ITMI981594A1 - Bruciatore ad alta velocita' per forni per la produzione di acciaio ad elevata semplicita' di gestione - Google Patents

Description

D E S C R I Z IO N E

Il presente trovato ha come oggetto un bruciatore ad alta velocità per forni per la produzione di acciaio, ad elevata semplicità di gestione.

Sono noti bruciatori ad alta velocità per eseguire il riscaldamento all'interno di forni per la produzione di acciaio. Tali bruciatori sono generalmente costituiti da un corpo scatolare che supporta un cono combustore. All'interno del corpo scatolare si sviluppano almeno due condotti, rispettivamente un condotto per il combustibile ed un condotto per il comburente. Il cono combustore, in questi tipi particolari di bruciatori, si restringe progressivamente nella direzione di erogazione in modo tale da conseguire un'elevata velocità nei gas che concorrono alla combustione, ottenendo, conseguentemente, una velocità di scarico dei prodotti della combustione notevolmente più elevata rispetto a quella conseguibile con i bruciatori di tipo tradizionale. In considerazione di questa velocità elevata, nonché del fatto che generalmente questi bruciatori vengono azionati in modo impulsivo, si ottiene, all'interno del forno, un'elevata turbolenza, che assicura un’ottima efficacia nello scambio termico ed un’ottima uniformità di temperatura nelle varie zone della camera del forno.

Nei bruciatori ad alta velocità di tipo tradizionale,, l'erogazione del combustibile e del comburente è comandata attraverso il pilotaggio di due elettrovalvole disposte rispettivamente sul condotto di alimentazione del combustibile e sul condotto di alimentazione del comburente. Nella fase di accensione e nella fase di spegnimento del bruciatore occorre che le due elettrovalvole vengano azionate in modo sincronizzato.

La gestione del bruciatore mediante queste due elettrovalvole non è esente da problemi in quanto risulta difficile ottenere un azionamento sincronizzato e preciso delle due elettrovalvole. Inoltre, qualora una delle due elettrovalvole si dovesse guastare, ad esempio qualora si guasti l'elettrovalvola posta sul condotto del combustibile, il bruciatore non interrompe tempestivamente il suo funzionamento e funziona come raffreddatore anziché come elemento riscaldante.

Un ulteriore problema nell'utilizzo delle due elettrovalvole per comandare questi bruciatori è rappresentato dal costo di produzione elevato.

Compito precipuo del presente trovato è quello di risolvere i problemi sopra esposti, realizzando un bruciatore ad alta velocità che possa essere pilotato in modo notevolmente più semplice rispetto ai bruciatori ad alta velocità di tipo tradizionale.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del trovato è quello di realizzare un bruciatore ad alta velocità che possa essere gestito semplicemente controllando l'alimentazione del solo combustibile.

Un altro scopo del trovato è quello di realizzare un bruciatore ad alta velocità che possa funzionare anche come raffreddatore controllato.

Un ulteriore scopo del trovato è quello di realizzare un bruciatore ad alta velocità che presenti ridotti costi di produzione e di manutenzione .

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un bruciatore ad alta velocità per forni per la produzione di acciaio, comprendente un corpo scatolare supportante un cono combustore, in detto corpo scatolare essendo definiti almeno un condotto per il combustibile ed almeno un condotto per il comburente sfocienti in detto cono combustore, caratterizzato dal fatto di comprendere un attuatore pneumatico provvisto di un elemento mobile collegato ad un primo organo otturatore comandante l'apertura e la chiusura di detto condotto per il combustibile e ad un secondo organo otturatore comandante l'apertura e la chiusura di detto condotto per il comburente, detto attuatore pneumatico essendo alimentabile con un fluido in pressione per l'azionamento di detto organo mobile provocante, mediante detti organi otturatori, l'apertura di detto condotto per il combustibile e di detto condotto per il comburente.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, del bruciatore ad alta velocità secondo il trovato, illustrato, a titolo indicativo e non limitativo, negli uniti disegni, in cui:

la figura 1 illustra il bruciatore secondo il trovato sezionato assialmente, in condizione non operativa,-la figura 2 illustra il bruciatore secondo il trovato, sezionato assialmente, nella condizione operativa.

Con riferimento alle figure citate, il bruciatore secondo il trovato, indicato globalmente con il numero di riferimento 1, comprende un corpo scatolare 2, a conformazione allungata, che supporta, in corrispondenza di una sua estremità longitudinale, un cono combustore 3 il quale presenta, in modo di per sè noto, una conformazione troncoconica rastremantesi nel senso di erogazione della fiamma.

Nel corpo scatolare 1 sono definiti almeno un condotto 4 per il combustibile ed almeno un condotto 5 per il comburente che sfociano nel cono combustore 3.

Secondo il trovato, il bruciatore comprende un attuatore pneumatico 6 che è provvisto-di un elemento mobile 7.il quale è collegato ad un primo organo otturatore 8, che comanda l'apertura e la chiusura del condotto 4 per il combustibile, e ad un secondo organo otturatore 9 che comanda l'apertura e la chiusura del condotto 5 per il comburente. L'attuatore pneumatico 6 è alimentabile con un fluido in pressione per l'azionamento dell'organo mobile 7 che provoca, mediante gli organi otturatori 8 e 9, l'apertura del condotto 4 per il combustibile e del condotto 5 per il comburente.

Più particolarmente, il condotto 4 per il combustibile si sviluppa, in parte, in un primo corpo tubolare 10 che è disposto internamente al corpo scatolare 2, coassialmente al cono combustore 3.

L'interno del primo corpo tubolare 10 è diviso, da un diaframma intermedio 11, in due vani, rispettivamente: un primo vano 12 che comunica con una luce di alimentazione 13, definita nel corpo scatolare 2, ed un secondo vano 14 che comunica, attraverso aperture di erogazione 15, con 1 'interno del cono combustore 3.

I due vani 12 e 14 sono separati l'uno dall'altro e presentano luci di comunicazione, rispettivamente 16 e 17, che sono definite sulla superficie laterale del primo corpo tubolare 10.

II primo organo otturatore 8 è costituito sostanzialmente da un secondo corpo tubolare 18 il quale è associato, in modo scorrevole assialmente, attorno al primo corpo tubolare 10 e delimita, unitamente al primo corpo tubolare 10, una camera di collegamento 19 che si sviluppa attorno al primo corpo tubolare 10. Il secondo corpo tubolare 18 è mobile assialmente relativamente al primo corpo tubolare 10 da una posizione di chiusura, nella-quale la camera di collegamento 19 comunica soltanto con le luci di comunicazione 16 del primo vano 12 ad una posizione di apertura, nella quale la camera di collegamento 19 comunica contemporaneamente con le luci di comunicazione 16 del primo vano 12 e con le luci di comunicazione 17 del secondo vano 14 in modo tale da attuare il collegamento tra i vani 12 e 14.

Il condotto 5 per il comburente è definito attorno al secondo corpo tubolare 18 tra questo e le pareti interne del corpo scatolare 2. Tale condotto 5 è in comunicazione con una luce di alimentazione 20 attraverso la quale il comburente viene immesso nel condotto 5.

Il secondo organo otturatore 9 è costituito da un corpo sostanzialmente discoidale che è fissato in corrispondenza dell'estremità del secondo corpo tubolare 18 rivolta verso il cono combustore 3. Il secondo organo otturatore 9 può essere impegnato o disimpegnato a tenuta, a seguito dello spostamento assiale del secondo corpo tubolare 18 relativamente al primo corpo tubolare 10, con una battuta 21 definita sulle pareti interne del corpo scatolare 2 che delimitano il condotto 5 per il comburente.

L'attuatore pneumatico 6 comprende una camera di scorrimento 22 che è definita nel corpo scatolare 2 coassialmente al cono combustore 3 in prossimità dell'estremità del corpo scatolare 2 opposta rispetto al cono comtaustore 3. L'organo mobile 7 è costituito da un pistone che è scorrevole assialmente all'interno della camera 22 e che è collegato a tenuta alle pareti laterali della camera 22 attraverso una guarnizione 23 a membrana rotolante.

In pratica, l'organo mobile 7 suddivide la camera 22 in due parti, delle quali una prima parte è in comunicazione con una luce 24 che è collegabile a un condotto di alimentazione di un fluido in pressione per provocare lo scorrimento dell'organo mobile 7 lungo la camera 22.

La camera 22 è provvista, sullo stesso lato dell'organo mobile 7, di un'altra luce 25 anch'essa collegabile a mezzi di alimentazione di un fluido in pressione e utilizzabile in alternativa alla luce 24, come meglio apparirà in seguito.

L'organo mobile 7 è fissato al secondo corpo tubolare 18, in corrispondenza della sua estremità opposta rispetto all'estremità che porta il secondo organo otturatore 9.

Lo spostamento dell'organo mobile 7 in direzione del cono combustore 3 è contrastato da mezzi elastici di richiamo.

Tali mezzi elastici di richiamo comprendono una prima molla elicoidale 26 che è orientata parallelamente all’asse del cono combustore 3 e che è interposta tra un blocchetto cilindrico 27 ed un'asta di contatto 28 che si appoggia sul lato dell'organo mobile 7 opposta rispetto al lato rivolto verso le luci 24 e 25. Il blocchetto cilindrico 27 è alloggiato in una apposita sede definita nelle pareti del corpo scatolare 2 e su di esso agisce una seconda molla 29, anch'essa orientata parallelamente all'asse del cono combustore 3 ed interposta tra il fondo della sede nella quale è alloggiato il primo blocchetto cilindrico 27 e lo stesso blocchetto cilindrico 27.

La seconda molla elicoidale 29 presenta una rigidezza elastica superiore rispetto a quella della prima molla elicoidale 26 in modo tale da intervenire successivamente a questa, come meglio apparirà in seguito.

Il bruciatore secondo il-trovato può funzionare esclusivamente come bruciatore oppure come bruciatore e come raffreddatore controllato.

Qualora il bruciatore venga utilizzato esclusivamente come bruciatore, la luce 25 risulta tappata e la luce 24 è aperta e pone in comunicazione la camera 22 con la luce 13 del condotto 4 per il combustibile. Qualora invece si preveda un utilizzo del bruciatore secondo il trovato sia come bruciatore che come raffreddatore, la luce 24 risulta tappata mentre invece la luce 25 pone in comunicazione la camera 22 con un condotto di alimentazione di un fluido in pressione costituito preferibilmente da aria.

Per completezza descrittiva occorre dire che, all'interno del primo condotto 10 è alloggiata una candeletta di accensione 30 la cui estremità attiva 30a è disposta all'interno del cono combustore 3.

Inoltre, sull'organo mobile 7 agisce una molla di regolazione 31, con una forza che è opposta rispetto alla forza sviluppata dalle molle 26 e 29 e che può essere regolata opportunamente attraverso una manopola 32 posta sul corpo scatolare 2.

Il funzionamento del bruciatore secondo il trovato è il seguente. Qualora il bruciatore secondo il travato venga utilizzato esclusivamente come bruciatore, la luce 13 viene connessa ad un tubo di convogliamento del combustibile sul quale è posta una valvola pilotabile, mentre la luce 20 è collegata ad un condotto di convogliamento del comburente, come ad esempio aria.

In condizioni di riposo, il primo organo otturatore 8, e cioè il secondo corpo tubolare 18, è posizionato, per azione delle molle 26 e 29 che agiscono sull'organo mobile 7 in direzione opposta rispetto al cono combustore 3, con la camera di collegamento 19 che comunica esclusivamente con le luci di comunicazione 16 mentre il secondo organo otturatore 9 occlude il condotto 5 per il comburente, come illustrato nella figura 1.

Quando la valvola posta sulla linea di alimentazione del combustibile, connessa alla luce 13, viene aperta, il combustibile entra contemporaneamente nel primo vano 12 del primo condotto tubolare 10 e, attraverso la luce 24, nella camera 22. Se la pressione del combustibile corrisponde a quella richiesta, l'organo mobile 7 viene spostato, per effetto di questa pressione, in direzione del cono combustore 3 provocando lo spostamento, in questa direzione, del secondo corpo tubolare 18 relativamente al primo corpo tubolare 10. Tale spostamento ha l'effetto di porre in comunicazione la camera 19 contemporaneamente con le luci 16 e con le luci 17 in modo tale da stabilire un collegamento tra il primo vano 12 e il secondo vano 14 del primo corpo tubolare 10. In questo modo, il combustibile fluisce dal primo vano 12 al secondo vano 14 e fuoriesce dalle aperture 15 nel cono combustore 3.

Contemporaneamente, lo spostamento dell'organo mobile 7 in direzione del cono combustore 3 provoca 1'apertura del condotto 5 per il comburente in quanto il secondo organo otturatore 9 si disimpegna dalla battuta 21 lasciando che il comburente fluisca all'interno del cono combustore 3, come illustrato nella figura 2.

A questo punto, viene azionata la candeletta di accensione 30 che provoca l'accensione della miscela di combustibile e comburente nel cono combustore 3 avviando il bruciatore.

E' da notare che, in queste condizioni, sia il condotto 4 per il combustibile che il condotto 5 per il comburente, risultano aperti per effetto della pressione dello stesso comburente in contrasto all'azione della molla 26 che è la sola compressa durante il funzionamento del bruciatore come bruciatore vero e proprio.

Qualora, per una anomalia di funzionamento, si dovesse verificare una caduta nella pressione di alimentazione del combustibile, si verifica una caduta di pressione anche all'interno della camera 22 e l'organo mobile 7, viene spostato, in direzione opposta rispetto a quella precedentemente descritta, dall'azione della molla 26. In questo modo, si ottiene la chiusura sia del condotto 4 del combustibile che del condotto 5 del comburente .

Qualora il bruciatore secondo il trovato debba essere utilizzato sia come bruciatore che come raffreddatore, come già detto, la luce 24 risulta occlusa, mentre la luce 25 viene posta in comunicazione con una linea di alimentazione di un fluido in pressione, costituito preferibilmente da aria. In questo caso, la pressione necessaria per spostare l'organo mobile 7 e quindi operare il collegamento del primo vano 12 con il secondo vano 14 del primo corpo tubolare 10, nonché per operare l'apertura del condotto 5 per il comburente viene fornita dal fluido in pressione che viene convogliato nella camera 22 attraverso la luce 25.

Nel funzionamento come raffreddatore, ove è richiesta una maggiore sezione di passaggio per il comburente, la pressione di alimentazione del fluido che viene convogliato attraverso la luce 25 nella camera 22 risulta superiore in modo tale da provocare sia la compressione della molla 26 che la compressione della molla 29, spostando, in misura maggiore, l'organo mobile 7 in direzione del cono combustore 3. In questo modo, il secondo organo otturatore 9 si allontana, in misura maggiore, dalla battuta 22 assicurando una maggiore sezione di passaggio per il comburente mentre viene mantenuta chiusa la valvola posta sulla linea di alimentazione del combustibile .

Si è in pratica constatato come il bruciatore secondo il trovato assolva pienamente il compito prefissato, in quanto, per funzionare correttamente, richiede il pilotaggio di una sola valvola posta sulla linea di alimentazione del combustibile, oppure, nel funzionamento come raffreddatore, sul condotto di alimentazione del fluido in pressione dell'attuatore pneumatico .

In questo modo, nel funzionamento come bruciatore, si ha la sicurezza di ottenere contemporaneamente l'interruzione dell'erogazione del combustibile e del comburente, nonché di un bloccaggio dell'erogazione del comburente qualora si verificasse una caduta di pressione nell'alimentazione del combustibile.

Il bruciatore così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims (12)

1. R IV E N D I C A Z IO N I 1. Bruciatore ad alta velocità per forni per la produzione di acciaio, comprendente un corpo scatolare supportante un cono combustore, in detto corpo scatolare essendo definiti almeno un condotto per il combustibile ed almeno un condotto per il comburente sfocianti in detto cono-combustore, caratterizzato dal fatto di comprendere .un attuatore pneumatico provvisto di un elemento mobile collegato ad un primo organo otturatore comandante l 'apertura e la chiusura di detto condotto per il combustibile e ad un secondo organo otturatore comandante l'apertura e la chiusura di detto condotto per il comburente, detto attuatore pneumatico essendo alimentabile con un fluido in pressione per l’azionamento di detto organo mobile provocante, mediante detti organi otturatori, l'apertura di detto condotto per il combustibile e di detto condotto per il comburente.
2. 2. Bruciatore, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto attuatore pneumatico è alloggiato in detto corpo scatolare.
3. 3. Bruciatore, secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che detto condotto per il combustibile si sviluppa, in parte, in un primo corpo tubolare disposto internamente a detto corpo scatolare e coassialmente a detto cono combustore; l'interno di detto primo corpo tubolare essendo suddiviso, da un diaframma intermedio, in due vani separati l'uno dall'altro e presentanti luci di comunicazione definite sulla superficie laterale di detto primo corpo tubolare,- detto primo organo otturatore comprendendo un secondo corpo tubolare associato scorrevolmente attorno a detto primo corpo tubolare e delimitante, con detto primo corpo tubolare, una camera di collegamento sviluppantesi attorno a detto primo corpo tubolare; detto secondo corpo tubolare essendo mobile assialmente, relativamente a detto primo corpo tubolare, da una posizione di chiusura nella quale detta camera di collegamento comunica soltanto con le luci di comunicazione di uno di detti due vani, ad una posizione di apertura nella quale detta camera di collegamento comunica contemporaneamente con detti due vani.
4. 4. Bruciatore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto condotto per il comburente si sviluppa attorno a detto secondo corpo tubolare.
5. 5. Bruciatore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto secondo organo otturatore comprende un corpo discoidale connesso a detto secondo corpo tubolare ed impegnabile o disimpegnabile a tenuta, a seguito dello spostamento assiale di detto secondo corpo tubolare relativamente a detto primo corpo tubolare, con una battuta definita sulle pareti di detto corpo scatolare delimitanti detto condotto per il comburente.
6. 6. Bruciatore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto organo mobile dell'attuatore pneumatico comprende un pistone mobile assialmente all'interno di una camera di scorrimento definita in detto corpo scatolare ed au mentabile, da un lato di detto pistone, con un fluido in pressione, detto pistone essendo connesso a detto secondo corpo tubolare.
7. 7. Bruciatore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta camera di scorrimento è definita in detto corpo scatolare coassialmente a detto cono combustore in prossimità dell'estremità di detto corpo scatolare opposta rispetto a detto cono combustore.
8. 8. Bruciatore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto organo mobile dell'attuatore pneumatico è mobile, per azione di detto fluido in pressione, da detta posizione di chiusura a detta posizione di apertura in contrasto all'azione di mezzi elastici di richiamo.
9. 9. Bruciatore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta camera di scorrimento comunica con detto condotto per il combustibile, detto fluido in pressione per l'azionamento di detto organo mobile essendo costituito dallo stesso combustibile.
10. 10. Bruciatore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta camera di scorrimento è collegabile ad un condotto di alimentazione di un fluido in pressione diverso dal combustibile.
11. 11. Bruciatore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di essere atto all'impiego come raffreddatore controllato; in tale impiego, essendo previsti mezzi di interruzione dell'alimentazione del combustibile a detto condotto per il combustibile.
12. 12. Bruciatore ad alta velocità per forni per la produzione di acciaio, caratterizzato dal fatto di comprendere una o più delle caratteristiche descritte e/o illustrate