ITUD20090227A1 - Dispositivo iniettore e relativo procedimento di funzionamento - Google Patents
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Description
"DISPOSITIVO INIETTORE E RELATIVO PROCEDIMENTO DI FUNZIONAMENTO"
CAMPO DI APPLICAZIONE
II presente trovato si riferisce ad un dispositivo iniettore impiegabile in forni elettrici per la produzione di acciaio, ed atto a iniettare a velocità supersonica almeno un flusso di uno o più fluidi e/o solidi impiegati durante il processo di fusione e successiva affiliazione di una carica metallica. In particolare, il dispositivo iniettore secondo il presente trovato à ̈ utilizzabile efficacemente in diverse modalità operative, sia per l’iniezione di fluidi, sia per l’iniezione di solidi, sia per dare luogo ad una fiamma atta a riscaldare e fondere la carica metallica.
Il presente trovato si riferisce altresì al procedimento per il funzionamento del dispositivo iniettore, in particolare alle sue diverse modalità di utilizzo nelle varie fasi operative.
STATO DELLA TECNICA
Sono noti i dispositivi iniettori utilizzati nei forni elettrici ad arco, ed in altre applicazioni dell’industria siderurgica e metallurgica, per l’iniezione mediante lance od altro tipo di dispositivi, al di sopra ed all’ interno del bagno metallico in fusione, di gas e di combustibili liquidi e/o solidi.
Sono anche noti dispositivi iniettori predisposti per effettuare Γ iniezione dei gas a velocità supersonica, per ottenere un elevato rendimento nelle operazioni di iniezione.
Sono anche noti dispositivi bruciatori, i quali agiscono sul rottame, in particolare subito dopo lo scaricamento in forno, per provocarne e/o accelerare la fusione.
Pertanto, nei forni, e più in generale negli impianti tradizionali dell’ industria siderurgica e metallurgica, à ̈ noto prevedere diversi siti di alloggiamento per le differenti tipologie di dispositivi iniettori, ad esempio sulle pareti, sulla volta del forno e/o in corrispondenza della porta di scorifica.
Dal punto di vista della realizzazione e della manutenzione dei vari e distinti dispositivi iniettori previsti negli impianti noti, si riscontrano tempi e costi elevati, particolarmente a causa della specificità delle operazioni di montaggio, gestione e manutenzione.
Dal punto di vista operativo, i dispositivi iniettori sono montati sulle pareti del forno ponendo la loro estremità , od ugello emettitore, lontano dal bagno metallico, in modo da preservarne l’integrità rispetto agli agenti deterioranti quali l’altissima temperatura, gli schizzi di metallo e/o di scoria fusi, la corrosione, gli urti dovuti all’impatto con la carica solida.
Tale vincolo operativo e di sicurezza contrasta con gli aspetti tecnologici legati al rendimento fluidodinamico del getto erogato, in quanto impone di aumentare notevolmente la velocità di uscita del flusso per mantenerne elevata la sua penetrazione attraverso lo strato di scoria ed all’interno del bagno metallico liquido.
Inoltre, più si allontana il punto di emissione del dispositivo di iniezione dalla zona di impatto nel bagno metallico, più aumentano i rischi di indebolimento e dispersione del getto, e quindi di perdita di rendimento e di velocità in corrispondenza del punto d’impatto.
Sono anche note soluzioni in cui, vengono fra loro combinati, in un unico dispositivo iniettore, sia il bruciatore, sia gli iniettori di gas e/o di solidi. Questi dispositivi combinati prevedono che la fiamma generata dal bruciatore si sviluppi attorno agli iniettori di gas e/o di· solidi
Per loro conformazione, questa tipologia di dispositivi noti, prevedono funzionamenti rigidi e dedicati delle loro parti, ossia il bruciatore prevede esclusivamente il funzionamento con generazione della fiamma.
Pertanto questa tipologia di dispositivi noti può prevedere soltanto un funzionamento contemporaneo del bruciatore e degli iniettori.
Questa condizione di funzionamento obbliga, di fatto, aH’utilizzo di una fiamma anche durante la fase di iniezione supersonica di un fluido e/o di un solido, causando un aumento del consumo di gas comburente e combustibile durante il processo.
Uno scopo del presente trovato à ̈ quello di realizzare un dispositivo iniettore che sia di semplice ed economica realizzazione, che permetta di ridurre i tempi ed i costi di installazione, gestione e manutenzione, e che possa essere avvicinato alla zona di impatto nel bagno metallico, riducendo al minimo il rischio che parti del dispositivo iniettore siano soggette a schizzi di metallo fuso e/o scoria, corrosione ed urti dovuti alla carica metallica.
Altro scopo del presente trovato à ̈ quello di mettere a punto un procedimento di funzionamento che permetta di ridurre i tempi ed i costi di installa zione, gestione e manutenzione, e che permetta di avvicinare il dispositivo iniettore alla zona di impatto nel bagno metallico, riducendo al minimo il rischio che parti del dispositivo iniettore siano soggette a schizzi di metallo fuso, corrosione ed urti dovuti alla carica metallica.
Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.
ESPOSIZIONE DEL TROVATO
Il presente trovato à ̈ espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni indipendenti.
Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell’idea di soluzione principale.
In accordo con i suddetti scopi, un dispositivo iniettore secondo il presente trovato si applica per iniettare uno o più fluidi e/o solidi all’interno di un forno per la fusione di una carica metallica e comprende un corpo principale provvisto di una pluralità di condotti di alimentazione, per l’alimentazione in esso dei fluidi e/o di solidi.
Il dispositivo iniettore comprende inoltre primi mezzi di iniezione montati sul corpo principale e conformati per iniettare a velocità supersonica un flusso di un primo fluido, ad esempio aria o ossigeno, in direzione del bagno metallico.
Inoltre, il dispositivo iniettore comprende secondi mezzi di iniezione, montati anch’essi sul corpo principale in una posizione adiacente e separata rispetto ai primi mezzi di iniezione, e conformati per iniettare un secondo fluido e/o un solido, quest’ultimo ad esempio in forma di particolato, in direzione del bagno metallico.
Il dispositivo iniettore comprende inoltre mezzi bruciatori, anch’essi montati sul corpo principale e presentanti uno o più condotti di emissione disposti anularmente attorno ad entrambi i primi mezzi di iniezione ed i secondì mezzi di iniezione, in modo da definire, sostanzialmente, almeno una corona attorno ad essi. Ciascun condotto di emissione à ̈ alimentato da un primo condotto di alimentazione di un fluido combustibile, comburente o inerte e da un secondo condotto di alimentazione di un fluido comburente o inerte.
Secondo un aspetto caratteristico del presente trovato, il dispositivo di iniezione comprende mezzi valvolari disposti a monte dei condotti di emissione in cooperazione con almeno il primo condotto di alimentazione, ed atti ad intercettare il fluido combustibile per interromperne selettivamente l’alimentazione verso i condotti di emissione.
Con il presente trovato, à ̈ possibile escludere selettivamente Γ alimentazione del fluido combustibile verso i condotti di emissione, in modo da impedire la formazione della fiamma, mantenendo comunque l’erogazione di una fluido comburente o inerte.
In questo modo, si ha che, in funzione delle diverse fasi operative previste nella produzione dell’acciaio, i mezzi bruciatori possono emettere selettivamente o una fiamma, o un getto di gas comburente o un getto di gas inerte, comunque in modo da formare uno schermo di protezione per convogliare i flussi di fluidi e/o solidi iniettati nel bagno liquido, preservando e proteggendo i primi ed i secondi mezzi di iniezione ad possibili occlusioni ed evitando dispersioni dei fluidi e/o solidi iniettati nell’atmosfera del forno.
Inoltre, con la configurazione del dispositivo iniettore secondo il presente trovato, si ha un limitato scambio di quantità di moto tra il flusso iniettato dai primi mezzi di iniezione a velocità supersonica ed il flusso iniettato dai secondi mezzi di iniezione.
In questo modo, si evita di accelerare eccessivamente il flusso iniettato dai secondi mezzi di iniezione e di portarlo, attraversando lo strato di scoria, direttamente all’interno del bagno metallico. Il flusso a velocità supersonica iniettato dai primi mezzi di iniezione contribuisce, infatti, a convogliare il flusso iniettato dai secondi mezzi di iniezione all’interno dello strato di scoria separata dal bagno, evitandone la dispersione nell’atmosfera del forno. La posizione reciprocamente adiacente dei primi mezzi di iniezione e dei secondi mezzi di iniezione permette di sfruttare il fluido iniettato dai primi mezzi di iniezione per mantenere liberi i secondi mezzi di iniezione da possibili occlusioni causate da schizzi di scoria e/o metallo liquido, e di evitare, così come avviene nelle attuali attrezzature, la necessità di utilizzare un ulteriore getto di ossigeno o di una fiamma, per il raggiungimento del medesimo scopo.
Secondo una variante, il dispositivo iniettore secondo il presente trovato comprende un terzo condotto di alimentazione all’interno del quale à ̈ atto a fluire un gas ossidante o inerte, ed à ̈ fluidicamente collegato al primo condotto di alimentazione, in modo da definire un collegamento fluidico con i condotti di emissione dei mezzi bruciatori.
Secondo questa variante, in funzione dello stato di intercettazione che viene selettivamente comandato ai mezzi valvolari, Ã ̈ possibile alimentare alternativamente verso i condotti di emissione un fluido combustibile, e quindi prevedere la formazione di fiamma in uscita dai condotti di emissione, ovvero un gas, e quindi definire un flusso di gas unito al gas comburente normalmente alimentato dal secondo condotto di alimentazione.
Secondo un’altra variante, sia i primi mezzi di iniezione sia i secondi mezzi di iniezione comprendono un terminale di iniezione conformato in modo specifico alle condizioni operative ed ai fluidi e/o solidi da iniettare.
Secondo un’altra variante, il terminale di iniezione dei primi mezzi di iniezione comprende almeno un tratto avente una sezione utile per il passaggio del fluido, la quale sezione ha dimensioni ridotte rispetto alla parte restante, in modo da permettere di modificare anche in modo puntuale le condizioni fluidodinamiche di passaggio del fluido attraverso il terminale stesso, e determinare Γ iniezione a velocità supersonica.
Secondo un’altra variante, i primi mezzi di iniezione comprendono almeno un primo ugello, mentre i secondi mezzi di iniezione comprendono un secondo ugello.
In questa soluzione di variante, gli assi longitudinali dei due ugelli sono fra loro paralleli e giacciono su uno stesso piano.
Secondo una variante, il piano di giacitura comune ai due assi longitudinali degli ugelli à ̈ sostanzialmente verticale.
Secondo una variante, il piano di giacitura comune ai due assi longitudinali degli ugelli à ̈ sostanzialmente orizzontale.
Secondo una variante, il piano di giacitura comune ai due assi longitudinali degli ugelli à ̈ inclinato rispetto a ideali riferimenti orizzontali e verticali.
Secondo un’ulteriore variante, i mezzi bruciarori comprendo due distinte tipologie di condotti di emissione, una prima definente una corona interna, ed una seconda definente una corona esterna.
Secondo un’altra variante, i condotti di emissione che definiscono la corona interna sono sostanzialmente paralleli fra loro e ad un asse longitudinale del dispositivo iniettore.
Secondo un’altra variante, i condotti di emissione che definiscono la corona esterna sono inclinati su due assi rispetto ad un asse longitudinale mediano del dispositivo iniettore, per erogare il relativo getto di fluido con una componente tangenziale che favorisce il mescolamento dei fluidi fra i due condotti di emissione.
ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI
Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferenziale di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:
- lafig. 1 Ã ̈ una vista laterale schematica di un dispositivo iniettore secondo il presente trovato;
- la fig. 2 Ã ̈ una vista frontale schematizzata del dispositivo iniettore di fig. 1 ;
- la fig. 3 Ã ̈ una sezione lungo la linea III-III di fig. 2;
- la fig. 4 Ã ̈ una sezione lungo la linea IV-IV di fig. 2;
- la fig. 5 Ã ̈ una variante di fig. 4;
- la fig. 6 Ã ̈ uno schema di un gruppo di alimentazione del dispositivo iniettore di fig. 1.
Per facilitare la comprensione, numeri di riferimento uguali sono stati utilizzati, ove possibile, per identificare elementi comuni sostanzialmente uguali nelle figure. Va inteso che elementi e caratteristiche di una forma di realizzazione possono essere convenientemente incorporati in altre forme di realizzazione senza ulteriori precisazioni.
DESCRIZIONE DI UNA FORMA PREFERENZIALE DI REALIZZA-
ZIONE
Con riferimento alle figure allegate, con il numero di riferimento 10 Ã ̈ indicato nel suo complesso un dispositivo iniettore secondo il presente trovato.
Il dispositivo iniettore 10 si applica vantaggiosamente, ma non esclusivamente, nelle fasi di iniezione di fluidi comburenti e/o di affinazione, durante le fasi di fusione di una lega metallica, in cui in un forno elettrico vengono portati in fusione, all’interno di un bagno liquido, rottami metallici unitamente ad altri materiali, ad esempio carbonio, componenti la lega.
Il dispositivo iniettore 10 comprende, in generale, un corpo principale 11 di forma sostanzialmente cilindrica, un primo ugello di iniezione 16, un secondo ugello di iniezione 19 ed un gruppo bruciatore 29.
Il dispositivo iniettore 10 comprende inoltre un gruppo di alimentazione 32, disposto a monte del corpo principale 11 ed atto ad alimentare con fluidi e/o solidi gli ugelli di iniezione 16 e 19, ed il gruppo bruciatore 29, in funzione di condizioni operative programmate o programmabili.
In particolare, il corpo principale 11 comprende una pluralità di condotti di collegamento, di cui in seguito verranno descritte in dettaglio le funzionalità specifiche, i quali condotti si dipartono dalla superficie esterna del corpo principale 11 , in modo da collegare il corpo principale 11 stesso al gruppo di alimentazione 32, per l’alimentazione di fluidi e/o solidi utilizzati dall’iniettore durante il processo.
Il primo ugello di iniezione 16 à ̈ conformato per il passaggio di un fluido ed à ̈ ricavato all’interno del corpo principale 11, in una condizione sostanzialmente parallela ad un asse longitudinale del corpo principale 11 stesso. In particolare, il primo ugello di iniezione 16 comprende un’estremità di coda fluidicamente collegata ad un relativo condotto di alimentazione 16a attraverso cui il gruppo di alimentazione 32 alimenta il gas, ed un’estremità di testa vincolata ad un terminale di iniezione 17.
Il terminale di iniezione 17 presenta internamente un tratto a sezione ridotta, per variare le condizioni fluidodinamiche di passaggio del fluido e determinare l’iniezione a velocità supersonica. La sezione interna del terminale di iniezione 17 à ̈ ad esempio del tipo noto come “ugello De-Laval†, per portare un fluido da una velocità subsonica ad una velocità supersonica. Il secondo ugello di iniezione 19 à ̈ funzionalmente conformato per permettere il passaggio al suo interno sia di sostanze gassose sia di particolato solido.
Il secondo ugello di iniezione 19 sostanzialmente parallelo all’asse longitudinale del corpo principale 11.
Tale posizionamento porta il secondo ugello di iniezione 19 in una posizione sostanzialmente parallela e affiancata al primo ugello di iniezione 16, in modo che i rispettivi assi longitudinali dei due ugelli 16 e 19, giacciano sullo stesso piano.
Nella fattispecie, il piano di giacitura degli assi longitudinali dei due ugelli 16 e 19 à ̈ sostanzialmente verticale e comprende anche l’asse longitudinaie mediano del corpo principale 11.
Non si esclude che in altre forme di realizzazione tale piano sia disposto sostanzialmente orizzontale, ovvero inclinato rispetto ai tradizionali riferimenti orizzontali e verticali.
Secondo altre varianti, i due ugelli 16 e 19 sono disposti sostanzialmente paralleli fra loro, ma in condizioni non simmetriche rispetto all’asse longitudinale mediano del corpo principale 11.
Anche il secondo ugello di iniezione 19 comprende un terminale di iniezione 20 attraverso cui viene erogato il fluido e/o il solido da iniettare nel bagno liquido.
II secondo ugello di iniezione 19 comprende inoltre, ad esso integrato, nella parte posteriore, un condotto di alimentazione 19a, attraverso cui il gruppo di alimentazione 32 alimenta il gas e/o il particolato solido previsto per Γ iniezione.
Il gruppo bruciatore, indicato nel suo complesso con il numero di riferimento 29, comprende due serie di ugelli 22 e 23 aperti verso la superficie frontale del corpo principale 11, ossia la superficie attraverso cui si aprono verso l’esterno anche i due ugelli di iniezione 16 e 19.
Le serie di ugelli 22 e 23, del gruppo bruciatore 29 definiscono due corone distinte, rispettivamente, interna 30 ed esterna 31.
La corona interna 30 à ̈ alimentata da una pluralità di condotti cilindrici 30a, i quali sono disposti circolarmente attorno ai due ugelli di iniezione 16 e 19 e sostanzialmente paralleli fra loro. Tali condotti cilindrici 30a sono, da un lato, aperti verso i rispettivi ugelli 22 e, attraverso questi ultimi, verso la superficie frontale e, dall’altro lato, collegati al gruppo di alimentazione 32. Attraverso il condotto 30a il gruppo di alimentazione 32 può alimentare gli ugelli 22, e quindi la corona 30 con un fluido combustibile o comburente o inerte.
La corona esterna 31 à ̈ alimentata da una pluralità di condotti cilindrici 3 la, i quali sono disposti circolarmente attorno ai due ugelli di iniezione 16 e 19 ed inclinati su due assi, rispetto ad un piano passante per l’asse longitudinale mediano del corpo principale 11. Questa condizione impartisce alla velocità del getto erogato una componente tangenziale, detta “SWIRL†, favorendo così il rapido miscelamento tra i reagenti della combustione. Anche questi condotti cilindrici 3 la sono, da un lato, aperti verso i rispettivi ugelli 23 e, attraverso questi ultimi, verso la superficie frontale e, dall’altro lato, collegati al gruppo di alimentazione 32.
Attraverso il condotto 3 la il gruppo di alimentazione 32 può alimentare gli ugelli 23, e quindi la corona 31, con un fluido combustibile o comburente o inerte.
Con particolare riferimento alla figura 2 ed alle sezioni delle figg. 4 e 5, ciascun condotto cilindrico 3 la presenta un primo angolo di inclinazione a rispetto ad un piano passante per l’asse longitudinale del corpo centrale 11 e l’asse del corrispondente ugello 30a, ed un secondo angolo di inclinazione β sempre rispetto all’asse del corrispondente ugello cilindrico 30a.
II primo angolo di inclinazione a ha valori preferibilmente compresi tra circa 0° e circa 90°, mentre il secondo angolo di inclinazione β ha valori preferibilmente compresi tra circa 0° e circa 80°.
Nella soluzione di variante illustrata in fig. 5, i due ugelli 22 e 23 non fuoriescono direttamente dalla superficie frontale del corpo principale 11 dell’iniettore 10, bensì si affacciano in una camera 27 comune.
La quota di profondità della camera 27 può essere ricavata a piacere, in funzione delle specifiche esigenze operative.
Inoltre, ciascun ugello 23 della corona esterna 31 ha preferibilmente il suo asse longitudinale che giace sul piano passante per l’asse del corrispondente ugello 22 della corona interna ed inclinato del primo angolo di inclinazione a rispetto al piano passante per l’asse longitudinale del corpo Il e l’asse longitudinale dell’ugello 22 stesso.
Nel caso illustrato in fig. 2, al solo scopo di illustrare anche una soluzione alternativa a quella indicata come preferibile, ciascun ugello 23 ha il suo asse longitudinale sfalsato di una quota X rispetto piano passante per l’asse del corrispondente ugello 22.
Poiché le due corone 30 e 31, sono disposte circolarmente attorno agli ugelli iniettori 16 e 19, si crea uno schermo formato dai fluidi in uscita dalle due corone 30 e 31, per convogliare i fluidi ed il particolato iniettati attraverso i due ugelli 16 e 19 verso il bagno di scoria, ed evitare dispersioni delle stesse nell’atmosfera del forno.
Il gruppo di alimentazione 32, schematicamente illustrato in fig. 6, comprende, un’unità di comando e controllo 33, un’unità di gestione ed alimentazione dei fluidi 35, ed un’unità di gestione ed alimentazione dei solidi 36.
L’unità di comando e controllo 33 à ̈ di tipo sostanzialmente noto, quale ad esempio un elaboratore PLC (Programmable Logic Control), un elaboratore CNC (Computer Numericeli Control) od altro, ed à ̈ collegata elettronicamente sia all’ unità di gestione del alimentazione 35, sia all’unità di gestione ed alimentazione 36, in modo da comandare le varie erogazioni ed alimentazioni attraverso i relativi condotti di alimentazione 16a, 19a, 30a e 31a.
L’unità di gestione ed alimentazione 35 prevede, ad essa associati, i condotti di alimentazione 16a, 30a e 3 la.
In particolare, l’unità di gestione ed alimentazione 35 comprende inoltre un condotto di alimentazione ausiliario 37, una prima valvola di intercettazione 39 ed una seconda valvola di intercettazione 40.
Il condotto di alimentazione ausiliario 37 à ̈ fluidicamente collegato al condotto di alimentazione 30a, a monte dell’uscita della corona interna 30, rispetto alla direzione di percorrenza del fluido.
Attraverso tale condotto di alimentazione ausiliario 37 viene fatto fluire un fluido comburente o inerte.
La prima valvola di intercettazione 39 Ã ̈ fluidicamente associata al condotto di alimentazione 30a, a monte della zona di collegamento fra il condotto di alimentazione 30a stesso ed il condotto di alimentazione ausiliario 37.
La prima valvola di intercettazione 39 condiziona selettivamente il passaggio del fluido alimentato dal condotto di alimentazione 30a.
La seconda valvola di intercettazione 40 Ã ̈ fluidicamente associata al condotto di alimentazione ausiliario 37, a monte della zona di collegamento fra il condotto di alimentazione ausiliario 37 stesso ed il condotto di alimentazione 30a.
La seconda valvola di intercettazione 40 condiziona selettivamente il passaggio del fluido alimentato dal condotto di alimentazione ausiliario 37.
Sia la prima valvola di intercettazione 39, sia la seconda valvola di intercettazione 40 sono elettronicamente comandate dall’unità di comando e controllo, in modo da permettere il passaggio del fluido attraverso il relativo condotto di alimentazione 30a o 37, in modo alternato fra loro.
In questo modo, attraverso la corona interna 30 Ã ̈ possibile erogare alternativamente un fluido combustibile, e quindi favorire la formazione della fiamma con il fluido comburente che fuoriesce dalla corona esterna 31 , ovvero un fluido comburente o inerte che, miscelato con il fluido comburente o inerte che fuoriesce dalla corona esterna 31, determina una barriera fluidica di protezione agli ugelli di iniezione 16 e 19.
Alcune delle possibili modalità di funzionamento del dispositivo iniettore 10 sono di seguito descritte.
Una prima modalità operativa del dispositivo iniettore 10 à ̈ relativa al funzionamento come bruciatore, per riscaldare i rottami di ferro, prima che questi affondino completamente nel bagno liquido aU’intemo del forno. In questa prima modalità i fluidi vengono alimentati dal gruppo di alimentazione 32 secondo la seguente modalità di alimentazione:
- Attraverso il condotto di alimentazione 3 la viene alimentato un fluido comburente per la sua fuoriuscita attraverso la corona esterna 31 ;
- Attraverso il condotto di alimentazione 30a vengono alimentati un fluido combustibile per la loro fuoriuscita attraverso la corona interna 30;
- Attraverso il condotto di alimentazione 16a viene alimentata un fluido comburente per la sua fuoriuscita attraverso il primo ugello di iniezione 16; ed
- Attraverso il condotto di alimentazione 19a viene alimentato un fluido comburente o inerte per la sua fuoriuscita attraverso il secondo ugello di iniezione 19.
In questa modalità , l’unità di comando e controllo 33 mantiene la prima valvola di intercettazione 39 in una condizione operativa aperta permettendo il passaggio del fluido combustibile attraverso il condotto di alimentazione 30a. Contemporaneamente, l’unità di comando e controllo 33 mantiene la seconda valvola di intercettazione 40 in una condizione operativa chiusa impedendo il passaggio del fluido comburente o inerte, in genere aria, attraverso il condotto di alimentazione ausiliario 37.
Attraverso le due corone 30 e 31 si sviluppa così una fiamma di diffusione che, grazie all’altissima velocità e alla temperatura raggiunta dai gas di combustione, provoca la rapida fusione della carica metallica.
In questa modalità , il flusso di fluido comburente o inerte iniettato dal primo ugello di iniezione 16 non raggiunge velocità elevate, ed ha la sola funzione di mantenere pulito l’ugello di iniezione 16 stesso.
Una seconda modalità operativa del dispositivo iniettore 10 secondo il presente trovato prevede un funzionamento come iniettore supersonico di un fluido comburente.
Questa modalità operativa trova particolare applicazione durante le fasi di fusione e di affmazione del metallo in formazione.
I fluidi iniettati durante questa modalità sono:
- Attraverso il condotto di alimentazione 3 la viene alimentato un fluido comburente o inerte per la loro fuoriuscita attraverso la corona esterna 31;
- Attraverso il condotto di alimentazione ausiliario 37 e attraverso il condotto di alimentazione 30a vengono alimentati un fluido comburente o inerte per la loro fuoriuscita attraverso la corona interna 30;
- Attraverso il condotto di alimentazione 16a viene alimentato un fluido comburente per la sua fuoriuscita attraverso il primo ugello di iniezione 16; ed
- Attraverso il condotto di alimentazione 19a viene alimentato un fluido comburente o inerte per la sua fuoriuscita attraverso il secondo ugello di iniezione 19.
Durante questa modalità , l’unità di comando e controllo 33 mantiene, la prima valvola di intercettazione 39 in una condizione operativa chiusa e la seconda valvola di intercettazione 40 in una condizione operativa aperta, impedendo il passaggio degli idrocarburi attraverso il condotto di alimentazione 30a e permettendo il passaggio di un fluido comburente o inerte attraverso il condotto di alimentazione ausiliario 37 e successivamente nel condotto di alimentazione 30a. La scelta di apertura o chiusura, di un o l’altra delle due valvole di intercettazione 39 o 40, in questa modalità operativa dipende da determinate, o determinabili, condizioni operative programmate, o programmabili, nell’unità di comando e controllo 33.
Attraverso il primo ugello di iniezione 16 si sviluppa un getto supersonico di ossigeno avente un numero di Mach compreso, ad esempio, fra circa 2 e circa 2,5, diretto all’interno del bagno di metallico fuso. Questo getto supersonico di ossigeno promuove tutte le reazioni di ossidazione necessarie al processo di fusione, generando allo stesso tempo un notevole apporto di energia.
Una terza modalità operativa del dispositivo iniettore 10 secondo il presente trovato prevede un funzionamento come iniettore di particolato solido.
Questa modalità operativa trova particolare applicazione durante le fasi di fusione e di affinazione del metallo in affinazione.
I fluidi iniettati durante questa modalità sono:
- Attraverso il condotto di alimentazione 3 la viene alimentato un fluido comburente o inerte per la sua fuoriuscita attraverso la corona esterna 31 ; - Attraverso il condotto di alimentazione ausiliario 37 o attraverso il condotto di alimentazione 30a vengono alimentati un fluido comburente o inerte per la loro fuoriuscita attraverso la corona interna 30;
- Attraverso il condotto di alimentazione 16a viene alimentato un fluido comburente o inerte per la loro fuoriuscita attraverso il primo ugello di iniezione 16; ed
- Attraverso il condotto di alimentazione 19a vengono alimentati un fluido comburente o inerte e particolato solido per la loro fuoriuscita attraverso il secondo ugello di iniezione 19.
Durante questa fase, l’unità di comando e controllo 33 mantiene la prima valvola di intercettazione 39 in una condizione operativa chiusa e la seconda valvola di intercettazione 40 in una condizione operativa aperta, impedendo il passaggio del fluido combustibile attraverso il condotto di alimentazione 30a e del fluido comburente o inerte attraverso il condotto di alimentazione ausiliario 37.
La scelta di apertura o chiusura, di un o l’altra delle due valvole di intercettazione 39 o 40, anche in questa modalità operativa dipende da determinate, o determinabili, condizioni operative programmate, o programmabili, nell’ unità di comando e controllo 33.
Attraverso il secondo ugello di iniezione 19 si sviluppa un getto di materiale solido. Questo materiale viene depositato all’interno dello strato di scoria soprastante al bagno liquido (iniezione così chiamata di tipo “SOFT†) e può, a seconda della sua tipologia, promuovere reazioni di riduzione degli ossidi di ferro, reazioni di ossidazione, modifiche della basicità e del contenuto di magnesite nella scoria stessa. Il particolato solido viene convogliato all’ iniettore attraverso un sistema di trasporto pneumatico impiegando aria compressa oppure, per alcune applicazioni particolari, un fluido inerte. Rispetto alla precedente modalità operativa di iniezione supersonica di ossigeno, il getto iniettato attraverso il primo ugello di iniezione 16 non raggiunge velocità elevate, ed ha la sola funzione di mantenere pulito il primo ugello di iniezione 16 stesso.
Un’altra modalità operativa del dispositivo iniettore 10 secondo il presente trovato prevede il funzionamento come iniettore supersonico ossigeno ed iniettore “soft†di particolato solido.
Questa modalità operativa trova particolare applicazione durante le fasi di fusione e di affmazione.
I fluidi iniettati durante questa modalità sono:
- Attraverso il condotto di alimentazione 3 la viene alimentato con un fluido comburente o inerte per la sua fuoriuscita attraverso la corona esterna 31;
- Attraverso il condotto di alimentazione ausiliario 37 o attraverso il condotto di alimentazione 30a, vengono alimentati con un fluido comburente o inerte per la loro fuoriuscita attraverso la corona interna 30;
- Attraverso il condotto di alimentazione 16a viene alimentato un fluido comburente per la sua fuoriuscita attraverso il primo ugello di iniezione 16; ed
- Attraverso il condotto di alimentazione 19a vengono alimentati un fluido comburente o inerte e particolato solido per la loro fuoriuscita attraverso il secondo ugello di iniezione 19.
Anche durante questa funzione, l’unità di comando e controllo 33 mantiene la prima valvola di intercettazione 39 in una condizione operativa chiusa e la seconda valvola di intercettazione 40 in una condizione operativa aperta, impedendo il passaggio del fluido combustibile attraverso il condotto di alimentazione 30a e permettendo il passaggio del fluido comburente o inerte attraverso il condotto di alimentazione ausiliario 37.
L’iniettore sviluppa un getto supersonico di ossigeno, attraverso il primo ugello 16, avente un numero di Mach compreso fra circa 2 e circa 2,5, diretto all’ interno del bagno di metallo fuso.
Questo getto supersonico di ossigeno promuove tutte le reazioni di ossidazione necessarie al processo di fusione, generando allo stesso tempo un notevole apporto di energia.
Contemporaneamente all’iniezione supersonica di ossigeno l’iniettore inietta il particolato solido, attraverso il secondo ugello 16, il quale viene depositato all’ interno dello strato di scoria (iniezione così chiamata di tipo “SOFT†) e può, a seconda della sua tipologia, promuovere reazioni di riduzione degli ossidi di ferro, nonché modifiche della basicità e del contenuto di magnesite nella scoria stessa.
Una ulteriore modalità operativa del dispositivo iniettore 10 prevede il funzionamento in stand-by.
Questa modalità operativa trova particolare applicazione durante tutte le fasi in cui il processo non richiede nessuna delle suddette modalità operati ve.
I fluidi iniettati durante questa modalità sono:
- Attraverso il condotto di alimentazione 3 la viene alimentato con un fluido comburente o inerte per la sua fuoriuscita attraverso la corona esterna 31;
- Attraverso il condotto di alimentazione ausiliario 37, o attraverso il condotto di alimentazione 30a, vengono alimentati con un fluido comburente o inerte per la loro fuoriuscita attraverso la corona interna 30;
- Attraverso il condotto di alimentazione 16a viene alimentato un fluido comburente o inerte per la sua fuoriuscita attraverso il primo ugello di iniezione 16; ed
- Attraverso il condotto di alimentazione 19a viene alimentata un fluido comburente o inerte la sua fuoriuscita attraverso il secondo ugello di iniezione 19.
II dispositivo iniettore 10 opera in questa modalità durante alcune fasi, come la carica del forno, lo spillaggio ed in generale tutti quei momenti in cui non viene fornita alimentazione elettrica agli elettrodi del forno. In pratica, in queste fasi, attraverso gli ugelli 16 e 19, ed il gruppo bruciatore 29, vengono iniettati dei fluidi aventi la sola funzione di mantenere gli ugelli 16 e 19, ed eventualmente il gruppo bruciatore 29 stesso, liberi da possibili otturazioni, dovute a proiezioni di scoria e/o acciaio.
L’unità di comando e controllo 33 mantiene la prima valvola di intercettazione 39 in una condizione operativa chiusa e la seconda valvola di intercettazione 40 in una condizione operativa aperta, impedendo il passaggio del fluido combustibile attraverso il condotto di alimentazione 22a e permettendo il passaggio del fluido comburente o inerte attraverso il condotto di alimentazione ausiliario 37
In questa modalità di stand-by, il getto iniettato attraverso il primo ugello di iniezione 16 non raggiunge velocità elevate, ed ha la sola funzione di mantenere pulito l’ugello di iniezione 16 stesso.
In generale, l’unità di comando e controllo 33 mantiene, alternativamente, la prima valvola di intercettazione 39 e la seconda valvola di intercettazione 40 in una condizione operativa aperta o chiusa, permettendo o meno, il passaggio degli idrocarburi attraverso il condotto di alimentazione 30a e dell’aria attraverso il condotto di alimentazione ausiliario 37. La scelta di apertura o chiusura, di un o l’altra delle due valvole di intercettazione 39 o 40, può dipendere da determinate, o determinabili, condizioni operative programmate, o programmabili, nell’unità di comando e controllo 33.
È chiaro che al dispositivo iniettore 10 fin qui descritto possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti, senza per questo uscire dall’ambito del presente trovato.
E anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad alcuni esempi specifici, una persona esperta del ramo potrà senz’altro realizzare molte altre forme equivalenti di dispositivo iniettore, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell’ ambito di protezione da esse definito.
Claims (18)
- RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo iniettore per iniettare uno o più fluidi e/o solidi in un bagno metallico, comprendente un corpo principale (11) provvisto di una pluralità di condotti di alimentazione (16a, 19a), per Γ alimentazione in esso dei fluidi e/o di solidi, primi mezzi di iniezione (16) montati su detto corpo principale (1 1) e conformati per iniettare a velocità supersonica un flusso di almeno un fluido in direzione del bagno metallico, secondi mezzi di iniezione (19) montati su detto corpo principale (11) in una posizione adiacente e separata rispetto ai primi mezzi di iniezione (16), e conformati per iniettare almeno un secondo fluido e/o un solido, in direzione del bagno metallico, e mezzi bruciatori (29), anch’essi montati sul corpo principale (11) e presentanti rispettivi condotti di emissione (22, 23) disposti anularmente attorno ad entrambi i primi mezzi di iniezione (16) ed i secondi mezzi di iniezione (19), in modo da definire almeno una corona (30, 31) attorno ad essi, ciascun condotto di emissione (22, 23) essendo alimentato da un primo condotto di alimentazione (30a) di un fluido combustibile, comburente o inerte, e da un secondo condotto di alimentazione (3 la) di un fluido comburente o inerte, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi valvolari (39, 40) disposti a monte dei condotti di emissione (22, 23) in cooperazione con almeno il primo condotto di alimentazione (30a) per interrompere selettivamente Γ alimentazione del fluido combustibile, comburente o inerte, verso il relativo condotto di emissione (22).
- 2. Dispositivo come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende un terzo condotto di alimentazione (37) airinterno del quale à ̈ atto a fluire un fluido comburente o inerte inerte, il quale terzo condotto di alimentazione (37) à ̈ fluidicamente collegato al primo condotto di alimentazione (30a), in modo da definire un collegamento fluidico con il relativo condotto di emissione (22) dei mezzi bruciatori (29).
- 3. Dispositivo come nella rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi valvolari comprendono almeno un primo organo di intercettazione (39) operativamente collegato al primo condotto di alimentazione (30a) per condizionarne selettivamente lo stato di apertura o chiusura al passaggio del fluido, ed un secondo organo di intercettazione (40) operativamente collegato al terzo condotto di alimentazione (37) per condizionarne selettivamente lo stato di apertura o chiusura al passaggio del fluido.
- 4. Dispositivo come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i mezzi bruciarori (29) comprendo due distinti condotti di emissione, un primo (22) definente una corona interna (30), ed un secondo (23) definente una corona esterna (31).
- 5. Dispositivo come nella rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che i primi condotti di emissione (22) che definiscono la corona interna (30) sono orientati sostanzialmente paralleli fra loro e ad un asse longitudinale del corpo principale (11).
- 6. Dispositivo come nella rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto che i secondi condotti di emissione (23) che definiscono la corona esterna (31) sono inclinati su due assi rispetto ad un asse longitudinale del corpo principale (11), per erogare il relativo getto di fluido con una componente tangenziale.
- 7. Dispositivo come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende un gruppo di alimentazione (32) a cui sono collegati sia i primi mezzi di iniezione (16), sia i secondi mezzi di iniezione (19), sia i mezzi bruciatori (29), ed il quale à ̈ provvisto di un’unità di comando e controllo (33), un’unità di gestione ed alimentazione dei fluidi (35), ed un’unità di gestione ed alimentazione dei solidi (36).
- 8. Dispositivo come nella rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che l’unità di comando e controllo (33) à ̈ collegata elettronicamente sia all’unità di gestione del alimentazione dei fluidi (35), sia all’unità di gestione ed alimentazione dei solidi (36), sia ai mezzi valvolari (39, 40), in modo da comandare le varie erogazioni ed alimentazioni attraverso i relativi condotti di alimentazione (16a, 19a, 30a, 3 la).
- 9. Dispositivo come nella rivendicazione 7 o 8, caratterizzato dal fatto che l’unità di gestione ed alimentazione dei fluidi (35) prevede, ad essa associati, almeno il condotto di alimentazione (16a) dei primi mezzi di iniezione (16) ed il primo condotto di alimentazione (30a) il secondo condotto di alimentazione (3 la) ed il terzo condotto di alimentazione (37) dei mezzi bruciatori (29).
- 10. Dispositivo come nella rivendicazione 7, 8 o 9, caratterizzato dal fatto che l’unità di gestione ed alimentazione dei solidi (36) prevede, ad essa associati, almeno il condotto di alimentazione (19a) dei secondi mezzi di iniezione (19).
- 1 1. Dispositivo come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che sia i primi mezzi di iniezione (16) sia i secondi mezzi di iniezione (19) comprendono un rispettivo terminale di iniezione (17, 20).
- 12. Dispositivo come nella rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che il terminale di iniezione (17) dei primi mezzi di iniezione (16) comprende almeno un tratto avente una sezione utile per il passaggio del fluido, la quale sezione ha dimensioni ridotte rispetto alla parte restante, in modo da cambiare le condizioni fluidodinamiche di passaggio del fluido e determinare Γ iniezione a velocità supersonica.
- 13. Dispositivo come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i primi mezzi di iniezione comprendono almeno un primo ugello (16), mentre i secondi mezzi di iniezione comprendono un secondo ugello (19).
- 14. Dispositivo come nella rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che gli assi longitudinali dei due ugelli (16, 19) sono fra loro paralleli e giacciono su uno stesso piano.
- 15. Dispositivo come nella rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che il piano di giacitura comune ai due assi longitudinali degli ugelli (16, 19) Ã ̈ sostanzialmente verticale.
- 16. Dispositivo come nella rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che il piano di giacitura comune ai due assi longitudinali degli ugelli (16, 19) Ã ̈ sostanzialmente orizzontale.
- 17. Dispositivo come nella rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che il piano di giacitura comune ai due assi longitudinali degli ugelli (16, 19) Ã ̈ inclinato rispetto a ideali riferimenti orizzontali e verticali.
- 18. Procedimento per iniettare uno o più fluidi e/o solidi in un bagno metallico, mediante un dispositivo di iniezione comprendente un corpo principale (11) provvisto di una pluralità di condotti di alimentazione (16a, 19a), per Γ alimentazione in esso dei fluidi e/o di solidi, primi mezzi di iniezione (16) montati su detto corpo principale (11) e conformati per iniettare a velocità supersonica un flusso di almeno un fluido in direzione del bagno metallico, secondi mezzi di iniezione (19) montati su detto corpo principale (11) in una posizione adiacente e separata rispetto ai primi mezzi di iniezione (16), e conformati per iniettare almeno un secondo fluido e/o un solido, in direzione del bagno metallico, e mezzi bruciatori (29), anch’essi montati sul corpo principale (11) e presentanti rispettivi condotti di emissione (22, 23) disposti anularmente attorno ad entrambi i primi mezzi di iniezione (16) ed i secondi mezzi di iniezione (19), in modo da definire almeno una corona attorno ad essi, ciascun condotto di emissione (22, 23) essendo alimentato da un primo condotto di alimentazione (30a) di un fluido combustibile, comburente o inerte, e da un secondo condotto di alimentazione (3 la) di un fluido comburente o inerte, caratterizzato dal fatto che comprende una fase di alimentazione in cui, mediante mezzi valvolari (39, 40) disposti a monte dei condotti di emissione (22, 23) in cooperazione con almeno il primo condotto di alimentazione (30a), viene interrotta selettivamente l’alimentazione del fluido combustibile, comburente o inerte, verso il relativo condotto di emissione (22)
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