ITUD20130052A1

ITUD20130052A1 - Procedimento per la fusione di materiale metallico in un impianto di fusione e relativo impianto di fusione

Info

Publication number: ITUD20130052A1
Application number: IT000052A
Authority: IT
Inventors: Thomas Narholz; Enrico Riga; Bernard Villemin; Uwe Wilhelm
Original assignee: Danieli Off Mecc
Priority date: 2013-04-23
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2014-10-24
Also published as: EP2989402A2; RU2015149935A; CN105612398B; MX366349B; US10801083B2; JP6203376B2; EP2989402B1; KR20160003757A; JP2016521317A; WO2014174463A3; RU2639078C2; WO2014174463A2; MX2015014824A; CN105612398A; US20160076114A1

Description

Descrizione

"PROCEDIMENTO PER LA FUSIONE DI MATERIALE METALLICO IN UN IMPIANTO DI FUSIONE E RELATIVO IMPIANTO DI FUSIONE"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Il presente trovato si riferisce ad un procedimento per la fusione di materiale metallico in un impianto di fusione che comprende mezzi di alimentazione di una carica metallica, ad esempio rottami, e materiale non ferroso, verso un forno di fusione ad arco elettrico. Il trovato si riferisce anche all'impianto di fusione che adotta tale procedimento.

Il presente trovato si applica nei processi di fusione di carica metallica con caricamento sostanzialmente in continuo.

STATO DELLA TECNICA

Sono noti impianti per la fusione di materiale metallico, di tipo a carica continua, che comprendono un forno elettrico ad arco associato a mezzi di alimentazione della carica metallica, i quali provvedono ad alimentare quest'ultima attraverso un'apertura laterale ricavata nella parete, o mantello, del forno elettrico.

Il forno elettrico comprende almeno un contenitore, o tino, nel quale Ã ̈ normalmente ricavata la suddetta apertura laterale, ed una volta di copertura. Attraverso fori presenti nella volta vengono collocati e/o introdotti gli elettrodi.

I mezzi di alimentazione continua possono essere di tipo vibrante per consentire l'avanzamento della carica, e cooperano, da una parte, con il forno elettrico e, dall'altra, con un sistema di caricamento rottami.

Detti mezzi di alimentazione possono essere associati anche a mezzi di traslazione, i quali provvedono a traslare i suddetti mezzi di alimentazione per posizionarli in diverse posizioni all'interno del forno, ad esempio per permettere un'equa, regolare ed uniforme distribuzione della carica metallica all'interno del forno. In particolare, sono note soluzioni in cui l'estremitÃ del mezzo di alimentazione viene posizionata a filo della parete interna del forno, ad esempio nella fase di caricamento continuo dei rottami, e allontanata da essa, ad esempio nella fase di spillaggio o "tapping", quando il forno viene inclinato per lo spillaggio del metallo liquido, per evitare problemi di interferenza reciproca.

Ãˆ anche noto che le soluzioni del tipo a carica continua utilizzano normalmente, per eseguire la prima carica di avviamento con forno spento, un sistema di caricamento con cesta, allo scopo di creare sul fondo del forno una massa di materiale metallico da fondere all'avvio del ciclo. Quando questa massa Ã ̈ stata completamente fusa, vengono posizionati i mezzi di alimentazione e viene avviato il processo di carica continua dei rottami nel forno. Normalmente la quantitÃ di materiale introdotto con la cesta Ã ̈ quella necessaria per definire il cosiddetto "piede liquido", cioÃ ̈ quel quantitativo di metallo liquido che viene sempre mantenuto all'interno del contenitore o tino anche dopo lo spillaggio .

Ãˆ noto che, nei processi convenzionali a carica continua, la quantitÃ di materiale che definisce il piede liquido Ã ̈ circa il 50% del metallo liquido contenuto all'interno del forno prima dello spillaggio. CiÃ², pur permettendo il riavvio in tempi rapidi della fase di fusione dopo lo spillaggio, risulta svantaggioso in termini di usura estesa dei refrattari che rivestono le pareti interne del forno. Ãˆ noto denominare il tempo che intercorre fra una colata e la successiva come "tap-to-tap", ovvero da spillaggio a spillaggio.

Nel tempo "tap-to-tap", sono previste fasi in cui si ha erogazione di energia elettrica, in seguito individuate come condizione di "power-on", e fasi non operative, in cui non si ha erogazione di energia elettrica, indicate con "power-off". Tali fasi sono correlate alle modalitÃ di scaricamento del materiale nel forno.

La portata della carica metallica all'interno del forno Ã ̈ normalmente correlata al grado di fusione del rottame all'interno del forno elettrico.

In particolare, come rappresentato nel grafico di fig. 1, relativo a metodi tradizionalmente utilizzati nella tecnica nota, la portata di massa solida caricata viene resa sostanzialmente pari alla quantitÃ di materiale solido che viene fuso. In questo modo, all'interno della massa liquida Ã ̈ presente solo una piccola parte di massa solida che viene di volta in volta fusa.

Il bagno di acciaio fuso viene mantenuto ad una temperatura uguale o superiore a 1560°C.

Prima della fase di spillaggio, il bagno di acciaio fuso viene portato ad una temperatura compresa fra 1600°C e 1650°C per permettere la successiva operazione di spillaggio. L'acciaio fuso a queste temperature presenta un'elevata reattivitÃ , dovuta all'elevata concentrazione di ossigeno in esso presente, ed un'elevata turbolenza dovuta agli elevati moti convettivi che si instaurano al suo interno.

Questi due parametri determinano una forte usura delle pareti in refrattario del forno elettrico, da cui deriva la necessitÃ di frequenti interventi di manutenzione ed una bassa durata del rivestimento.

La riduzione della reattivitÃ dell'acciaio fuso, ovvero la sua desossidazione, viene ottenuta mediante procedimenti di calmaggio, o "killing", che prevedono l'aggiunta all'interno del bagno di acciaio di sostanze di reazione che reagiscono con l'ossigeno. L'introduzione delle sostanze di reazione all'interno del bagno di acciaio richiede un determinato tempo di reazione affinchÃ© si completino le reazioni chimiche. Durante questo intervallo di tempo si verifica un avanzamento del processo di erosione e corrosione delle pareti in refrattario del forno.

L'elevata temperatura a cui viene mantenuto l'acciaio liquido permette di promuovere esponenzialmente l'avanzamento delle reazioni chimiche suddette a svantaggio perÃ² di un incremento notevole del deterioramento dei refrattari di rivestimento del forno.

Ãˆ noto, inoltre, l'utilizzo di mezzi ausiliari di apporto energetico, quali ad esempio bruciatori di gas combustibile, che vengono disposti sulle pareti del forno e che provvedono a riscaldare la carica di rottami che viene immessa nel forno.

Tali mezzi di apporto energetico possono essere opportunamente predisposti per generare anche un'iniezione di ossigeno ad alta velocitÃ che penetra attraverso lo strato di scoria e nel metallo fuso, ed incrementa l'apporto di energia termica al bagno stesso grazie alle reazioni esotermiche di ossidazione degli elementi di lega del ferro.

Questi mezzi di apporto energetico devono perÃ² essere disposti ad una determinata distanza dal bagno metallico per preservare la loro integritÃ , rispetto ad agenti deterioranti quali l'altissima temperatura, gli schizzi di scoria e/o di metallo fuso. CiÃ² comporta una loro perdita di efficienza.

Inoltre, tali mezzi di apporto energetico hanno un rendimento termico della fiamma molto basso nel caso in cui siano associati ad un processo di funzionamento con bagno piatto. Inoltre, l'interazione della fiamma, altamente turbolenta, con la superficie del bagno protetto da scoria, puÃ² alterare la corretta pratica metallurgica durante la fusione .

Uno scopo del presente trovato Ã ̈ quello di mettere a punto un procedimento e realizzare un corrispondente impianto, per la fusione di materiale metallico che sia efficiente e che permetta di ottimizzare e ridurre l'energia elettrica richiesta per la fusione.

Un ulteriore scopo del presente trovato Ã ̈ quello di ridurre le perdite di energia termica dal bagno di metallo fuso.

Un ulteriore scopo del presente trovato Ã ̈ quello di ridurre gli effetti di usura delle pareti del forno elettrico e, pertanto, gli interventi di manutenzione dello stesso a vantaggio anche della produttivitÃ complessiva dell'impianto.

Un ulteriore scopo del presente trovato Ã ̈ quello di permettere di utilizzare anche forme di apporto energetico alternative ed ausiliarie a quelle elettriche, con un'elevata efficienza.

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato Ã ̈ espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni indipendenti. Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell'idea di soluzione principale.

In accordo con i suddetti scopi, un procedimento per la fusione di materiale metallico, secondo il presente trovato, viene realizzato in un impianto di fusione che comprende almeno un forno elettrico avente almeno un contenitore, o tino, nel quale viene introdotto il materiale metallico, ad esempio rottami di varia pezzatura, e mezzi di alimentazione per caricare, eventualmente in continuo, il materiale metallico nel tino.

Il procedimento comprende almeno una fase di caricamento, eventualmente in continuo, del materiale metallico nel tino mediante i suddetti mezzi di alimentazione, una fase di fusione nella quale il materiale metallico viene fuso, ed una successiva fase di spillaggio nella quale il materiale metallico fuso viene spillato.

Secondo un aspetto del presente trovato, durante la fase di fusione Ã ̈ prevista almeno una prima sottofase in cui il materiale metallico viene caricato all'interno del tino con un'elevata portata in termini di massa nell'unitÃ di tempo, per generare un accumulo di materiale solido all'interno del tino corrispondentemente elevato, e almeno una successiva seconda sottofase in cui la portata con cui il materiale metallico viene scaricato nel tino viene regolata in modo da mantenere, all'interno del bagno liquido che via via si forma, una quantitÃ di massa solida sostanzialmente pari alla quantitÃ di materiale metallico che definisce il suddetto accumulo.

In particolare, i mezzi di alimentazione sono asserviti da un dispositivo di controllo che Ã ̈ adatto a regolare la suddetta portata di materiale metallico .

In questo modo all'interno e/o frammisto al materiale metallico che viene di volta in volta fuso Ã ̈ presente una determinata e voluta quantitÃ di materiale solido che mantiene la temperatura del liquido ad una temperatura inferiore rispetto a quanto avviene nelle procedure convenzionali, e tale da limitare fenomeni di instabilitÃ del metallo fuso dovuti a moti convettivi. CiÃ² permette di ridurre notevolmente l'effetto di usura delle pareti del tino con conseguente riduzione della frequenza degli interventi di manutenzione per il loro ripristino. Inoltre, tale contenimento della temperatura del metallo fuso permette anche di eseguire un'azione di calmaggio dell'acciaio che ne riduce la reattivitÃ . In questo modo Ã ̈ possibile sia ridurre ulteriormente l'effetto di usura delle pareti del tino, sia migliorare la qualitÃ dell'acciaio che si ottiene.

Secondo un ulteriore aspetto, la quantitÃ di materiale metallico solido che definisce l'accumulo Ã ̈ compresa fra 25% e 45% della quantitÃ complessiva di materiale fuso che viene spillato.

In una variante realizzativa vantaggiosa, la quantitÃ di materiale metallico solido che definisce l'accumulo Ã ̈ compresa fra 30% e 40%, preferibilmente fra 32% e 38%.

Secondo un ulteriore aspetto, i mezzi di alimentazione sono disposti a lato e al di sopra del tino, e il materiale metallico che definisce l'accumulo si dispone ad una quota prossima a quella di alimentazione dei mezzi di alimentazione. In particolare, i mezzi di alimentazione possono comprendere un convogliatore, eventualmente associato a mezzi di vibrazione il quale, mediante mezzi di posizionamento, viene disposto in prossimitÃ di un bordo del tino per il caricamento della carica metallica.

Nel tino si viene a definire un accumulo che sporge rispetto al livello di materiale che viene di volta in volta fuso.

Secondo un ulteriore aspetto, al raggiungimento di una condizione di carico massimo del tino di fusione, Ã ̈ prevista una terza sottofase durante la quale la portata di alimentazione viene ridotta fino ad essere annullata per permettere la completa fusione di tutto il materiale metallico presente nel forno.

Il procedimento prevede, inoltre, che durante la suddetta fase di spillaggio del materiale fuso dal tino venga lasciato un determinato livello di materiale fuso, anche denominato "livello di piede liquido", il quale rende possibile un rapido riavvio di una successiva fase di fusione.

Il livello di piede liquido, rispetto a quanto avviene normalmente nella tecnica nota, e sostanzialmente dimezzato, ed in particolare Ã ̈ compreso fra 10% e 25% della quantitÃ complessiva di materiale fuso presente nel tino prima della fase di spillaggio. CiÃ² permette di aumentare la produttivitÃ complessiva dell'impianto.

Secondo una variante realizzativa, almeno fra e/o durante la prima e la seconda sottofase Ã ̈ previsto un apporto di energia termica ausiliaria mediante mezzi di riscaldamento di tipo a combustione, quali ad esempio bruciatori di gas. In questo modo Ã ̈ possibile incrementare ulteriormente l'energia termica per la fusione della carica metallica.

Secondo un'ulteriore forma realizzativa, i mezzi di apporto energetico sono disposti in prossimitÃ dell'accumulo di materiale solido per aumentare la temperatura del materiale metallico appena scaricato all'interno del forno. Tale particolare disposizione permette di indirizzare, e porre a diretto contatto, la fiamma dei mezzi di apporto energetico con il materiale metallico dell'accumulo per provvedere ad un suo efficiente riscaldamento. Inoltre, l'accumulo di materiale metallico funge da barriera ad eventuali schizzi ed alle elevate temperature del materiale fuso che potrebbero interessare i mezzi di apporto energetico. CiÃ² permette di aumentare la vita utile e ridurre gli interventi di manutenzione dei mezzi di apporto energetico.

Il presente trovato Ã ̈ anche relativo ad un impianto che realizza un procedimento per la fusione di materiale metallico come sopra descritto.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferenziale di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:

- la fig. 1 Ã ̈ un grafico che rappresenta gli andamenti qualitativi di parametri di funzionamento di un impianto di fusione con carica continua, che utilizza un procedimento appartenente allo stato della tecnica come sopra descritto;

la fig. 2 Ã ̈ un grafico che rappresenta gli andamenti qualitativi di parametri di funzionamento di un impianto di fusione con carica continua, che utilizza un procedimento secondo il presente trovato; - la fig. 3 Ã ̈ una rappresentazione schematica in sezione di un impianto di fusione;

- la fig. 4 Ã ̈ una rappresentazione schematica in pianta di fig. 3.

- la fig. 5 Ã ̈ una vista parziale di un impianto che utilizza un procedimento secondo il presente trovato. Per facilitare la comprensione, numeri di riferimento identici sono stati utilizzati , ove possibile, per identificare elementi comuni identici nelle figure.

DESCRIZIONE DI UNA FORMA PREFERENZIALE DI

REALIZZAZIONE

Con riferimento alle figg. 3 - 5, un impianto di fusione di materiale metallico, o carica metallica, viene indicato nel suo complesso con il numero di riferimento 10 e comprende almeno un forno 11 elettrico ad arco il quale Ã ̈ asservito da mezzi di alimentazione 12 della carica metallica, quali ad esempio rottami S (fig. 3) idonei a movimentare questi ultimi secondo un determinato asse di avanzamento Z.

I rottami S vengono caricati in modo noto sui mezzi di alimentazione 12, e presentano una determinata pezzatura che puÃ² essere anche fortemente variabile.

Il forno 11 comprende, nelle sue parti essenziali, un contenitore, o tino 13, ed un elemento di copertura o, volta 15, disposto al di sopra ed a copertura del tino 13.

Nella volta 15 sono ricavati tre fori per l'alloggiamento e/o posizionamento di tre elettrodi 16, i quali sono predisposti per generare un arco elettrico nella carica metallica presente nel tino La volta 15 e gli elettrodi 16 (fig· 5) sono associati a dispositivi di sollevamento e rotazione 24, i quali sono adatti a sollevare la volta 15 e gli elettrodi 16, anche in modo indipendente uno dall'altro.

Il tino 13 (fig. 5) Ã ̈ provvisto di un fondo, o suola 36, e di una parete laterale 37, anche denominata piÃ ̈ dritto, realizzati in refrattario per resistere alle elevate temperature che si raggiungono nella fase di fusione, ed all'ambiente altamente reattivo.

Il tino 13 ha una profonditÃ D (fig. 5) che determina la quantitÃ massima di metallo liquido, ed eventualmente della scoria, che puÃ² essere contenuta al suo interno.

Il tino 13 (fig. 5) Ã ̈ montato su supporti non visibili nei disegni, e mezzi di attuazione 35 sono previsti per ruotare il tino 13 stesso attorno ad un determinato asse di rotazione C.

L'asse di rotazione C Ã ̈ disposto sostanzialmente allineato, o in diretta prossimitÃ , con l'asse di avanzamento Z dei mezzi di alimentazione 12.

Il forno 11 comprende, inoltre, un mantello 22 provvisto di un bordo inferiore 28 disposto in appoggio sul bordo superiore del tino 13. Il mantello 22 si sviluppa sostanzialmente in progressione con le pareti del tino 13 ed al di sopra di esso viene disposta la volta 15 per provvedere alla chiusura di quest'ultimo.

Il tino 13 ed il mantello 22, in prossimitÃ dei loro bordi comuni di collegamento, comprendono mezzi di tenuta, non visibili nei disegni, conformati per evitare dispersioni termiche e/o fuoriuscita dei fumi.

Il mantello 22 Ã ̈ provvisto di un'apertura 17 attraverso la quale vengono posizionati i mezzi di alimentazione 12 per l'alimentazione dei rottami S. Nel normale funzionamento del forno 11, i mezzi di alimentazione 12 sono disposti con il loro bordo di scarico sostanzialmente a filo con la parete del mantello 22 e del tino 13.

L'altezza del mantello 22 Ã ̈ correlata all'ampiezza dell'apertura 17, la quale a sua volta Ã ̈ dimensionata in funzione dei mezzi di alimentazione 12 ovvero della portata di rottami S alimentati dai mezzi di alimentazione 12. La conformazione e la disposizione dell'apertura 17 nel mantello 22 Ã ̈ determinata anche in relazione alle movimentazioni cui sarÃ sottoposto il tino 13 durante il processo di colata.

Nello specifico, si prevede che l'apertura 17 sia disposta in modo da rispettare la condizione di allineamento, o sostanziale allineamento, fra l'asse di rotazione C del tino 13 e l'asse di avanzamento Z dei mezzi di alimentazione 12

Tale condizione permette l'esecuzione di operazioni di spillaggio del metallo fuso, o di scorifica, senza richiedere l'arretramento dei mezzi di alimentazione 12. CiÃ² riduce i tempi di processo in quanto appena terminato lo spillaggio, Ã ̈ possibile anticipare l'inizio delle operazioni di caricamento senza dover attendere l'accensione dell'arco elettrico.

In particolare, l'apertura 17 Ã ̈ ricavata distanziata rispetto al bordo inferiore 28 del mantello 22 di una determinata altezza F che in forme di realizzazione Ã ̈ compresa fra 0.3 e 3 volte la profonditÃ D del tino 13, preferibilmente fra 0.5 e 2.5, piÃ¹ preferibilmente fra 0.5 e 1.5.

La porzione di mantello 22 compresa in quest'altezza F ha funzione di contenimento dei rottami S caricati dai mezzi di alimentazione 12, come verrÃ meglio descritto nel seguito.

Al mantello 22 ed alla volta 15 sono associati mezzi di scambio termico, nella fattispecie scambiatori a fascio tubiero quali pannelli di raffreddamento, per garantire la loro resistenza meccanica anche ad elevate temperature.

Al fine di rispettare la suddetta condizione di allineamento fra l'asse di rotazione C del tino 13 e l'asse di avanzamento Z dei mezzi di alimentazione 12, questi ultimi sono opportunamente conformati per permettere la rotazione del tino 13 sia in condizione di spillaggio che di scorifica evitando condizioni di interferenza.

In particolare, i mezzi di alimentazione 12 (figg.

3 - 5) comprendono un convogliatore 14 di tipo a vibrazione che provvede a far avanzare i rottami S verso il tino 13 con una determinata portata Q, che Ã ̈ selettivamente variabile in funzione di parametri di processo che verranno descritti nel seguito.

II convogliatore 14 ha una sezione di trasferimento sostanzialmente trapezoidale con fondo 40 piano e la sua estremitÃ di scarico dei rottami S si dispone ad una determinata distanza E dal bordo inferiore dell'apertura 17 (fig. 5).

In altre forme di realizzazione, il fondo 40 puÃ² essere anche concavo verso la superficie di contenimento dei rottami S stessi.

Inoltre, la parte terminale del convogliatore 14 Ã ̈ montata su un carro asservito da dispositivi di vibrazione 23 (fig. 5) e da un dispositivo di posizionamento 25, solo parzialmente rappresentato nei disegni.

Il dispositivo di posizionamento 25, nella fattispecie un attuatore idraulico, Ã ̈ adatto a movimentare il carro, e con esso il convogliatore 14 da, e verso, l'apertura 17 del mantello 22 per le operazioni di scarico dei rottami S nel tino 13.

Il convogliatore 14, pur essendo traslabile in direzione orizzontale da e verso il forno 11, Ã ̈ posto sempre alla stessa altezza rispetto al tino 13.

Il convogliatore 14, o eventualmente i dispositivi di vibrazione 23, sono controllati da un dispositivo di controllo 27 (fig. 3) che Ã ̈ adatto a regolare la portata Q dei rottami S convogliati verso il tino 13 e ivi introdotti.

In altre forme di realizzazione possono essere previste altre tipologie di mezzi di alimentazione quali, ad esempio, trasportatori a nastro.

Nel mantello 22, fra il suo bordo inferiore 28 ed il bordo inferiore dell'apertura 17 sono montati mezzi ausiliari di apporto energetico 20 di riscaldamento, nella fattispecie bruciatori, con funzione di ulteriore apporto di energia termica.

In particolare, i bruciatori 20 (fig. 4), nella fattispecie quattro, sono associati al mantello 22 in prossimitÃ del lato in cui viene scaricato il rottame S e sono disposti sostanzialmente in prossimitÃ della mezzeria della suddetta altezza F.

Sono, inoltre, previsti in modo noto mezzi di iniezione di ossigeno 21, o lance, adatti ad iniettare ossigeno nel bagno di acciaio per permettere l'eliminazione di elementi indesiderati dalla composizione del liquido.

Il procedimento di fusione, secondo il presente trovato, prevede una fase di avvio dell'impianto 10, in cui i suddetti mezzi di alimentazione 12 caricano il forno 11 distribuendo uniformemente sul fondo, o suola 36, del tino 13 i rottami S.

Tale fase di avvio puÃ² essere eseguita anche con una cesta come descritto nella tecnica nota. In tal caso la volta 15 e gli elettrodi 16 vengono sollevati rispetto al tino 13 e spostati lateralmente per permettere l'accesso della cesta.

Successivamente (figg. 3 e 4) la volta 15 viene posta a chiusura del tino 13, gli elettrodi 16 vengono posizionati ed inseriti attraverso i fori ricavati nella volta 15, e viene dato avvio alla fusione della carica metallica ivi presente per generare un determinato livello di piede liquido H (fig. 3) del metallo fuso che, nel caso di specie, Ã ̈ sostanzialmente pari al livello di piede liquido H che verrÃ successivamente mantenuto fra il tap-totap.

Dopo che Ã ̈ stata raggiunta una condizione di regime dell'impianto 10, fra uno spillaggio ed il successivo, verrÃ mantenuto all'interno del tino 13 un livello di piede liquido H che Ã ̈ compreso in un intervallo fra circa il 10% ed il 25% della quantitÃ totale di metallo liquido presente prima dello spillaggio.

Come Ã ̈ possibile verificare dal confronto fra i grafici della tecnica nota (fig. 1) ed i grafici ottenuti con il presente trovato (fig. 2) a paritÃ di capacitÃ produttiva dell'impianto 10, nella fattispecie di circa 130 t/h, il livello di piede liquido H Ã ̈ sostanzialmente dimezzato, a vantaggio della produttivitÃ .

A seguito di una fase di spillaggio del metallo fuso, ovvero immediatamente dopo la fase di spillaggio, il procedimento prevede una fase di caricamento in continuo dei rottami S, una contemporanea o almeno parzialmente contemporanea, fase di fornitura di energia elettrica agli elettrodi 16, o condizione di power-on, e pertanto una conseguente fase di fusione della carica metallica.

Nella forma di realizzazione in cui i mezzi di alimentazione 12 sono configurati per rimanere in posizione di lavoro anche durante la fase di spillaggio, o di scorifica, e non appena una di queste ultime fasi Ã ̈ giunta al termine, i mezzi di alimentazione 12 possono immediatamente riprendere ad alimentare il forno 11 precedendo quindi la condizione di power-on.

A completamento della fusione della carica metallica, viene interrotta la fornitura di energia elettrica, condizione di power-off, e si provvede alla fase di spillaggio, o di colata.

Durante le suddette fasi, Ã ̈ prevista inizialmente una prima sottofase 31 (fig. 2), durante la quale i rottami S (figg. 3 e 4) vengono caricati all'interno del tino 13 con un'elevata portata per generare, almeno in prossimitÃ dell'apertura 17, un accumulo 30 di massa solida di rottami S.

Tale accumulo 30 definisce una massa di materiale solido che si dispone ad una quota prossima a quella dell'apertura 17, ovvero quasi a filo con il fondo 40 del convogliatore 14.

La prima sottofase 31 prevede che i mezzi di alimentazione 12 forniscano al forno 11 una portata specifica di rottami compresa fra circa 50 (kg/min)/MW e circa 150(kg/min)/MW, preferibilmente di circa 100 (kg/min)/MW.

A solo titolo esemplificativo, in un forno 11 con potenza nominale di circa 60MW la portata Q di rottami S Ã ̈ compresa fra circa 3000 kg/min e circa 9000 kg/min, preferibilmente fra 6000 kg/min e circa 7000 kg/min.

Tale portata Q di rottami S viene mantenuta per circa il 10% - 20%, preferibilmente circa il 13% -17%, del tempo compreso fra il power-on ed il poweroff, nel caso di specie per circa 6 minuti.

La portata Q dei rottami S viene regolata dal dispositivo di controllo 27 associato al convogliatore 14.

Contemporaneamente, durante, o successivamente a questa prima sottofase 31, viene avviata anche la fusione del metallo, condizione di power-on. Nella forma di realizzazione rappresentata in fig. 2, l'avvio della fusione del metallo avviene con un ritardo di circa 2 minuti dalla prima sottofase 31. Successivamente alla prima sottofase 31, si prevede una seconda sottofase 32 durante la quale la portata Q dei rottami viene ridotta, per consentire agli elettrodi 16 di fondere il metallo, sostanzialmente in modo coordinato alla quantitÃ di rottami S che viene immessa dal convogliatore 14.

Durante questa seconda sottofase 32 la portata Q dei rottami S Ã ̈ regolata in modo da mantenere nel bagno liquido di acciaio una quantitÃ di massa solida di rottami che Ã ̈ compresa fra il 25% ed il 45%, preferibilmente fra 30% ed il 40%, ancor piÃ¹ preferibilmente fra circa 32% e circa 38% della quantitÃ complessiva di metallo liquido che verrÃ successivamente spillato.

La portata specifica di rottami S Ã ̈ mantenuta sostanzialmente costante fra circa 75 (kg/min)/MW e circa 85 (kg/min)/MW. A solo titolo esemplificativo, in un forno 11 con potenza nominale di circa 60MW la portata Q di rottami S Ã ̈ compresa fra circa 4500 kg/min e 5000 kg/min.

Tale condizione di equilibrio fra la massa di rottami che viene alimentata e la quantitÃ di massa solida che viene fusa Ã ̈ mantenuta per una durata di circa il 10% - 20%, preferibilmente circa il 13% -17%, del tempo compreso fra il power-on ed il poweroff, nel caso di specie per circa 13 minuti.

La massa solida contenuta all'interno dell'acciaio liquido funge da accumulatore termico, anche chiamato gergalmente "volano termico", e permette di mantenere l'acciaio giÃ fuso ad una temperatura inferiore rispetto a quella che si raggiunge con la tecnica nota.

Il fatto di mantenere l'acciaio fuso ad una temperatura ridotta permette di mantenere il bagno in una condizione di stabilitÃ tale da ridurre fenomeni di usura delle pareti del tino, e quindi di ridurre la frequenza degli interventi manutentivi per il loro ripristino.

Successivamente, al raggiungimento di una condizione prossima a quella di carico massimo del forno, durante una terza sottofase 33 (fig. 2), la portata Q di rottami viene ridotta, nella fattispecie inizialmente dimezzata, per poi essere sostanzialmente interrotta o comunque mantenuta ad un livello minimo. In questo modo si permette a tutta la massa solida presente nel liquido di venir fusa.

Al termine della terza sottofase 33, tutto il metallo solido Ã ̈ passato allo stato liquido.

Durante o successivamente a questa terza sottofase 33 Ã ̈ inoltre prevista, in modo noto, una fase di surriscaldamento dell'acciaio liquido per determinare le volute caratteristiche termiche e chimiche del bagno di metallo fuso.

Fra e/o durante la prima 31 e la terza sottofase 33 Ã ̈, inoltre, previsto l'apporto di energia termica ausiliaria, mediante i suddetti bruciatori 20.

I bruciatori 20, essendo associati al mantello 22, in prossimitÃ dell'accumulo 30 di rottami S riscaldano direttamente questi ultimi mediante fiamma diretta.

Inoltre, l'accumulo 30 di rottami S, almeno durante la seconda sottofase 32, ha un'altezza sostanzialmente costante e pertanto funge da barriera ad eventuali schizzi, o alle elevate temperature del metallo liquido, permettendo sia di aumentare la vita utile, sia di avvicinare i bruciatori 20 alla massa solida di accumulo 30; il tutto a vantaggio rispettivamente di una riduzione dei tempi di manutenzione richiesti e di efficienza dei bruciatori 20 stessi.

Durante le suddette seconda 32 e terza sottofase 33 sono previste operazioni di iniezione di ossigeno con le funzioni sopra descritte, operazioni di apporto di carbonio per moderare la produzione di ossido di ferro, e operazioni di apporto di calce e magnesite per modificare la composizione della scoria e rendere possibile il processo di defosforazione.

Inoltre, almeno durante la seconda e terza fase vengono aggiunte sostanze additive adatte a promuovere l'aumento di volume della scoria, anche nota come schiumazione della scoria, la quale ha sia un effetto di protezione dall'ossidazione del bagno di metallo, sia un effetto schermante dell'energia termica di irraggiamento generato dal bagno fuso e dagli archi elettrici degli elettrodi 16.

Al termine della terza fase, viene interrotta la fornitura di energia elettrica, condizione di poweroff, e si provvede ad una fase di spillaggio dell'acciaio fuso mediante inclinazione, anche nota come "tilting", del tino 13.

Tale fase di spillaggio prevede la rotazione del tino 13 fino a lasciare all'interno di quest'ultimo il determinato livello di piede liquido H come sopra individuato .

A seconda del processo che si vuole realizzare Ã ̈ possibile effettuare anche una fase di rimozione della scoria, nota anche come scorifica, prima o durante la fase di spillaggio, ruotando il tino 13 nel verso opposto a quest'ultima fase. Nel caso in cui si preveda invece di non ruotare il tino 13 per la scorifica ma anzi di inclinarlo dalla parte opposta per mantenere le scorie all'interno del tino 13, il forno 11 secondo il presente trovato permette di mantenere un maggior volume di scoria, in quanto essa non tracima dall'apertura 17 di caricamento rottami S.

Una volta terminata l'operazione di spillaggio, il foro di spillaggio viene chiuso ed il tino 13 viene riportato, mediante rotazione, nella sua posizione normale .

Durante quest'ultima operazione, dato che il convogliatore 14 rimane nella sua posizione interna al tino 13, Ã ̈ possibile giÃ avviare il caricamento dei rottami S, quindi subito dopo l'operazione di spillaggio. CiÃ² permette di ridurre di molto i tempi morti, e di effettuare un'azione di calmaggio sull'acciaio del piede liquido.

Ãˆ chiaro che al procedimento per la fusione di materiale metallico fin qui descritto possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti, senza per questo uscire dall'ambito del presente trovato.

Ãˆ anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad alcuni esempi specifici, una persona esperta del ramo potrÃ senz'altro realizzare molte altre forme equivalenti di procedimento per la fusione di materiale metallico, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell'ambito di protezione da esse definito.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la fusione di materiale metallico (S) in un impianto di fusione comprendente almeno un forno elettrico (11) avente almeno un tino (13) nel quale viene introdotto detto materiale metallico (S), e mezzi di alimentazione (12) per caricare detto materiale metallico (S) in detto tino (13), detto procedimento comprendendo almeno una fase di caricamento di detto materiale metallico (S) in detto tino (13) mediante detti mezzi di alimentazione (12), una fase di fusione nella quale detto materiale metallico (S) viene fuso, ed una successiva fase di spillaggio nella quale il materiale metallico fuso viene spillato, caratterizzato dal fatto che durante detta fase di fusione Ã ̈ prevista almeno una prima sottofase (31) in cui detto materiale metallico (S) viene caricato all'interno di detto tino (13) con un'elevata portata (Q) per generare un accumulo (30) di materiale solido all'interno di detto tino (13) corrispondentemente elevato, e almeno una successiva seconda sottofase (32) in cui la portata (Q) con cui detto materiale metallico (S) viene scaricato nel tino (13) viene regolata in modo da mantenere, all'interno del bagno metallico che via via si forma, una quantitÃ di massa solida, di detto materiale metallico (S), sostanzialmente pari alla quantitÃ di materiale metallico (S) che definisce detto accumulo (30).
2. Procedimento come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che almeno fra e/o durante detta prima sottofase (31) e seconda sottofase (32) Ã ̈ previsto un apporto di energia termica ausiliaria mediante mezzi ausiliari di apporto energetico (20) di riscaldamento a combustione.
3. Procedimento come nella rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi ausiliari di apporto energetico (20) di riscaldamento sono disposti in prossimitÃ di detto accumulo (30) di materiale solido (S) per riscaldare quest'ultimo.
4. Procedimento come nella rivendicazione 1, 2 o 3, caratterizzato dal fatto che detta quantitÃ di materiale metallico che definisce l'accumulo (30) Ã ̈ compresa fra 25% e 45% della quantitÃ complessiva di metallo liquido che viene spillato.
5. Procedimento come nella rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detta quantitÃ di materiale metallico che definisce l'accumulo (30) Ã ̈ compresa fra 30% e 40%, preferibilmente fra 32% e 38% della quantitÃ complessiva di metallo liquido che viene spillato.
6. Procedimento come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la portata (Q) in detta prima sottofase (31) Ã ̈ compresa fra circa 50 (kg/min)/MW e circa 150(kg/min)/MW, preferibilmente di circa 100 (kg/min)/MW.
7. Procedimento come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la portata (Q) in detta seconda sottofase (32) Ã ̈ sostanzialmente costante e compresa fra 75 (kg/min)/MW e circa 85 (kg/min)/MW.
8. Procedimento come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta fase di caricamento di detto materiale metallico (S) in detto tino (13) avviene immediatamente dopo detta fase di spillaggio.
9. Procedimento come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che prevede di disporre detti mezzi di alimentazione (12) a lato e al di sopra di detto tino (13), e di disporre la massa di detto materiale metallico dell'accumulo (30) in modo che si porti ad una quota prossima a quella di alimentazione di detti mezzi di alimentazione (12).
10. Procedimento come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che al raggiungimento di una condizione di carico massimo di detto tino (13), Ã ̈ prevista una terza sottofase (33) durante la quale detta portata (Q) viene ridotta fino ad essere annullata per permettere la completa fusione del materiale metallico.
11. Procedimento come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui durante detta fase di spillaggio detto materiale fuso viene prelevato da detto tino (13) lasciando al suo interno un determinato livello (H) di materiale liquido per una successiva fase di fusione, caratterizzato dal fatto che la quantitÃ di materiale liquido definente detto livello (H) Ã ̈ compreso fra 10% e 25% della quantitÃ complessiva di metallo liquido.
12. Impianto per la fusione di materiale metallico (S) comprendente almeno un forno elettrico (11) avente almeno un tino (13) nel quale viene introdotto detto materiale metallico (S), e mezzi di alimentazione (12) per caricare detto materiale metallico (S) in detto tino (13), caratterizzato dal fatto che comprende, inoltre, un dispositivo di controllo (27) configurato per regolare la portata (Q) di detti mezzi di alimentazione (12) per determinare inizialmente, con un'elevata portata (Q), un accumulo (30) di materiale solido all'interno di detto tino (13), e successivamente, per mantenere all'interno del bagno metallico che via via si forma, una quantitÃ di massa solida, di detto materiale metallico (S), sostanzialmente pari alla quantitÃ di materiale metallico che definisce detto accumulo (30).
13. Impianto come nella rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di alimentazione (12) sono disposti a lato e al di sopra di detto tino (13), e detto materiale metallico dell'accumulo (30) si dispone ad una quota prossima a quella di alimentazione di detti mezzi di alimentazione (12).
14. Impianto come nella rivendicazione 12 o 13, caratterizzato dal fatto che detto forno comprende inoltre un elemento di copertura (15) di detto tino (13), separato rispetto a quest'ultimo, ed un mantello (22) interposto fra detto tino (13) e detto elemento di copertura (15), detto mantello (22) essendo provvisto di un'apertura (17) attraverso la quale sono adatti ad essere posizionati detti mezzi di alimentazione (12).
15. Impianto come nella rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detto tino (13) ha una profonditÃ (D), e che detta apertura (17) Ã ̈ ricavata distanziata rispetto al bordo inferiore (28) del mantello (22) di una determinata altezza (F) compresa fra 0.3 e 3 volte, preferibilmente fra 0.5 e 2.5, piÃ¹ preferibilmente fra 0.5 e 1.5 la profonditÃ (D) di detto tino (13).
16. Impianto come in una qualsiasi delle rivendicazioni da 12 a 15, caratterizzato dal fatto che detto tino (13) Ã ̈ adatto ad essere ruotato attorno ad un suo asse di rotazione (C) mediante mezzi di attuazione (35), e che detti mezzi di alimentazione (12) alimentano detto materiale metallico (S) lungo un asse di movimentazione (Z) sostanzialmente allineato, o disposto nell'immediata vicinanza di detto asse di rotazione (C).
17. Impianto come in una qualsiasi delle rivendicazioni da 12 a 16, caratterizzato dal fatto che mezzi ausiliari di apporto energetico (20) di riscaldamento sono associati a detto tino (13) per riscaldare almeno detto accumulo (30) di materiale solido.
18. Impianto come nella rivendicazione 17, caratterizzato dal fatto che detti mezzi ausiliari di apporto energetico (20) di riscaldamento sono disposti in prossimitÃ della zona di scaricamento di detto materiale metallico (S), ed in posizione di poco elevata rispetto al livello di metallo liquido che viene raggiunto prima dello spillaggio.