ITTO930623A1

ITTO930623A1 - Contenitore metallurgico dotato di raffreddamento del rivestimento.

Info

Publication number: ITTO930623A1
Application number: IT000623A
Authority: IT
Inventors: Norbert Ramaseder; Hubert Winter
Original assignee: Voest Alpine Ind Anlagen
Priority date: 1992-08-24
Filing date: 1993-08-19
Publication date: 1995-02-19
Also published as: GB2270146B; AT400958B; GB9316216D0; GB2270146A; ITTO930623A0; DE4325826A1; ATA170192A; IT1261241B

Description

Descrizione dell'Invenzione Industriale avente per titolo :

"Contenitore metallurgico dotato di raffreddamento del rivestimento"

DESCRIZIONE

L'invenzione si riferisce ad un contenitore metallurgico dotato di raffreddamento del rivestimento, in particolare per la produzione di acciaio, come un convertitore, con un mantello in acciaio e un rivestimento refrattario previsto sui suo iato interno ed anche con canali refrigeranti a contatto con il mantello in acciaio. L'invenzione si riferisce inoltre ad un procedimento per il raffreddamento di un contenitore metallurgico.

Un contenitore di questo tipo ? noto per esempio dai documento DE-A- 17 83 006. In questo caso il contenitore ? un convertitore il cui coperchio ? fornito di raffreddamento ad acqua. Tubi di raffreddamento attraverso i quali fluisce l'acqua sono disposti sul mantello esterno a forma di tronco di cono del coperchio del convertitore sul suo iato esterno. I tubi di raffreddamento possono essere formati da mezzi tubi tagliati nei senso della lunghezza, i canali di raffreddamento essendo formati da un lato dal mantello in acciaio del convertitore a dall'altro lato dai tubi. Questa soluzione ha per? io svantaggio che tutta la quantit? di calore da scaricare deve essere fatta passare attraverso il mantello in acciaio dei contenitore metallurgico cosicch? il mantello in acciaio deve sopportare un elevato carico termico. Un ulteriore svantaggio consiste nei fatto che i tubi di raffreddamento devono essere riparati dai residui di colata, cosicch? necessitano di un rivestimento specifico.

Dal documento DE-A- 28 54 306 ? noto un forno elettrico ad arco in cui sono inserite nei mantello del contenitore superiore e nel coperchio dei forno, all'interno dei rivestimento con mattoni refrattari, condotti refrigeranti per il raffreddamento ad aria o ad acqua. Il raffreddamento ad acqua non viene assolutamente impiegato nel contenitore inferiore a causa del pericolo di esplosione per 1'incontro di acqua e acciaio fuso (formazione di miscela tonante) e per gli stessi motivi non viene impiegato neanche nel convertitore. Per motivi di stabilit?, nella zona della colata di acciaio, non risulta nemmeno necessario un tubo fortemente raffreddato all'interno del rivestimento con mattoni refrattari .

Dal documento US-A 4, 241, 232 ? nota la progettazione della parete di un contenitore superiore di un forno elettrico ad arco mediante saldatura di tubi di raffreddamento che presentano sul iato interno parti di fissaggio per la giunzione al rivestimento refrattario e che per? sul lato esterno non presentano un mantello in acciaio solido. Questa soluzione non pu? essere utilizzata per un convertitore che, a causa del suo beccheggio deve soddisfare elevate esigenze di stabilit?, e nemmeno per la parte inferiore di un forno elettrico ad arco.

Negli ultimi tempi nei convertitori e nei forni elettrici per la produzione di acciaio vengono inseriti nel rivestimento refrattario, come rivestimento di usura accresciuto, mattoni di magnesio-carbonio, che offrono una conducibilit? termica sostanzialmente pi? elevata dei normali mattoni di magnesite. In questo modo il mantello in acciaio del contenitore metallurgico diventa molto pi? caldo dei rivestimenti in mattoni utilizzati fino ad oggi. Una temperatura pi? elevata riduce sostanzialmente la durata del contenitore metallurgico poich? la comparsa di tensioni termiche nel mantello in acciaio provoca deformazioni che pregiudicano anche la resistenza del rivestimento in mattoni. Per poter tuttavia mantenere alla salita temperatura il mantello in acciaio, questo deve essere raffreddato mediante un metodo di raffreddamento supplementare o perfezionato. L'aumento delia quantit? di refrigerante che affluisce non produce l'effetto desiderato, poich? il trasferimento di calore e la convezione termica naturale nei singoli strati ? in

Questi problemi sono gi? stati trattati nel documento EP-3-0196432 per un forno elettrico ad arco, in cui si propone come soluzione di dotare il mantello in acciaio sulla parete esterna di nervature'di raffreddamento aperte o chiuse, cos? da migliorare l'effetto del raffreddamento ad aria. Questa soluzione presenta per? lo svantaggio che tutta la quantit? di calore da sottrarre deve attraversare il mantello esterno, cosicch? quest'ultimo viene esposto ad un elevato carico termico.

Scopo dell'invenzione ? di eliminare questi svantaggi ed inconvenienti e di ottenere un contenitore metallurgico nel modo descritto in precedenza, in cui possa essere raggiunto un alto grado di raffreddamento e si possa per? contenere il carico termico del mantello in acciaio. Il contenitore metallurgico deve presentare, oltre ad un efficiente dispositivo di raffreddamento, una grande stabilit?, in modo che il contenitore metallurgico possa comunque mantenere la posizione inclinata, senza cio? che si renda necessaria la costruzione di mezzi supplementari. Si deve inoltre escludere il pericolo di esplosione e si potrebbero realizzare le pareti esterne dei contenitore metallurgico lisce, in modo da poter eliminare facilmente i residui depositaci senza danneggiare l'impianto di raffreddamento del contenitore metallurgico.

Secondo l'invenzione questo scopo ? raggiunto per il fatto che i canali refrigeranti sono previsti sul lato interno del mantello in acciaio fra quest'ultimo e il rivestimento refrattario e dal fatto che i canali refrigeranti sono allacciati ad un condotto di alimentazione ed eventualmente di scarico del gas.

In un contenitore metallurgico secondo l'invenzione ? possibile prevedere i canali refrigeranti anche nella parte del contenitore metallurgico bagnata dalla colata, senza che ci sia pericolo di formazione di miscela tonante. Poich? i canali refrigeranti sono previsti sul lato interno del mantello in acciaio, se i canali refrigeranti si estendono fino alla parte inferiore del contenitore metallurgico bagnata dalla colata, eventualmente sul suo fondo, non ? nemmeno danneggiato il supporto oscillante del contenitore -qualora si tratti per esempio di un forno elettrico ad arco con pattini sul lato inferiore.

Secondo una vantaggiosa forma di realizzazione il mantello in acciaio forma la parete esterna dei canali refrigeranti, i canali refrigeranti essendo opportunamenta formati da un lato dal mantello in acciaio e dall'altro Iato da profilati di sezione convessa, simili a mezzi tubi, collegati al mantello in acciaio.

Se il contenitore metallurgico ? rivestito di materiale refrattario permanente al di sotto del rivestimento di usura, allora i canali refrigeranti sono opportunamente ricoperti da un rivestimento permanente preferibilmente in calcestruzzo refrattario.

Una vantaggiosa forma di realizzazione ? caratterizzata dal fatto che i canali refrigeranti sono formati da un lato dal mantello in acciaio e dall'altro lato dalle traversine saldate internamente al mantello in acciaio ed anche dal rivestimento permanente, dette traversine presentando opportunamente una parte quasi perpendicolare al lato interno del mantello in acciaio ed una parte quasi parallela al mantello in acciaio ed essendo inoltre prevista un'intercapedine tra le parti delle traversine adiacenti parallele al mantello in acciaio, in modo da ottenere

un aumento dell'elasticit? o la possibilit? di assorbire le dilatazioni termiche.

Un'altra forma di realizzazione preferita ? caratterizzata dal fatto che i canali refrigeranti sono formati da un lato dal mantello in acciaio e dall'altro lato dalle traversine saldate al mantello in acciaio ed anche da una piastra in acciaio che copre pi? traversine ed ? almeno fissata alla prima ed all'ultima traversina.

In questa variante una serie di canali refrigeranti coperti da una piastra in acciaio ? vantaggiosamente disposta adiacente ad un'altra serie di canali, anch'essi coperti da una piastra in acciaio, trovandosi tra le piastre in acciaio che ricoprono le serie adiacenti di canali refrigeranti un'intercapedine.

Per ottenere un raffreddamento del gas particolarmente efficace, un procedimento per il raffreddamento a gas di un contenitore metallurgico, in particolare di un contenitore utilizzato nella produzione dell'acciaio, come un convertitore, ? caratterizzato dal fatto che il gas viene fatto scorrere attraverso canali refrigeranti disposti direttamente sul lato interno del mantello in acciaio del contenitore metallurgico, il gas essendo eventualmente saturato o soprassaturato di acqua quando entra nei canali refrigeranti.

Vantaggiosamente il grado di soprassaturazione ? al massimo del 40% e preferibilmente del 30%.

Risulta anche vantaggioso che la temperatura di entrata del gas sia compresa tra i 30 e i 70?C e che la temperatura di scarico del gas sia superiore ai 100?C.

L'invenzione sar? spiegata con maggiori dettagli con riferimento ai disegni che contengono una rappresentazione schematica di alcuni esempi di realizzazione, in cui la figura 1 ? una vista laterale di un convertitore e precisamente nel senso dell'asse del perno portante, la figura 2 ? una sezione del convertitore nel senso del piano segnato in figura l e la figura 3 ? una sezione lungo la linea III-III di figura 2. Nelle figure 4 e 5 sono rappresentate ulteriori forme di realizzazione in maniera analoga a quella di figura 3. La figura 6 rappresenta un forno elettrico ad arco in sezione.

Il recipiente convertitore rappresentato nelle figure 1 e 2 presenta un mantello in acciaio 1 inserito in un anello portante 2. L'anello 2 si articola attorno ad un perno portante 3 sui supoorti del convertitore non rappresentati dettagliatamente, in modo che il convertitore possa essere inclinato attorno all'asse 4 nel senso delle doppie frecce 5 rappresentate in figura 1.

Come si vede sulle figure 2 e 3 il lato interno 6 del mantello in acciaio 1 ? ricoperto di calcestruzzo refrattario 7 o materiale similare. Sul calcestruzzo refrattario 7 ? poi costruito un rivestimento refrattario permanente 8 a sua volta ricoperto verso l'interno del convertitor? da un rivestimento di usura 9.

Nello strato di calcestruzzo refrattario 7 sul lato interno 6 del mantello in acciaio 1 sono disposti i canali refrigeranti previsti 10, formati da un lato dal mantello in acciaio 1 e dall'altro lato da profilati 11 di sezione convessa, simili a mezzi tubi 11, collegati al mantello in acciaio. Detti canali refrigeranti 10 si estendono verticalmente con il convertitore in posizione eretta, e cio? nel senso del piano di sezione in figura 2. 1 canali refrigeranti 10 vengono alimentati attraverso un condotto anulare 12 vicino al fondo del convertitore e sporgente dal mantello in acciaio 1, detto condotto anulare 12 essendo collegato ad ogni canale refrigerante 10 da raccordi tubolari 13.

Vantaggiosamente i canali refrigeranti giungono fino all'estremit? superiore del convertitore, fino cio? alla sua bocca 14 dove sono previste nel mantello in accciaio 1 delle aperture 15 attraverso le quali il refrigerante entra in un collettore ad anello 16 vicino alla bocca del convertitore 14. Detto collettore 16 presenta marginalmente aperture di scarico 17 del refrigerante riparate dall'alto da una flangia ad anello 18 che copre il collettore ad anello 16 dalla parte della bocca.

Come si vede in figura 1 il refrigerante, seguendo i condotti, passando in almeno uno dei perni portanti 3 posti all'esterno del convertitore, scorre verso il basso nel senso del condotto anulare 12 lungo i condotti 19. Parte del refrigerante pu? essere deviato attraverso le aperture di scarico 20 disposte appena al di sopra dell'anello portante, se ? necessario solo un raffreddamento minimo della parte superiore del convertitore. Dette aperture sono riparate da coperture 21 che impediscono la penetrazione di materiale, in particolare del materiale espulso dal convertitore .

Nella figura 2 si nota che i canali refrigeranti 10 si estendono fino al di sotto del livello di colata 22 del convertitore, in modo che anche la' parte del convertitore bagnata dalla colata venga efficacemente raffreddata.

Come refrigerante viene utilizzato del gas, in particolare aria che viene alimentata attraversa almeno un condotto 23 che attraversa il perno portante.

Risulta particolarmente efficace il raffreddamento ad aria satura o appena soprassatura. Secondo l'esempio che segue, la temperatura di entrata dell'aria ha raggiunto i 40?C, il grado di saturazione dell'aria circa 1, da cui si ? ottenuto un grado di umidit? di 0,005 Kg. HaO/Kg. aria. La superficie del convertitore da raffreddare era di 136,5 m2 e nei canali refrigeranti 10 ? stata immessa l'aria sopra definita nella quantit? di 40.000 Nm3/h. Si ottiene cos? un contenuto di acqua per m2 e per secondi di 0,00423 Kg. L'aria immessa ? stata scaldata a pi? di 100?C cosicch? l'acqua contenuta nell'aria ? stata scaldata a 60?C. La potenza del raffreddamento risultante soltanto dall'acqua ha raggiunto 10.600 Watt/m2 e questo in confronto al solo impiego di aria perfettamente secca -la cui potenza di raffreddamento raggiungeva Watt/m2- significa un miglioramento di circa 60%.

Perfino nel caso di rivestimento in muratura gi? completamente bruciato -in cui utilizzando aria perfettamente secca viene raggiunta una potenza di 33.100 Watt/m2- si ottiene un miglioramento del 32%. Queste percentuali possono essere ancora migliorate se l'aria ? soprassatura di acqua.

Secondo le forme di realizzazione rappresentate nelle figure 4 e 5 i canali refrigeranti 10 sono formati da un lato dal mantello in acciaio 1 e dall'altro lato dalle traversine 24 saldate al mantello in acciaio 1.

Secondo la figura 4 ogni traversina 24 presenta una parte 25 quasi perpendicolare al lato interno del mantello in acciaio 1 ed una parte 26 quasi parallela al mantello in acciaio, essendo prevista tra le parti 26 parallele al mantello in acciaio delle traversine adiacenti un'intercapedine 27, coperta dal rivestimento refrattario permanente 8, essendo quest'ultimo sostenuto dalle parti 26 parallele al mantello in acciaio 1 delle traversine 24.

Con questa forma di realizzazione si ottiene l'elasticit? del mantello in acciaio 1 e la possibilit? di assorbire le dilatazioni termiche senza subire deformazioni.

Secondo la figura 5 i canali refrigeranti sono anche formati da un lato dal mantello in acciaio 1 e dall'altro lato dalle traversine 27 saldate al mantello in acciaio 1, in cui tuttavia, in contrasto con la forma di realizzazione rappresentata in figura 4, una serie di traversine 27 ? ognuna coperta da una piastra in acciaio 28 parallela al mantello in acciaio 1, e fissata almeno alle traversine 27 laterali. Come si vede nella figura 5 ad un gruppo per esempio di 4 canali refrigeranti 10 ? sovrapposta una piastra in acciaio 28, essendo prevista tra gruppi adiacenti di canali refrigeranti 10 una intercapedine 29 che serve a mantenere l'elasticit? del mantello in acciaio 1 e consente al mantello di assortire liberamente le dilatazioni termiche.

Secondo il forno elettrico ad arco rappresentato in figura 6 sono previsti canali refrigeranti 10, di forma simile a quella di figura 3, su tutta la zona al di sotto della colata del forno elettrico ad arco.

Il grado di soprassaturazione del gas che scorre lungo i canali refrigeranti 10 ? preferibilmente compreso fra il 20% ed il 30%. Esiste un limite superiore per il fatto che si deve evitare un accumulo di acqua all'interno dei canali refrigeranti 10, cosa che dipende d'altra parte dalla velocit? del flusso del gas di raffreddamento. Per una velocit? del flusso elevata sarebbe anche possibile un grado di soprassaturazione al di sopra del 30% ma non dovrebbe essere superato il limite massimo del 40%.

L'invenzione non si limita agli esempi di realizzazione rappresentati nei disegni ma pu? essere realizzata anche per contenitori metallurgici diversi da convertitori e forni elettrici ad arco, per esempio per siviere in cui vengono eseguiti processi di fusione metallurgica.

L'invenzione offre i seguenti vantaggi: sulla parete esterna del contenitore metallurgico non ? necessario predisporre costruzioni supplementari ed il mantello esterno del contenitore metallurgico non ? coperto da elementi sporgenti, caratteristiche che giovano alla sicurezza di funzionamento.

- Rifiuti o residui di colata non possono danneggiare il sistema di raffreddamento.

Punti difficilmente accessibili dall'esterno, come per esempio raggiere portanti nella sospensione dell'anello portante di un convertitore, possono venire raffreddate dall'interno senza alcuna difficolt?.

- Convertitori in cui lo spazio tra il mantello in acciaio 1 e l'anello portante 2 ? molto stretta.

possono essere raffreddati in quel punto dall'interno senza alcuna difficolt?.

- Gran parte del calore viene sottratto prima che raggiunga il mantello in acciaio.

- Secondo l'invenzione il rendimento del raffreddamento ? almeno del 60% in pi? rispetto ai contenitori metallurgici in cui viene raffreddata solo la parete esterna.

- Un raffreddamento a parte del coperchio del convertitore non ? necessario in un convertitore raffreddato secondo l'invenzione.

- Non sono necessari mezzi di azionamento particolari.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Contenitore metallurgico fornito di raffreddamento del rivestimento, in particolare per la produzione di acciaio, come un convertitore, con un mantello in acciaio (1) e un rivestimento refrattario (7, 8, 9) previsto al suo interno (6) ed anche con canali refrigeranti (10) a contatto con il mantello in acciaio (1), caratterizzato dal fatto che i canali refrigeranti (10) sono previsti sul lato interno (6) del mantello in acciaio (1) fra quest'ultimo e il rivestimento refrattario (7, 8, 9) e dal fatto che i canali refrigeranti (10) sono allacciati ad una tubazione di alimentazione (23) ed eventualmente di scarico (16, 17) del gas.
2. Contenitore metallurgico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i canali refrigeranti (10) sono previsti nella parte del contenitore metallurgico bagnata nel metallo fuso, eventualmente sul suo fondo.
3. Contenitore metallurgico secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che il mantello in acciaio (1) determina la superficie esterna dei canali refrigeranti (10).
4. Contenitore metallurgico secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che i canali refrigeranti (10) sono formati da un lato dal mantello in acciaio (1) e dall'altro lato da profilati (11) di sezione convessa, simili a mezzi tubi (11), collegati al mantello in acciaio (1) (figure 2, 3).
5. Contenitore metallurgico secondo una o pi? delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che i canali refrigeranti (10) sono ricoperti da un rivestimento permanente (7, 8) preferibilmente in calcestruzzo refrattario (7).
6. Contenitore metallurgico secondo una o pi? delle rivendicazioni da 3 a 5, caratterizzato dal fatto che i canali refrigeranti (10) sono formati da un lato dal mantello in acciaio (1) e dall'altro lato dalle traversine (24) saldate internamente al mantello in acciaio e dal rivestimento permanente (7, 8) (figura 4).
7. Contenitore metallurgico secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che le traversine (24) presentano una parte (25) quasi perpendicolare al lato interno (6) del mantello in acciaio (1) ed una parte (26) quasi parallela al mantello in acciaio (1), essendo prevista un'intercapedine (27) tra le parti (26) parallele al mantello in acciaio (1) delle traversine adiacenti (figura 4).
8. Contenitore metallurgico secondo una o pi? delle rivendicazioni da 3 a 7, caratterizzato dal fatto che i canali refrigeranti (1?) sono formati da un lato dal mantello in acciaio (1) e dall'altro lato dalle traversine (27) saldate al mantello in acciaio (1) ed anche da una piastra in acciaio (28) che copre pi? traversine (27) ed ? almeno fissata alla prima ed all'ultima traversina (27) (figura 5).
9. Contenitore metallurgico secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che una serie di canali refrigeranti (10) coperti da una piastra in acciaio (28) ? disposta adiacente ad un'altra serie di canali (10), anch'essi coperti da una piastra in acciaio (28), trovandosi tra le piastre in acciaio (28) che ricoprono le serie adiacenti di canali refrigeranti (10) un'intercapedine (29) (figura 5).
10. Procedimento per il raffreddamento a gas di un contenitore metallurgico, in particolare di un contenitore utilizzato nella produzione dell'acciaio, come un convertitore, caratterizzato dal fatto che il gas viene fatto scorrere attraverso canali refrigeranti (10) disposti direttamente sul lato interno (6) del mantello in acciaio (1) del contenitore metallurgico, il gas essendo eventualmente saturato o soprassaturato di acqua quando entra nei canali refrigeranti (10).
11. Procedimento secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che il grado di soprassaturazione ? al massimo del 40% e preferibilmente non superiore al 30%.
12. Procedimento secondo la rivendicazione 10 o 11, caratterizzato dal fatto che la temperat?ra di entrata del gas ? compresa tra i 30 e i 70?C e che la temperatura di scarico del gas ? superiore ai 100?C.