ITUD990014A1

ITUD990014A1 - Sistema di tamponamento della regione del delta della voltadi un forno elettrico ad arco

Info

Publication number: ITUD990014A1
Application number: IT1999UD000014A
Authority: IT
Inventors: Alfredo Poloni; Milorad Pavlicevic; Negra Angelico Della; Peter Tishchenko
Original assignee: Danieli & C Ohg Sp
Priority date: 1999-01-20
Filing date: 1999-01-20
Publication date: 2000-07-20
Also published as: ATE227831T1; WO2000043719A1; DE60000773T2; DE60000773D1; AU1886500A; IT1310527B1; ES2182768T3; US6219371B1; EP1147351A1; EP1147351B1

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"SISTEMA DI TAMPONAMENTO DELLA REGIONE DEL DELTA DELLA VOLTA DI UN FORNO ELETTRICO AD ARCO"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Forma oggetto del presente trovato un sistema di tamponamento del delta della volta di un forno elettrico ad arco (EAF) impiegato nelle acciaierie per fondere materiali ferrosi o altri metalli.

Più in particolare il trovato si riferisce ad un sistema di tamponamento che impedisce sia ai fumi prodotti durante la fusione di fuoriuscire dal foro o dai fori praticati nella volta per 1'introduzione degli elettrodi, che all'aria esterna di entrare nella camera centrale del forno ed interferire con il regime termico interno.

STATO DELLA TECNICA

Nella tecnica nota, la regione della volta di un forno elettrico ad arco, in cui sono posizionati gli elettrodi, detta delta, viene realizzata mediante un elemento di tamponamento in materiale refrattario, con uno o più fori per permettere agli elettrodi di essere introdotti nel forno.

La funzione di tale elemento di tamponamento è quella di evitare che ingenti quantità di fumi escano dal forno e di isolare elettricamente gli elettrodi dalla carcassa metallica raffreddata che costituisce la struttura della volta.

Due problemi principali si evidenziano in questa tecnica nota, che limitano la durata degli elementi che compongono la volta stessa.

Il primo problema che si riscontra è l'alta temperatura superficiale che si configura sui refrattari stessi e che li porta a parziale fusione e quindi ad un consumo dell'elemento di tamponamento.

Il secondo problema è rappresentato dall'adesione di particelle metalliche sulla superficie della parte centrale della volta. Tali particelle, semi fuse, vengono trasportate dai fumi,ed aderiscono alla superficie dell'elemento refrattario nel loro moto verso l'alto. Ciò riduce la capacità isolante dell'elemento stesso. Per di più, -durante il funzionamento del forno, le particelle metalliche trasportate dai gas ne promuovono la ionizzazione.

creando delle condizioni di funzionamento adatte alla formazione di microscariche fra gli elettrodi e l'elemento refrattario stesso. Tali microscariche sono tanto più frequenti ed intense, quanto più elevato è il carico di particelle trasportate dai fumi stessi.

Questo fenomeno di usura prende il nome di elettroerosione ed è ampiamente noto agli addetti del settore.

Inoltre, i fori prodotti nell'elemento di tamponamento, per il passaggio degli elettrodi, hanno un diametro opportunamente maggiore di quello degli elettrodi stessi per evitarne il contatto diretto. Allo scopo di evitare che i fumi prodotti nel corso della fusione fuoriescano attraverso gli interstizi presenti fra l'elemento di tamponamento e gli elettrodi, nell'ambiente circostante viene creata una leggera depressione in corrispondenza di essi. Pertanto, attraverso tali aperture si determina un consistente ingresso di aria dall'esterno e verso il volume fusorio, che interferisce con il regime termico interno e promuove l'ossidazione degli elettrodi.

In molti forni ad arco elettrico, dove la potenza applicata è molto elevata (da 20MVA a 100MVA), è necessario ampliare la dimensione della distanza (gap) fra la parete del foro ed il corrispondente elettrodo, per cui si osservano frequenti fuoriuscite di ingenti quantità di fumi dal forno, pericolose per l'incolumità degli addetti alla conduzione dell'impianto e nocive per la salubrità dell'atmosfera di lavoro.

Nelle applicazioni dei forni alimentati con corrente continua (DC) a due o più elettrodi, si osserva anche una deflessione degli archi verso il centro del forno, dovuta all'attrazione fra le due linee di corrente. Ciò comporta un diretto irraggiamento verso l'elemento refrattario ed una intensificazione del carico termico sullo stesso. Per rimediare a tutti questi inconvenienti la Richiedente ha studiato, progettato e realizzato il sistema di tamponamento secondo il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il sistema di tamponamento per forno elettrico ad arco, di cui al presente trovato, è espresso e caratterizzato nella rivendicazione principale.

Altri aspetti innovativi del presente trovato sono espressi nelle rivendicazioni secondarie.

Uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un sistema di tamponamento per forno elettrico ad arco in cui i fumi prodotti dalla fusione del metallo non fuoriescano dall'apertura o dalle aperture ricavate sulla sommità della volta per permettere l'introduzione degli elettrodi ed in cui, al tempo stesso, l'aria esterna non entri nella camera principale del forno dalle medesime aperture. Un altro scopo del presente trovato è quello di realizzare un sistema di tamponamento che impedisca sia la formazione di scariche elettriche sulla struttura della volta, dovuta alla presenza massiva di polveri ionizzate nell'atmosfera del forno; che il fenomeno di aderenza, detto anche di "sticking" del particolato metallico sui materiali refrattari, che comporterebbero un'ovvia diminuzione del grado di isolamento elettrico.

In accordo con tali scopi , il sistema di tamponamento secondo il trovato comprende un elemento superiore o voltino costituito da una pluralità di tubi di raffreddamento, sistemato sulla sommità della volta principale, sagomato in modo da definire una camera interna e provvisto di aperture attraverso le quali l ' elettrodo o gli elettrodi possono essere movimentati . La camera interna del voltino è separata dalla camera principale del forno da una griglia di raffreddamento ed è collegata lateralmente ad una torretta verticale di aspirazione principale per creare un effetto vortice o ciclone almeno attorno alla parte superiore di ciascun elettrodo.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del presente trovato saranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferita di realizzazione, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo con l'ausilio degli annessi disegni, in cui:

- la fig.l è una sezione longitudinale, schematizzata di un forno elettrico ad arco che adotta un sistema di tamponamento secondo la tecnica nota;

- la fig.2 è una sezione longitudinale, parziale e schematizzata della volta di un forno elettrico ad arco che adotta un sistema di tamponamento secondo il presente trovato;

- la fig.3 è vista dall'alto della volta di fig.2; - la fig.4 è una sezione longitudinale, parziale e schematizzata di una variante del sistema di tamponamento di fig.2;

- la fig.5 è vista dall'alto della volta di un forno a corrente continua con due elettrodi, che adotta un sistema di tamponamento secondo il presente trovato;

- la fig.6 è una vista dall'alto, schematizzata, della parte superiore del sistema di tamponamento di fig.4 in una prima forma di realizzazione; e

- la fig.7 è una vista dall'alto, schematizzata, della parte superiore del sistema di tamponamento di fig.4 in una seconda forma di realizzazione.

DESCRIZIONE DI ALCUNE FORME PREFERITE DI

REALIZZAZIONE

In fig.1, è illustrato un sistema di tamponamento di una volta 10 di un forno elettrico ad arco 11, realizzato con la tecnica nota. Tale sistema prevede l'utilizzo di un elemento di tamponamento 12 in materiale refrattario, disposto sulla sommità della volta 10 e provvisto di una o più aperture o fori 13 che permettono ad uno o più elettrodi 15 di essere introdotti nel forno 11.

In accordo con il presente trovato, illustrato in fig.2, un elemento superiore o voltino 20, sagomato in modo da definire una camera interna 21, è sistemato sulla sommità della volta 10.

Il voltino 20 è costituito da una pluralità di tubi 23 nei quali circola in pressione un fluido di raffreddamento, come ad esempio acqua ed è provvisto di aperture 113 attraverso le quali gli elettrodi 15 possono essere movimentati.

Le aperture 113 sono, a parità di diametro degli elettrodi 15, molto maggiori delle aperture 13 degli elementi refrattari 12 e tali da impedire formazioni di scariche degli elettrodi 15 sui tubi raffreddati 23.

La camera 21 è separata dalla sottostante camera principale 25 del forno 11 da una griglia 26 di tubi di raffreddamento ed è collegata lateralmente, mediante un'apertura o finestra 29 di opportune dimensioni, ad una torretta verticale 27 di aspirazione principale, dalla quale fuoriescono i fumi prodotti dalla fusione del metallo.

Nella camera 21, per la sua conformazione e per il suo collegamento diretto con la torretta 27, si crea un effetto ciclonico che convoglia l'aria proveniente dall'esterno direttamente verso la torretta 27, impedendole di entrare all'interno della camera principale 25. Analogamente, i fumi prodotti dalla fusione del metallo che entrano nella camera 21, vengono evacuati verso la torretta 27 e non si disperdono così verso l'esterno, attraverso le aperture 113.

La torretta 27 è provvista di un'apertura laterale 28, detta anche quarto foro, che è collegata ad un sistema di aspirazione di tipo noto e non rappresentato nei disegni. Il sistema di aspirazione può essere per esempio del tipo descritto nella domanda di brevetto per invenzione industriale N° UD96A000066 depositata dalla Richiedente il 30 aprile 1996..

La funzione del sistema di aspirazione è quella di creare una regione di aspirazione uniforme della volta del forno per diminuire la velocità con cui i fumi vengono aspirati con moto ascensionale verticale del volume fusorio e contemporaneamente indurre un movimento rotatorio dei fumi stessi nel loro percorso al quarto foro 28, allo scopo di effettuarne un ulteriore filtraggio.

Il sistema di tamponamento 10 comprende inoltre una pluralità di tubi 30 (fig.4) disposti nella parte superiore della camera principale 25, in corrispondenza della volta 10. Anche all'iiterno dei tubi 30 viene fatto scorrere in pressione del fluido di raffreddamento.

I tubi 30 sono disposti a spire sostanzialmente radiali (fig.5) che definiscono una corona circolare disposta a copertura quasi totale della parte superiore della camera centrale 25 , ad eccezione di un ' apertura centrale 31, attraverso la quale passano gli elettrodi 15.

Le spire dei tubi 30 hanno sezione trasversale sostanzialmente trapezoidale (fig.4), ad eccezione di quelle disposte in corrispondenza della torretta 27, che sono aperte verso l’alto per permettere il deflusso dei fumi verso quest'ultima.

La densità delle spire dei tubi 30 varia a seconda delle zone della volta 10 ed è maggiore in corrispondenza della torretta 27, dove il volume dei fumi è massimo e la prevalenza dell'aspirazione è la più elevata.

La griglia 26 è sagomata in modo da conformarsi al profilo esterno degli stessi elettrodi 15.

Per migliorare il rendimento degli elettrodi 15 e per aumentarne la durata, attorno agli stessi viene creato un effetto vortice o ciclone, cosicché l'aria ed i fumi vengono evacuati dalla camera 21 verso la torretta 27 perifericamente, lontano dalla superficie degli elettrodi 15 stessi.

Secondo una prima forma di realizzazione, illustrata in fig.6, un singolo vortice d'aria viene creato attorno agli elettrodi 15, disponendo la torretta 27 in posizione sostanzialmente mediana rispettò a questi ultimi, con il relativo collettore di uscita 32 disposto tangenzialmente rispetto alla torretta 27, nella sua parte più alta. La torretta 27 e la camera 21 comunicano mediante un'apertura o un condotto 34 di sezione opportunamente dimensionata. In tale fig.6 le frecce indicano il movimento dei fumi prima della loro fuoriuscita dal forno 11.

Secondo una diversa forma di realizzazione, illustrata in fig.7, la camera interna 21 è sagomata in modo da definire due zone sostanzialmente cilindriche 21a e 21b coassiali ai due elettrodi 15 e collegate fra loro da una zona intermedia 21c, mentre la torretta 27 è sagomata in modo da definire una prima zona sostanzialmente cilindrica 27a ed una seconda zona sostanzialmente cilindrica 27b, collegate fra loro da una zona centrale 27c. In questo caso, il collettore di uscita 32 è disposto in corrispondenza della zona centrale 27c mentre le zone cilindriche 27a e 27b sono ognuna in corrispondenza di un elettrodo 15. In tal caso i due volumi 21 e 27 sono fra loro in comunicazione mediante due distinte aperture 33a e 33b di dimensioni opportune ad innescare i due vortici complementari attorno ai due elettrodi 15 mediante i vortici direttamente indotti nella torretta 27 con l'opportuna connessione mediana al collettore di evacuazione 32. In questo modo si vengono a formare due distinti vortici prima che i fumi fuoriescano dal forno 11, come indicato dalle frecce.

E' ovvio che al sistema di tamponamento per forno elettrico ad arco fin qui descritto possono essere apportate modifiche ed aggiunte di parti, senza per questo uscire dall’ambito del presente trovato.

Claims

RIVENDICAZIONI 1 - Sistema di tamponamento per la volta (10) di un forno elettrico ad arco (11) avente una camera principale o volume fusorio (25) disposto sotto a detta volta (10) ed almeno un elettrodo (15) introdotto in detta camera principale (25), detto sistema comprendendo un elemento superiore o voltino (20) disposto sulla sommità di detta volta (10) e sagomato in modo da definire una camera interna (21) ed almeno un'apertura centrale (113) attraverso la quale detto elettrodo (15) può essere movimentato, caratterizzato dal fatto che detto voltino (20) è costituito da una pluralità di tubi (23 ) nei quali circola in pressione un fluido di raffreddamento . 2 - S i s tema di tamponamento come ne l la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detta camera interna (21) di detto voltino (20) è separata da detta camera principale (25) da una griglia (26) di tubi di raffreddamento. 3 - Sistema di tamponamento come nella rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta griglia (26) è sagomata a serpentina per conformarsi al profilo esterno di detto elettrodo (15). 4 - Sistema di tamponamento come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal £atto che detta camera interna (21) è collegata ad una torretta verticale (27) di aspirazione principale atta a creare un effetto vortice o ciclone almeno attorno alla parte superiore di detto elettrodo (15). 5 - Sistema di tamponamento come nella rivendicazione 4, in cui detta torretta verticale (27) è provvista di un sistema di aspirazione atto a creare un moto ciclonico ascensionale all'interno di essa, caratterizzato dal fatto che il collegamento fra detta camera interna (21) e detta torretta verticale (27) è realizzato tramite almeno un'apertura laterale (33a, 33b, 34) atta ad indurre un moto a ciclone attorno a ciascun elettrodo (15), sfruttando detto moto ciclonico ascensionale all'interno di detta torretta verticale (27). 6 - Sistema di tamponamento come nella rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detta torretta (27) è disposta in posizione mediana rispetto a detto elettrodo (15) e che un collettore (32) di uscita dei fumi è disposto tangenzialmente rispetto a detta torretta (27). 7 - Sistema di tamponamento come nella rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detta apertura laterale (34) mette in comunicazione una zona centrale di detta camera interna (21) con una corrispondente zona centrale di detta torretta verticale (27). 8 - Sistema di tamponamento come nella rivendicazione 4, in cui almeno due elettrodi (15) sono previsti all'interno di detta camera principale (25), caratterizzato dal fatto che detta torretta (27) è disposta in posizione mediana rispetto a detti due elettrodo (15) 9 - Sistema di tamponamento come nella rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che un’unica apertura laterale (34) mette in comunicazione una zona centrale di detta camera interna (21) con una corrispondente zona centrale di detta torretta verticale (27). 10 - Sistema dì tamponamento come nella rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detta torretta (27) è sagomata in modo da definire una prima zona sostanzialmente cilindrica (27a) ed una seconda zona sostanzialmente cilindrica (27b), collegate fra loro da una zona centrale (27c), che un collettore (32) di uscita dei fumi è disposto in corrispondenza di detta zona centrale (27c) e che dette zone sostanzialmente cilindriche (27a, 27b) sono disposte in corrispondenza di ciascuno di detti elettrodi (15). 11 - Sistema di tamponamento come nella rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detta camera interna (21) è sagomata in modo da definire due zone sostanzialmente cilindriche (21a, 21b) coassiali a detti due elettrodi (15) e collegate fra loro da una zona intermedia (21c), e che le zone sostanzialmente cilindriche (21a, 21b) di detta camera interna (21) sono collegate alle zone sostanzialmente cilindriche (27a, 27b) di detta torretta verticale (27) tramite due corrispondenti aperture (33a, 33b) che le mettono in comunicazione fra loro. 12 - Sistema di tamponamento come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta apertura centrale (113) ha una sezione molto più grande della sezione trasversale di detto elettrodo (15) per impedire formazioni di scariche dell'elettro (15) su detta pluralità di tubi raffreddati (23). 13 - Sistema di tamponamento del delta della volta di un forno elettrico ad arco, sostanzialmente come descritto, con riferimento agli annessi disegni.