ITUD960065A1 - Sistema di raffreddamento della volta per forni elettrici ad arco - Google Patents

Description

"SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO DELLA VOLTA PER FORN ELETTRICI AD ARCO"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Forma oggetto del presente trovato un sistema di raffreddamento della volta per forni elettrici ad arco come espresso nella rivendicazione principale. La volta dotata del sistema di raffreddamento realizzato secondo il trovato si applica nei forni elettrici ad arco impiegati nelle acciaierie per la fusione dei metalli.

STATO DELLA TECNICA

Sono note le volte impiegate a copertura dei forni elettrici ad arco per evitare la dispersione del calore dall'interno del forno e la fuoriuscita di fumi nocivi e scoria.

Dette volte normalmente presentano una apertura centrale per il posizionamento e la movimentazione degli elettrodi ed una apertura collocata in posizione periferica per l'aspirazione dei fumi e delle scorie volatili.

Date le condizioni di lavoro all'interno del forno è necessaria la presenza di un adeguato sistema di raffreddamento della volta che ne impedisca il danneggiamento .

Detto raf freddamento si realizza solitamente mediante circolazione di acqua in appositi condotti associati alla volta.

Un problema a cui si deve far fronte nella realizzazione di detti sistemi di raffreddamento è la disomogeneità della distribuzione delle temperature sulla superficie della volta.

E ' noto infatti che, durante il ciclo operativo del forno , la temperatura è molto maggiore nella parte centrale della volta, in corrispondenza degli elettrodi , rispetto quella che si sviluppa perifericamente .

Inoltre, la temperatura della volta in prossimità della apertura di scarico è progressivamente maggiore di quella che si sviluppa dal lato opposto, a causa del notevole flusso di fumi incandescenti verso questa zona.

I sistemi di raffreddamento della volta noti non sempre sono idonei a garantire l ' ottimale isolamento termico del forno; inoltre tali sistemi noti offrono un coef ficiente di scambio termico distribuito sostanzialmente uniformemente sulla superficie della volta, con la conseguenza che su tutta la volta si deve garantire un coefficiente di scambio termico quantomeno uguale a quello richiesto nella zona più calda del forno.

Di conseguenza, per gran parte della superficie della volta il sistema di raffreddamento risulta sovradimensionato, implicando un grande consumo di energia, mentre le zone più calde lavorano sempre ad una temperatura molto alta, con il rischio di guasti e rotture delle condutture di raffreddamento.

I condotti realizzati secondo la tecnica nota possono avere un andamento circolare ad anello o ad elica, oppure presentare un andamento radiale dal centro della volta verso la periferia o viceversa. Tutti i sistemi di raffreddamento descritti esercitano una azione di raffreddamento sostanzialmente uniforme su tutta la superficie della volta, data la portata costante di acqua di raffreddamento circolante nei condotti.

Sono noti anche sistemi di raffreddamento a doccia, impieganti dei getti d’acqua cooperanti con la superficie esterna della volta, l'acqua spruzzata scorrendo su detta superficie esterna e venendo raccolta nella zona periferica.

In questo caso è possibile distribuire i getti d'acqua in modo da ottenere un raffreddamento maggiore nei punti più caldi, ma si presenta il problema che il maggiore flusso di acqua si ha nella zona periferica esterna, in cui è richiesta una minore asportazione di calore.

Un ulteriore problema che condiziona la vita utile delle volte raffreddate realizzate secondo la tecnica nota, è la presenza di saldature tra i singoli elementi di conduttura di raffreddamento. Dette saldature costituiscono dei punti critici e creano delle tensioni lungo la conduttura che non possono essere eliminate completamente nemmeno da trattamenti termici quali il rinvenimento.

Dette tensioni, in concomitanza con le particolari condizioni di alta temperatura a cui sono sottoposte le tubazioni possono portare dette saldature alla rottura, con la conseguente fuoriuscita di acqua di raffreddamento che penetra nel forno.

Data l'alta pressione dell'acqua che circola nei condotti di raffreddamento, la portata di acqua che penetra nel forno è elevata, e appena viene a contatto con il metallo fuso evapora bruscamente con conseguente brusco aumento di pressione che può manifestarsi con una esplosione.

Il realizzarsi di tale fenomeno richiede quindi 1 'immediato spegnimento del forno con tutti i problemi tecnici ed economici che ciò comporta, oltre a costituire un potenziale pericolo per gli operatori.

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

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nella rivendicazione principale.

Le rivendicazioni secondarie espongono varianti all1idea di soluzione principale.

Scopo del presente trovato è quello di realizzare un sistema di raffreddamento della volta per forni elettrici ad arco che consenta di ottenere un isolamento ottimale del forno ed un migliore rendimento dello stesso, con conseguente abbassamento dei costi di gestione.

Ulteriore scopo del trovato è quello di realizzare un sistema di raffreddamento avente un rischio di rottura notevolmente ridotto rispetto ai sistemi noti, consentendo un aumento della vita utile della volta ed una riduzione delle soste di manutenzione tra un ciclo e l'altro per effettuare le riparazioni, tali soste implicando lo spegnimento del forno.

Il sistema di raffreddaménto realizzato secondo il trovato comprende un doppio strato di pannelli radiali, uno esterno ed uno interno, separati da una intercapedine nella quale si crea una circolazione ad anello dei fumi aspirati.

Secondo il trovato, ogni pannello radiale a doppio strato viene realizzato partendo da una tubazione continua, la quale viene avvolta ad elica attorno a due sostegni come una matassa, per poi essere sfilata dai sostegni ed aperta come una molla a realizzare strutture ad arco.

Detta struttura ad arco può essere, secondo una soluzione del trovato, unita ai pannelli radiali adiacenti a formare una struttura circolare, l'estremità di ogni tubazione venendo giuntata a quella della tubazione attigua a formare un condotto di raffreddamento unico.

Le giunzioni tra le estremità delle tubazioni vengono saldate in punti esterni al forno, quindi non particolarmente sollecitati termicamente.

In questo modo si ottiene una struttura tubolare continua, priva di saldature nei punti critici, quindi non soggetta ai problemi precedentement e descritti, e fornita di un solo ingresso ed una sola uscita dell'acqua di raffreddamento.

Per rendere autoportante la struttura, detta tubazione ad elica viene rinforzata con appositi elementi di sostegno.

La volta realizzata secondo il trovato può non necessitare di un rivestimento, in quanto le scorie in sospensione nei fumi in brevissimo tempo (circa due cicli di colata) si fissano sulla struttura realizzando un rivestimento continuo ed isolante della parte più esterna delle spire dell'elica.

Tale fissaggio della scoria è anche favorito dalla presenza, sui tubi, di elementi di presa ed ancoraggio.

Anche la parte più interna delle spire dell’elica viene ricoperta dalle scorie a formare uno strato isolante, ma il flusso continuo dei fumi aspirati dal condotto di aspirazione ad anello cooperante con la zona intermedia tra i due pannelli, interno ed esterno, impedisce alle fessure tra due spire attigue di richiudersi completamente, garantendo il libero ingresso dei fumi.

La densità delle spire del tubo di raffreddamento può essere variata a piacere ottenendo un maggiore o minore coefficiente di scambio termico, e quindi maggiore o minore raffreddamento di un determinato settore a seconda delle esigenze.

Secondo una soluzione del trovato, detta densità di spire varia uniformemente da un punto di massimo coefficiente di scambio termico ad uno di minimo. Secondo il trovato, detto punto di massimo coefficiente di scambio termico é posto nella zona della apertura del condotto di aspirazione dei fumi, e detto punto di minimo coefficiente di scambio termico coincide con il punto più freddo della volta, situato in posizione diametralmente opposta a quello di massimo.

Tale distribuzione differenziata delle spire consente un raffreddamento differenziato della volta che permette di migliorare notevolmente il rendimento del forno.

Ulteriore vantaggio della distribuzione differenziata delle spire, dovuto alla presenza dell'anello di aspirazione dei fumi nell'interspazio tra i due strati di pannelli esterno ed interno, è che si ottiene una aspirazione distribuita dei fumi da tutta la superficie della volta.

Ciò si verifica in quanto le fessure presenti tra due spire attìgue nel pannello inferiore, che consentono l'aspirazione dei fumi dall'anello di aspirazione presente tra i due pannelli, sono più piccole nella zona in cui la depressione è maggiore in corrispondenza del condotto di aspirazione, mentre sono più grandi nella zona in cui la depressione è minore, realizzando un bilanciamento della portata dei fumi in ogni punto della volta. A tale scopo, secondo una variante, anche la distanza tra i due pannelli può variare da un punto di massima portata dei gas, sostanzialmente coincidente con il foro di aspirazione, ad un punto di minima portata situato in posizione diametralmente opposta.

Tale variazione della distanza tra i due pannelli, superiore ed inferiore , determina una diversa portata dell'anello di aspirazione dei fumi, permettendo una più uniforme distribuzione dell'aspirazione dei fumi sulla superficie della volta.

Un ulteriore vantaggio che si ottiene grazie alla disposizione radiale stessa delle spire è che la densità delle tubazioni di raffreddamento, nella zona centrale della volta, è superiore a quella nella periferia, ottenendo un raffreddamento più efficace della zona adiacente agli elettrodi.

La presenza di un doppio pannello raffreddamento , inoltre permette di avere isolamento termico decisamente migliore di quello ottenibile con un sistema di raffreddamento di tipo tradizionale , con un deciso miglioramento del rendimento del forno .

L ' assenza di saldature nei punti critici del forno consente di evitare i problemi suddescritti derivanti dalla presenza di dette saldature , allungando notevolmente la vita utile della volta, ed inoltre riducendone notevolmente i tempi ed i costi di produzione .

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 la vista in pianta in sezione parziale di una volta realizzata secondo il trovato;

- la fig. 2 illustra la vista laterale in sezione della volta di fig. 1;

- la fig. 3 illustra una variante di fig. 2;

- la fig. 4 illustra un particolare del doppio strato di pannelli secondo il trovato.

DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Nelle figure allegate, il numero di riferimento 10 indica genericamente una volta raffreddata per forni elettrici ad arco nel suo insieme.

Detta volta 10 è associata ad una pluralità di tubazioni 11 avvolte ad elica e formanti una pluralità di pannelli di raffreddamento radiali 27 e coprenti sostanzialmente, nel loro insieme, tutta la superficie della volta 10.

Nel caso di specie, le tubazioni 11 di ogni singolo pannello radiale sono giuntate tra loro alle estremità 12, a formare una conduttura sostanzialmente continua avente un solo ingresso 13 ed una sola uscita 14 dell'acqua di raffreddamento. Secondo il trovato, ogni tubazione 11 che costituisce il pannello radiale 27 presenta mezzi di intercettazione entrata e uscita che intervengono nel caso di rotture del pannello interrompendo l'alimentazione dell'acqua.

Nella soluzione illustrata, la densità delle spire 15 formate dalla tubazione 11 varia con continuità da una zona 24 in cui la densità è massima, coincidente con l'apertura 16 di uscita dei fumi di scarico, ed una zona 25 in cui la densità è minima situata in posizione diametralmente opposta, ciò consentendo un raffreddamento maggiore dei punti più caldi della volta 10.

In fig. 1 è illustrata specificatamente anche la zona 26, dove la densità delle spire 15 è intermedia tra le zone 24 e 25.

Le spire 15 attigue definiscono uno strato superiore di pannelli 17 ed uno strato inferiore di pannelli 18, tra i quali si viene a creare un anello di aspirazione 19 dei fumi di scarico.

Detti fumi di scarico, entrando nell'anello di aspirazione 19 attraverso le aperture 20 dello strato inferiore di pannelli 18, determinano la formazione di uno strato di rivestimento di scoria che si ancora sulle tubazioni 11 fino a sigillare completamente lo strato superiore di pannelli 17 come illustrato in fig. 4.

Detta ricopertura di .scoria ha ottime caratteristiche isolanti, migliorando notevolmente l'isolamento del forno.

Lo strato inferiore di pannelli 18, invece, viene ricoperto dalla scoria solo parzialmente, grazie al continuo flusso di fumi attraverso dette aperture 20.

La diversa superficie delle aperture 20, direttamente proporzionale alla distanza tra due spire 15 adiacenti, consente una aspirazion distribuita dei fumi di scarico,

Nella zona 24 situata in prossimità dell'apertura 16 del condotto di aspirazione, dove la depressione causata dall’aspirazione è massima, la dimensione delle aperture 20 è minima, mentre nella zona 25 situata sul lato opposto, dove la depressione è minima, la dimensione di dette aperture 20 è massima, ciò consentendo una costante portata di fumi da ogni punto della superficie della volta 10. Secondo una variante del trovato, illustrata in fig. 3, la sezione delle spire varia con continuità dalla zona 24 di massima sezione situata in corrispondenza dell'apertura 16 del condotto di aspirazione, dove la portata dei fumi è massima, alla zona 25 di minima sezione, dove la portata dei fumi è minima.

Detto raffreddamento differenziato della volta 10 e detta aspirazione distribuita dei fumi di scarico consentono di migliorare notevolmente il rendimento del forno, con evidente riduzione dei costi di esercizio.

La presenza stessa dei due strati di pannelli, superiore 17 ed inferiore 18, consente di per sè di migliorare il rendimento del forno grazie al migliore isolamento della volta che si ottiene rispetto ai sistemi tradizionali, il quale riduce notevolmente le dispersioni termiche.

Nelle soluzioni illustrate nelle figure, la volta 10 realizzata secondo il trovato comprende elementi di sostegno 21 per dare solidità alla volta rendendola autoportante.

Detti elementi di sostegno 21 cooperano con due anelli di raffreddamento periferici 22 e con una copertura di rivestimento 23.

Nella parte centrale della volta, in corrispondenza degli elettrodi 28, è presente un coperchio 29 di tipo noto, raffreddato perifericamente e presentante un'apertura per il posizionamento di detti elettrodi 28.

Claims (1)

1— Sistema di raffreddamento della volta (10) nei forni elettrici ad arco, del tipo comprendente una pluralità di pannelli radiali contigui disposti radialmente a coprire almeno una parta sostanziale della superficie della volta (10), detti pannelli radiali essendo raffreddati mediante circolazione di acqua, detta volta (10) presentando almeno una apertura centrale per il posizionamento e la movimentazione degli elettrodi (28) ed almeno una apertura periferica (16) per l'aspirazione dei fumi·, caratterizzato dal fatto che ogni pannello radiale (27) raffreddato è costituito da una tubazione di raffreddamento (11) conformata ad elica, le spire (15) di detta elica giacendo su rispettivi piani disposti sostanzialmente radiali rispetto al centro della volta (10), dette spire (15) definendo un primo strato inferiore di pannelli (18) ed un secondo strato superiore di pannelli (17) separati da un interspazio avente funzione di anello di aspirazione (19) dei fumi dall'interno del forno. 2 - Sistema di raffreddamento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la tubazione (11) conformata ad elica di ogni pannello radiale (27) è costituita da un unico tubo (11) continuo privo di saldature. 3 - Sistema di raffreddamento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'apertura periferica (16) per l'aspirazione dei fumi coopera con un allargamento presente nello strato superiore di pannelli (17). 4 - Sistema di raffreddamento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la densità delle spire (15) è variabile lungo la circonferenza della volta (10) ed è massima in corrispondenza dell'apertura (16) per l’aspirazione dei fumi. 5 - Sistema di raffreddamento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la sezione libera delle spire (15) è variabile lungo la circonferenza della vòlta (10) ed è massima in corrispondenza dell'apertura (16) per l'aspirazione dei fumi. 6 - Sistema di raffreddamento come ad una o all'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che ogni singola tubazione (11) ad elica costituente il singolo pannello radiale (27) comprende un proprio ingresso (13) ed una propria uscita (14) dell'acqua di raffreddamento. 7 - Sistema di raffreddamento come ad una all'altra delle rivendicazioni precedenti fino a 5, caratterizzata dal fatto che le tubazioni (11) ad elica costituenti i singoli pannelli radiali (27) sono giuntate alle estremità (12) lungo la periferia esterna a . formare una tubazione (11) sostanzialmente continua. 8 - Sistema di raffreddamento come ad una o all’altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ogni singolo pannello radiale (27) presenta propri mezzi di intercettazione entrata e/o uscita liquido di raffreddamento . 9 - Sistema di raffreddamento come ad una o all'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che esternamente ai pannelli radiali (27) sono presenti anelli di raffreddamento periferici (22) . 10 - Sistema di raffreddamento come ad una o all’altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che adotta i contenuti di cui alla descrizione ed ai disegni