ITUD970076A1 - Sistema a forno elettrico ad arco - Google Patents

Description

Classe Internazionale:

Descrizione del trovato avente per titolo:

"SISTEMA A FORNO ELETTRICO AD ARCO"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Forma oggetto del presente trovato un sistema a forno elettrico ad arco come espresso nella rivendicazione principale.

Il trovato si applica in campo siderurgico ed in particolare, ma non solo, ai forni elettrici ad arco che prevedono il caricamento con rottami preriscaldati dai fumi uscenti dai forni stessi durante i cicli di fusione.

Il sistema a forno elettrico secondo il trovato consente di velocizzare le operazioni di caricamento, di ridurre drasticamente i tempi di ciclo e di limitare al minimo le dispersioni termiche e le fuoriuscite di gas e polveri dal forno verso l'ambiente esterno.

Inoltre, il trovato consente di liberare l'area al di sopra del forno permettendone lo sfruttamento per il preriscaldo dei rottami da scaricare in forno.

di minimizzare gli spazi occupati sia al di sopra che lateralmente al forno e di ridurre drasticamente il tempo di impiego ed il numero di attrezzature e movimentazioni coinvolte in detto caricamento.

II trovato può lavorare sia soltanto in corrente continua che con un sistema di alimentazione misto con corrente continua e corrente alternata.

STATO DELLA TECNICA

Sono noti nella tecnica i forni elettrici ad arco, a corrente continua od alternata, utilizzati per la produzione di acciai a partire da rottami e materiali di recupero di vario genere.

Detti rottami vengono caricati nel forno in unica soluzione, oppure in semicontinuo, tramite ceste o contenitori, ovvero in continuo tramite dispositivi trasportatori, ad esempio a nastro.

II caricamento a mezzo ceste, o contenitori, prevede che dette ceste vengano prima caricate con rottami, poi trasportate mediante mezzi di sollevamento e/o movimentazione in corrispondenza della bocca del forno mantenuta temporalmente aperta, e quindi scaricate del loro contenuto.

Detto sistema di caricamento presenta lunghi tempi operativi dovuti all'insieme dei movimenti di aper-

oltre a diminuire la produttività del forno, determina una ingente dispersione di calore verso l'esterno, nonché la fuoriuscita nell'ambiente di fumi e gas contenenti sostanze nocive ed inquinanti.

In detto sistema inoltre, l'apertura della volta del forno richiede necessariamente la rimozione degli elettrodi ciò comportando un ulteriore aumento dei tempi di caricamento, ossidazione dell'elettrodo con maggiore suo consumo, rischi di danneggiamento per gli elettrodi stessi, ingombro di spazi lateralmente al forno, movimentazioni difficoltose e complesse ed altri problemi ancora.

Attualmente, per aumentare la produttività di detti forni e ridurre i consumi energetici riducendo i tempi di fusione, vi è la tendenza di preriscaldare il rottame costituente la carica del forno utilizzando il calore dei fumi evacuati dal forno stesso durante i cicli di fusione.

Tra i sistemi di caricamento con preriscaldo del rottame è noto prevedere che, all'interno delle ceste contenenti .i rottami da caricare, vengano fatti circolare i fumi uscenti dal forno tramite condotti collegati da un lato al quarto foro della volta e dall'altro alla struttura della cesta.

Questo sistema di preriscaldo presenta vari inconvenienti tra i quali quello di richiedere soluzioni realizzative complesse e costose, notevoli spazi di installazione, complessi sistemi di movimentazione nonché problemi nell'automazione delle fasi di caricamento del forno.

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere altri e sorprendenti vantaggi come nel seguito evidenziati, la proponente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

II presente trovato è espresso e caratterizzato nella rivendicazione principale.

Le rivendicazioni secondarie espongono varianti all'idea di soluzione principale.

Scopo del presente trovato è quello di fornire un sistema a forno elettrico ad arco in grado di ridurre drasticamente i tempi e le movimentazioni necessitate dai cicli di caricamento del rottame.

Altro scopo è quello di limitare lo spazio occupato a lato del forno e liberare la parte al di sopra del forno stesso sì da poterla utilizzare per il preriscaldo diretto dei rottami da scaricare in forno.

Ulteriore scopo è quello di minimizzare gli azionamenti e le movimentazioni richieste, nonché gli spazi occupati, per liberare temporalmente la bocca del forno nelle fasi di caricamento.

Ulteriore scopo ancora è quello di limitare al minimo le fuoriuscite di fumi, gas e polveri dal forno durante il caricamento e minimizzare le dispersioni termiche. Altro scopo del trovato è quello di ridurre i flicker che si generano durante la generazione dell’arco elettrico, nonché quello di ridurre le sollecitazioni termiche, e quindi l'usura, dei pannelli di raffreddamento associati alle pareti laterali del forno.

Il forno elettrico secondo il trovato comprende almeno un elettrodo con funzione di catodo ed uno o più elettrodi con funzione di anodi.

Secondo il trovato, il catodo è posizionato, insieme agli anodi, in corrispondenza del fondo, o suola, del forno.

Secondo una soluzione, il catodo è collocato centralmente e gli anodi sono disposti attorno a detto catodo. Secondo una variante, gli anodi sono distribuiti in modo simmetrico rispetto a detto catodo centrale.

Secondo un'altra variante, il catodo si estende verso l'alto fino ad una quota superiore a quella del menisco dell'acciaio; ciò favorisce una propagazione ed una diffusione dell'arco elettrico che va ad interessare una parte rilevante della massa dei rottami presente all'interno del forno.

Sia il catodo che gli anodi sono, in una soluzione preferenziale, del tipo con parte superiore che si fonde durante il ciclo di fusione del forno, e si solidifica nelle fasi di riposo del forno, ciò garantendo una durata sostanzialmente illimitata sia del catodo che degli anodi.

Secondo una variante, il catodo e/o gli anodi sono associati, nella loro parte inferiore, ad un sistema di raffreddamento che si estende in altezza fino almeno all’interno della suola del forno.

Secondo un'ulteriore variante, la parte inferiore del catodo e/o degli anodi, associata a detto sistema di raffreddamento, è realizzata in materiale ad alta conducibilità termica, ad esempio rame, mentre la parte superiore, ossia quella soggetta alla liquefazione ed alla successiva solidificazione, è realizzata in acciaio od in materiale analogo.

Secondo una soluzione del trovato, il forno elettrico presenta una parte inferiore dedicata alla fusione dei rottami ed una parte superiore dedicata al contenimento temporaneo ed al preriscaldo dei rottami. Detta parte superiore di preriscaldo, in mancanza degli elettrodi superiori e dei relativi sistemi di sostegno, movimentazione ed alimentazione, può essere ottenuta in continuità strutturale con detta parte inferiore.

Secondo una prima formulazione, dette parti inferiore e superiore sono realizzate in corpo unico; secondo una variante dette parti sono indipendenti ed almeno temporalmente associabili/dissociabili. Secondo il trovato, detta parte superiore, avente funzione di contenimento temporaneo e di camera di preriscaldo, è inferiormente dotata di mezzi mobili di trattenimento dei rottami.

Inoltre, detta parte superiore presenta, nella sua parte alta, almeno una apertura per l'evacuazione dei fumi uscenti dal forno dopo che essi hanno investito i rottami ed un’apertura per il caricamento dei rottami da preriscaldare.

Secondo una variante, detta apertura di caricamento coopera con mezzi mobili di chiusura a tenuta che fungono da copertura del forno durante i cicli di fusione.

Secondo il trovato, i mezzi mobili di trattenimento dei rottami sono strutturati in modo da consentire il passaggio dei fumi prodotti durante i cicli di fusione nella parte inferiore del forno.

Detti fumi, prima di venire evacuati attraverso la detta apertura di evacuazione, investono i rottami temporalmente trattenuti dai mezzi mobili in detta parte superiore del forno, cedendo a detti rottami almeno parte del calore posseduto.

Terminato il ciclo di fusione, il metallo fuso prodotto viene scaricato dal forno; successivamente, aprendo i mezzi mobili di trattenimento, il forno viene immediatamente ricaricato con i rottami preriscaldati temporalmente trattenuti nella parte superiore del forno stesso.

Quindi, detti mezzi mobili di trattenimento vengono riportati in chiusura sì da consentire il trattenimento di nuovi rottami da preriscaldare caricati dall'alto.

Secondo il trovato, i rottami da preriscaldare vengono scaricati nella parte superiore del forno tramite mezzi di alimentazione cooperanti con i suddetti mezzi mobili di chiusura a tenuta del forno. Secondo una forma realizzativa, detti mezzi di alimentazione sono del tipo a nastro trasportatore.

In altre possibili soluzioni, la parte superiore del forno può essere caricata con ceste, contenicon mezzi a braccio di trasporto mobili su carroponte od in altro modo.

Secondo una variante, le pareti della parte superiore di contenimento e preriscaldo dei rottami e le pareti della parte inferiore di fusione sono almeno parzialmente costituite da pannelli raffreddati.

Il sistema a forno secondo il trovato consente il caricamento, in tempi estremamente ridotti e con movimentazioni drasticamente limitate, di rottame preriscaldato in cui la parte inferiore del rottame è quella che ha la maggiore temperatura.

Ciò garantisce una riduzione del flicker che si genera quando l'arco elettrico scocca fra il catodo e gli anodi, disposti tutti sulla suola del forno. Inoltre, la generazione di un arco elettrico nella parte bassa del forno riduce drasticamente i problemi sui pannelli di raffreddamento dovuti al passaggio della corrente tra catodo ed anodi.

Ancora, l'assenza degli elettrodi superiori, e quindi dei relativi bracci portaelettrodi, dei sistemi di movimentazione ed alimentazione, riduce notevolmente il costo complessivo di realizzazione, installazione e gestione del forno elettrico.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Le figure allegate sono fornite a titolo esemplificativo non limitativo ed illustrano alcune soluzioni preferenziali del trovato.

Nelle tavole abbiamo che:

- la fig. 1 illustra una prima soluzione del sistema a forno elettrico ad arco secondo il trovato;

- la fig. 2 illustra una variante di fig. 1;

- le figg. 3 e 4 illustrano schematicamente ulteriori applicazioni del trovato.

DESCRIZIONE DEI DISEGNI

II forno elettrico ad arco 10 illustrato nella soluzione di fig. 1 comprende una parte inferiore 10b, avente funzione di camera di fusione del rottame 11, ed una parte superiore IOa, avente funzione dì camera di contenimento temporaneo e preriscaldo del rottame da caricare nella detta parte inferiore 10b. La variante di fig. 3 illustra un forno 10 convenzionale con quarto foro 33 connesso ad un condotto di evacuazione fumi 23, mentre la variante di fig. 4 illustra un forno 10 il cui quarto foro 33 è collegato, attraverso il condotto 23, ad una cesta 34 di preriscaldo rottami 11 disposta in una posizione laterale di prossimità a detto forno 10. Nella soluzione di fig. 2, la bocca del forno 10 è associata direttamente a mezzi di caricamento 18 a nastro trasportatore 19 per realizzare un eventualecaricamento continuo di detti rottami 11.

II forno 10 comprende una suola 14 in refrattario e pareti laterali 30 dotate di pannelli di raffreddamento 29.

Sulla suola 14 sono disposti, nel caso di specie, il catodo 12 e gli anodi 13; il catodo 12 è disposto in posizione sostanzialmente centrale rispetto alla suola 14 e gli anodi 13 sono disposti in modo simmetrico attorno al detto catodo centrale 12.

Secondo una variante non illustrata, gli anodi 13 sono disposti asimmetricamente rispetto al catodo centrale 12.

Sia il catodo 12 che gli anodi 13 presentano i rispettivi tratti superiori, 12a e 13a, realizzati in un primo materiale, ad esempio acciaio, che si. fonde durante i cicli di fusione e solidifica durante i cicli di inattività del forno 10.

I rispettivi tratti inferiori, rispettivamente 12b e 13b, sono realizzati in un secondo materiale ad alta conducibilità termica, ad esempio rame, e sono associati ad un sistema di raffreddamento 31, ad esempio del tipo a circolazione di acqua, che si estende fino ad una altezza definita all'interno della suola in refrattario 14.

Nel caso di specie, detto catodo centrale 12 presenta la sommità collocata ad una quota superiore agli anodi 13 e superiore al livello del menisco del metallo fuso; ciò favorisce la generazione di archi elettrici 17 che si sviluppano dall'alto verso il basso e quindi vanno ad interessare una parte rilevante dei rottami 11 accumulati in detta parte inferiore 10b del forno 10.

Nel caso di specie inoltre, almeno la sommità di detto catodo centrale 12 è protetta da un rivestimento 28 in materiale ad alta resistenza che lo protegge dalla caduta del rottame 11 durante il caricamento e ne facilita l'estrazione per le operazioni di sostituzione e/o manutenzione.

In fig. 1, la parte inferiore 10b e quella superiore IOa del forno 10 sono suddivise da mezzi mobili 15 atti a trattenere temporalmente i rottami 11 da preriscaldare contenuti in detta parte superiore IOa, consentendo il passaggio verso l'alto dei fumi 22 prodotti durante i cicli di fusione.

Nel caso di specie, detti mezzi mobili 15 sono costituiti da griglie scorrevoli 16 contrapposte; lo scorrimento di dette griglie 16 verso l'esterno del forno 10, ad assumere una posizione di non interferenza illustrata in tratteggio nella figura 1, consente di scaricare i rottami 11 preriscaldati nella parte inferiore 10b del forno 10.

Nel caso di specie, dette griglie 16 cooperano con mezzi di tenuta 116 che evitano dispersioni verso l 'esterno del calore e dei fumi interni al forno 10. Nel caso di fig. 1, i rottami 11 vengono caricati nella parte superiore 10a del forno 10 tramite mezzi di caricamento 18 costituiti da un nastro trasportatore 19 che coopera con mezzi di chiusura a tenuta 20 associati alla sommità della parte superiore 10a. Detti mezzi di chiusura a tenuta 20 hanno la funzione di coprire superiormente il forno 10 durante i cicli di fusione.

Nel caso di specie, in cooperazione con la sommità della parte superiore 10a è presente una camera di aspirazione fumi 32 ad anello che determina un andamento a ciclone di detti fumi 22 prima della loro evacuazione attraverso la conduttura 23 .

Tale camera di aspirazione ad anello favorisce una salita dei fumi distribuita uniformemente sull'intero volume della parte superiore 10a e quindi un riscaldamento omogeneo dei rottami 11 posti in posizione di preriscaldo in detta parte superiore 10a. Nel caso di specie, i mezzi di chiusura a tenuta 20 sono scorrevoli e si portano in posizione di apertura, indicata in tratteggio, allorché i mezzi di caricamento 18 scaricano i rottami 11 in detta parte superiore IOa del forno 10.

Nel caso di specie, detti mezzi di caricamento 18 comprendono anche mezzi di copertura e contenimento 21 che facilitano il convogliamento dei rottami 11 nella parte superiore IOa del forno 10 e limitano le dispersioni termiche nell'ambiente esterno.

Nel caso di specie, il forno 10 presenta sezione circolare ed un rapporto altezza/diametro tale da consentire il massimo sfruttamento del calore generato dai fumi 22 per il preriscaldo dei rottami 11 trattenuti dai mezzi di trattenimento 15.

Secondo il trovato, i fumi 22 prodotti durante i cicli di fusione nella parte inferiore 10b salgono, attraversando i mezzi di trattenimento 15, nella parte superiore IOa, investono i rottami 11 cedendo almeno parte del loro calore e vengono successivamente evacuati attraverso la camera di aspirazione 32 e la conduttura 23 verso gli impianti di depurazione e scarico in atmosfera.

Nel caso di specie, inoltre, al fine di ottenere una distribuzione omogenea della temperatura, per migliorare e rendere più veloce la discesa dei rottami 11 nella parte inferiore 10b e per velocizzare i cicli di fusione, sulla parete laterale della parte inferiore 10b, sono presenti bruciatori 24 disposti su uno o più livelli.

Nella soluzione di fig. 1, sono presenti bruciatori 24 anche nella parte alta della parte superiore IOa, allo scopo di realizzare un processo di postcombustione dei fumi 22 per abbattere le sostanze nocive ed inquinanti in essi presenti prima che detti fumi 22 siano evacuati dalla conduttura 23. La parte inferiore 10b è altresì dotata di lance supersoniche 25 per l'iniezione di ossigeno e di tubiere 26 per 1'insufflaggio dal fondo di ossigeno e/o di carbone all'interno del metallo liquido.

Nel caso di specie, inoltre, per ottenere un efficace mescolamento del metallo fuso al fine di ottenere un bagno omogeneo, di avere una temperatura uniforme, nonché per velocizzare le reazioni chimiche, nella parte inferiore 10b sono altresì presenti mezzi di agitazione 27 di tipo elettromagnetico.

In fig. 2, i mezzi di caricamento 18 svolgono la funzione, oltre che di alimentazione dei rottami 11, anche di trattenimento temporaneo ed eventuale preriscaldo, prevedendo che almeno parte dei fumi 22 derivanti dalla fusione investano i rottami 11 presenti sui nastri trasportatori 19.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1 - Sistema a forno elettrico ad arco per la fusione di rottami (11), detto sistema presentando almeno un elettrodo con funzione di catodo ed uno o più elettrodi con funzione di anodi per la generazione dell'arco elettrico, detto sistema presentando superiormente mezzi di copertura mobili da una prima posizione di chiusura ad almeno una seconda posizione di non interferenza ed almeno una apertura per l'evacuazione dei fumi (22) prodotti durante i cicli di fusione, detto sistema presentando almeno una parte inferiore avente funzione di camera di fusione, detta parte inferiore essendo definita da una suola (14) e da pareti laterali raffreddate (30), caratterizzato dal fatto che il catodo (12) è disposto nella suola (14) della parte inferiore (10b) del forno (10) in una posizione sostanzialmente centrale e gli anodi (13) sono posizionati nella detta suola (14) attorno a detto catodo (12). 2 - Sistema a forno elettrico come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il catodo (12) presenta la sommità disposta ad una altezza superiore rispetto alla quota del menisco del metallo liquido. Sistema a forno elettrico come ad una o l'altra dal fatto che il catodo (12) presenta il tratto superiore (12a) che fonde durante i cicli di fusione del forno e solidifica durante le fasi di inattività del forno. 4 - Sistema a forno elettrico come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il catodo (12) presenta il tratto superiore (12a) realizzato in un primo materiale ed il tratto inferiore (12b) realizzato in un secondo materiale a maggiore conducibilità termica di detto primo materiale, detto tratto inferiore (12b) cooperando con un sistema di raffreddamento (31) che si estende per almeno una altezza definita all'interno della suola (14) della parte inferiore (10b) del forno (10). 5 - Sistema a forno elettrico come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende una parte superiore (IOa) disposta al di sopra di detta parte inferiore (10b) a costituire sostanziale continuità strutturale con essa, detta parte superiore (IOa) essendo dedicata al contenimento temporaneo ed al preriscaldo dei rottami (11), dette parti superiore (IOa) ed inferiore (10b) essendo suddivise da mezzi mobili (15) di trattenimento temporale dei rottami (11) da preriscaldare, detti mezzi mobili di trattenimento (15) consentendo il passaggio dei fumi (22) dalla parte inferiore (10b) di fusione alla parte superiore (IOa) di preriscaldo. 6 - Sistema a forno elettrico come alla rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che la parte superiore (IOa) presenta mezzi di copertura mobili (20) a tenuta. 7 - Sistema a forno elettrico come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la parte superiore (IOa) presenta, nella parte alta, una camera anulare di aspirazione fumi (32) collegata al condotto di evacuazione (23). 8 - Sistema a forno elettrico come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la parte inferiore (10b) e la parte superiore (IOa) sono realizzate in corpo unico. 9 - Sistema a forno elettrico come ad una o l’altra delle rivendicazioni precedenti fino a 7, caratterizzato dal fatto che la parte inferiore (10b) e la parte superiore (IOa) sono separate ed almeno temporalmente associabili/dissociabili. 10 - Sistema a forno elettrico come ad una o all'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i mezzi di trattenimento (15) dei rottami (11) da preriscaldare sono mobili da una prima posizione di trattenimento e di preriscaldo rottami (11) ad almeno una seconda posizione di non interferenza e scaricamento rottami (11) nella parte inferiore (10b). 11 - Sistema a forno elettrico come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti fino a 4, caratterizzato dal fatto che la sommità della parte inferiore (10b) è associata direttamente a mezzi di caricamento (18) rottami (11). 12 - Sistema a forno elettrico come alla rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che tra i mezzi di caricamento (18) e la sommità della parte inferiore (10b) sono presenti mezzi di chiusura (20) mobili da una posizione di preriscaldo rottami (11) ad una posizione di scaricamento. 13 - Sistema a forno elettrico come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti fino a 4, caratterizzato dal fatto che il forno (10) presenta un quarto foro (33) di evacuazione fumi. 14 - Sistema a forno elettrico come alla rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che il quarto foro (33) di evacuazione fumi è associato ad una cesta (34) di contenimento e preriscaldo rottami (11). 15 - Sistema a forno elettrico come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che in cooperazione con la parte inferiore (10b) del forno (10) sono presenti mezzi di agitazione elettromagnetica (27), tubiere di fondo (26) di insufflaggio ossigeno e/o carbone, bruciatori di riscaldo (24) e/o lance supersoniche (25) di insufflaggio ossigeno. 16 - Sistema a forno elettrico come alla rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che nella parte alta della parte superiore (IOa) sono presenti bruciatori (24) di post-combustione. 17 - Sistema a forno elettrico come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che adotta i contenuti di cui alla descrizione ed ai disegni.