ITUD20130148A1

ITUD20130148A1 - Procedimento per la fusione di minerali contenenti ferro, titanio e vanadio

Info

Publication number: ITUD20130148A1
Application number: IT000148A
Authority: IT
Inventors: Maurizio Fabbro; Alberto Pesamosca; Alessandra Primavera
Original assignee: Danieli Off Mecc
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2015-05-13
Also published as: ZA201603896B; CN106062217B; EA201600385A1; EA030653B1; CN106062217A; WO2015071823A1

Description

Descrizione

"PROCEDIMENTO PER LA FUSIONE DI MINERALI CONTENENTI FERRO, TITANIO E VANADIO"

CAMPO DI APPLICAZIONE

II presente trovato si riferisce ad un procedimento per la fusione di minerali contenenti ferro e titanio, quali, esemplificativamente ma non limitativamente, le titanomagnetiti o le titanoematiti, costituiti per la maggior parte da ossidi di ferro e di titanio, e contenenti anche ossidi di vanadio.

In particolare, il presente trovato è utilizzabile in campo siderurgico per la produzione ottimizzata, a partire da detti minerali contenenti ferro, titanio e ossidi di vanadio, di ghisa liquida ad elevato tenore di vanadio, e di scoria ad elevato tenore di ossido di titanio.

STATO DELLA TECNICA

È noto che titanio e ferro possono essere presenti, assieme al vanadio, in diversi giacimenti minerari, sottoforma di ossidi. Minerali composti prevalentemente da ossidi di ferro e ossidi di titanio, e contenenti anche ossidi di vanadio, possono includere, ad esempio, le titanomagnetiti, qualora il ferro sia presente sotto forma di magnetite (Fe3C)4), e le titanoematiti, qualora il ferro sia presente sotto forma di ematite (Fe203). È anche nota l’esigenza di utilizzare questi minerali contenenti ferro, titanio e vanadio come materia prima per ottenere ghisa contenente vanadio, e scoria contenente ossido di titanio.

È pure noto che una ghisa liquida può essere utilizzata per l’estrazione del vanadio e che una scoria liquida, derivata dalla fusione dei minerali suddetti, può essere utilizzata per l’estrazione dell’ossido di titanio.

Sono note, a tal fine, tecniche di fusione dei minerali suddetti che impiegano altifomi, oppure forni elettrici ad arco sommerso (SAF) o a bagno scoperto (open bath), nei quali il minerale contenente ferro e titanio viene fuso in condizioni riducenti mediante l’apporto di carbone.

Tali tecniche note possono prevedere che i minerali siano alimentati al forno fusorio tal quali dopo l’estrazione, oppure preridotti, tipicamente mediante cottura in forni rotativi (rotary kiln).

Mediante queste tecniche è possibile ottenere ghisa liquida contenente parte del vanadio eventualmente presente nel minerale di partenza, ed una scoria essenzialmente liquida contenente parte dell’ossido di titanio presente nel minerale di partenza. Successive lavorazioni possono prevedere di ricavare dalla ghisa il vanadio, mentre dalla scoria può essere ricavato l’ossido di titanio.

Quando, ad esempio, il minerale di partenza è l’ilmenite - una titanoematite - è possibile ottenere, mediante le tecniche note, una scoria ad elevato contenuto di ossido di titanio, ossia maggiore dell’ 80%.

È un inconveniente delle tecniche note di fusione delle titanoematiti quello di operare secondo condizioni di processo che non permettono di massimizzare il recupero del vanadio nella ghisa liquida. Infatti, data l’elevatissima concentrazione di ossido di titanio, la conducibilità elettrica della scoria deve essere limitata operando in condizioni riducenti non spinte, in modo da ottenere una concentrazione di ossido di ferro in scoria maggiore del 5% in peso. Di fatto, quindi, la resa di recupero del vanadio, ossia il rapporto tra il vanadio contenuto nella scoria ed il vanadio inizialmente presente nel minerale, è, per tali tecniche note, inferiore al 75%.

I forni fusori normalmente utilizzati per tale tipo di fusione possono essere forni elettrici delle due tipologie sopra indicate, ad arco sommerso e a bagno scoperto, generalmente di tipo fisso, ossia non inclinabile, con pareti completamente refrattariate.

Sono altresì note tecniche di fusione di titanomagnetiti che prevedono di utilizzare altiforni, oppure forni elettrici, fissi, ossia non inclinabili, ad arco sommerso o a bagno scoperto, per la produzione di ghisa liquida, che viene successivamente trattata per recuperarne il vanadio, e di scoria che non viene trattata, a valle, per il recupero dell’ossido di titanio. Infatti, lo scopo di tali tecniche note non è la massimizzazione del contenuto di ossido di titanio in scoria, il quale normalmente risulta inferiore al 40% in peso, bensì la riduzione dell’ossido di vanadio.

Per tale motivo, i processi di fusione secondo le tecniche note anzidette prevedono l’impiego di materiali, quali calce e dolomite, che diluiscono la scoria diminuendone la concentrazione di ossido di titanio e quindi anche la viscosità.

In tal modo si ottiene una scoria sufficientemente fluida per permettere di operare a temperature inferiori a 1.500°C, e, poiché generalmente le titanomagnetiti utilizzate per questi processi presentano un contenuto di ossido di vanadio maggiore all’1% in peso, è possibile ottenere una resa di recupero del vanadio superiore al 75%.

Un inconveniente delle tecniche di fusione note, che prevedono processi di fusione condotti in forni elettrici non inclinabili secondo un processo a bagno scoperto, è quello di avere una scarsa flessibilità di regolazione della quantità di scoria contenuta in forno. La scoria (come la ghisa liquida) viene fatta fuoriuscire attraverso fori passanti praticati, ad un’altezza predefinita, sulle pareti del tino del forno, il che determina l’impossibilità di massimizzare lo svuotamento della scoria senza rischiare di farla uscire assieme alla ghisa, dato che il foro di spillaggio deve essere necessariamente praticato ad una certa altezza dall’interfaccia di separazione ghisascoria.

È invece richiesto dal processo di fusione dei minerali contenenti ferro, titanio e vanadio per l’ottenimento contemporaneo di scoria ad alto contenuto di ossido di titanio e ghisa liquida ad elevato contenuto di vanadio che, al termine della fusione, venga spillata più scoria possibile. Tale necessità è dovuta anzitutto al fatto che la scoria stessa costituisce un prodotto trattabile a valle, ed inoltre ha lo scopo di evitare l’eccessiva permanenza dell’ossido di titanio prodotto all’intemo del forno in condizioni riducenti (alta temperatura ed elevato contenuto di carbonio nel bagno), necessarie ad ottenere una ghisa ad elevato contenuto di vanadio, onde evitare l’eccessiva formazione di carburi di titanio, che possono provocare un eccessivo aumento della viscosità della scoria.

È anche noto che l’alta percentuale di ossidi contenuti nei minerali (escluso l’ossido di ferro) implica una notevole produzione di scoria, che può anche essere, indicativamente, nell’ordine di circa 0.5 tonnellate per ogni tonnellata di ghisa liquida prodotta. Ciò implica, quindi, l’esigenza del controllo del livello della scoria e della sua evacuazione.

Un ulteriore inconveniente della tecnica nota di spillaggio mediante canali laterali su forno fisso è quello di non permettere un controllo efficace ed agevole dello spessore di scoria all’interno del forno fusorio. Ciò si scontra con la necessità di avere, nel forno fusorio, uno spessore di scoria controllato al fine sia di ottenere un’adeguata velocità di riduzione dell’ossido di vanadio presente in scoria ad opera del carbonio contenuto nella ghisa liquida, sia di facilitare la dissoluzione nella ghisa liquida del carbone alimentato assieme al minerale.

È quindi un inconveniente delle tecniche note sopra esposte quello di avere ridotta efficienza e scarsa flessibilità operativa, legate soprattutto alla configurazione statica del forno fusorio.

Tale inconveniente è particolarmente svantaggioso laddove si intenda massimizzare il recupero selettivo di vanadio ed al tempo stesso massimizzare la concentrazione di ossido di titanio in scoria utilizzando un materiale di partenza (minerale tal quale o preridotto) per il quale è particolarmente importante la regolazione della quantità di scoria alTinterno del forno.

Per massimizzare il recupero selettivo dell’ossido di vanadio mediante reazioni di riduzione è necessario operare, specialmente per minerali contenenti una bassa percentuale di ossido di vanadio (ad esempio inferiore al 1% in peso), ad una temperatura superiore a 1450°C e con un bagno metallico carburato, ossia con una ghisa avente concentrazione di carbonio superiore al 3% in peso.

È altresì necessario, al fine di massimizzare la produttività del forno, minimizzare la quantità di scoria all’interno del forno fusorio in maniera tale che il minerale alimentato (tal quale o preridotto) venga facilmente a contatto con la ghisa liquida che contiene il carbonio necessario al processo di riduzione.

Minimizzare il contenuto di scoria all’interno del forno fusorio risponde, inoltre, all’esigenza di minimizzare il tempo medio di permanenza dell’ossido di titanio nel forno fusorio stesso, e quindi rendere minima la formazione di carburi di titanio che tendono a formarsi a causa dell’elevata concentrazione di ossido di titanio e delle condizioni riducenti particolarmente spinte. In questo modo si intende limitare la viscosità della scoria, per migliorare l’operabilità del forno e l’efficienza di riduzione dell’ossido di vanadio, la cui velocità di riduzione dipende non solo dalla temperatura di conduzione del processo di fusione, ma anche dalla viscosità della scoria.

Un inconveniente della fusione all’altoforno di titanomagnetiti è dovuto ad intasamenti dovuti alla formazione di carburi di titanio.

La fusione nel forno elettrico ad arco sommerso presenterebbe l’inconveniente di non consentire la massimizzazione del recupero del vanadio nella ghisa liquida, data la bassa temperatura di processo che rallenta la cinetica chimica di riduzione, e non consente una sufficiente fluidità della scoria, la quale è provvista di elevata viscosità associata all’alto contenuto di ossido di titanio.

La fusione in forno elettrico non inclinabile a bagno scoperto pone il problema della scarsa flessibilità di regolazione ed in particolare ha l’inconveniente di non permettere la minimizzazione del battente di scoria all’interno del forno. La regolazione del battente di scoria nel processo di riduzione di titanomagnetiti è necessaria al fine di massimizzare la riduzione dell’ossido di vanadio e minimizzare al tempo stesso la permanenza della scoria all’interno del forno.

Uno scopo del presente trovato è quello di mettere a punto un procedimento che consenta, mediante la fusione di minerali contenenti ferro, titanio e vanadio, quali le titanomagnetiti, di ottenere contemporaneamente sia una ghisa liquida con un contenuto di vanadio superiore al 75% del vanadio inizialmente contenuto nei minerali, sia una scoria con un contenuto di ossido di titanio superiore al 40% in peso. Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di realizzare un procedimento per la fusione di minerali contenenti ferro, titanio e vanadio che garantisca flessibilità operativa, elevata produttività, efficienza e controllo delle fasi del processo di fusione. Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di mettere a punto un procedimento per la fusione di minerali contenenti ferro, titanio e vanadio che permetta di contenere ed ottimizzare sia i consumi energetici che i tempi, ed i costi, di ottenimento simultaneo del massimo grado di riduzione dell’ossido di vanadio e della massima concentrazione di ossido di titanio in scoria, in modo da rendere più efficaci possibile i successivi processi di estrazione del vanadio dalla ghisa e di ossido di titanio dalla scoria.

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 è 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 minerali contenenti ferro, titanio e vanadio è condotto in un forno fusorio provvisto di un corpo di contenimento sviluppantesi attorno ad un asse centrale ed inclinabile tramite rotazione attorno ad un asse di basculamento trasversale rispetto all 'anzidetto asse centrale.

Tale procedimento prevede innanzitutto di alimentare con portata crescente i minerali anzidetti, eventualmente con l’aggiunta di materiali ausiliari, quali agenti riducenti e/o scorificanti, nel corpo di contenimento fino al raggiungimento di una portata di regime, e di erogare energia elettrica in modo crescente fino al raggiungimento di una potenza di regime.

La portata di regime è funzione della produttività che si vuole ottenere, del tempo complessivo di processo, necessario a portare a termine una colata, ossia il tempo che intercorre fra lo spillaggio finale di una colata e quello della colata successiva, e di eventuali fasi transitorie nelle quali la portata di alimentazione del minerale può essere inferiore a quella di regime.

Secondo il presente trovato, La potenza di regime deve essere tale da mantenere una temperatura di regime uguale o superiore a 1450°C, necessaria per massimizzare la resa di recupero del vanadio e limitare la viscosità della scoria, dovuta all’elevata concentrazione di ossido di titanio che essa contiene.

La potenza di regime è funzione, secondo un rapporto di proporzionalità inversa, di una portata specifica del minerale che viene alimentato al forno fusorio, la quale portata specifica è calcolata come rapporto fra portata di alimentazione e potenza elettrica contemporaneamente erogata.

Secondo aspetti del presente trovato, la portata specifica di minerale è compresa tra circa 10 kg/(min*MW) e circa 35 kg/(min*MW), in particolare tra 15 kg/(min*MW) e circa 30 kg/(min*MW).

La suddetta portata specifica dipende da caratteristiche proprie del minerale alimentato, in particolar modo dal grado di metallizzazione, inteso come rapporto ponderale fra ferro metallico e ferro totale, dal contenuto ponderale percentuale di carbonio, dalla temperatura di alimentazione, e dal contenuto ponderale percentuale complessivo di ossidi, esclusi gli ossidi di ferro.

Ad un aumento del grado di metallizzazione, del contenuto di carbonio, della temperatura, ciascuno a parità degli altri fattori, corrisponde una diminuzione della potenza elettrica erogata, mentre un aumento del contenuto di ossidi determina una corrispondente maggior necessità di potenza erogata.

Assieme al minerale preridotto, vengono alimentati al forno materiali ausiliari, quali materiali riducenti e materiali formatori di scoria.

Come materiale riducente si utilizza preferibilmente carbone di qualità adatta ai processi metallurgici, ad esempio coke metallurgico.

I materiali formatori di scoria sono utilizzati per correggere la composizione della scoria con l’obiettivo di migliorarne le proprietà fisiche, in particolare diminuendone la viscosità.

Come materiali formatori di scoria si possono utilizzare, ad esempio, calce, dolomite, e materiali contenenti ossido di alluminio (A1203) e/o fluoruro di calcio (CaF2).

I consumi specifici di tali materiali ausiliari, misurati come massa di materiale ausiliario alimentato nel corso di una colata per ogni unità di massa di minerale alimentato nel corso di una colata, dipendono dalla composizione chimica del minerale utilizzato, in particolare dal rapporto ponderale tra ossido di titanio e ossidi totali, esclusi quelli di ferro.

Secondo il presente trovato, per ottenere il richiesto grado di riduzione del vanadio ed una scoria con contenuto ponderale di ossido di titanio superiore al 40%, il consumo specifico di materiali riducenti è compreso tra circa 15 kg/kg e circa 40 kg/kg, in particolare tra circa 20 kg/kg e 35 kg/kg, mentre il consumo specifico di materiali formatori di scoria è inferiore a 40 kg/kg, in particolare inferiore a 35 kg/kg. Può essere altresì previsto che, durante l’intero processo, al fine di rendere più efficace il grado di agitazione del bagno liquido e quindi migliorare il contatto fra scoria e ghisa per favorire il processo di riduzione, è possibile utilizzare uno o più setti porosi, installati sul fondo del tino, alimentati con gas inerte (ad esempio azoto, argon).

La temperatura di regime viene mantenuta, in una prima fase di fusione, per un voluto periodo di fusione per ottenere la fusione dei minerali contenenti ferro, titanio e vanadio e, come prodotti di tale fusione, ghisa liquida contenente vanadio e scoria liquida contenente ossido di titanio.

In condizioni di regime, il corretto bilanciamento della potenza elettrica e delle portate di minerale e di materiali ausiliari, permette di ottenere un recupero di vanadio nella ghisa pari almeno al 75% del vanadio totale contenuto nel minerale e un recupero di titanio nella scoria pari almeno al 90% del titanio totale contenuto nel minerale.

In particolare, il presente trovato permette di ottenere una scoria con un contenuto minimo di ossido di titanio maggiore o uguale al 40%, direttamente proporzionale al rapporto tra la percentuale ponderale di ossido di titanio presente nel minerale alimentato e la percentuale ponderale complessiva di ossidi, esclusi gli ossidi di ferro, contenuti nel minerale alimentato.

Durante il suddetto periodo di fusione, è preferibile monitorare periodicamente la temperatura del bagno e la composizione chimica di ghisa liquida e scoria liquida al fine di controllare che il processo di riduzione si stia svolgendo efficacemente.

Il suddetto voluto periodo di fusione si protrae fino al raggiungimento di un determinato quantitativo massimo di scoria liquida.

Tale quantitativo massimo di scoria liquida può essere definito come valore volumetrico limite di scoria che può essere fisicamente contenuta all’interno del forno, ossia tale che il superamento di tale valore comporti la fuoriuscita spontanea, e pertanto indesiderata, della scoria liquida dal corpo di contenimento del forno fusorio attraverso un’apertura di scorifica laterale.

In una soluzione di variante, l’anzidetto quantitativo massimo di scoria liquida può essere definito da uno spessore limite di scoria tale che, se superato, comporterebbe difficoltà di riduzione del materiale ulteriormente alimentato, per effetto dello scarso contatto con la ghisa liquida. Lo spessore limite di scoria dipende dalla produttività richiesta e dal richiesto grado di riduzione dell’ossido di vanadio.

In ragione delle dimensioni del forno fusorio, l’anzidetto spessore limite di scoria è, secondo il presente trovato, inferiore a 650 mm.

Il procedimento prevede quindi di rilevare la composizione chimica della ghisa liquida e della scoria liquida così ottenute per verificare che la ghisa liquida contenga almeno il 75% del vanadio inizialmente contenuto nel minerale di carica e che la scoria liquida contenga almeno il 90% dell’ossido di titanio inizialmente contenuto nel minerale di carica, ed almeno il 40% di ossido di titanio in peso.

In caso di esito positivo della verifica summenzionata, il procedimento secondo il trovato prevede di evacuare separatamente la scoria liquida, mediante inclinazione del corpo di contenimento nella suddetta prima direzione, e la ghisa liquida, mediante inclinazione di detto corpo di contenimento in una seconda direzione, opposta alla prima direzione anzidetta.

Il procedimento può anche prevedere, nel caso di esito negativo della verifica della composizione chimica, che il tempo di processo includa, in seguito al primo periodo di fusione, un eventuale periodo di mantenimento della temperatura senza aggiunta di minerale al fine di completare il processo di riduzione, ed in seguito, previa ulteriore verifica della composizione chimica sia della ghisa liquida che della scoria liquida, di evacuare separatamente la scoria liquida, mediante inclinazione del corpo di contenimento nella suddetta prima direzione e la ghisa liquida, mediante inclinazione di detto corpo di contenimento in una seconda direzione, opposta alla prima direzione anzidetta.

In soluzioni di variante del presente trovato, trascorso il voluto periodo di fusione, qualora ci sia la necessità di ridurre il volume di scoria al fine di ottenere le condizioni di processo desiderate, viene interrotta l’alimentazione del minerale e dei materiali ausiliari anzidetti nel corpo di contenimento e rilevata e verificata la composizione chimica della scoria e della ghisa. Dopo tale rilevazione e verifica, e dopo un eventuale successivo periodo di mantenimento della temperatura con erogazione di potenza elettrica ed eventuale alimentazione di soli materiali ausiliari, per ottenere il grado di riduzione richiesto qualora questo non fosse raggiunto durante il periodo di fusione, viene effettuata un’evacuazione parziale di scoria liquida, mediante inclinazione, in una prima direzione, del corpo di contenimento.

Al termine della suddetta eventuale operazione di evacuazione parziale della scoria, il procedimento di fusione prevede, quindi, una seconda fase di fusione, operata con le modalità della prima fase di fusione, sopra descritte, fino all’ottenimento del quantitativo massimo di ghisa liquida che può essere contenuta nel forno senza determinare la suddetta fuoriuscita spontanea di scoria. Il procedimento prevede quindi di verificare la composizione chimica della ghisa liquida e della scoria liquida così ottenute e, dopo un eventuale periodo di mantenimento della temperatura senza aggiunta di minerale al fine di completare il processo di riduzione, di evacuare separatamente la scoria liquida, mediante inclinazione del corpo di contenimento nella suddetta prima direzione, e la ghisa liquida, mediante inclinazione di detto corpo di contenimento in una seconda direzione, opposta alla prima direzione anzidetta.

In particolare, la ghisa liquida viene spillata quando risulta contenere almeno il 75% del vanadio inizialmente contenuto nel minerale di carica e la scoria liquida viene evacuata quando risulta contenere almeno il 90% dell’ossido di titanio inizialmente contenuto nel minerale di carica.

Grazie all’evacuazione parziale della scoria liquida durante il processo è possibile controllarne con notevole flessibilità la quantità contenuta nel corpo di contenimento, potendo quindi anche controllare selettivamente la cinetica delle reazioni che avvengono tra minerali, scoria liquida e ghisa liquida, ed ottenere, per entrambi i prodotti di fusione, le volute caratteristiche.

In questo modo, è possibile evacuare selettivamente e separatamente i prodotti liquidi della fusione dei minerali contenenti ferro, titanio e vanadio, ossia scoria liquida ad alto tenore di vanadio e ghisa liquida ad alto tenore di ossido di titanio. Tale modo di operare permette altresì di controllare, durante la fusione, le quantità dell’una e dell’altra componente presente all’interno del suddetto corpo di contenimento.

Secondo aspetti di variante del presente trovato, il procedimento di fusione prevede, prima del raggiungimento della massima quantità di ghisa liquida ammessa dalla geometria del corpo di contenimento, durante il suddetto secondo periodo di mantenimento, almeno un’ulteriore evacuazione parziale di scoria liquida, per mantenere il livello di quest’ultima inferiore a 650 mm, in ragione della geometria del corpo di contenimento e della tipologia di minerali di ferro, titanio e vanadio trattati.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

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

- la fig. 1 è una vista in pianta di un apparato di fusione secondo il presente trovato; - la fig. 2 è una vista laterale in sezione dell’apparato di fig. 1, in diverse fasi del relativo procedimento di fusione.

- la fig. 3 è una vista assonometrica dal basso di una parte dell’apparato di fig. 1; - la fig. 4 è una vista laterale sezionata di un componente dell’apparato di fig. 1;

- la fig. 5 è un diagramma esemplificativo delle fasi di un procedimento secondo il presente trovato.

Nella descrizione che segue, numeri di riferimento uguali indicano parti uguali di apparato per la fusione di minerali contenenti ferro, titanio e vanadio, secondo il presente trovato, anche in forme di realizzazione diverse fra loro. Va inteso che elementi e caratteristiche di una forma di realizzazione possono essere convenientemente incorporati in altre forme di realizzazione senza ulteriori precisazioni.

DESCRIZIONE DI FORME DI REALIZZAZIONE

Si farà ora riferimento nel dettaglio alle varie forme di realizzazione del trovato, delle quali uno o più esempi sono illustrati nelle figure allegate. Ciascun esempio è fornito a titolo di illustrazione del trovato e non è inteso come una limitazione dello stesso. Ad esempio, le caratteristiche illustrate o descritte in quanto facenti parte di una forma di realizzazione potranno essere adottate su, o in associazione con, altre forme di realizzazione per produrre un’ulteriore forma di realizzazione. Resta inteso che il presente trovato sarà comprensivo di tali modifiche e varianti.

Con riferimento alle figure 1 e 2, un apparato 10 secondo il presente trovato è utilizzabile per la fusione di minerali contenenti ferro, titanio e vanadio, per la produzione di ghisa liquida G e scoria liquida S.

In particolare, i minerali anzidetti possono contenere ossido di vanadio V2O5in quantità superiore al 0.5% in peso e presentare un rapporto ponderale fra ossidi di titanio ed altri ossidi - esclusi ossidi di ferro - superiore al 50%.

Nel seguito della descrizione si farà riferimento, a mero titolo esemplificativo, non limitativo, ai minerali contenenti ferro, titanio e vanadio appartenenti alla famiglia delle titanomagnetiti.

L’apparato 10 comprende almeno un forno fusorio 11 ad arco elettrico, il quale può includere convenzionalmente un corpo di contenimento, o tino 12, le cui pareti perimetrali 13 delimitano una camera di fusione 14.

In forme di realizzazione, alle pareti perimetrali 13 del tino 12 può essere associato un rivestimento protettivo 15, il quale può includere uno o più strati di rivestimento isolante o di asportazione del calore, ad esempio strati di rivestimento refrattario 15a, posti internamente alla camera di fusione come schermatura delle pareti perimetrali 13 dal calore generato all’interno della camera di fusione 14.

Forme di realizzazione, combinabili con le forme realizzazione sopra descritte, possono prevedere un rivestimento protettivo 15 che include uno o più strati di pannelli refrigeranti a fasci tuberi 15b che permettono il raffreddamento, per asportazione di calore tramite un fluido termovettore, delle pareti perimetrali 13 ed eventualmente anche degli strati di rivestimento refrattario 15a.

II tino 12 può svilupparsi attorno ad un asse centrale X ed avere, ad esempio, forma sostanzialmente cilindrica o definita da un solido di rivoluzione.

Il tino 12 può includere una prima apertura di scorifica 17, dalla quale può essere fatta fuoriuscire la scoria liquida S che si genera come prodotto della fusione delle titanomagnetiti, ed una seconda apertura di spillaggio 18, dalla quale può essere fatta fuoriuscire la ghisa liquida G derivata dalla fusione anzidetta.

L’apertura di scorifica 17 e l’apertura di spillaggio 18 sono ricavate da parti opposte del tino 12 rispetto all’asse centrale X.

Può essere previsto che l’apertura di spillaggio 18 sia ricavata su un fianco del tino 12 e che in corrispondenza della stessa il forno fusorio 11 includa un becco di spillaggio 19, che funge da veicolo per la fuoriuscita della ghisa liquida G dalla camera di fusione 14 verso un primo contenitore 20 sottostante al tino 12.

Può essere altresì previsto che l’apertura di spillaggio 18 sia ricavata sul fondo del tino 12, il che non prevede la presenza del becco di spillaggio 19 sopra menzionato.

Al di sotto dell’apertura di scorifica 17 può essere presente un secondo contenitore 21 atto a ricevere dal forno fusorio 11 la scoria liquida S.

Le figure 1 e 2 sono utilizzate per descrivere forme di realizzazione nelle quali il forno fusorio 11 è del tipo funzionante a corrente alternata ed include tre elettrodi 16 posizionati simmetricamente al centro della camera di fusione 14.

Il presente trovato può essere, tuttavia, applicato anche a forni fusori a corrente continua aventi uno od una coppia di elettrodi.

Il forno fusorio 11 può includere una struttura di supporto 22, visibile nelle figure 1 e 3, sulla quale poggia il tino 12. La struttura di supporto 22 può avere una porzione anulare 22a (di forma circolare in fig. 1 e rettangolare o quadrata in fig. 3) che delimita un alloggiamento 22b all’interno del quale è alloggiato almeno parzialmente il tino 12.

La struttura di supporto 22, inoltre, può includere, nella propria parte inferiore, almeno una coppia di appendici curve 23 che fungono da organo di guida e definiscono un asse di basculamento B del tino 12, trasversale, ad esempio ortogonale, rispetto all’asse centrale X.

Tali appendici curve 23 consentono la rotazione del tino 12 rispetto all’asse di basculamento B quando la struttura di supporto 22 viene inclinata in modo noto da mezzi di movimentazione (non riportati nei disegni). Tra i mezzi di movimentazione possono essere inclusi attuatori lineari configurati per spingere verso l’alto o tirare verso il basso una porzione laterale della struttura di supporto 22 posta in prossimità di una delle aperture di scorifica 17 o di spillaggio 18, oppure motori elettrici o idraulici, od attuatori a vite o a cremagliera agenti direttamente sulle appendici curve 23.

L’inclinazione del tino 12 può avvenire, lungo un piano verticale contenente il suddetto asse centrale X, sia in una prima direzione, verso l’apertura di scorifica 17, sia in una seconda direzione, verso l’apertura di spillaggio 18.

In possibili implementazioni, il piano verticale lungo il quale viene inclinato il tino 12 passa per la mezzeria dell’apertura di scorifica 17 e/o per la mezzeria dell’apertura di spillaggio 18.

Tale inclinazione può essere simmetrica o asimmetrica rispetto ad una condizione nella quale l’asse centrale X è sostanzialmente verticale.

L’inclinazione del tino 12 nella suddetta prima direzione, è definita da un angolo di scorifica a misurato tra la posizione inclinata assunta di volta in volta dall’asse centrale X e la posizione dello stesso nella condizione verticale.

L’inclinazione del tino 12 nella suddetta seconda direzione, è definita da un angolo di spillaggio β misurato tra la posizione inclinata assunta di volta in volta dall’asse centrale X e la posizione dello stesso nella condizione verticale.

In possibili forme di realizzazione, l’angolo di scorifica a può essere compreso fra 0° e 15°.

In forme di realizzazione, combinabili con tutte le forme di realizzazione qui descritte, l’angolo di spillaggio β, che dipende dalla tipologia del forno 11 e dalla geometria del tino 12, può essere compreso fra 0° e 40°.

Ad esempio, nel caso di spillaggio dal fondo del tino 12 l’angolo di spillaggio β, è compreso fra 0° e 25°, mentre, nel caso di spillaggio attraverso il becco di spillaggio 19, tale angolo può essere compreso tra 0° e 40°.

Il procedimento di fusione delle titanomagnetiti messo in atto dall’apparato 10 nel forno fusorio 11, nel caso in cui la scoria presenti elevata conducibilità elettrica, è vantaggioso che sia del tipo ad arco scoperto, che, come si vede in figura 2, prevede che gli elettrodi 16 siano sollevati al di sopra della scoria liquida S e pertanto che facciano scoccare l’arco elettrico al di fuori del bagno liquido composto da scoria liquida S e ghisa liquida G sottostante.

Secondo il trovato, è possibile alimentare il forno fusorio 11 con titanomagnetiti pre-ridotte ed aventi un grado di metallizzazione superiore al 90%, al fine di contenere il consumo energetico specifico del processo di fusione.

Il procedimento secondo il trovato prevede di ottenere contemporaneamente, dalla fusione, una ghisa liquida G utilizzabile per l’estrazione del vanadio e contenente, ad esempio, più dello 0,5% in peso di vanadio, ed una scoria liquida S per l’estrazione del titanio, avente, ad esempio, una concentrazione di Ti(3⁄4 superiore al 40% in peso. Le percentuali sopra indicate hanno valore meramente esemplificativo di possibili prodotti della fusione di titanomagnetiti condotta secondo il presente trovato.

In particolare, è possibile, tramite il procedimento summenzionato, ottenere una ghisa liquida G contenente almeno il 75%, preferibilmente almeno l’80%, del vanadio inizialmente contenuto nel minerale di ferro, titanio e vanadio, e una scoria liquida L contenente almeno il 90%, più preferibilmente almeno il 95%, dell’ossido di titanio inizialmente contenuto nel minerale previsto.

Siano XTi02_s la percentuale minima di ossido di titanio ottenibile nella scoria, XTi02_m la percentuale ponderale di ossido di titanio presente nel minerale alimentato, e Xox_m la percentuale ponderale complessiva di ossidi, esclusi gli ossidi di ferro, contenuti nel minerale alimentato, la percentuale ponderale minima di ossido di titanio XTÌ02 può essere calcolata con la seguente formula: XTi02_s = q*(XTi02_m)/(Xox_m), dove q è un coefficiente che dipende sostanzialmente dalla quantità di materiali scorificanti alimentati.

Anzitutto, è necessario che la fusione venga effettuata ad un’elevata temperatura di processo, almeno 1450 °C, mantenuta durante tutto un periodo di processo, a meno di periodi transitori iniziale e finale, ed eventuali transitori intermedi. Tale periodo di processo può essere compreso tra 60 min e 130 min, ad esempio 94 min, a seconda delle specifiche esigenze legate alla composizione delle titanomagnetiti da fondere ed alla produttività richiesta.

L’elevata temperatura è necessaria per evitare un’eccessiva viscosità della scoria, e quindi per mantenere la scoria liquida S. La viscosità della scoria rende problematica la sua evacuazione dal forno fusorio 11 ed inoltre rallenta la cinetica del processo di riduzione dell’ossido di vanadio.

L’elevata viscosità può essere dovuta all’elevata concentrazione di ossido di titanio nella scoria. L’elevata concentrazione di ossido di titanio in scoria può essere dovuta alla minimizzazione dell’aggiunta di scorificanti (calce, dolomite), necessaria per ottenere una scoria liquida S ad alto contenuto di T1O2.

Inoltre, l’elevata temperatura sopraccitata permette di ottenere un adeguato recupero del vanadio nella ghisa liquida G, soprattutto nei casi in cui la concentrazione di V2O5nella titanomagnetite di partenza risultasse bassa, ossia, indicativamente, inferiore all’1% in peso.

È tuttavia una problematica, legata alle elevate temperature di processo, la sollecitazione termica delle pareti perimetrali 13 del tino 12.

Tale sollecitazione può anche essere causata dalla compresenza all’interno della camera di fusione 14 sia di un arco elettrico che può essere esterno al bagno liquido, ossia al di sopra della scoria liquida S, che di scoria liquida S ad elevato tenore di ossidi di titanio e quindi ad elevata conduttività elettrica.

Tale problematica può richiedere che il procedimento di fusione includa una fase preparatoria, di approntamento del forno fusorio 11, nella quale al tino 12 viene applicato il rivestimento protettivo 15.

La figura 4 è utilizzata per descrivere forme di realizzazione esemplificative nelle quali il rivestimento protettivo 15 può includere un rivestimento refrattario convenzionale 15a’ sul fondo del tino 12 ed un rivestimento termicamente conduttivo 15a” sulle pareti perimetrali 13 laterali del tino 12.

In possibili soluzioni realizzative, il rivestimento refrattario convenzionale 15a’, ed eventualmente il rivestimento termicamente conduttivo 15a”, possono essere sostituiti con un rivestimento refrattario appositamente studiato per le specifiche esigenze legate al processo di fusione dei minerali di ferro, titanio e vanadio, in particolare per resistere alla corrosione legata all’elevata concentrazione di ossido di titanio in scoria. Il rivestimento termicamente conduttivo 15a” può essere parziale e non interessare la parte alta delle pareti perimetrali 13 del tino 12, ove possono essere previsti uno o più strati di pannelli refrigeranti a fasci tubieri 15b posizionati internamente alle pareti perimetrali 13 stesse.

In possibili implementazioni, fasci tubieri 15b od altra tipologia di dispositivi di raffreddamento o di condizionamento della temperatura possono essere posizionati esternamente al tino 12 ed avvolgerne le pareti perimetrali 13 in corrispondenza della zona di interfaccia tra ghisa liquida G e scoria liquida S.

II rivestimento termicamente conduttivo 15a” ed i fasci tubieri 15b possono determinare la solidificazione di una porzione, posta perifericamente, della scoria liquida S, solidificazione che protegge contro l’usura del rivestimento termicamente conduttivo 15a” stesso.

Alle temperature (maggiori di 1450°C) alle quali viene condotta la fusione delle titanomagnetiti secondo il procedimento di cui si discute, la cinetica di formazione dei carburi di titanio è elevata, poiché essa aumenta all’aumentare della temperatura. I carburi di titanio, se presenti nella scoria oltre una certa concentrazione, possono rendere la scoria stessa eccessivamente viscosa, vanificando l’effetto su di essa della temperatura in sé e portando agli stessi svantaggi sopra menzionati legati alla viscosità.

Secondo il trovato, per condurre un processo che consenta contemporaneamente un efficiente riduzione del vanadio nella ghisa liquida G ed una elevata concentrazione di T1O2 nella scoria liquida S, è comunque necessario adottare temperature superiori ai 1450°C, che rappresentano condizioni favorevoli alla formazione dei carburi di titanio. Per limitare le problematiche sopra indicate, è però necessario minimizzare, compatibilmente con le necessità cinetiche del processo, la permanenza della scoria all’interno del forno.

Per tale motivo, il procedimento di fusione secondo il presente trovato prevede di utilizzare un forno fusorio 11 inclinabile come sopra descritto e basculante attorno all’asse di basculamento B.

Nel procedimento secondo il trovato, un tale forno fusorio 11 è vantaggioso rispetto ai forni elettrici fissi, in quanto il processo condotto con il forno fusorio 11 inclinabile prevede contemporaneamente il recupero di scoria liquida S ad alto contenuto di ossido di titanio ed una efficiente riduzione del vanadio nella ghisa liquida G, qualora fosse necessario, mediante intervento sulla scoria liquida S.

Il forno fusorio 11 inclinabile infatti consente, mediante opportuna inclinazione (fig. 2), di evacuare la quantità voluta di scoria liquida S evitando il rischio che essa venga colata assieme alla ghisa liquida G, ed in generale di mantenere agevolmente sotto controllo il battente di scoria liquida S attraverso la gestione delle tempistiche e delle modalità di inclinazione del forno fusorio 11 stesso.

Sulla base di quanto sopra, dopo la fase preparatoria di rivestimento del tino 12, il procedimento di fusione delle titanomagnetiti prevede, qualora nello stesso tino 12 non sia presente un fondo di liquido, 0 “piede liquido” H, una fase preliminare nella quale viene introdotta una quantità limitata, ad esempio poche tonnellate, di materiale metallico solido, ad esempio rottame ferroso, nella camera di fusione 14.

Viene quindi effetuata una fusione preliminare del suddeto materiale metallico solido, per mezzo dell’arco elettrico, per ottenere l’anzidetto piede liquido H, composto almeno da metallo liquido.

Qualora il forno fusorio 11 abbia già effettuato cicli operativi, il piede liquido H può essere costituito da ghisa liquida G e da scoria liquida S rimanenti da una precedente fusione ed appositamente mantenuti all’interno della camera di fusione 14.

Il forno fusorio 11 contenente il piede liquido H è pronto per la successiva fase di fusione vera e propria, che prevede una fase iniziale durante la quale viene erogata energia elettrica a potenza ridotta, compresa tra il 50% e l’80% della potenza erogata nella successiva fase di fusione, e viene iniziata l’alimentazione di titanomagnetiti allo stato solido all’intemo della camera di fusione del forno fusorio 11.

Durante la suddetta fase iniziale, assieme alle titanomagnetiti, oppure successivamente ad esse, può essere anche effetuata l’introduzione nella camera di fusione 14 di uno o più agenti riducenti, ad esempio coke.

Secondo il trovato, è vantaggioso mantenere condizioni volutamente riducenti all’intemo della camera di fusione 14, a tal fine possono essere previsti particolari accorgimenti per evitare l’ingresso di aria all’intemo di essa. Ad esempio, può essere prevista una chiusura attenta ed ermetica delle possibili intercapedini fra componenti del forno mediante apporto di materiale refrattario sigillante.

In possibili implementazioni, possono essere introdotti nella camera di fusione 14, contemporaneamente alle titanomagnetiti, oppure successivamente, eventuali agenti scorificanti, ad esempio, calce e/o dolomite e/o materiali contenenti ossidi quali A1203 e CaF2.

Prima di essere inserite nel forno fusorio 11, le titanomagnetiti sono sotoposte ad analisi chimica per individuare il contenuto di ciascun componente d’interesse (ferro, vanadio, ossido di titanio), determinandone, quindi, una quantità iniziale nota.

In una successiva fase transitoria, viene aumentata l’erogazione di energia elettrica fino al raggiungimento di una potenza di regime, proporzionale alla produttività richiesta e al tipo di minerale, come sarà chiaro dalla descrizione dettagliata riportata più sotto, e viene incrementata anche la portata di materiale solido, ossia titanomagnetiti e/o agenti riducenti e/o scorificanti, alimentato al forno fusorio 11, fino al raggiungimento della temperatura di regime superiore a 1450°C.

La temperatura di regime viene mantenuta per un periodo di fusione minimo di circa 30 minuti, ad esempio compreso tra 30 minuti e 130 minuti.

I profili temporali di erogazione di potenza elettrica e di alimentazione al forno fusorio 11 di minerale preridotto dipendono dalla chimica di quest’ultimo, che ne determina l’energia necessaria alla fusione. Tali profili sono già stati studiati, in via preliminare, per un particolare tipo di minerale preridotto, ed in relazione ad una determinata produttività richiesta.

Trascorso il suddetto periodo di fusione, il procedimento di fusione può includere una fase intermedia durante la quale vengono prelevati campioni di scoria liquida S e di ghisa liquida G, e viene quindi verificata la composizione chimica della scoria liquida S e della ghisa liquida G.

Al termine del suddetto periodo di fusione, inoltre, è eventualmente prevista l’interruzione del alimentazione di titanomagnetiti, e di eventuali materiali ausiliari, quali agenti riducenti e/o scorificanti.

In alcuni casi, il periodo di fusione può definire il tempo necessario per l’ottenimento della quantità massima di ghisa liquida ammessa dalla geometria del tino 12.

In ulteriori forme di realizzazione, il periodo di fusione può essere seguito da un periodo di mantenimento della temperatura massima per circa 5 minuti, ad esempio compreso da 2 a 10 minuti, durante il quale viene erogata energia elettrica senza alimentazione di minerale.

La fase intermedia anzidetta può prevedere anche, dopo, o in associazione con, la verifica di composizione chimica, l’evacuazione parziale di una parte considerata in eccesso della scoria liquida S. Ciò può avvenire attraverso l’apertura di scorifica 17 in seguito all’inclinazione del tino 12 di un voluto angolo di scorifica a.

Lo scopo della evacuazione parziale è quello di limitare lo spessore di scoria liquida S all’interno del forno fusorio 11 e di ridurne il volume al fine di ottenere le condizioni di processo desiderate. A seconda delle specifiche esigenze o condizioni che di volta in volta si possono verificare, l’evacuazione parziale può permettere di evacuare sostanzialmente una qualsiasi quantità di scoria liquida S anche fino al 90% della scoria liquida S totale presente nella camera di fusione 14.

Il trovato prevede come variante che l’inclinazione del tino 12, sia per l’angolo di scorifica a che per l’angolo di spillaggio β, abbia una precisione inferiore a 0.5°, vantaggiosamente di 0.1°.

Grazie alla precisione dell’inclinazione il tino 12, è possibile ottenere una precisione di evacuazione della scoria liquida S anche dell’ordine di alcune decine di chilogrammi, il che conferisce estrema flessibilità e precisione operativa al procedimento di fusione.

E di tutta evidenza che l’ottenere un valore ottimale costante del livello della scoria liquida S garantisce una migliore qualità del risultato.

Può anche essere previsto, dopo la suddetta evacuazione parziale, che il procedimento di fusione includa una seconda fase di fusione, avente un proprio secondo periodo di fusione, avente una durata minima di circa 30 minuti, ad esempio compreso tra 30 minuti e 70 minuti.

Secondo una variante, il procedimento di fusione prevede l’alternanza di più di due fasi di fusione, ciascuna avente un proprio periodo di fusione, intervallate da una serie di evacuazioni parziali della scoria liquida S, anche di entità diverse.

Eventualmente, in un qualsiasi momento del tempo di processo, possono essere effettuati un controllo della temperatura ed una rilevazione e verifica della composizione chimica della ghisa liquida G e della scoria liquida S.

Sulla base delle risultanze di tali rilevazione e verifica, quando la ghisa liquida G contiene almeno il 75%, ad esempio l’80%, della quantità iniziale nota di vanadio e la scoria liquida S contiene almeno l’80%, ad esempio il 90-95%, della quantità iniziale nota di TiO2, ed in particolare contiene una percentuale ponderale di Ti02 pari almeno al 40%, viene interrotta l’erogazione di energia elettrica e si procede con l’evacuazione separata della scoria liquida S e della ghisa liquida G.

Tale evacuazione separata avviene mediante una prima inclinazione progressiva del tino 12 del forno fusorio 11 fino al raggiungimento di un voluto angolo di scorifica a, che può essere, ad esempio, di circa 8°, ed una successiva seconda inclinazione progressiva del tino 12 fino al raggiungimento di un angolo di spillaggio β, dalla parte opposta rispetto alla prima inclinazione.

A titolo esemplificativo, nel caso di spillaggio dal fondo del tino 12, l’angolo di spillaggio β può essere di circa 14°, mentre nel caso di spillaggio mediante becco di spillaggio 19 l’angolo di spillaggio β può essere anche di circa 35°.

Di seguito, viene fornito un esempio applicativo del procedimento secondo il presente trovato.

In questo esempio, si considera un target produttivo che richieda di dover alimentare mediamente, nell’arco di un tempo di processo (intercorrente tra due colate successive) di circa 120 minuti, una portata media di circa 73 ton/h di minerale. Supponendo che, all’interno del tempo di processo, il tempo di alimentazione del materiale sia pari a circa 94 min, la portata media di alimentazione del minerale è 93 ton/h. Tenendo conto di una fase iniziale transitoria in cui la portata è inferiore a quella di regime, la portata di regime Qmax può essere di circa 96 ton/h.

Un esempio di minerale preridotto contenente ferro, titanio e vanadio utilizzabile in un processo di fusione secondo il presente trovato, può avere la seguente composizione chimica, espressa in termini ponderali:

Fe = 63%, FeO = 6.1% (grado di metallizzazione 93%), C = 2.5%, CaO = 1%, MgO = 2.7%, Si02= 4.2%, A1203 = 4.0%, Ti02 = 15.1%, V205 = 0.7%.

Il minerale anzidetto, una titanomagnetite, viene alimentato a temperatura ambiente, indicativamente inferiore a 40°C.

Il target di produttività sia tale che si debba alimentare al forno una portata media di titanomagnetite (cioè riferita al tempo medio di colata, che include il tempo in cui il materiale non viene alimentato) pari a 73 t/h.

Da quanto sopra, può essere preferibile optare per un forno fusorio 11 in cui diametro interno del tino 12 sia sufficiente a permettere una elevata superficie di contatto fra ghisa liquida G e scoria S. Si considera quindi di utilizzare un forno fusorio 11 con diametro interno del tino 12 pari a circa 7 m. Inoltre, il tino 12 sia tale da poter produrre e contenere, ad ogni colata, una quantità totale di ghisa liquida G pari a 100 tonnellate.

La composizione chimica sopra riportata per la titanomagnetite esemplificativa è tale che, per ogni tonnellata di materiale alimentata, si produce una quantità di ghisa liquida G attorno a 0,69 ton ed una quantità di scoria liquida S attorno a 0,30 ton. Pertanto, nel corso di una colata si devono alimentare circa 145 ton di titanomagnetite. Il tempo di processo risulta quindi pari a circa 120 min.

Considerando per la scoria liquida una densità di 2.2 ton/m3, il volume di scoria generato in una colata è pari a 13.6 m3.

Viene definito un diametro di bagno liquido, ossia della parte di camera di fusione 14 atta a contenere la ghisa liquida G e la scoria liquida S, il quale è determinato dal diametro interno del tino 12, al netto dello spessore delle pareti di rivestimento protettivo 15, e dello strato di scoria solida aderente al rivestimento protettivo 15. Quest’ultimo strato è presente nell’ipotesi di adottare un rivestimento refrattario 15a termicamente conduttivo e con raffreddamento esterno del tino 12 mediante fasci tubieri 15b.

Ipotizzando uno spessore di rivestimento protettivo 15 pari a circa 0.55 m, ed uno spessore di scoria solida pari a circa 0.33 m, a fronte di un diametro del tino 12 pari a 7 m, il diametro del bagno liquido risulta di circa 5.3 m, e la superficie del bagno liquido 22 m2.

II battente di scoria liquida S generata nel corso del tempo di processo è quantificabile in circa 620 mm.

Pertanto, se tutta la scoria liquida S generata nel corso della fusione rimanesse contenuta nel forno, e considerando che ad inizio colata lo spessore di scoria deve essere almeno 200 mm in modo da sommergere per quanto possibile l’arco elettrico in essa, lo spessore finale di scoria sarebbe di circa 820 mm. Tale spessore renderebbe oltremodo difficoltoso il processo di riduzione specialmente nella fase avanzata del processo. Per questo motivo, data la chimica del materiale alimentato e le dimensioni del forno fusorio 11 , è opportuno optare per un processo comprendente, al termine del periodo di fusione, un’evacuazione intermedia di scoria liquida S.

Un processo a singolo stadio, senza evacuazione parziale, sarebbe possibile aumentando il diametro del forno fusorio 11 al fine di limitare il battente di scoria liquida S ma ciò, oltre ad un maggior costo dell’apparecchiatura, implicherebbe maggiori dispersioni termiche e quindi minor efficienza energetica del processo.

Fissato dunque di operare un processo con evacuazione intermedia di scoria liquida S, si decide di effettuare l’evacuazione dopo aver alimentato metà del materiale totale, durante l’anzidetto periodo di fusione. Lo spessore di scoria liquida S atteso all’inizio dell’evacuazione parziale è dunque pari a circa 510 mm.

Con riferimento alla fig. 5, un processo esemplificativo comprende le seguenti fasi: Minuti 0-7: fase iniziale di preparazione del forno fusorio 11 (controllo funzionalità apparecchiature e componenti del forno fusorio 11);

Minuti 7-15: transitorio iniziale, con contemporanea alimentazione di materiale a portata ridotta (50-70 t/h) ed erogazione di potenza elettrica ridotta (35-55 MW), al fine di riportare il bagno liquido alla temperatura di processo richiesta (>1450°C). In contemporanea possono essere alimentati, assieme al minerale oppure attraverso punti di ingresso alternativi, l’agente riducente e i materiali formatori di scoria.

Ad esempio con riferimento al minerale sopra specificato e supponendo inoltre che sia caratterizzato da un rapporto ponderale fra ossido di titanio e ossidi totali (esclusi ossidi di ferro) pari a 0.53, i consumi specifici (rapporto fra i kg di materiale alimentato nel corso di una colata ed i kg di minerale alimentato nel corso di una colata) necessari ad ottenere il richiesto grado di riduzione del vanadio ed una scoria ad alto contenuto di ossido di titanio (>40%) sono nei seguenti range: coke 20-34 kg/kg, formatori di scoria inferiori a 35 kg/kg.

Minuti 15-54: fase di fusione, con massima erogazione di potenza elettrica (65-75 MW) e massima portata di minerale (85-105 t/h).

Ad esempio, con riferimento ad un minerale preridotto caratterizzato da metallizzazione 93%, carbonio 2%, ossidi totali esclusi ossidi di ferro 28%, temperatura ambiente (5 - 40°C), la portata specifica di minerale Msp alimentato al forno in fase di fusione è compresa nel range 20-25 kg/(min*MW). Tale range determina la potenza elettrica massima di regime da erogare nella fase di fusione. Definita Pmax tale potenza di regime, il suo valore è ottenuto dalla seguente relazione: Pmax=k*Qmax/Msp. Ad esempio, con i valori di Qmax e Msp sopra menzionati, risulta Pmax pari a circa 70 MW.

Con un minerale di composizione chimica e/o temperatura diversa da quella considerata, cambia il rapporto fra potenza elettrica e portata di minerale in fase di mantenimento. Per valori diversi delle suddette caratteristiche, il valore della portata specifica di minerale Msp sopra ricavata può essere corretto moltiplicandolo per un coefficiente k funzione della metallizzazione del minerale, del contenuto percentuale di carbonio, del contenuto percentuale di ossidi, esclusi ossidi di ferro, e della temperatura di alimentazione del minerale.

Durante la fusione, in contemporanea possono essere alimentati, assieme al minerale oppure attraverso punti di ingresso alternativi, l’agente riducente e i materiali formatori di scoria. Qualche minuto prima di terminare l’alimentazione del minerale si effettua l’analisi chimica della scoria e della ghisa liquida;

Minuti 54-57: fase di mantenimento, con eventuale mantenimento o aumento della temperatura per mezzo di erogazione di energia elettrica senza alimentazione del minerale (ma con eventuale aggiunta di agente riducente e/o formatori di scoria), al fine di completare (sulla base dell’analisi chimica delle due fasi) la riduzione del vanadio prima di evacuare la scoria liquida S;

Minuti 57-61: evacuazione parziale di scoria liquida S mediante inclinazione del tino 12 del forno fusorio 11. Il controllo della quantità di scoria liquida S evacuata si può effettuare mediante ispezione visiva del battente di scoria liquida S all’interno del tino 12, oppure mediante misura quantitativa della scoria liquida S evacuata in apposito recipiente, oppure mediante sistema di pesatura del forno fusorio 11. Il fine è quello di riportare il battente di scoria liquida S nel tino 12 a valori compresi tra 150 mm e 250 mm.

Minuti 61-66: come fase minuti 7-15.

Minuti 66-107: come fase minuti 15-54.

Minuti 107-113: come fase minuti 54-57.

Minuti 113- 120: scorifica finale mediante inclinazione del forno e successivo spillaggio della ghisa liquida mediante inclinazione in direzione opposta.

È chiaro che all’apparato 10 e al procedimento per la fusione di minerali contenenti ferro, titanio e vanadio fin qui descritti possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di fasi o parti, senza per questo uscire dall’ambito del presente trovato.

È anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad alcuni esempi specifici, una persona esperta del ramo potrà senz’altro realizzare molte altre forme equivalenti di apparato e procedimento, 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 minerali contenenti ferro, titanio e vanadio, detti contenuti essendo ciascuno in una quantità iniziale nota, in un forno fusorio (11) elettrico provvisto di un corpo di contenimento (12) sviluppantesi attorno ad un asse centrale (X) ed inclinabile tramite rotazione su un piano di basculamento contenente detto asse centrale (X), caratterizzato dal fatto che comprende: - alimentare con portata crescente detti minerali e materiali ausiliari comprendenti agenti riducenti e/o scorifi canti in detto corpo di contenimento (12) ed erogare energia elettrica a detto forno fusorio (11) elettrico in modo crescente fino al raggiungimento di una potenza di regime (Pmax) e di una temperatura di regime di almeno 1450°C, in cui detta potenza di regime (Pmax) è direttamente proporzionale ad una portata di regime (Qmax) di alimentazione di detti minerali, ed inversamente proporzionale ad una portata specifica (Msp) dei minerali alimentati nel corpo di contenimento (12), detta portata specifica (Msp) dipendendo dal grado di metallizzazione di detti minerali, dal contenuto ponderale percentuale di carbonio, dalla temperatura di alimentazione di detti minerali, e dal contenuto ponderale percentuale complessivo di ossidi, esclusi gli ossidi di ferro; - mantenere detta temperatura di regime per un voluto periodo di fusione sufficiente per ottenere la fusione completa di detti minerali e, come prodotti di detta fusione, ghisa liquida (G) contenente vanadio e scoria liquida (S) contenente ossido di titanio, detto periodo di fusione protraendosi fino al raggiungimento di un quantitativo massimo di scoria liquida (S), selettivamente scelto tra un valore volumetrico massimo ammesso dalla geometria del corpo di contenimento (12) ed uno spessore limite di scoria liquida (S) incompatibile con la riduzione del vanadio contenuto in detti minerali; - interrompere, trascorso detto voluto periodo di fusione, l’alimentazione di detti minerali nel corpo di contenimento (12); - rilevare e verificare, trascorso detto periodo di fusione e/o nel corso di detto periodo di fusione, anche mediante campionamento, la composizione chimica della ghisa liquida (G) e della scoria liquida (S), per controllare se detta ghisa liquida (G) contiene almeno il 75% della quantità iniziale nota di vanadio, e detta scoria liquida (S) contiene almeno il 90% della quantità iniziale nota di ossido di titanio, in cui detto ossido di titanio è contenuto almeno per il 40% in peso nella scoria liquida (S); - evacuare, dopo la verifica di detta composizione chimica, separatamente la scoria liquida (S), mediante una prima inclinazione di detto corpo di contenimento (12) in una prima direzione, e la ghisa liquida (G), mediante una seconda inclinazione di detto corpo di contenimento (12) in una seconda direzione.
2. Procedimento come nella rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che, dopo detto periodo di fusione, e prima di evacuare separatamente detta scoria liquida (S) e detta ghisa liquida (G), in ragione delle risultanze di detta rilevazione e verifica della composizione chimica della scoria liquida (S) e della ghisa liquida (G), prevede di interrompere l’alimentazione di detti minerali contenenti ferro, titanio e vanadio, mantenendo eventualmente l’alimentazione di detti materiali ausiliari, e di erogare una potenza elettrica di mantenimento, minore o uguale a detta potenza di regime (Pmax), per il mantenimento di detta temperatura di regime per un periodo di mantenimento sufficiente al raggiungimento, in detta ghisa liquida (G), di almeno il 75% della quantità iniziale nota di vanadio.
3. Procedimento come nella rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che prevede, trascorso detto periodo di fusione, di mantenere di volta in volta il livello della scoria liquida (S) entro un valore voluto, attraverso un’evacuazione parziale di detta scoria liquida (S) mediante inclinazione, in una prima direzione, di detto corpo di contenimento (12), per far uscire una voluta quantità di detta scoria liquida (S) attraverso un’apertura di scorifica (17) ricavata passante nel corpo dì contenimento (12).
4. Procedimento come nella rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che, durante detta evacuazione parziale, il corpo di contenimento (12) viene inclinato in detta prima direzione di un angolo di scorifica (a) minore o uguale a 15°.
5. Procedimento come nella rivendicazione 3 o 4, caratterizzato dal fatto che, durante detta evacuazione parziale, viene evacuata una parte di scoria liquida (S) presente nel corpo di contenimento (12), per mantenere detto livello di scoria liquida (S) minore di 650 mm, preferibilmente tra 100 mm e 300 mm, più preferibilmente tra 150 mm e 250 mm.
6. Procedimento come in una o l’altra delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che, prevede di evacuare detta ghisa liquida (G) inclinando il corpo di contenimento (12) in detta seconda direzione di un angolo di spillaggio (β) minore o uguale a 40°.
7. Procedimento come in una o l’altra delle rivendicazioni da 3 a 6, caratterizzato dal fatto che prevede, dopo detta evacuazione parziale, e prima di evacuare separatamente la scoria liquida (S) e la ghisa liquida (G), mediante inclinazione di detto corpo di contenimento (12) in dette prima e seconda direzione, di effettuare almeno una volta una sequenza comprendente le operazioni di alimentare minerali e materiali ausiliari in detto corpo di contenimento (12) con portata crescente e con contemporanea erogazione di energia elettrica in modo crescente fino al raggiungimento di detta potenza di regime (Pmax) e di detta temperatura di regime superiore a 1450°C, di fondere detti minerali a detta temperatura di regime per un voluto secondo periodo di fusione, fino al raggiungimento del quantitativo massimo di scoria liquida (S), di verificare la composizione chimica di detta scoria liquida (S) e di detta ghisa liquida (G), e di effettuare un’eventuale ulteriore evacuazione parziale di scoria liquida (S).
8. Procedimento come nella rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che prevede, prima del raggiungimento di detto valore volumetrico massimo di scoria liquida (S), di interrompere l’alimentazione di detti minerali nel corpo di contenimento (12) e di erogare una potenza elettrica di mantenimento uguale od inferiore a detta potenza di regime (Pmax), per un periodo di mantenimento sufficiente ad ottenere almeno un contenuto di vanadio nella ghisa liquida superiore al 75% del vanadio inizialmente contenuto in detti minerali.
9. Uso di un apparato (10) comprendente un forno fusorio (11) elettrico avente un corpo di contenimento (12) sviluppantesi attorno ad un asse centrale (X) ed inclinabile su un piano di basculamento contenente detto asse centrale (X) almeno di un primo angolo di scorifìca (a) in una prima direzione e di un secondo angolo di spillaggio (β) in una seconda direzione, opposta a detta prima direzione, per implementare un procedimento per la fusione di minerali contenenti ferro, titanio e vanadio come ad una o l’altra delle rivendicazioni precedenti,