ITVE20100055A1 - Processo ed impianto per il recupero e la valorizzazione della scoria da siviera (scoria bianca) prodotta nella fabbricazione dell'acciaio liquido. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione avente per TITOLO : "Processo ed.impianto per il recupero e la valorizzazione della scoria da siviera (scoria bianca) prodotta nella fabbricazione dell'acciaio liquido".

Il rispetto dell'ambiente rappresenta un riferimento fondamentale per la valutazione di un processo industriale e questo approccio vale anche per il settore specifico della produzione dell'acciaio. Problemi di natura ecologica, ma non solo, impongono alle aziende siderurgiche fortemente energivore e consumatrici di materie prime, il recupero di gran parte dei materiali di scarto derivanti dal processo produttivo. Gli scarti principali che si generano nella produzione dell'acciaio liquido si elencano fondamentalmente in:

- Fumi;

- Refrattari esausti;

- Scorie nere (scorie forno - dalla fusione);

- Scorie bianche (scorie siviera - dall'affinazione).

E mentre il recupero delle prime tre voci è già stato affrontato da tempo e parzialmente risolto, il problema del recupero della scoria da siviera - scoria che viene generalmente definita "scoria bianca" in contrapposizione a quella prodotta in forno chiamata "scoria nera" appare ancora ad oggi invece, un ostacolo insuperabile, nonostante siano state avanzate alcune proposte che non hanno comunque risolto i problemi connessi al trattamento e valorizzazione di questo sottoprodotto. La scoria bianca costituisce tutt'ora un problema importante, che oltre ad incidere negativamente sull'ambiente, grava sull'economia di tutte le acciaierie.

La scoria da siviera è un materiale caratterizzato da una forte instabilità (problemi di idratazione e sfioritura) e pur essendo ricca in calce non ha possibilità di reimpiego nella produzione di cementi o in altri usi specifici. Fra l'altro, a causa della sua capacità di polverizzarsi e conseguente facilità a disperdersi, costituisce un problema ambientale importante.

La presente invenzione riguarda il recupero ed il riciclo della scoria prodotta in siviera nella lavorazione dell'acciaio liquido e la sua applicazione all'interno dello stesso processo, permette di realizzare due obiettivi fondamentali contemporaneamente:

- minimizzare lo sfruttamento delle materie prime (scorificanti basici);

- ridurre il quantitativo di rifiuti da accumulare all'interno dello stabilimento e smaltire in discarica. La presente invenzione, oltre a realizzare gli obbiettivi descritti, evitando lo stoccaggio all'aperto e la sua conseguente dispersione nell'ambiente, risolve anche un grave problema di natura ecologica. La scoria bianca costituisce oltre il 90% dei sottoprodotti di scarto potenzialmente riciclabili di un'acciaieria; risulta quindi evidente 1'importanza assunta da questo processo di trattamento.

Il recupero della scoria bianca secondo la presente proposta, si realizza mediante "sfioritura" in un ambiente controllato ed il riciclaggio, col successivo utilizzo della polvere ottenuta direttamente nel forno di fusione (es. EAF) a parziale sostituzione della calce. L'alimentazione al forno potrà avvenire con sistemi noti: insufflata sotto scoria (rappresenta il sistema migliore) , caricata in cesta col rottame, alimentata dal quinto foro, .... Ci si sofferma solo marginalmente al recupero dì altri sottoprodotti come i refrattari, in quanto questa operazione viene già comunemente gestita, anche se con modalità e risultati diversi, dalla maggior parte delle acciaierie.

La scoria di siviera è sostanzialmente formata da calce, dai prodotti di ossidazione del bagno e delle ferroleghe, dai prodotti di usura del refrattario della siviera, dai fondenti e può contenere anche piccole quantità di scoria del forno travasate durante la fase di spillaggio.

Dal punto di vista della composizione chimica, la scoria bianca è tipicamente formata al 55-65% da calce e magnesia e al 25-35% da silice ed allumina. La sua composizione è variabile, funzione dei processi di metallurgia secondaria adottati per le diverse tipologie di acciaio, anche se nell'ambito di un particolare ciclo produttivo la sua analisi rimane sostanzialmente costante .

Trattandosi di un materiale che costituisce il risultato finale di una serie di reazioni chimiche complesse ad alta temperatura fra ossidi acidi (essenzialmente silice) , ossidi basici (come la calce e magnesite) ed ossidi a comportamento anfotero (tipicamente allumina), la scoria bianca in termini di specie è formata principalmente da:

silicato tricalcico (C3S); silicato bicalcico (C2S); rankinìte (C3S2); wollastonìte (CS);

- merwinite (C3MS2); diopsite (CMS2); monticellite (CMS); - grossite (CA); wallastonite (C2A); mayenite (C12A7); mullite (AS2); andalusite (A3S2); calcio ferrite (CF); - fosferite (M2S); spinello (MA);

Dove con C normalmente si indica il CaO, con S la Si02, con M l'MgO, con A ΙΆ Ι2Ο3ed infine con F l'FeO.

Il principale composto della calce presente nella scoria bianca è il silicato bicalcico (2Ca0.Si02), la cui forma cristallina varia in funzione della temperatura. Infatti, alle temperature di processo e quindi oltre i 1.500°C, il silicato bicalcico è presente allo stato allotropico a, che rappresenta la sua forma stabile alle alte temperature. Durante il processo di raffreddamento della scoria, la fase a si trasforma alla temperatura di 630°C inizialmente in fase β e quindi, a temperature inferiori a 500°C in fase γ. La conversione dalla fase β alla fase γ è accompagnata da un incremento di volume del 10% (da 56 a 62*10<-6>m<3>/mole), che a causa della diversa struttura cristallina e densità, dà luogo ad una frammentazione (sfioritura) della matrice. Semplificando, questo il significato: la riduzione di temperatura della scoria bianca genera una polvere ricca di calce che può trovare utilizzo nel forno, nella stessa siviera, o in altre applicazioni .

La stabilità della scoria bianca è anche legata alla presenza di MgO e CaO in forma libera (non fissati in composti con acidi e/o anfoteri): in presenza di umidità ed anidride carbonica essi possono infatti dare luogo alla formazione dei rispettivi idrati [Ca(0H)2- Mg(0H)2]e carbonati [CaC03- MgCCb], specie caratterizzate da un volume doppio rispetto al volume molare degli ossidi che li hanno originati e che operano conseguentemente la frantumazione della matrice della scoria. La presenza di umidità ed anidride carbonica deve però essere evitata, perché quando Ca e Mg sono presenti come idrati e carbonati, il prodotto ottenuto risulta di qualità inferiore a causa della maggiore quantità di energia necessaria per la loro dissociazione e fusione. Prendendo come riferimento la calce, l'energia per portare a fusione la stessa quantità di CaO in forma di carbonato ed in forma di idrato, è rispettivamente di 2,35 e 1,85 volte superiore rispetto a quella necessaria alla CaO. Fra l'altro, gli idrati sono maleodoranti e creano problemi di natura olfattiva non indifferenti.

Ad oggi sono noti alcuni metodi che hanno tentato il recupero della scoria bianca; un esempio è il riciclo a caldo, in cui la miscela contenente la scoria bianca e l'acciaio rimasto in siviera dopo 1'affinazione, è versata direttamente nel forno di fusione prima dell'alimentazione della carica. Dal punto di vista energetico questa rappresenta indubbiamente la soluzione migliore: la miscela è ancora caratterizzato da temperature elevate, e quindi l'energia necessaria per innalzare la sua temperatura ai valori finali risulterà minima. Tale metodo presenta alcuni grossi inconvenienti: aumento del tempo di tap to tap, rischi operativi per gli addetti, possibilità di danneggiamenti alle strutture ed agli impianti, variabilità e mancanza di controllo della composizione finale della scoria del forno.

Altre soluzioni, che si basano sul processo di sfioritura precedentemente descritto, applicano un raffreddamento di tipo statico del materiale. Il recupero della scoria da siviera viene realizzato lasciandola raffreddare su griglie in una camera di uno o più box in ambiente controllato, sino alla sua polverizzazione. La scoria è collocata ancora calda sulle griglie, dove è investita da un flusso d'aria che ne favorisce il raffreddamento e che permettono il passaggio della polvere ottenuta nelle tramogge sottostanti. Il metodo presenta tuttavia evidenti problematiche. La scoria da siviera è infatti un ottimo materiale refrattario, per cui, mentre il raffreddamento della sua superficie è rapido, la parte interna continua a rimanere molto calda, anche a causa della esotermicità delle reazioni di sfioritura. Tale soluzione presenta una scarsa efficienza di scambio termico, da cui la necessità di tempi molto lunghi per realizzare la polverizzazione del materiale. Inoltre, l'accumulo di polveri sulla parte superiore del materiale agisce come uno strato di isolante termico che rallenta ulteriormente le cinetiche di trasformazione.

Un altro metodo ha tentato di risolvere gli inconvenienti del procedimento precedente, ma con scarsi risultati. La scoria bianca viene anche qui collocata su griglie, ma dotate di lame e di sistemi per la loro vibrazione. L'aria di raffreddamento viene iniettata nella parte sottostante il piano di sfioritura e lambendo e penetrando nella massa, aumenta la velocità di raffreddamento. Lo strato esterno inizia così a trasformarsi ed a sfiorire, col sistema vibrante che favorisce il distacco dello strato di polvere, rinnovando continuamente la superficie di scambio. Il processo si sviluppa in due fasi: nella prima, la scoria da siviera viene caricata in un box di trattamento e quindi, a circa metà del ciclo, il cumulo di materiale residuo viene ribaltato in un box laterale, in modo da rinnovare completamente la superficie investita dall' aria e separare completamente le polveri di sfioritura presenti sulla massa. Ma anche questo metodo è caratterizzato da problemi e limitazioni che ne hanno impedito lo sviluppo e l'applicazione tecnologica. Fra i principali ed evidenti: l'elevato impiego di aria compressa disidratata necessaria al raffreddamento della massa di scoria, la facilità con cui la scoria ancora calda (addirittura liquida) può attraversare le griglie e danneggiare la tramoggia ed altre componenti impiantistiche, il difficile controllo dei parametri di marcia per la gestione del processo. Si tratta fondamentalmente di un sistema di tipo "statico", caratterizzato da cinetiche ancora lente e strutture impiantistiche importanti caratterizzate fra l'altro, da notevoli complicazioni nella gestione delle vibrazioni e dei ribaltamenti, nelle tenute e scarico polveri.

Scopo generale della presente invenzione è quello di proporre una tecnologia nuova, completamente diversa dalle attuali e che superari le problematiche evidenziate dalle proposte esistenti.

Il metodo proposto, che sfrutta il processo fisico di sfioritura controllata del materiale, è caratterizzato da semplicità, funzionalità ed economicità, caratteristiche che potranno finalmente favorire l'applicazione industriale del sistema di recupero della scoria da siviera. Si vuole proporre un sistema di recupero veramente innovativo, che renda percorribile tecnologicamente e vantaggiosa dal punto di vista economico, questa operazione in qualsiasi acciaieria.

Per realizzare gli scopi suddetti sono oggetto della presente invenzione un metodo ed un apparato che comprendono fondamentalmente una fase di raffreddamento controllato della scoria bianca mediante scambio termico indiretto attraverso una parete raffreddata esternamente con acqua, una fase di sfioritura, una fase di separazione e raccolta della polvere prodotta ed una fase successiva di prelievo della scoria in forma di polvere. Tale metodo ed apparato sono caratterizzati dal fatto di prevedere nella fase di raffreddamento, un'agitazione ed un rimescolamento continuo del materiale; infatti, grazie alla particolare configurazione interna dell'apparato ed alla sua continua rotazione, si favoriscono i continui ribaltamenti della scoria all'interno dello stesso reattore. Il sostanziale vantaggio del sistema secondo la presente invenzione consiste quindi nel realizzare il riciclo della scoria da siviera con cinetiche molto elevate e data la migliore efficienza, con un'impiantistica compatta.

Le caratteristiche precedentemente descritte, le importanti superfici di contatto e gli elevati valori dei coefficienti di scambio, riducono a circa 1 ora il tempo di reazione, rispetto alle 20-24 ore delle tecnologie esistenti. A causa della rotazione del reattore e di particolari alettature disposte al suo interno, la scoria viene continuamente mossa e ribaltata, presentandosi così sempre rinnovata a contatto con la superficie di scambio e favorendo l'immediato distacco e separazione della polvere isolante prodotta, dal resto del materiale col risultato di un raffreddamento rapido e completo di tutta la scoria da trattare. L'invenzione presenta un raffreddamento di tipo "dinamico", con la scoria in continuo movimento; si tratta di un aspetto fondamentale, che la differenzia dalle attuali tecnologie basate invece su raffreddamenti di tipo "statico" col materiale fermo su griglie.

L'utilizzo di acqua come mezzo raffreddante in sostituzione dell'aria, fa in modo di realizzare coefficienti di scambio e gradienti termici superiori. Inoltre, il contatto della scoria calda con la parete del reattore sempre fredda, causerà shock termici nella scoria da trattare, favorendo la sua polverizzazione.

Oggetto della presente invenzione è un reattore per il raffreddamento rapido e controllato della scoria, di adatte dimensioni geometriche (lunghezza, diametro, spessore) e realizzato con materiali idonei.

La gestione del raffreddamento del mantello è gestita per assicurare il maggior livello di scambio termico possibile (un velo d'acqua spesso e continuo), garantendo nel contempo, le minori perdite di acqua per evaporazione. Infatti, altra caratteristica di novità che comporta la presente invenzione, è la sostituzione del contatto diretto fra scoria e aria, con quello indiretto con acqua in un ambiente chiuso e confinato, senza ricambi di aria; questo aspetto minimizza la possibilità di idratazione e carbonatazione della scoria, evitandone il degrado qualitativo. Inoltre, la presente invenzione non mettendo in gioco aria compressa disidratata, ma acqua industriale in circuito chiuso, consente il recupero ed il riciclo continuo del mezzo raffreddante; non dovendo trattare aria di raffreddamento, un sistema filtrante modesto gestirà la sola depolverazione dell'impianto.

Un'ulteriore peculiarità della presente proposta è la sua modularità impiantistica, che consentendo il trattamento di qualsiasi quantitativo di scoria, può trovare applicazioni in acciaierie di ogni potenzialità. Fra l'altro, contrariamente alle applicazioni attuali con funzionamento "a batch", si propone un impianto "continuo" con gli indubbi vantaggi conseguenti: continuità di marcia, ripetitività dei risultati, facilità di controllo, produttività superiori.

La proposta offre inoltre la possibilità di gestire facilmente i parametri fondamentali di processo: tempo, temperatura, portata scoria. Il tempo di trattamento viene modificato agendo indipendentemente sia sulla velocità di rotazione che sul grado di inclinazione del reattore, mentre il valore finale della temperatura di scarico della scoria sfiorita viene stabilito, agendo anche qui in modo indipendente, sia sulla portata dell'acqua di raffreddamento che sulla sua temperatura di alimentazione. Anche il dosaggio del materiale al reattore è controllato intervenendo in modo opportuno sulla velocità dell'alimentatore. E' una proposta che favorisce la "personalizzazione" della marcia con la conseguente flessibilità impiantistica.

Importante novità del sistema è l'impossibilità che particelle fini ma ancora calde abbandonino il reattore, annullando in tal modo la possibilità di danneggiamenti a cui sono spesso soggetti gli impianti che adottano le attuali tecnologie. La presente proposta garantisce ad ogni particella di scoria, lo stesso trattamento di raffreddamento e nel medesimo tempo.

Il metodo secondo la presente invenzione avviene in due fasi: la prima di raffreddamento e la seconda di selezione. Inizialmente è previsto semplicemente il carico della scoria da siviera ad elevata temperatura nella tramoggia polmone di alimentazione del reattore con benna od altro sistema; la tramoggia è protetta da una griglia calibrata che evita ai pezzi con dimensioni "importanti" di entrare e raggiungere l'impianto. La tramoggia è inoltre dotata di alimentatore con sistema di regolazione della sua velocità, per il carico della scoria bianca nel reattore tubolare di trattamento caratterizzato da movimento rotatorio attorno al proprio asse orizzontale. Il reattore è diviso in 2 parti, ed ognuna realizza una fase distinta: nella prima parte la parete esterna è investita da acqua in modo da tenerla raffreddata, mentre al suo interno sono disposte delle palette di dimensioni e caratteristiche adatte, che sollevano nel movimento rotatorio la scoria per poi lasciarla ricadere al suo interno. La parte successiva del reattore invece, inserita in una camera a tenuta di polvere, prevede nel suo mantello una serie di fori calibrati in modo che possa svolgere un'azione di vagliatura del materiale e scaricare la polvere nella tramoggia sottostante dotata di sistema di estrazione, come ad esempio una coclea, un estrattore o canale vibrante .

Oggetto della presente invenzione è quindi un metodo ed un apparato che con la stessa apparecchiatura, realizza con continuità nella sua parte iniziale, la sfioritura della scoria attraverso un suo rapido raffreddamento e nella parte finale la sua selezione col recupero dei fini nella tramoggia sottostante e scaricando all'esterno la componente di scoria non sfiorita.

Oggetto della presente invenzione è un metodo ed un apparato per il recupero e riciclo di scoria bianca del processo di produzione dell'acciaio ad un forno di rifusione, come il forno elettrico EAF; tale sistema comprende una fase di recupero della scoria in un reattore tubolare rotativo, sistemi di tenute rotanti, una fase di raccolta e selezione del materiale, una fase di caricamento del materiale trattato nel forno, il sistema di controllo-automazione , un impianto di aspirazione ed abbattimento polveri, una linea acqua di raffreddamento .

Diversi sono i vantaggi conseguenti all'utilizzo di questa tecnologia innovativa:

- notevole riduzione sia del consumo di scorificanti che dei materiali da smaltire in discarica;

- possibilità di disporre di una miscela scorificante di composizione nota per gli usi voluti;

- facile recupero del metallo intrattenuto nella scoria da siviera;

- completa automazione della tecnologia e facilità di integrazione nel ciclo produttivo esistente.

I vantaggi elencati portano ad un miglioramento del processo fusorio e ad un'importante riduzione dei costi di produzione dell'acciaio senza comportare modifiche all'operatività del forno e analitiche all'acciaio prodotto. Il riciclo della scoria da siviera al forno di fusione consente il recupero di tutta la calce libera in essa contenuta senza penalizzare i rendimenti energetici e senza influire sui tempi di tap to tap.

Un ulteriore vantaggio si realizza con l'aggiunta alla polvere di scoria sfiorita recuperata, della magnesite derivante dalla macinazione e recupero dei refrattari esausti di siviera, paniera e del forno. La magnesite favorisce infatti la formazione di nuclei per lo sviluppo di bolle di ossido di carbonio con formazione di una scoria schiumosa che porta a risparmi dei consumi elettrici, dei refrattari e degli elettrodi.

Vantaggio sostanziale del metodo e dell'apparato per il recupero e riciclo della scoria prodotta dal forno siviera - ed eventualmente di una parte dei materiali refrattari esauriti - è quindi l'ottenimento di un materiale basico polveroso, molto ricco in calce ed eventualmente di magnesite, che può essere utilizzato ad esempio nel forno. Infatti il metodo per il recupero del materiale da riciclare permette di ottenere, tramite un processo di sfioritura accelerato della scoria da siviera e la macinazione dei materiali refrattari contenenti dolomite e calce, un materiale polveroso ricco di ossidi basici e povero di elementi nocivi; si tratta di una miscela che consente la sostituzione di gran parte del materiale scorificante aggiunto al processo produttivo (forno fusorio e/o forno siviera).

Le caratteristiche strutturali e funzionali della presente invenzione ed i suoi vantaggi nei confronti delle tecniche conosciute risulteranno ancora più evidenti dalla descrizione seguente e riferita ai disegni allegati in cui:

la figura 1 è una rappresentazione dell'apparato per il recupero della scoria bianca mediante sfioritura secondo la presente invenzione;

la figura 2 rappresenta lo schema degli apparati per il recupero e riciclo della scoria bianca, ed eventualmente di altri sottoprodotti derivanti dal processo di produzione dell'acciaio, secondo la presente invenzione.

Con riferimento alla figura 1, è mostrata una realizzazione di un apparato per il recupero della scoria bianca secondo la presente invenzione, dove l'impianto di trattamento del materiale da riciclare 1, prevede una tramoggia 2 di stoccaggio ed alimentazione del materiale da trattare di adatta capacità. Il sistema per il recupero della scoria metallurgica secondo la presente invenzione, può prevedere un certo numero di reattori standard 1 posti in parallelo, funzione del quantitativo di materiale che deve essere trattato.

La tramoggia 2, caricata della scoria bianca ancora calda con benna o altri sistemi, è protetta da una griglia 3 che impedisce l'ingresso all'impianto del materiale con dimensioni tali da portare complicazioni e danneggiamenti al reattore. La griglia di protezione 3, preferibilmente inclinata verso l'esterno per facilitare lo scarico dei pezzi grossolani, può avere luce con dimensioni dell'ordine di 350 x 350 min e la sua pulizia è favorita applicando un sistema a pistoni per il sollevamento della sua parte finale con ribaltamento all'esterno dei pezzi che non l'hanno attraversata. La tramoggia di carico 2 è protetta da una cappa in lamiera 4 di contenimento delle polveri, dotata sul davanti di una porta 4a che si apre solo durante le fasi di carico. Il sistema di apertura della porta 4a potrebbe essere realizzato con pistoni pneumatici od idraulici. La cappa 4 risulta collegata all'impianto di depolverazione tramite apposita bocchetta di aspirazione 5. Ogni modulo 1 presenta un reattore tubolare metallico 6 che ruota lungo il proprio asse orizzontale, suddiviso in due parti distinte ma contigue: la parte iniziale 7 di raffreddamento e sfioritura scoria e la parte successiva 8 di selezione e separazione della polvere di scoria sfiorita. Le componenti 7 e 8 costituiscono un corpo rigido unico, essendo assemblate fra loro con saldatura o meglio, con flange bullonate 9 per la loro facile sostituzione, e sono sostenute da uno o più anelli 10 che ruotano su rulli di appoggio e sostegno 11. La rotazione del reattore 6 è realizzata da un sistema 12 di tipo pignone-corona, oppure pignonecatena, o rulli a contatto, con motore dotato di inverter o altre soluzioni corrispondenti (corrente continua, idraulico) per consentire una facile regolazione della sua velocità.

Tutto il reattore è vincolato a delle travi di sostegno 13; queste travi, incernierate al lato scarico 13a, possono essere sollevate nella zona di carico 13b con martinetti od altri sistemi noti, in modo da avere la possibilità di modificare l'inclinazione dell'intero apparato 6. La variazione dell'inclinazione e della velocità di rotazione, determinano il tempo di residenza del materiale all'interno dell'apparato di trattamento. L'alimentazione della scoria da trattare al reattore 6, viene realizzata dalla tramoggia, dotata eventualmente di rivestimento antiusura, attraverso opportuno canale vibrante o vibroes trattore 14, che consente la regolazione della portata in alimentazione. Una struttura fissa 15 con funzione di camera di tenuta, evita la dispersione di polveri durante il carico del reattore e collega la parte rotante 6 all'alimentatore 14. La struttura 15 in carpenteria, è dotata di tenute rotanti antipolvere 16 lato reattore e da una tenuta fissa 17 sull'alimentatore. La stessa struttura 15 sarà dotata di bocchetta di aspirazione 5 per il prelievo di polvere ed il suo .invio attraverso opportune tubazioni al filtro a maniche di abbattimento polveri.

Le parti iniziali 7a e finali 7b del reattore tubolare di sfioritura 7, possono essere configurate a tronco di cono in modo da favorire 1'imbocco del materiale e mantenere un adatto spessore del letto di scoria da trattare al suo interno. Il reattore 7 è inoltre dotato internamente da tutta una serie di palette/alette 18, fissate al reattore, ad esempio con delle piastre di attacco 18a che ne permettono la facile sostituzione. Le palette 18, di adatte dimensioni e posizionate in modo opportuno e per certi tratti lungo il reattore 7, hanno lo scopo di sollevare nella rotazione, il materiale e quindi di lasciarlo ricadere, rimescolando e rinnovando così continuamente la scoria a contatto con la parete. La rotazione del reattore 7 e la presenza al suo interno delle alette 18, sono fra le ragioni principali che permettono l'accelerazione del processo di sfioritura della scoria da siviera: il continuo e periodico ribaltamento del materiale favorisce inoltre il distacco e la separazione della polvere già sfiorita dal materiale ancora in trattamento, consentendo il rinnovo continuo della scoria a contatto della superficie raffreddata.

All'esterno ed alle estremità del reattore 7, due anelli 19 di adeguata altezza delimitano la zona di raffreddamento, contenendo l'acqua ed evitando la sua dispersione all'esterno della zona interessata. Gli stessi anelli 19 favoriscono la raccolta dell'acqua di raffreddamento nella vasca 20 posizionata al di sotto del reattore 7 e da cui verrà prelevata per essere rinviata in ciclo dopo il suo raffreddamento. Una serie di tubazioni 21 opportunamente posizionate attorno al reattore 7 forniranno l'acqua di raffreddamento all'interno degli anelli di contenimento 19. Alcune delle tubazioni 21 saranno dotate di fori, il cui diametro e passo possono essere variabili lungo la lunghezza del reattore 7, mentre altre, secondo la loro posizione relativa al reattore, potranno essere dotate di spruzzatori. L'acqua rilasciata dai fori e dagli spruzzatori investiranno coprendola, la parete esterna del reattore 7 che per scambio indiretto raffredderà la scoria all'interno del reattore. All'interno degli stessi anelli di contenimento 19 e per tutta la loro distanza, una o più lame o spazzole metalliche 22 tangenti al reattore 7, opereranno la pulizia esterna del tamburo rotante da eventuali incrostazioni di calcare che si potrebbero depositare e che ridurrebbero lo scambio termico mantello/acqua con ovvia penalizzazione dei tempi di trattamento. Il contatto pulitore-mantello esterno del reattore 7 sarà assicurato da una serie dì molle, o da altri sistemi simili, che premendo l'utensile al mantello, ne favoriscono il raschiamento e quindi la pulizia .

Durante l'avanzamento del materiale lungo il reattore 6, la scoria ormai sfiorita nella sua prima parte 7 entra, continuando il suo percorso nella parte finale 8; si tratta di un vero e proprio vaglio rotante, con la camicia dotata di tutta una serie di fori 8a, esempio di diametro 5 cm, che consentono la separazione della polvere scaricandola nella tramoggia sottostante di raccolta 23, dal resto del materiale non sfiorito. Le dimensioni geometriche della parte vagliante 8 possono essere diverse rispetto a quelle della parte iniziale di sfioritura 7, sia come lunghezza che come diametro, e generalmente potranno risultare inferiori. L'intera parte vagliante 8 è interamente inserita in una camera di protezione 24 di contenimento polveri; la camera 24 anch'essa dotata di bocchetta di aspirazione 5, risulta direttamente collegata alla tramoggia di raccolta polveri 23 e sarà attrezzata alle sue estremità, lungo l'asse del vaglio, con tenute rotanti 16. La tramoggia 23 dotata di rivestimento antiusura risulta a sua volta collegata ad un vibroestrattore o canale vibrante, o coclea 23a. Il sistema di estrazione 23a scaricherà la polvere dalla tramoggia di raccolta 23 per inviarla al ciclo successivo di selezione e depurazione. Una serranda a lama 23b, o altri sistemi di intercetto, separerà la tramoggia 23 dal sistema di estrazione 23a.

Il materiale non sfiorito e quindi non polverizzato (si tratta essenzialmente di crostoni metallici residui, che saranno recuperati caricandoli ad esempio, direttamente in cesta col rottame), di dimensioni superiori alla luce dei fori che caratterizzano il vaglio rotante 8, proseguirà lungo il reattore, il cui mantello all'esterno della camera 24, tornerà ad essere continuo e privo di fori, per essere scaricato all'esterno. Anche qui, per evitare fughe di polvere, lo scarico del materiale non sfiorito all'esterno potrà essere protetto da una camera 25, sempre dotata di bocchetta di aspirazione 5 e di tenute rotanti 16.

Sempre con riferimento ai disegni, ed alla figura 2 in particolare, è mostrata schematicamente una realizzazione di un apparato per il recupero e riciclo della scoria bianca ed eventualmente di altri sottoprodotti del processo di produzione dell'acciaio, dove l'impianto di trattamento e preparazione del materiale da riciclare 26, prevede secondo la potenzialità, uno o più reattori completi 1, ognuno con tramoggia di carico materiale da trattare 2 e di raccolta polveri 23 e di un nastro a tappeto 27 che raccoglie le polveri dei vari moduli per stoccarle, dopo averle sottoposte al ciclo finale di trattamento .

Il materiale raccolto dal nastro trasportatore 27 e proveniente dai singoli moduli 1, viene convogliato al silo di raccolta 28. Durante questo percorso il materiale viene trattato per il recupero del metallo ancora presente e per omogeneizzarlo dimensionalmente: un processo di deferrizzazione seguito da una vagliatura serviranno allo scopo.

Lo stesso nastro 27 potrà eventualmente raccogliere anche i refrattari di recupero, per miscelarli alla scoria bianca sfiorita. L'impiantistica per la preparazione dei refrattari, non indicata nello schema, prevede fondamentalmente: la tramoggia di alimentazione con estrattore - il frantoio sgrossatore con in serie il mulino granulatore - il sistema vagliante col riciclo dell'over al granulatore - un silo di stoccaggio per ogni tipologia di refrattario recuperato - un estrattore con celle di carico o altro sistema pesatore per dosare ogni materiale sul nastro 27 e predisporre quindi una miscela calibrata .

Durante il trasporto sul nastro 27 la componente metallica rimasta nei materiali, viene recuperata tramite un separatore magnetico 29. Il metallo cosi separato viene raccolto in un apposito contenitore 29a che ne permette il successivo allontanamento. Infine, il materiale prima di essere indirizzato al silo di raccolta 28 viene opportunamente selezionato in modo da presentare delle caratteristiche dimensionali omogenee, e tali da poter essere adatto al successivo sistema di carico nel forno (iniezione, carico in cesta, quinto foro, etc,) o altro utilizzo. Allo scopo viene utilizzato un vaglio vibrante 30 di luce adatta, dotato di tramoggia di scarico del materiale selezionato sull'elevatore a tazze 31 e di tubazione per lo scarico del materiale over nel cassone di raccolta 30a.

Il materiale trattato e pronto per l'utilizzo viene stoccato in un silos 28, dotato di filtro statico 28a. Il silo 28 ha installate al suo interno delle sonde di livello, ed il suo fondo è dotato di cono fluidificatore per garantire lo scorrimento del materiale e facilitarne lo scarico.

Il materiale proveniente dall' impianto di raccolta e selezione, può quindi essere alimentato all'interno del forno di fusione a parziale sostituzione della calce ed altri scorificanti, secondo sistemi e metodologie compatibili con l'acciaieria e la sua impiantistica.

Una verifica termodinamica riguardante la composizione delle specie che compongono il materiale trattato, calcola la quantità di calce e magnesia libera, in modo da comporre la giusta miscela di materiale di recupero ed altri scorificanti.

In figura 2 è inoltre rappresentato il sistema di depolverazione , caratterizzato da un filtro a maniche 32, collegato al camino 33 dal ventilatore di coda 32a: come già descritto ed illustrato nella stessa figura, il filtro 32 è di servizio ad ogni reattore 1 attraverso le bocchette 5 ed ad ogni punto di carico e scarico polveri che caratterizzano l'impiantistica, attraverso cappe di aspirazione e tubazioni dotate di valvola a farfalla. La polvere raccolta dal sistema filtrante sarà anch'essa inviata per il suo recupero al silo di stoccaggio 28.

La stessa figura 2 schematizza il circuito acqua di raffreddamento, costituito dalla vasca di raccolta 20 dotata di sonde di livello e di rilievo di temperatura, dalla pompa 34 alimentata da motore con inverter per gestire con facilità la portata desiderata in circolo, dal raffreddatore 35 (può essere quello già normalmente presente in acciaieria, oppure un impianto dedicato) e da tutto il sistema di apparecchiature (pressostati, filtri, valvole, ...) e di tubazioni necessarie, comprese quelle per il reintegro delle perdite e di raffreddamento 21 della zona di sfioritura dell'apparato 1.

La figura 2 riporta inoltre la zona di raccolta 25a dei crostoni metallici, scaricati dal reattore 1 a fine ciclo di trattamento.

L'intero impianto di recupero e riciclo della scoria da siviera (ed altri sottoprodotti) secondo la presente invenzione è gestito automaticamente da un sistema di regolazione e controllo elettronico, per la corretta gestione e supervisione del sistema.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1) Metodo per il recupero ed il riciclo della scoria da siviera prodotta durante 1'affinazione dell'acciaio liquido, che comprende una fase di raffreddamento controllato della scoria mediante scambio termico indiretto attraverso la parete metallica raffreddata ad acqua di un rettore in un ambiente ad atmosfera confinata e senza ricambi di aria, una fase di sfioritura forzata della scoria, una fase di selezione e prelievo della stessa scoria in forma di polvere, un'eventuale fase di miscelazione con refrattari esausti macinati, una fase di pulizia dal metallo intrattenuto e controllo dimensionale del materiale prodotto ed una fase di recupero come scorificante .
2. 2) Metodo secondo la rivendicazione 1 in cui il processo è di tipo continuo e realizza le fasi di raffreddamento e sfioritura, di selezione e di prelievo della scoria in uno stesso apparato tubolare caratterizzato da movimento rotatorio lungo il proprio asse orizzontale.
3. 3) Metodo secondo le rivendicazioni precedenti in cui il raffreddamento del materiale è gestito con scambio termico indiretto con acqua in un ambiente chiuso e confinato, ed in condizioni da mantenere sempre fredda la parete del reattore.
4. 4) Metodo secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di prevedere nelle fasi di raffreddamento e sfioritura, un rimescolamento ed un'agitazione continua della scoria tramite suoi ribaltamenti successivi: un trattamento quindi, di tipo "dinamico", caratterizzato dal continuo movimento della scoria bianca all'interno dell'apparato.
5. 5) Metodo secondo la rivendicazione 4 caratterizzato dal fatto che il ribaltamento della scoria opera il continuo rinnovo del materiale a contatto con la parete fredda e l'immediato distacco della polvere sfiorita liberando così sempre nuovo materiale da trattare a contatto con la superficie raffreddata.
6. 6) Metodo secondo le rivendicazioni 3-5, caratterizzato dal fatto che il continuo rinnovo della scoria calda a contatto con la parete mantenuta fredda, genera all'interno del materiale da trattare degli shock termici che ne favoriscono la polverizzazione.
7. 7) Metodo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che l'utilizzo di acqua come agente raffreddante realizza coefficienti e gradienti termici di scambio importanti .
8. 8) Metodo secondo le rivendicazioni 3-7, caratterizzato dal fatto che la fase di raffreddamento e sfioritura accelerata della scoria bianca è caratterizzata da cinetiche elevate, con tempi di trattamento dell'ordine di 1 ora.
9. 9) Metodo secondo la rivendicazione 3 caratterizzata dal fatto che come mezzo raffreddante di processo si utilizza acqua industriale, continuamente recuperata e ricircolata dopo suo raffreddamento, dosata in condizioni e quantitativi tali da ridurre al minimo le sue perdite per evaporazione.
10. 10) Metodo secondo le rivendicazioni precedenti in cui il trattamento è realizzato in modo continuo, con la possibilità di gestire facilmente i parametri operativi fondamentali di processo, quali temperatura finale di trattamento (agendo in modo indipendente sulla portata dell'acqua di raffreddamento e sulla sua temperatura di alimentazione) , tempo di residenza del materiale nel reattore (variando la velocità di rotazione e/o l'inclinazione del reattore) e portata oraria di scoria alimentata (intervenendo sulla velocità dell'alimentatore di carico).
11. 11) Metodo secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che tutto il materiale subisce 10 stesso raffreddamento prima di essere vagliato, assicurando così lo stesso trattamento che evita alle particelle finì ma ancora calde, di abbandonare anzitempo 11 reattore.
12. 12) Metodo secondo le rivendicazione precedenti in cui la scoria sfiorita viene separata direttamente nella parte finale della stessa macchina, attraverso un tamburo forato che con funzione di vaglio rotante, separa e raccoglie in una tramoggia sottostante la polvere di scoria sfiorita.
13. 13) Metodo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il materiale in polvere recuperato, prima del suo utilizzo può essere opportunamente miscelato con refrattari esausti macinati, e subisce un processo di deferrizzazione e di successivo controllo dimensionale mediante vagliatura.
14. 14) Metodo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che la scoria da siviera recuperata, può essere recuperata come scorificante nel ciclo produttivo delle acciaierie, da sola o opportunamente miscelata coi refrattari esausti macinati.
15. 15) Metodo secondo la rivendicazione 14, per cui un calcolo termodinamico, dopo aver verificato le quantità di calce e magnesia rimaste in forma "libera" nel materiale, compone la miscela corretta e calibrata fra il materiale di recupero e gli altri scorificanti. 16} Apparato per il recupero e riciclo di scoria bianca del processo di produzione dell'acciaio liquido che comprende fondamentalmente il sistema di recupero della scoria in un reattore tubolare rotativo continuo, suddiviso in due parti contigue ma distinte, sistemi di tenute rotanti e di contenimento polveri, sistemi di raffreddamento forzato del materiale, sistemi di selezione e raccolta polveri sfiorite, eventuali sistemi di miscelazione con refrattario esausto macinato, impianti per il controllo ed il trasporto del materiale, sistemi di stoccaggio ed utilizzo del materiale ottenuto, il sistema di controllo-automazione, l'impianto di aspirazione ed abbattimento polveri e la linea acqua di raffreddamento . !7) Apparato secondo la rivendicazione 16 che comprende almeno un reattore tubolare rotativo lungo il proprio asse orizzontale, di adatte dimensioni geometriche, in cui vengono realizzate al suo interno in continuo ed in successione, le fasi di raffreddamento e sfioritura della scoria, quella di selezione e raccolta della polvere generata e la fase di scarico all'esterno del materiale non sfiorito. 18) Apparato secondo le rivendicazioni 16 e 17, caratterizzato dal fatto che trattandosi di impiantistica modulare, può prevedere più reattori in parallelo che operano il trattamento della scoria, con un nastro in comune che raccoglie e mette a deposito la scoria sfiorita di ognuno, dopo averla trattata. 19) Apparato secondo le rivendicazioni 16 e 17 che prevede per ogni reattore una tramoggia di stoccaggio del materiale da trattare di adatta capacità, protetta da una griglia calibrata. La griglia, preferibilmente inclinata verso l'esterno per facilitare lo scarico dei pezzi grossolani, sarà dotata di un sistema a pistoni per il sollevamento della sua parte finale che ribalta così all'esterno i pezzi che non l'hanno attraversata. La tramoggia di carico sarà inoltre riparata da una cappa chiusa a tenuta di polveri collegata direttamente all'impianto di depolverazione e dotata sul davanti da una porta che si apre solo durante il carico, ed attrezzata con un estrattore con regolatore di velocità per alimentare la scoria al reattore. 20) Apparato secondo la rivendicazione 17 che prevede un reattore tubolare metallico che ruota lungo al proprio asse orizzontale ad una velocità che può essere opportunamente variata, suddiviso in due parti distinte ma contigue: la parte iniziale di raffreddamento e sfioritura scoria e la parte successiva di selezione e separazione della polvere di scoria sfiorita. Le due componenti costituiscono un corpo rigido unico, essendo assemblate fra loro con saldatura o meglio, con flange bullonate per la loro facile sostituzione. 21) Apparato secondo le rivendicazione precedenti che prevede che il reattore completo sia appoggiato e vincolato a delle travi di sostegno, incernierate nella zona di scarico e che possono essere sollevate nella zona di carico con martinetti od altri sistemi noti, per modificare l'inclinazione dell'intero sistema. 22) Apparato secondo la rivendicazione 17 che prevede la possibilità che la parte iniziale di imbocco e finale di scarico del tamburo del reattore che realizza la sfioritura della scoria, possano essere configurate a tronco di cono. 23) Apparato secondo la rivendicazione 17 caratterizzato dal fatto che la parte iniziale del reattore dì raffreddamento e sfioritura, sarà dotata internamente con una serie di palette di adatte dimensioni, posizionate in modo opportuno ed eventualmente per certi tratti lungo la sua lunghezza. Inoltre, all'esterno ed alle sue estremità, la stessa parte di sfioritura del reattore, sarà attrezzata con due anelli di adeguata altezza che delimitando la zona di raffreddamento, contengono l'acqua di raffreddamento favorendone il convogliamento nella vasca sottostante di raccolta. Attorno a questa parte di reattore, fra gli anelli di contenimento, saranno posizionate una serie di tubazioni che forniranno l'acqua di raffreddamento. Alcune delle tubazioni saranno dotate di fori, il cui diametro e passo possono essere variabili lungo la lunghezza del reattore mentre altre, secondo la loro posizione relativa al reattore, potranno essere dotate di spruzzatori. 24) Apparato secondo le rivendicazioni 17 e 23, caratterizzato dal fatto che all'interno degli stessi anelli di contenimento e per tutta la loro distanza, una o più lame o spazzole metalliche tangenti al reattore, opereranno la pulizia esterna del tamburo rotante da eventuali incrostazioni di calcare. Il contatto pulitoremantello sarà assicurato da una serie di molle, o da altri sistemi simili, che operano una pressione dell'utensile contro il reattore. 25) Apparato secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che durante l'avanzamento del materiale lungo il reattore, la scoria ormai sfiorita nella sua parte iniziale entra, continuando il suo percorso, nella parte finale del reattore, configurato come un vero e proprio vaglio rotante, con la sua camicia dotata di tutta una serie di fori calibrati che consentono la separazione della polvere dal resto del materiale non sfiorito, scaricandola nella tramoggia sottostante di raccolta. 26) Apparato secondo la rivendicazione 17 e 25 caratterizzato dal fatto che le dimensioni geometriche della parte vagliante del reattore possono essere diverse rispetto a quelle della parte iniziale di sfioritura, sia come lunghezza che come diametro, e generalmente potranno risultare inferiori, e che l'intera parte vagliante è interamente contenuta in una camera che evita la fuoriuscita di polveri all'esterno. 27) Apparato secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che la camera a tenuta di polvere in cui è completamente inserita la parte vagliante del reattore, è dotata di bocchetta di aspirazione collegata al sistema filtrante, di tenute rotanti e risulta direttamente collegata alla tramoggia di raccolta polveri, attrezzata a sua volta, di serranda di protezione con sistema di estrazione della polvere. 28) Apparato secondo le rivendicazioni 17 e 25-27 caratterizzano dal fatto che il reattore proseguirà oltre la parte vagliante, col mantello all'esterno della camera a tenuta di polvere e fino alla sua parte finale di scarico del materiale non sfiorito, che tornerà ad essere continua e priva di fori. Anche qui lo scarico del materiale non sfiorito all'esterno potrà essere protetto da una camera dotata di bocchetta di aspirazione e di tenute rotanti. 29) Apparato secondo le rivendicazioni precedenti, in cui la dispersione di polvere è evitata in ogni punto dell'impianto, in quanto, per quanto riguarda il reattore di trattamento ogni parte di carico e scarico (alimentazione, scarico esterno del materiale non sfiorito, scarico della polvere in tramoggia nella sua parte vagliante) sarà protetto con un'opportuna camera dotata di bocchetta di aspirazione e chiusa sulle parti in movimento con tenute rotanti. Un sistema di depolverazione caratterizzato da un filtro a maniche è di servizio ad ogni reattore e ad ogni punto di carico e scarico polveri che caratterizzano il resto dell'impiantistica di preparazione e stoccaggio finale del materiale, attraverso cappe di aspirazione dotate di valvola a farfalla di regolazione e le necessarie tubazioni . 30) Apparato secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal prevedere il circuito completo dell'acqua di raffreddamento, costituito dalla vasca di raccolta dotata di sonde di livello e di rilievo di temperatura, dalla pompa con motore ad inverter, dal raffreddatore (può essere quello già normalmente presente in acciaieria, oppure un impianto dedicato) e da tutto il sistema di apparecchiature (pressostati, filtri, valvole,...) e di tubazioni necessarie, comprese quelle per il reintegro delle perdite e di raffreddamento della zona di sfioritura dell'apparato. 31) Apparato secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dalla presenza di un nastro di raccolta polvere da ogni reattore per stoccarla nel silo di deposito dopo averla sottoposta ad un trattamento di pulizia dal metallo residuo con un separatore magnetico ed omogeneizzazione fisica con un vaglio calibrato. Lo stesso nastro potrà eventualmente raccogliere anche i refrattari di recupero, per miscelarli alla polvere di scoria bianca sfiorita, con l'impiantistica per la preparazione dei refrattari, che prevede fondamentalmente: la tramoggia di alimentazione con estrattore - il frantoio sgrossatore con in serie il mulino granulatore - il sistema vagliante col riciclo dell'over al granulatore - un silo di stoccaggio per ogni tipologia di refrattario recuperato -un estrattore con celle di carico o altro sistema pesatore per dosare ogni materiale sul nastro e predisporre quindi una miscela calibrata. 32) Apparato secondo le rivendicazioni 16 e 31, in cui il materiale trattato e pronto per il suo utilizzo viene stoccato in un silos, dotato di filtro statico, dì sonde di livello e di fondo con cono fluidificatore . Il materiale proveniente dall'impianto di raccolta e selezione, può quindi essere alimentato all'interno del forno di fusione a parziale sostituzione della calce ed altri scorificanti, secondo sistemi e metodologie compatibili con l'acciaieria e la sua impiantistica.