ITUD960077A1 - Dispositivo di aspirazione e raffreddamento per forni elettrici ad arco - Google Patents

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"DISPOSITIVO DI ASPIRAZIONE E RAFFREDDAMENTO DEI FUMI PER FORNI ELETTRICI AD ARCO"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Forma oggetto del presente trovato un dispositivo di aspirazione e raffreddamento dei fumi per forni elettrici ad arco come espresso nella rivendicazione principale.

Il trovato si applica nei condotti di aspirazione ed evacuazione fumi dei forni elettrici ad arco impiegati per la fusione dei metalli.

STATO DELLA TECNICA

Le volte impiegate a copertura dei forni elettrici ad arco normalmente presentano una apertura centrale per il posizionamento e la movimentazione degli elettrodi, ed una apertura collocata in posizione periferica per l'evacuazione di fumi e scorie volatili tramite condotti di aspirazione associati a sistemi di aspirazione e filtraggio.

I condotti di aspirazione possono presentare un primo tratto curvato a gomito, collegato alla volta del forno, associato ad uno o più condotti a valle collegati ai sistemi di aspirazione e filtraggio. Detti condotti presentano normalmente un sistema di raffreddamento dei fumi aspirati che serve per abbassarne la temperatura affinchè raggiungano lo scarico in atmosfera ad una temperatura ridotta.

Inoltre, un abbassamento della temperatura dei fumi offre la possibilità di impiegare sistemi di aspirazione e filtraggio più economici nonché di ridurre l'usura di detti sistemi durante il funzionamento .

Detto raffreddamento si realizza solitamente mediante circolazione di acqua in apposite tubazioni poste internamente a detti condotti di aspirazione.

I dispositivi di raffreddamento noti prevedono una tubazione ad elica, in cui scorre un fluido di raffreddamente, disposta attorno alla periferia del condotto di aspirazione.

Le tubazioni ad elica della tecnica nota presentano le spire a contatto una con l'altra e fissate tra loro a costituire un’unica struttura rigida delimitante internamente il condotto di aspirazione. Dette strutture presentano pertanto una configurazione che implica un notevole volume di lavoro, in termini di flusso termico scambiato, concentrato sulla superficie interna in quanto la loro superficie esterna non è lambita dai fumi. Inoltre, detta struttura presenta bassa resistenza alle tensioni termomeccaniche in quanto la non flessibilità della sua conformazione, se soggetta a brusche variazioni termiche, comporta tensioni sulle superfici delle tubazioni che possono portarle alla rottura.

Un'altra soluzione prevede, al fine di aumentare la resistenza delle tubazioni, di applicare sulla superficie fermoassorbente delle stesse uno strato isolante,di materiale refrattario, ciò comportando tuttavia un notevole aumento del costo. Inoltre, su detto strato refrattario possono accumularsi depositi di scoria che provocano incrostazioni e compromettono una efficacie evacuazione dei fumi.

Un ulteriore problema dei condotti della tecnica nota è costituito dalla presenza di saldature che uniscono singoli elementi a costituire un'unica tubazione della lunghezza voluta.

Dette saldature costituiscono dei punti critici e creano tensioni lungo la tubazione che possono portare alla loro rottura, con la conseguente perico-Iosa e dannosa fuoriuscita di acqua.

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere altri ed ulteriori vantaggi, la pro -ponente ha studiato, sperimentato e realizzato i presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nella rivendicazione principale.

Le rivendicazioni secondarie espongono varianti all'idea di soluzione principale.

Scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo di aspirazione e raffreddamento dei fumi per forni elettrici ad arco che presenti elevata resistenza alle sollecitazioni termomeccaniche .

Un altro scopo è quello di ottenere un dispositivo presentante ridotti costi di esercizio, nonché quello di ottenere un dispositivo che aumenti la vita utile del condotto di aspirazione e dei gruppi di aspirazione e filtraggio ad esso associati, nonché ancora quello di realizzare un dispositivo di aspirazione e raffreddamento a basso rischio di rottura e di accumulo di incrostazioni delle scorie.

Il dispositivo secondo il trovato si applica sia nei casi di condotto curvato e/o a gomito che nei casi di condotti diritti o sostanzialmente diritti. Il dispositivo secondo il trovato comprende una tubazione ad elica disposta all'interno della struttura di contenimento definente il condotto di evacuazione fumi.

Le spire di detta tubazione ad elica giacciono sostanzialmente su un piano perpendicolare all'asse longitudinale della struttura di contenimento.

In una prima soluzione, detta tubazione ad elica è realizzata con un tubo continuo, aperta come una molla e segue coassialmente e sostanzialmente per tutta la lunghezza detta struttura di contenimento. Secondo una variante, la tubazione ad elica è costituita da più sezioni ad elica giuntate alle estremità formando una tubazione unica e continua. Le giunzioni tra le estremità delle tubazioni vengono saldate in punti esterni alla struttura di contenimento e 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 precedentemente descritti.

La struttura di contenimento e la tubazione ad elica possono presentare la stessa sezione, ad esempio circolare, ovale od anche poligonale, ovvero sezioni tra loro differenti.

La tubazione ad elica presenta le sue estremità uscenti dalla struttura di contenimento a costituire aperture per l'immissione/scarico di detto fluido.

Secondo il trovato, la tubazione ad elica presenta un passo, o distanza fra le spire, che è sempre maggiore del diametro del tubo impiegato per realizzarla, ciò portando a definire la presenza di interstizi tra spire adiacenti.

La presenza di detti interstizi mette’a disposizione dei fumi aspirati che lambiscono la tubazione una vasta superficie di scambio termico in quanto sia la superficie interna che la superficie esterna della tubazione ad elica vengono interessate dal passaggio dei fumi.

La maggiore superficie interessata dallo scambio termico non si traduce in un maggior flusso termico ma invece fa sì che il flusso termico scambiato fra gas caldi e tubazioni si riduca; ciò in quanto la configurazione a spire separate da interstizi determina la formazione di vortici attorno ai tubi che contribuiscono a proteggere detti tubi dalle sollecitazioni termiche dovute ai gas caldi.

Inoltre, negli interstizi tra le spire, si accumu-' lano le scorie in sospensione nei fumi, ancorandosi alle tubazioni, e in brevissimo tempo realizzano uno strato isolante in grado di trattenere il calore e ridurre quindi il flusso termico scambiato.

La formazione di detto strato di scoria negli interstizi crea, in cooperazione con le spire, un condotto per il passaggio dei fumi aspirati che, trattenendo il calore, non permette alle ulteriori scorie che si depositano sulle pareti del condotto così costituito di raffreddarsi immediatamente, evitando la formazione di incrostazioni che ostruirebbero il condotto compromettendo l'aspirazione.

Un altro motivo di riduzione del flusso termico deriva dal fatto che la lunghezza complessiva del tubo raffreddato viene ridotta dalla presenza di detti interstizi fra spire adiacenti.

Questa riduzione dell'intensità del raffreddamento, dovuta alla presenza degli interstizi fra le spire, contribuisce anche a fare sì che le scorie ritornino liquide e rientrino nel forno scorrendo lungo le pareti del detto condotto.

Un altro vantaggio è dato dal fatto che gli interstizi tra le spire conferiscono alla tubazione una elasticità tale da aumentare la resistenza alle tensioni termomeccaniche.

Secondo il trovato, in corrispondenza di un tratto curvato del condotto, ad esempio nel caso di condotto a gomito, la tubazione ad elica presenta un passo minore sul raggio di curvatura interno di quello presente sul raggio di curvatura esterno.

Secondo una variante del trovato, la tubazione ad elica coopera esternamente con un'ulteriore tubazione di raffreddamento conformata a serpentina, disposta tra la tubazione ad elica e la struttura di contenimento, che forma una sorta di copertura ad arco di cerchio della detta tubazione ad elica.

Nel caso di tratto a gomito, la tubazione a serpentina è vantaggiosamente collocata in corrispondenza del raggio di curvatura maggiore, dove le spire della tubazione ad elica presentano un passo maggiore e quindi uno scambio termico minore.

In questo caso, secondo una variante, le spire di detta tubazione a serpentina non sono a passo costante ma presentano un passo crescente progressivamente in relazione alla diminuzione del passo fra le spire della tubazione ad elica.

Anche le estremità della tubazione a serpentina escono dalla struttura di contenimento a costituire una prima apertura per l'immissione del fluido di raffreddamento ed una seconda apertura per lo scarico di detto fluido.

Secondo una variante, la tubazione ad elica e quella a serpentina sono associate tra loro tramite piastre non raffreddate che rendono possibile l’accumulo di.scorie anche negli interstizi presenti tra tubazione ad elica e tubazione a serpentina.

Detta soluzione permette un'ulteriore riduzione dei costi di esercizio in quanto la scoria trattiene il calore e impedisce il raffreddamento veloce della superficie dei tubi.

La densità delle spire delle tubazioni di raffreddamento, sia quella ad elica che quella a serpentina, può essere variata a piacere ottenendo un maggiore o minore coefficiente di scambio termico, e quindi il maggiore o minore raffreddamento di un determinato tratto della struttura di contenimento a seconda delle esigenze.

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 una sezione trasversale del dispositivo di raffreddamento secondo il trovato ;

- la fig. 2 illustra la sezione A-A di figura 1;

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

- la fig. 4 illustra una variante di figura 1; - la fig. 5 illustra la sezione B-B di figura 4;

- la fig. 6 illustra, con una vista dall'alto, la tubazione a serpentina di figura 4; la fig. 7 illustra parzialmente il dispositivo di raffreddamento di fig. 1 dopo alcuni cicli di colata del forno;

le figg. 8 e 9 illustrano schematicamente due possibili forni elettrici ad arco a cui è applicabile il dispositivo secondo il trovato .

DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Il numero di riferimento 10 indica generalmente il dispositivo di aspirazione e raffreddamento dei fumi per forni elettrici ad arco nel suo insieme.

Nelle figg. 8 e 9 sono illustrati schematicamente ed a titolo esemplificativo due possibili forni elettrici ad arco 26a e 26b a cui è applicabile il dispositivo 10 secondo il trovato.

In fig. 8, il forno 26a presenta un condotto di aspirazione fumi presentante un primo tratto 11 a gomito collegato alla volta ed un secondo tratto 111 collegato ai sistemi di aspirazione e filtraggio 27. In fig. 9, il forno 26b presenta il primo tratto di aspirazione 211 sostanzialmente diritto collegato a detto secondo tratto 111.

In fig. 1, il dispositivo 10 è illustrato in una applicazione con condotto 11 conformato a gomito, intendendo che l'utilizzo del dispositivo 10 può essere esteso anche ai condotti a valle 111 o a condotti diritti 211.

Il condotto 11 per l'evacuazione dei fumi 15 di fig. 1 presenta un tratto rettilineo superiore Ila ed un tratto rettilineo inferiore llb raccordati tra loro da un tratto a gomito 11c

Detto condotto 11 presenta una struttura di contenimento 28 dotata di una bocca inferiore 12 collegata all'apertura di scarico fumi di un forno elettrico ad arco e di una bocca superiore 13 collegata, direttamente o mediante il condotto 111, al sistema 27 di aspirazione e filtraggio fumi.

Internamente e coassialmente a detta struttura 28 è presente una tubazione ad elica 14 costituita da un tubo continuo ripiegato in spire 16 tra loro distanziate, le quali presentano un passo sostanzialmente costante nei tratti rettilinei Ila e llb ed un passo variabile nel tratto a gomito 11c. Lungo detto tratto 11c la tubazione ad elica 14 presenta, in corrispondenza del raggio di curvatura interno, un passo di inferiore a quello d2 presente in corrispondenza del raggio di curvatura esterno.

In ogni caso, il passo minimo di delle spire 16 è sempre maggiore del diametro del tubo ciò garantendo sempre la presenza di interstizi 20 tra le spire 16. In fig. 2, la struttura 28 e la tubazione ad elica 14 presentano entrambi una sezione circolare, mentre nella variante di fig. 3 presentano entrambi una sezione trapezoidale a spigoli raccordati.

In detta tubazione ad elica 14, l'acqua 17 viene alimentata da una bocca di ingresso 18 e scaricata da una bocca di uscita 19, entrambe dette bocche 18 e 19 fuoriescono dalla struttura 28 mediante collegamenti a tenuta stagna tra i volumi interni ed esterni a detta struttura 28.

I fumi 15, scorrendo internamente al detto condotto 11, lambiscono la tubazione ad elica 14 sia sulla superficie interna che su quella esterna determinando, dopo alcuni cicli di colata, l'accumulo ed il deposito delle scorie, presenti in sospensione nei fumi 15, negli interstizi 20 a costituire uno strato isolante 21 che definisce, in cooperazione con le spire 16, il canale 22 di aspirazione dei fumi. Tali interstizi 20 determinano inoltre la formazione di vortici attorno alla tubazione 14.

Detto canale 22 non è soggetto ad ulteriore accumulo di incrostazioni in quanto lo strato isolante 21 trattiene il calore impedendo il rapido raffred damento di ulteriori scorie che si depositano sulla superficie interna di dette spire 16. Dette scorie ritornano liquide e ricadono nel forno.

Secondo la variante di fig. 4, per aumentare il coefficiente di scambio termico, il condotto 11 presenta, almeno in corrispondenza del raggio di curvatura esterno del tratto a gomito Ile dove la tubazione ad elica 14 presenta un passo maggiore, una tubazione a serpentina 23 costituita da un tubo continuo come illustrato in figura 6.

Più precisamente, la tubazione a serpentina 23 è disposta nello spazio tra la struttura 28 e la tubazione ad elica 14 e presenta una conformazione ad arco a parziale copertura di detta tubazione ad elica 14. In questo caso, la tubazione ad elica 14 non presenta il suo asse longitudinale coincidente con l’asse longitudinale del condotto 11 come nel caso di fig. 1, ma parallelo e spostato verso il raggio interno della curvatura.

La tubazione a serpentina 23 presenta un passo variabile che va da un valore minimo d3, in corrispondenza del punto superiore della curvatura a gomito e quindi dove la tubazione ad elica 14 presenta passo maggiore, ad un valore massimo d4 in relazione alla diminuzione del passo della tubazione ad eli 14. Detto passo minimo d3 è vantaggiosament' superiore al diametro del tubo in modo da definire la presenza di interstizi 25 di passaggio fumi e ancoraggio scorie anche in relazione a detta tubazione a serpentina 23.

La tubazione a serpentina 23 presenta una bocca di alimentazione acqua 118 ed una bocca di scarico acqua 119 entrambe uscenti dal condotto 11.

Tra la tubazione 14 e la tubazione 23 sono presenti piastre di collegamento 24 non raffreddate, che garantiscono l'accumulo di scorie anche negli interstizi fra la tubazione ad elica 14 e la tubazione a serpentina 23 oltre che negli interstizi 25 della stessa tubazione a serpentina 23.

In questo modo, si aumenta il coefficiente di scambio termico mantenendo i sopraddetti vantaggi per entrambe le tubazioni 14 e 23.

Secondo una variante non illustrata, la tubazione ad elica 14 presenza sulla sua superficie elementi sporgenti atti a favorire e ad accentuare ulteriormente l'ancoraggio della scoria sui tubi.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1 - Dispositivo di aspirazione e raffreddamento de1 fumi per condotti di aspirazione (11, 111, 211) in forni elettrici ad arco (26a, 26b), comprendente una struttura di contenimento (28) associata, con una prima estremità (12), ad una apertura presente sulla volta del forno, e con una seconda estremità (13) ad un sistema di aspirazione e filtraggio (27), detta struttura di contenimento (28) presentando, in cooperazione con le sue pareti interne, una tubazione di raffreddamento, caratterizzato dal fatto che la tubazione (14) è conformata ad elica e presenta spire (16) giacenti su un piano sostanzialmente ortogonale all'asse longitudinale dei condotti (11, 111, 211) e fra loro distanziate a definire interstizi (20) fra spire (16) adiacenti di transito fumi ed ancoraggio scoria. 2 - Dispositivo come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che tra la tubazione ad elica (14) e la struttura di contenimento (28) è presente una tubazione (23) a serpentina disposta ad arco di cerchio a copertura di almeno un tratto di detta tubazione ad elica (14). 3 - Dispositivo come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le spire (16) della tubazione ad elica (14) presentano un passo sostanzialmente costante nei tratti rettilinei (lla,llb) ed un passo variabile nei tratti curvati (Ile) dei condotti. 4 - Dispositivo come alla rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che, in corrispondenza del tratto curvato (11c), le spire (16) presentano nel raggio esterno un passo (d2) superiore al passo (d1) del raggio interno. 5 - Dispositivo come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che in corrispondenza del tratto curvato (11c), la tubazione a serpentina (23) presenta un passo variabile da un valore minimo (d3) ad un valore massimo (d4) in relazione alla diminuzione del passo della tubazione ad elica (14). 6 - Dispositivo come alla rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto che i rispettivi passi minimi (di, d3) delle spire (16) della tubazione ad elica (14) e della tubazione a serpentina (23) sono superiori al diametro del tubo con cui sono realizzate . 7 - Dispositivo come ad una o l'altra delle rivendicazioni fino a 6, caratterizzato dal fatto che la tubazione ad elica (14) e/o la tubazione a serpentina (23) sono costituite da un unico tubo continuo, piegato e privo di saldature. 8 - Dispositivo come ad una o l’altra delle rivendi cazioni precedenti fino a 6, caratterizzato dal fatto che la tubazione ad elica (14) e/o la tubazione a serpentina (23) comprendono sezioni giuntate alle estremità all'esterno della struttura di contenimento (28) a formare una tubazione (14,23) continua. 9 - Dispositivo come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ogni singola tubazione (14,23) comprende un proprio ingresso (18,118) ed una propria uscita (19,119) del fluido di raffreddamento. 10 - Dispositivo come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la tubazione ad elica (14) e la tubazione a serpentina (23) sono collegate da piastre (24) non raffreddate di ancoraggio scoria. 11 - Dispositivo come ad una o all’altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la struttura di contenimento (28) e/o la tubazione ad elica (14) hanno sezione sostanzialmente circolare. 12 - Dispositivo come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti fino a 10, caratterizzato dal fatto che la struttura di contenimento (28) e/o la tubazione ad elica (14) hanno sezione sostanzialmente poligonale. 13 - Dispositivo come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che adotta i contenuti di cui alla descrizione ed ai disegni.