeno od aria arricchita di ossigeno e può essere insufflato nella zona di combustione almeno in parte insieme al combustibile carbonioso polverulento, cioè mescolato allo stesso. Di preferenza, però, secondo una forma esecutiva preferita e vantaggiosa dell'invenzione, il gas comburente viene insufflato nella zona di combustione primaria sopra o sotto la superficie del bagno fuso, almeno parzialmente ed in particolare in misura almeno prevalente, in uno o più getti separati ed indipendenti da quelli d'iniezione del combustibile carbonioso polverulento.

Secondo una ulteriore caratteristica vantaggiosa dell'invenzione, la combustione del combustibile carbonioso polverulento nella zona di combustione primaria sopra la superficie del bagno fuso, viene regolata in modo tale, da ottenere come gas della combustione primaria un gas costituito in grande misura e di preferenza prevalentemente da monossido di carbonio (CO) che determina, immediatamente sopra la superficie del bagno fuso, una zona con atmosfera fortemente riducente .

Secondo una ulteriore caratteristica preferita dell'invenzione, il combustibile carbonioso polverulento ed in particolare il polverino di carbone vengono iniettati in sostanza all'altezza della zona della scoria che si forma sul bagno fuso, o comunque in modo tale, per esempio in uno o più getti orientati in sostanza parallelamente alla superficie del bagno fuso od eventualmente più o meno inclinati verso la detta superficie, da determinare una forte turbolenza della superficie del bagno fuso ed eventualmente ,nche di un certo strato superficiale di tale bagno. Questa turbolenza fra il materiale metallico fuso, la scoria ed il combustibile carbonioso polverulento favorisce in primo luogo lo scambio termico e determina una elevata efficienza del trasferimento del calore direttamente al bagno fuso, permettendo pertanto di raggiungere elevate temperature di fusione. Inoltre, grazie alla detta turbolenza - in combinazione con l'ambiente fortemente riducente carico di monossido di carbonio (CO) nella zona di combustione primaria immediatamente sovrastante il bagno fuso e/o in combinazione con le elevate temperature raggiungibili del bagno fuso -viene provocata una intensa reazione fra il metallo fuso, la scoria ed il carbonio del combustibile carbonioso polverulento, il che consente di ottenere una significativa ricarburazione e riduzione d-.gli ossidi presenti e pertanto anche un calo di fusione più basso. Per queste caratteristiche di affinamento dei materiali metallici introdotti, cioè grazie alla conseguente resa molto alta delle reazioni di affinamento (reazioni di carburazione, di ossidazione selettiva, di desolforazione, ed altre) dei metalli fusi e trattati nel bagno, il procedimento secondo l'invenzione consente di ottenere come prodotto finale un metallo di elevata qualità, anche partendo da materiali metallici scadenti, poiché le impurità presenti possono essere ridotte a percentuali minime. Per queste ragioni, col procedimento secondo l'invenzione si possono fondere ed affinare, da soli od insieme al rottame (quest'ultimo in percentuali maggiori rispetto allo stato della tecnica) e/o alla ghisa di prima fusione, anche minerali, materiali preridotti, materiali di recupero, scarti e sfridi di lavorazione, scaglie di laminazione, ed altri, in pezzatura od in polvere, come materiali fini da impianti di depolverizzazione, scarichi degli impianti di depurazione dei fumi, polveri di scarto e simili. In quest'ultimo caso si può realizzare un ciclo chiuso, senza scarti inquinanti, con un importante vantaggio ecologico.

Quando il procedimento secondo l'invenzione utilizza, per produrre metallo fuso affinato, come materiale metallico di partenza almeno un materiale in polvere trasportabile pneumaticamente, allora secondo una caratteristica vantaggiosa dell'invenzione -questo materiale metallico polverulento può essere insufflato nel bagno fuso almeno in parte insieme al combustibile carbonioso polverulento, cioè disperso nella corrente insufflata del combustibile carbonioso polverulento stesso.

In definitiva - in base a quanto sopra - il procedimento secondo l'invenzione per la produzione di materiali metallici fusi e preferibilmente affinati presenta una maggiore flessibilità d'approvvigionamento rispetto ai procedimenti tradizionali paragonabili e permette di ottimizzare il costo della carica in funzione delle condizioni e delle disponibilità di mercato, consentendo di ottenere a costi più bassi un prodotto con caratteristiche metallurgiche superiori, con più basso contenuto di zolfo (e di fosforo, se richiesto) e con la possibilità di aggiustare il contenuto di carbonio (anche al di sotto del 4%) e di colare a temperature più alte.

Giova anche notare che l'invenzione non è limitata a materiali metallici ferrosi, ma può essere utilizzata per la fusione e preferibilmente per il contemporaneo affinamento di qualsivoglia altri metalli non ferrosi che si prestano a tale trattamento.

Il sopraddetto procedimento per la fusione e per l'eventuale contemporaneo affinamento di materiali metallici può essere attuato con qualsivoglia mezzi atti allo scopo. Di preferenza, però, per l'attuazione del procedimento l'invenzione prevede un impianto costituito da un forno o reattore a forma di tino verticale e comprendente inferiormente un crogiolo con scarichi per il metallo fuso e per la scoria, mentre nella parte superiore del detto crogiolo, in corrispondenza di una zona di combustione primaria immediatamente sovrastante o sottostante la superficie del bagno fuso destinato a venire formato nel crogiolo, sboccano lateralmente almeno un inietttore per l'iniezione di un materiale carbonioso polverulento, in particolare per polverino di carbone, ed almeno un iniettore per 1'insufflamento di un gas comburente, essendo nella parte superiore del tino previsti dei mezzi per il carico continuo od intermittente del materiale metallico da fondere e preferibilmente affinare, nonché dei mezzi per lo scarico dei fumi.

Queste ed altre caratteristiche del procedimento e dell'impianto secondo l'invenzione ed i vantaggi che ne derivano appariranno evidenti con maggiori dettagli dalla seguente descrizione fatta a titolo d'esempio non limitativo con riferimento al disegno allegato, nel quale:

La fig. 1 illustra in sezione verticale molto schematica un reattore per l'attuazione del procedimento secondo l'invenzione.

La fig. 2 illustra molto schematicamente la parte inferiore del reattore secondo la fig. 1, in sezione verticale fatta in un piano diverso da quello della sezione secondo la fig. 1 stessa.

L'impianto per l'attuazione del procedimento secondo l'invenzione è destinato alla fusione e di preferenza al contemporaneo affinamento (per esempio mediante reazioni di carburazione, ossidazione selettiva, desolforazione, defosforazione ed altri) di materiali metallici non soltanto ferrosi ma anche di qualsivoglia altro tipo adatto. Nell'esempio esecutivo illustrato, questo impianto è costituito da un forno o reattore, comprendente un tino verticale sostanzialmente cilindrico 1 che è rivestito internamente di materiale refrattario e presenta alla sua base un crogiolo 2 destinato a contenere un bagno fuso. Il crogiolo 2 presenta uno scarico 3, per esempio del tipo a sifone, per il metallo fuso e, ad un livello leggermente più alto, uno scarico separato 4 per la scoria.

In una zona superiore del crogiolo 2 immediatamente sovrastante la superficie del bagno fuso destinato a venire formato nel crogiolo 2 stesso, sboccano lateralmente uno o più iniettori 5 di combustibile carbonioso polverulento, costituito di preferenza almeno prevalentemente da polverino di carbone, nonché uno o più iniettori 6 di un gas comburente, costituito d'aria, da ossigeno o d'aria arricchita di ossigeno. Il o gli iniettori 5 del combustibile carbonioso polverulento sono costituiti preferibilmente di lance con ugelli raffreddati ad acqua e sboccano nel tino 1 del reattore preferibilmente in sostanza nella zona della scoria che si forma e galleggia sulla superficie del bagno fuso contenuto nel crogiolo 2. Il o gli iniettori 6 del gas comburente sono costituiti preferibilmente da tubiere raffreddate ad acqua nella loro parte terminale .

Il o gli iniettori 5 del combustibile carbonioso polverulento ed eventualmente anche il o gli iniettori 6 del gas comburente sono di preferenza orientati in sostanza parallelamente alla superficie del bagno fuso contenuto nel crogiolo 2 o possono essere leggermente inclinati verso la superficie del bagno fuso stesso, mentre almeno alcuni di essi sono orientati in sostanza radialmente rispetto al crogiolo 2. Nell'esempio esecutivo illustrato, il o gli iniettori 6 del gas comburente sono disposti in un piano sostanzialmente orizzontale ad un livello inferiore al od agli iniettori del combustibile carbonioso polverulento che si trovano in un piano sostanzialmente orizzontale diverso e sovrastante. E' possibile però anche una qualsivoglia altra adatta disposizione degli iniettori 5 e 6, per esempio una disposizione sostanzialmente complanare di questi iniettori 5 e 6 stessi.

Nella zona intermedia dell'altezza del tino 1 del reattore sono previsti uno o più iniettori laterali 7 per gas comburente, costituito in genere d'aria eventualmente preriscaldata, ossigeno o aria arricchita e destinato a determinare una combustione secondaria del monossido di carbonio (CO) contenuto nei gas della combustione primaria del combustibile carbonioso polverulento, come verrà spiegato dettagliatamente più avanti .

Sopra questa zona intermedia d'insufflamento di gas comburente secondaria (iniettori 7), il tino 1 del reattore presenta uno scarico laterale 8 per i fumi. Questo scarico 8 è di preferenza associato ad almeno un ulteriore iniettore 9 di gas comburente, costituito in genere d'aria e destinato alla postcombustione dei fumi. Nella parte superiore del tino 1 del reattore sono previsti dei mezzi d'alimentazione per il od i materiali metallici, ferrosi o non ferrosi, da fondere e d'affinare. Nell'esempio esecutivo illustrato, destinato in particolare a materiali metallici ferrosi, i detti mezzi d'alimentazione sono costituiti da una bocca 10 per il caricamento di ghisa di prima fusione e da una ulteriore bocca 11 per il caricamento di rottame, o di un'unica bocca per il caricamento di entrambi i materiali. Fra queste bocche di caricamento 10, 11 ed il sottostante vano del tino 1 sono previste due valvole 12 di chiusura del tino, fra loro verticalmente distanziate, nonché di preferenza una valvola laterale antiesplosione 13.

Il procedimento secondo l'invenzione ha lo scopo di fondere dei materiali metallici ferrosi o non ferrosi, come per esempio ghisa di prima fusione e/o rottami e/o minerali, materiali preridotti, materiali di recupero, scarti di lavorazione, scaglie di laminazione, ed altri, da soli od in miscela, per ottenere dei rispettivi metalli con opportuno tenore di carbonio e grado d'ossidazione ed eventualmente per effettuare altri trattamenti d'affinamento come la desolforazione e/o la defosforazione od altre operazioni, con rispettiva apposita scoria .

Per avviare il procedimento, è necessario formare nel crogiolo 2 del reattore un bagno fuso che costituisce la sede della fusione e delle reazioni di affinamento, alle guali deve essere assoggettato il materiale metallico. A tale scopo, nel crogiolo 2 del reattore viene caricato uno strato di materiale metallico solido e/o di carbone in pezzatura ridotta e questa carica viene riscaldata per mezzo di uno o più bruciatori ausiliari a combustibile gassoso o liquido (non illustrati), preferibilmente fino ad una certa temperatura, per esempio di circa 600 - 700 °C. Successivamente, la fusione del detto materiale viene completata fino alla necessaria temperatura di regime del bagno fuso mediante combustione di combustibile carbonioso polverulento, in particolare di polverino di carbone, che viene insufflato per mezzo del o dei rispettivi iniettori 5 con contemporaneo insufflamento di gas comburente attraverso il o gli iniettori 6. Nel crogiolo 2 si ottiene così un bagno fuso "madre" o di partenza che può avere per esempio un'altezza di circa 100 - 150 cm.

Il materiale metallico ferroso da fondere ed affinare può essere costituito, per esempio da ghisa di prima fusione, alimentata attraverso la bocca di caricamento 10 e da rottame alimentato attraverso la bocca di caricamento 11. Grazie alle particolari caratteristiche del procedimento secondo 1' invenzione e dell'impianto per la sua attuazione, si possono fondere ed affinare, insieme alla ghisa ed al rottame oppure invece di essi, anche altri materiali metallici ferrosi, come minerali, materiali preridotti, materiali di recupero, scarti e sfridi di lavorazione, scaglie di laminazione ecc. I materiali metallici da fondere ed affinare possono essere anche non ferrosi. I materiali metallici alimentati attraverso la o le bocche superiori di caricamento 10, 11 possono presentare, per esempio, una pezzatura fino a 20-50 cm, e cadono attraverso le valvole 12 alternativamente aperte e lungo il tino 1 del reattore direttamente nel bagno fuso contenuto nel crogiolo, dove fondono e dove si svolgono le principali reazioni d'affinamento. Grazie alla caduta dei materiali metallici direttamente nel bagno fuso contenuto nel crogiolo 2, vengono ridotti drasticamente i tempi di ciclo. L'alimentazione dei materiali metallici attraverso la o le bocche superiori di caricamento 10, 11 è di preferenza sostanzialmente continua ma può essere anche intermittente od a cariche .

Il calore necessario per la fusione e per le reazioni d'affinamento dei materiali metallici alimentati, cioè per mantenere il bagno fuso nel crogiolo 2 alla desiderata temperatura di regime, viene fornito bruciando un combustibile carbonioso polverulento in una zona di combustione primaria immediatamente sovrastante o sottostante la superficie del bagno fuso. Il combustibile carbonioso polverulento è costituito, per esempio da carbone in polvere, coke in polvere o simili, e preferibilmente da polverino di carbone, da soli od in miscela fra loro e/o con altri materiali combustibili polverulenti, in particolare con polveri di materiali di scarto o di rifiuto, come scarti di materia plastica, o simili. Il detto combustibile carbonioso polverulento presenta di preferenza una grandezza granulometrica fra 0 e 5 mm, con picchi di distribuzione granulometrica corrispondenti a valori fra 2 e 3 mm, e comunque una grandezza granulometrìca che consente il trasporto pneumatico del detto combustibile. Il combustibile carbonioso polverulento viene trasportato ed alimentato per via pneumatica ed insufflato mediante aria in uno o più getti attraverso i rispettivi uno o più iniettori 5 nella detta zona di combu stione primaria sopra la superficie del bagno fuso. Insieme al combustibile carbonioso polverulento, nella detta zona di combustione primaria viene insufflata anche una determinata quantità di gas comburente attraverso il od i rispettivi iniettori 6. Preferibilmente, il combustibile carbonioso polverulento viene iniettato in sostanza nella zona della scoria che si forma e galleggia sulla superficie del bagno fuso. La direzione d'iniezione del combustibile carbonioso polverulento e/o dell'insufflamento del gas combustibile è sostanzialmente orizzontale, cioè sostanzialmente parallela alla superficie del bagno fuso od è più o meno inclinata verso la superficie del bagno fuso stesso. L'iniezione del combustibile carbonioso polverulento e l'insufflamento del gas comburente determinano una forte turbolenza nella zona di combustione primaria in corrispondenza della superficie del bagno fuso ed eventualmente anche in uno strato superficiale del bagno fuso stesso, la quale turbolenza favorisce lo scambio termico e determina una elevata efficienza di trasferimento del calore al bagno fuso, permettendo pertanto di ottenere alte temperature di fusione nel bagno. Nonostante queste alte temperature del bagno fuso, il consumo di refrattario può essere mantenuto entro limiti molto ridotti, orientando opportunamente ed in modo preciso i getti iniettati di combustibile carbonioso polverulento e prevedendo un adatto sistema di raffreddamento del mantello del reattore.

La combustione del combustibile carbonioso polverulento nella zona di combustione primaria immediatamente sovrastante la superficie del bagno fuso contenuto nel crogiolo 2 viene regolata in moto tale, da ottenere come gas della combustione primaria un gas costituito almeno in grande misura da monossido di carbonio (CO) che determina nella zona immediatamente sovrastante o sottostante la superficie del bagno fuso un'atmosfera fortemente riducente. Quest'atmosfera riducente determina - in combinazione con le elevate temperature ottenute con la combustione del combustibile carbonioso polverulento ed in combinazione con la turbolenza provocata dall'iniezione di tale combustibile - delle intense reazioni fra il metallo fuso, la scoria ed il combustibile carbonioso polverulento, ed assicura quindi un ottimo affinamento del materiale metallico caricato.

Col sopradescritto impianto e col procedimento attuato per mezzo di questo impianto possono essere fusi e di preferenza contemporaneamente affinati anche dei materiali metallici fini, cioè polverulenti, come materiali da impianti di depolverizzazione, scarichi d'impianti di depurazione di fumi, e simili. Questi materiali metallici fini, ferrosi o non ferrosi, vengono introdotti nel reattore secondo l'invenzione preferibilmente insieme al combustibile carbonioso polverulento, cioè insufflandoli attraverso gli iniettori 5 insieme al combustibile carbonioso polverulento stesso, quando la loro grandezza granulometrica è inferiore a quella grandezza granulometrica minima necessaria che consente al materiale metallico introdotto attraverso la o le bocche superiori di caricamento 10, 11 di cadere fino al bagno fuso nel crogiolo 2 contro la forza opposta di trascinamento verso l'alto, esercitata dalla corrente gassosa ascendente nel tino 1.

L'aria, l'ossigeno o l'aria arricchita d'ossigeno insufflati nella zona intermedia del tino 1 attraverso gli iniettori 7 determina una combustione secondaria del monossido di carbonio (CO) che viene generato con la combustione primaria del combustibile carbonioso polverulento nella zona immediatamente sovrastante o sottostante la superficie del bagno fuso nel crogiolo 2 e fluisce verso l'alto nel tino 1. Questa combustione secondaria del monossido di carbonio può avvenire in grande misura, per esempio fino al 60-70 % circa. II calore generato con la detta combustione secondaria del monossido di carbonio (CO) in anidride carbonica (CO2) viene trasferito con buon grado di efficienza al bagno fuso nel crogiolo 2, per irraggiamento e/o per scambio di materia, aumentando così il grado di sfruttamento del potere calorifico del combustibile carbonioso polverulento utilizzato e riducendo di conseguenza i consumi ed i costi.

I fumi che escono dal reattore attraverso lo scarico 8 mescolati con l'aria in eccesso insufflata attraverso l'associato iniettore 9, vengono completamente ossidati in una camera di postcombustione collegata con lo scarico 8 ma non illustrata nel disegno. All'uscita dalla detta camera di postcomlustione, i fumi possono presentare una temperatura elevata, per esempio anche fino a 1200 °C, ed il loro calore sensibile può essere utilizzato per preriscaldare il gas comburente della combustione primaria, insufflato attraverso il o gli iniettori 6, soprattutto quando questo gas comburente è costituito d'aria. Il detto calore sensibile dei fumi dopo la postcombustione può essere però utilizzato anche per preriscaldare l'aria insufflata attraverso il o gli iniettori 7 per la combustione secondaria e/o per preriscaldare l'aria insufflata attraverso l'ugello 9 per la postcombustione, nonché, in maniera diretta od indiretta, soltanto od anche per qualsivoglia altri scopi interni di stabili mento, per esempio per produrre vapore in una caldaia.

Dopo l'eventuale recupero del calore, i fumi vengono bruscamente raffreddati, per esempio mediante iniezione d'acqua nebulizzata, preferibilmente fino ad una temperatura di circa 140 ÷ 180 °C. Questo brusco raffreddamento dei fumi elimina il pericolo di formazione delle diossine che si formano notoriamente nel campo di temperature fra 400 e 600 °C. In corrispondenza dell'iniezione dell'acqua di raffreddamento può essere effettuata, se necessaria, una eventuale desolforazione del tipo semisecco con acqua di calce.

I fumi vengono poi inviati ad un filtro a maniche (non illustrato) per l'abbattimento finale delle polveri. La temperatura di filtrazione è mantenuta a circa 140÷180°C, temperature ottimali per la neutralizzazione dei fumi, ottenuta introducendo polvere di calce o bicarbonato nei gas da depurare, a monte del filtro. Pertanto le maniche del filtro sono fatte di un materiale (per esempio di un materiale noto col nome commerciale Ryton-Rastex) resistente a queste condizioni di lavoro. Il filtro è preferibilmente del tipo a celle escludibili, cioè ad almeno due vie di passaggio alternativamente percorribili, per poter effettuare la manutenzione e la pulizia senza interrompere il funzionamento .

Il funzionamento del reattore può essere fermato ed interrotto, per esempio durante la notte ed alla fine della settimana, ed il reattore può essere tenuto in condizione di riposo o di attesa (stand-by) per mezzo del o dei sopraddetti bruciatori ausiliari a combustibile gassoso o liquido, i quali devono soltanto mantenere liquido il bagno fuso nel crogiolo 2 e determinano pertanto soltanto un minimo consumo di combustibile. Il funzionamento del reattore per la fusione e l'affinamento dei materiali metallici può essere riavviato in qualsivoglia momento semplicemente riprendendo la carica del materiale metallico e la combustione del combustibile carbonioso polverulento insufflato attraverso gli iniettori 5. Il ventilatore (non illustrato) che aspira i fumi dal reattore e li manda al filtro, è realizzato preferibilmente a portata regolabile, per poter ridurre l'aspirazione dei fumi durante i periodi di riposo e di attesa del reattore .

Naturalmente l'invenzione non è limitata alla forma esecutiva testé descritta ed illustrata, ma può essere ampiamente variata e modificata, soprattutto nell'ambito degli equivalenti tecnici e per ciò che riguarda la realizzazione costruttiva dell'impianto o del reattore per l'attuazione del procedimento, senza per questo abbandonare il principio informatore sopra esposto ed a seguito rivendicato.

Claims (29)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la fusione e preferibilmente per il contemporaneo affinamento (per esempio per la carburazione, l'ossidazione selettiva, la desolforazione, la defosforazione o per altri trattamenti similari) di materiali metallici, ferrosi o non ferrosi, caratterizzato dal fatto che un bagno fuso, nel quale viene alimentato, in modo almeno sostanzialmente continuo od a cariche il materiale metallico da fondere, viene mantenuto alla temperatura desiderata bruciando, in una zona immediatamente sovrastante o sottostante la superficie del bagno fuso, un combustibile carbonioso polverulento, costituito per esempio da carbone in polvere, coke in polvere, o simili, ed in modo preferito da polverino di carbone, da soli od in miscela fra loro e/o eventualmente in miscela con altri materiali combustibili polverulenti, anche di scarto o di rifiuto, come per esempio scarti di materie plastiche o simili.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il combustibile carbonioso polverulento presenta una grandezza granulometrica che consente il suo trasporto pneumatico.
3. 3. Procedimento secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che il combustibile carbonioso polverulento presenta una distribuzione granulometrica fra 0 e 5 mm, con picchi di in corrispondenza del campo fra 2 e 3 mm.
4. 4. Procedimento secondo una o più delie rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il combustibile carbonioso polverulento viene iniettato, di preferenza pneumaticamente, in uno o più getti nella zona di combustione primaria sopra o sotto la superfid e del bagno fuso.
5. 5. Procedimento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il combustibile carbonioso polverulento e/o il gas comburente vengono iniettati od insufflati nella zona di combustione primaria in modo tale, da determinare una turbolenza almeno della superficie ed eventualmente anche di uno strato superficiale del bagno fuso.
6. 6. Procedimento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che almeno il combustibile carbonioso polverulento viene iniettato in sostanza nella zona della scoria che si forma sulla superficie del bagno fuso.
7. 7. Procedimento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il gas comburente è costituito d'aria, d'ossigeno o d'aria arricchita d'ossi
8. 8. Procedimento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che almeno una parte del gas comburente viene insufflato nella zona di combustione primaria insieme al combustibile carbonioso polverulento, mescolato allo stesso.
9. 9. Procedimento secondo una o più del.e rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il gas comburente viene insufflato nella zona di combustione primaria in uno o più getti, separatamente ed indipendentemente dal combustibile carbonioso polverulento .
10. 10. Procedimento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che uno o più getti d'iniezione del combustibile carbonioso polverulento e/o uno o più getti d'insufflamento del gas comburente sono orientati in sostanza parallelamente alla superficie del bagno fuso o sono più meno inclinati verso tale superficie.
11. 11. Procedimento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che uno o più getti d'iniezione del combustibile carbonioso polverulento e/o uno o più getti d'insufflamento del gas comburente sono orientati in sostanza radialmente rispetto al bagno fuso.
12. 12. Procedimento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il combustibile carbonioso polverulento viene iniettato per mezzo di lance con ugelli raffreddati ad acqua.
13. 13. Procedimento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il gas comburente viene insufflato per mezzo di tubiere raffreddate ad acqua.
14. 14. Procedimento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il materiale metallico da fondere e preferibilmente d'affinare viene introdotto dall'alto per libera caduta nel bagno fuso, quando è in pezzatura tale, da poter cadere per gravità nel bagno fuso contro la forza di trascinamento verso l'alto esercitata dalla corrente gassosa ascendente dal bagno fuso stesso.
15. 15. Procedimento secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che il materiale metallico, ferroso o non ferroso, da fondere e preferibilmente d'affinare può essere costituito almeno in parte da ghisa di prima fusione, rottame, minerale, materiali preridotti, materiali di recupero, scarti e sfridi di lavorazione, scaglie di laminazione e da altri materiali simili, da soli od in miscela.
16. 16. Procedimento secondo una o più delle rivendicazioni 1 a 13, caratterizzato dal fatto che il materiale metallico da ffondere e preferibilmente d'affinare viene introdotto nel bagno fuso iniettandolo insieme al combustibile carbonioso polverulento, mescolato allo stesso, quando presenta una granulometria polverulenta tale, da consentire il suo trasporto pneumatico e da impedire che esso possa cadere per gravità nel bagno fuso contro la forza di trascinamento verso l'alto esercitata dalla corrente gassosa ascendente dal bagno fuso stesso.
17. 17. Procedimento secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che il materiale metallico da fondere e preferibilmente d'affinare è costituito almeno in parte da materiali fini da impianti di depolverizzazione, da scarichi d'impianti di depurazione di fumi, e simili.
18. 18. Procedimento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la combustione primaria del combustibile carbonioso polverulento nella zona immediatamente sovrastante o sotostante il bagno fuso è regolata in modo tale, da ottenere come gas di combustione un gas costituito da monossido di carbonio (CO) o contenente almeno una percentuale di monossido di carbonio (CO) così grande, da determinare sopra la superficie del bagno fuso una zona con atmosfera fortemente riducente.
19. 19. Procedimento secondo la rivendicazione 18, caratterizzato dal fatto che una percentuale considerevole, di preferenza maggiore del 50 %, del monossido di carbonio (CO) prodotto con la combustione primaria del combustibile carbonioso polverulento, viene ossidata e trasformata in anidride carbonica (CO2) mediante alimentazione di gas comburente (costituito di preferenza d'aria,, ossigeno o aria arricchita d'ossigeno, eventualmente preriscaldata) in una zona di combustione secondaria ad un'altezza tale sopra il bagno fuso, da trasferire almeno una parte del calore della combustione secondaria al sottostant bagno fuso, per irraggiamento e/o per scambio di materia.
20. 20. Procedimento secondo la rivendicazione 19, caratterizzato dal fatto che i fumi provenienti dalla zona di combustione secondaria, vengono mescolati con gas comburente (costituito di preferenza d'aria eventualmente preriscaldata) e vengono assoggettati ad una postcombustione, il cui calore sensibile viene recuperato ed utilizzato a scopi qualsivoglia, in particolare per preriscaldare almeno una parte del gas comburente utilizzato nel procedimento.
21. 21. Procedimento secondo una o più del''e rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che all'avviamento del procedimento, il bagno fuso necessario per l'esecuzione del procedimento viene preparato fondendo una carica di materiale metallico e/o di carbone per mezzo di uno o più bruciatori ausiliari a combustibile gassoso o liquido, almeno fino ad una certa temperatura intermedia del bagno e proseguendo eventualmente l'ulteriore riscaldamento del bagno fino alla necessaria temperatura di regime mediante la combustione del combustibile carbonioso polverulento nella zona immediatamente sovrastante o sottostante la superficie del bagno fuso.
22. 22. Impianto per l'attuazione del procedimento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende un forno o reattore a tino verticale (1) che present inferiormente un crogiolo (2) con scarichi (3, 4) per il metallo fuso e per la scoria e nel quale crogiolo (2), nella zona immediatamente sovrastante la superficie del bagno fuso in esso formato sboccano almeno un iniettore (5) per l'iniezione di un combustibile carbonioso polverulento ed almeno un iniettore (6) per l'insufflamento di un gas comburente, essendo nella parte superiore del tino (1) previsti dei mezzi (10, 11) per il caricamento continuo o ad intermittenza di materiale metallico da fondere, nonché dei mezzi (8) per lo scarico dei gas di combustione.
23. 23. Impianto secondo la rivendicazione 22, caratterizzato dal fatto che il o gli iniettori (5) per l'iniezione del combustibile carbonioso polverulento sono costituiti da lance con ugelli raffreddati preferibilmente ad acqua.
24. 24. Impianto secondo le rivendicazioni 22 o 23, caratterizzato dal fatto che il o gli iniettori (6) per l'insufflamento del gas comburente sono costituiti da tubiere raffreddate preferibilmente ad acqua.
25. 25. Impianto secondo una o più delle rivendicazioni 22 a 24, caratterizzato dal fatto che uno o più iniettori (5) per l'iniezione del combustibile carbonioso polverulento e/oppure uno o più iniettori (6) per 1'insufflamento del gas comburente sono orientati in sostanza parallelamente alla superficie del bagno liquido nel crogiolo (2) o sono più o men inclinati verso questa superficie e/oppure sono orientati in sostanza radialmente rispetto al crogiolo (2).
26. 26. Impianto secondo una o più delle rivendicazioni 22 a 25, caratterizzato dal fatto che ad una certa altezza sopra il crogiolo (2) nel tino (1) del reattore sboccano uno o più iniettori (7) di gas comburente, preferibilmente d'aria, ossigeno o aria arricchita d'ossigeno, per una combustione secondaria dei gas di combustione primaria ascendenti dal crogiolo .
27. 27. Impianto secondo una o più delle rivendicazioni 22 a 26, caratterizzato dal fatto che allo scarico dei (8) dei fumi sono associati uno o più iniettori (9) per l'iniezione nei fumi in uscita di un gas comburente, costituito preferibilmente d'aria, essendo lo scarico (8) dei fumi collegato con una camera di postcombustione dei fumi stessi.
28. 28. Impianto secondo una o più delle rivendicazioni 22 a 27, caratterizzato da uno o più bruciatori ausiliari, per esempio a combustibile gassoso o liquido, associati al crogiolo (2) per formare un bagno fuso all'avviamento dell'impianto.
29. 29. Procedimento ed impianto per la fusione e preferibilmente per il contemporaneo affinamento di materiali metallici, ferrosi o non ferrosi, in tutto od in parte sostanzialmente come descritto, illustrato e per gli scopi suesposti.