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ITRM20120280A1 - Dispositivo per il recupero del calore e dei fumi dalle scorie del ciclo di produzione dell'acciaio - Google Patents

Dispositivo per il recupero del calore e dei fumi dalle scorie del ciclo di produzione dell'acciaio Download PDF

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Publication number
ITRM20120280A1
ITRM20120280A1 IT000280A ITRM20120280A ITRM20120280A1 IT RM20120280 A1 ITRM20120280 A1 IT RM20120280A1 IT 000280 A IT000280 A IT 000280A IT RM20120280 A ITRM20120280 A IT RM20120280A IT RM20120280 A1 ITRM20120280 A1 IT RM20120280A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
slag
heat
recovery
fumes
steel production
Prior art date
Application number
IT000280A
Other languages
English (en)
Inventor
Francesco Zucchi
Original Assignee
G A P Spa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by G A P Spa filed Critical G A P Spa
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Priority to KR1020157000570A priority patent/KR20150037817A/ko
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Priority to EP13739792.3A priority patent/EP2861771B1/en
Priority to CN201380031571.5A priority patent/CN104603294B/zh
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Priority to EA201492085A priority patent/EA029360B1/ru
Priority to ES13739792.3T priority patent/ES2621346T3/es
Priority to BR112014031339A priority patent/BR112014031339A2/pt
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Priority to MA37652A priority patent/MA37652B1/fr
Priority to PL13739792T priority patent/PL2861771T3/pl
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Description

Dispositivo per il recupero del calore e dei fumi dalle scorie del ciclo di produzione dell’acciaio .
Le acciaierie e le industrie siderurgiche attive nella produzione di acciaio con processi da forno elettrico o da ciclo integrale producono nella fase di affinazione dell’acciaio liquido grandi quantità di scorie basiche fluide, dovute all’aggiunta degli scorificanti precedentemente immessi nel forno. Tali scorie si stratificano sul bagno di acciaio fuso per effetto del minor peso specifico e vengono eliminate attraverso l’operazióne di scorifica, che si effettua al termine della fusione. La fase di scorifica consiste nel fare basculare il forno dalla parte opposta al lato dello spillaggio favorendo la caduta delle scorie allintern di un mastello.
Il mastello che raccoglie la scoria della colata à ̈ posizionato su un carro o a terra in corrispondenza del foro di scorifica. Alla fine della colata, il carro viene azionato manualmente dagli addetti del forno e scorre su apposite rotaie fino prossimità del box in cui il gruista della gru di carica può prelevare il mastello e svuotarlo, oppure, tramite carri ribalta mastelli, il mastello viene prelevato da sotto il forno, portato e ribaltato nel box di raffreddamento.
Nel box scoria, la scoria rimane per diverse ore se non giorni prima di essere prelevata e portata nella platea di stoccaggio
La produzione di scorie spillate dal forno ad ogni colata à ̈ in percentuale tra il 12% ed il 16% della quantità di acciaio liquido elaborato con il processo fusorio : ad esempio da un forno della capacità di 250t di acciaio viene spillata ad ogni colata una quantità di scoria variabile tra le 30 e le 40 tonnellate.
La scoria viene spillata e raccolta in mastelli che vengono trasportati solitamente all’esterno della acciaieria in aree all’aperto per il raffreddamento all'aria e in alcuni casi raffreddate con getti di acqua . La scoria raffreddata viene avviata allo stoccaggio e poi a successivi fasi di lavorazione .
Nel processo descritto la scoria contenuta nei mastelli ha una temperatura di circa 1.100/1.200° C , di conseguenza con il processo di raccolta e raffreddamento descritto una grande quantità di energia sotto forma di calore viene dispersa nell'aria.
Bisogna inoltre considerare che la scoria, durante il suo raffreddamento libera una non trascurabile quantità di agenti inquinanti , e che vari studi condotti da esperti del settore hanno dimostrato che il rapido abbattimento della temperatura delle scorie consente di limitarne le emissioni nocive.
Nel corso degli anni sono stati messi a punto metodi e dispositivi per il recupero del calore dalle scorie della lavorazione dell'acciaio quali ad esempio quelli descritti nei brevetti JP 55 132150 U, JP 53 14983,
JP 54 139002 U .
In genere i dispositivi conosciuti prevedono che il calore delle scorie venga recuperato , rovesciando le scorie prelevate dal forno e contenute iti un mastello , su di un piano che a sua volta trasmette il calore ad altri dispositivi , quali ad esempio tubi nei quali scorre acqua od aria, che si riscalda e che verrà riutilizzata.
1 sistemi noti di recupero del calore dalla scorie della lavorazione dell’acciaio presentano alcuni inconvenienti che ne limitano la diffusione e la convenienza quali ad esempio :
- l’evacuazione delle scorie liquide ad alta temperatura dal forno al box di raffreddamento per mezzo di mastelli ; questa operazione presenta un elevato grado di pericolosità per gli addetti e costi notevoli dovuti alla necessità di utilizzo di mezzi appositamente attrezzati per il trasporto ed il ribaltamento delle paiole.
-la difficoltà di ottenere una superficie di spessore non troppo elevato e sufficientemente uniforme delle scorie scaricate dal mastello al box di raffreddamento con notevole allungamento dei tempi di raffreddamento e raffreddamento delle scorie non uniforme;
- dispersione di una quota consistente del calore delle scorie durante il trasferimento nel mastello, nel versamento al box di raffreddamento e per il normale processo di scambio termico con l’aria;
-impossibilità o difficoltà a canalizzare i fumi emessi dalle scorie durante il tempo di raffreddamento con la conseguente dispersione nell'aria di sostanze inquinanti.
Un primo scopo del presente trovato à ̈ il recupero per il successivo l’utilizzo, del calore emesso dalle scorie in uscita dal forno senza la necessità di raccogliere le scorie in mastelli che devono poi essere trasportati fino al piano di raffreddamento e li rovesciati per far fuoriuscire le scorie ;
un secondo scopo del presente trovato, à ̈ di convogliare e trattare i fumi e di conseguenza il calore e gli agenti inquinanti che le scorie emettono durante il versamento e la permanenza sul piano di raffreddamento ; un terzo scopo del presente trovato à ̈ la realizzazione di un impianto per il recupero del calore delle scorie di un forno per la produzione di acciaio che permetta lo scarico diretto della scoria alla temperatura di scorifica direttamente sul piano di raffreddamento dell’impianto , così il calore da recuperare sia massimo e che la scoria si riversi sul piano di raffreddamento alla temperatura massima , allo stato pressoché liquido e tenda a disporsi uniformemente su tutta la superficie del piano con un modesto spessore, garantendo un rapido raffreddamento e il massimo recupero del calore in tempi brevissimi.
Secondo il presente trovato tali scopi vengono raggiunti per mezzo di un dispositivo formato da :
-un piano di scorifica, sul quale cadono le scorie incandescenti , rialzato rispetto al suolo, composto da una base racchiusa su tre lati da sponde e raccordata al suolo da un elemento inclinato frontale ; la base e le sponde sono preferibilmente realizzate con un sandwich di robuste lamiere costituito da due lastre poste una di fronte all’altra, di acciaio od altro materiale simile, distanziate da elementi opportunamente conformati e tali da creare, nello spazio tra le due lastre ,una serie di condotti lo spazio tra le due lastre e/o i condotti che risultano dagli elementi distanziatori , permette la circolazione di un fluido ad esempio di aria che viene riscaldato dal calore delle scorie incandescenti presenti sulla base;
-due convogliatori di aria coibentati collocati sopra i bordi superiori delle sponde destra e sinistra del piano di scorifica, in corrispondenza degli sbocchi dei condotti presenti sui lati delle sponde menzionati tra la lamiera interna e quella esterna , i due condotti sono uno di aspirazione e l’altro di mandata, e collaborano alla circolazione dell’aria od altro fluido nei condotti, tramite la spinta di un ventilatore centrifugo, esaltando il recupero del calore dalle scorie;
-una cappa aspirante, ad esempio di forma tronco piramidale , collocata sopra il piano di scorifica e contigua alle sponde destra, sinistra e posteriore , provvista di una porta anteriore apribile e di una finestra di aspirazione posteriore , la sommità della cappa à ̈ dotata di una apertura, avente una forma idonea alla tipologia del forno in essere, tamponata al soffitto onde evitare la dispersione dei fumi e del calore, attraverso la quale le scorie provenienti dal ciclo della lavorazione dell’acciaio vengono scaricate sulla base del piano di scorifica; l’uscita della finestra di aspirazione posteriore à ̈ collegata con un tubo di aspirazione nel quale vengono convogliati i fumi caldi che vengono avviati al successivo trattamento evitando la loro dispersione in atmosfera e consentendo un ulteriore recupero del calore ;
- uno o più scambiatori ad acqua collocati nelle pareti della cappa , preferibilmente nelle pareti laterali , per mezzo dei quali viene recuperato per irraggiamento il calore emanato dalle scorie, generando il repentino innalzamento della temperatura dell’acqua e ottimizzando il recupero del calore .
Il dispositivo di cui al presente trovato realizzato con i componenti descritti in precedenza, viene posizionato sotto il forno della acciaieria, in corrispondenza della bocca di scorifica in modo tale che le scorie vengano colate direttamente attraverso l’apertura presente nella sommità della cappa sulla base del piano di scorifica , la scoria, ad una temperatura di 1500°, circa cade sul piano di scorifica ed essendo sostanzialmente liquida si distribuisce su tutto il piano in modo uniforme .
Il calore emanato dalle scorie all’interno della cappa chiusa riscalda l’aria che circola allinterno dei condotti presenti nelle sponde laterali del piano di scorifica , attraverso i condotti di aspirazione e di mandata laterali e, riscalda l’acqua che circola negli scambiatori termici presenti nelle pareti laterali della cappa. Il condotto di aspirazione dei fumi ne evita la dispersione nella atmosfera e permette il loro trattamento e raffreddamento con evidenti vantaggi per l’abbattimento dell’inquinamento e del calore stesso.
La parete anteriore apribile della cappa ,consente l’evacuazione delle scorie raffreddate con appositi mezzi.
Una realizzazione esplicativa ma non limitativa del dispositivo di cui al presente trovato, viene fornita qui di seguito con riferimento ai disegni allegati in cui:
la fig. 1 mostra una vista in assonometria del dispositivo per il recupero del calore dalle scorie del ciclo di produzione del'acciaio oggetto del presente trovato
La fig. 2 mostra una vista in pianta del dispositivo oggetto del presente trovato
La fig. 3 mostra una vista laterale parzialmente sezionata del dispositivo oggetto del presente trovato
La fig. 4 mostra una vista anteriore del dispositivo oggetto del presente trovato
la fig. 5 mostra una vista laterale schematica del dispositivo di cui al presente trovato.
Con riferimento a dette figure il dispositivo per il recupero del calore dalle scorie del ciclo di produzione deU’acciaio in una realizzazione esplicativa ma non limitativa comprende un piano di scorifica (1) sul quale vengono fatte confluire le scorie (6) direttamente dal forno ; il piano di scorifica (1) à ̈ più alto rispetto al livello del suolo ed à ̈ chiuso su i lati destro e sinistro e sul lato di fondo da sponde (2,3 e 4), il lato anteriore à ̈ raccordato con il suolo per mezzo di un piano inclinato (5) che permette ai mezzi meccanici di rimuovere la scoria fredda ; il piano di scorifica (1 ) à ̈ composto da due piani di lamiera (7,8) posti uno di fronte all’altro mantenuti solidali tra di loro ed opportunamente distanziati di circa 20 cm , per mezzo di scatolati o travi che creano una serie di condotti per il passaggio dell’aria forzata da una turbina (non mostrata) ; la stessa tecnica costruttiva del piano di scorifica (1) à ̈ adottata per le sponde destra e sinistra (2,3) che sono realizzate con una lamiera interna (9) ed una lamiera esterna (10) mantenute ad opportuna distanza di circa 20 cm da elementi scatolati o travi che creano una serie di condotti (11) che si raccordano con quelli presenti nel piano di scorifica (1) e che consentono la circolazione dell’aria nel piano di scorifica (1 ) e nelle sponde (2,3) .
La faccia superiore delle sponde destra e sinistra (2 e 3) nella quale sboccano i condotti di areazione (11) à ̈ raccordata con convogliatori (12 e 13) uno di mandata preferibilmente collegato ad una turbina non mostrata, ed uno di aspirazione attraverso il quale l’aria riscaldata viene convogliata per il successivo utilizzo.
Le lamiere del piano di scorifica (1), delle sponde (2,3,4) e degli scatolati o travi distanziatori , devono avere uno spessore ed una resistenza tale da sopportare il peso delle scorie che vi viene riversato e dei mezzi che transiteranno sul piano di scorifica per la rimozione delle scorie quando raffreddate.
Superiormente al piano di scorifica (1) dal lato interno delle sponde (2,3 e 4) e internamente rispetto alle uscite dei condotti di areazione (11) e dei convogliatori (12 e 13) à ̈ collocata una cappa aspirante (14) a circuito chiuso , di forma preferibilmente tronco piramidale, realizzata in carpenteria leggera e coibentata all’esterno .
La cappa (14) Ã ̈ provvista di una apertura superiore (18), opportunamente tamponata con il soffitto, attraverso la quale, le scorie ad una temperatura di circa 1500° , quindi allo stato semiliquido , vengono scaricate direttamente dal forno sul piano di scorifica (1).
La cappa (14) à ̈ provvista di una porta anteriore (15) apribile per consentire l’ingresso di mezzi meccanici idonei alla rimozione delle scorie (6) fredde ; nella parte alta del lato posteriore, la cappa (14) à ̈ provvista di una finestra (16) alla quale à ̈ connesso un condotto (17) per mezzo del quale i fumi ed il calore emessi dalle scorie incandescenti (6) vengono convogliati per il trattamento ed il raffreddamento.
Sulle pareti interne della cappa , preferibilmente sulle pareti laterali sono collocati uno o più scambiatori di calore ad acqua (19 e 20) per mezzo dei quali viene recuperato per irraggiamento il calore emanato dalle scorie (6) generando il veloce innalzamento della temperatura dell’acqua, ottimizzando il recupero del calore, utilizzabile successivamente.
Come già detto ,il dispositivo per il recupero del calore dalle scorie del ciclo di produzione dellacciaio viene posizionato direttamente sotto il forno dell’acciaieria , cosi che le scorie vengano scaricate direttamente sul piano di scorifica (1) , la scoria ad elevata temperatura, circa 1500°, si dispone uniformemente sul piano di scorifica (1) evitando, come invece avviene con il versamento nei mastelli in cui la scoria ha una temperatura inferiore, la creazione di strati elevati di scoria in cui il raffreddamento non à ̈ uniforme ne rapido e il recupero di calore decisamente modesto, da renderlo inutile .
Il calore emanato dalle scorie (3) all’interno della cappa (14) chiusa e coibentata , riscalda l’acqua che circola negli scambiatori termici (19 e 20), riscalda l’aria che circola in maniera forzata all’interno dei condotti (11) ed il condotto di aspirazione dei fumi (17) evita la dispersione di calore e di agenti inquinanti nell’atmosfera.
La parere anteriore apribile automaticamente (15) della cappa permette l’evacuazione delle scorie (6) raffreddate con appositi mezzi e senza alcun pericolo per gli addetti , contrariamente a quanto avviene attualmente , con la movimentazione dei mastelli contenenti le scorie ad una temperatura di circa 1000/1500°
Il dispositivo per il recupero del calore dalle scorie del ciclo di produzione dell’acciaio, può essere realizzato nella dimensione idonea al forno che lo deve utilizzare ed una dimensione media può essere di circa 12,500 di lunghezza per 10,500 metri di larghezza .

Claims (1)

  1. Rivendicazioni 1.Dispositivo per il recupero del calore e dei fumi dalle scorie del ciclo di produzione dell’acciaio caratterizzato dal fatto che detto dispositivo à ̈ collocato direttamente sotto il forno di produzione dell’acciaio dal quale riceve direttamente le scorie , detto dispositivo essendo formato da: - un piano di scorifica (1) sul quale cadono le scorie incandescenti (6) , rialzato rispetto al suolo , delimitato su tre lati da sponde (2,3 e 4,) e provvisto sul lato anteriore di un elemento inclinato (5) che raccorda il piano di scorifica (1) al suolo; il piano di scorifica (1) e le sponde (2,3 e 4) essendo composti da due lastre di lamiera (9 e 10) di spessore idoneo a sopportare il peso delle scorie (6) e dei mezzi meccanici di movimentazione delle stesse , dette lastre di lamiera essendo poste una di fronte all’altra e distanziate tra di loro da elementi altrettanto robusti in grado di creare tra le due lastre di lamiera (9 e 10) una pluralità di condotti (11) attraverso i quali circola aria; - due convogliatori coibentati di aria (12 e 13) ognuno collocato sulla faccia superiore di una sponda in corrispondenza dell’uscita dei condotti (11), in cui un convogliatore agisce nel senso della immissione dell’aria nei condotti e l’altro convogliatore nel senso di aspirazione dell’aria dai condotti , detti convogliatori consentendo la circolazione deU’aria nei condotti (11) che si riscalda grazie al calore emanato dalle scorie (6) presenti sul piano di scorifica; - una cappa aspirante (14) collocata sopra il piano di scarifica e contigua al lato interno delle sponde (2 e 3) destra , sinistra e posteriore (4) , detta cappa (14) presenta una porta anteriore apribile (15) ursa finestra posteriore di aspirazione (16) connessa con un condotto di aspirazione (17) ed una apertura superiore (18) attraverso la quale le scorie incandescenti provenienti dal ciclo di lavorazione delTacciaio vengono scaricate direttamente sul piano di scorifica (1) ; 2. Dispositivo per il recupero del calore e dei fumi dalle scorie del ciclo di produzione delTacciaio secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che uno o più scambiatori di calore ad acqua (19 e 20) sono collocati sulle pareti interne della cappa (14) per il recupero per irraggiamento del calore emesso dalle scorie (6) , l’acqua riscaldata dagli scambiatori di calore (19 e 20) consente di ottimizzare il recupero del calore. 3. Dispositivo per il recupero del calore e dei fumi dalie scorie del ciclo di produzione dellacciaio secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che lo o gli scambiatori di calore (19 e 20 ) sono collocati sulle pareti laterali interne della cappa. 4. Dispositivo per il recupero dei calore e dei fumi dalle scorie del ciclo di produzione delTacciaio secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dai fatto che i fumi ed il calore prodotti dalle scorie (6) ed aspirati attraverso la finestra di aspirazione ( 16) dal condotto di aspirazione (17) vengono avviati al trattamento termico per il loro raffreddamento ed ai trattamenti necessari per l’abbattimento delle componenti inquinanti. 5. Dispositivo per il recupero del calore e dei fumi dalle scorie del ciclo di produzione dell’acciaio secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che gli elementi distanziatori delle lamiere sono elementi scatolati. 6. Dispositivo per il recupero del calore e dei fumi dalle scorie del ciclo di produzione dell’acciaio secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che gli elementi distanziatori delle lamiere sono travi. 7. Dispositivo per il recupero del calore dalle scorie del ciclo di produzione dell’acciaio secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che gli elementi distanziatori delle lamiere sono elementi tubolari 8. Dispositivo per il recupero del calore e dei fumi dalle scorie del ciclo di produzione dell’acciaio secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che le pareti della cappa (14) sono coibentate. 9. Dispositivo per il recupero del calore e dei fumi dalle scorie del ciclo di produzione dell’acciaio secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che la cappa à ̈ realizzata in carpenteria leggera.
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