I forni verticali a gas naturale per la fusione del ferro sono progettati con strutture e principi che ricordano da vicino quelli dei cubilotti per la combustione di coke-, ma presentano caratteristiche di fusione distinte. Questo articolo approfondisce la struttura, il processo di fusione e le caratteristiche operative di questi forni, sottolineandone l'efficienza e le caratteristiche uniche.
Caratteristiche di fusione
I forni verticali a gas naturale non utilizzano coke, eliminando il potenziale aumento del contenuto di carbonio nel ferro fuso. Di conseguenza, il contenuto di carbonio nel ferro fuso tende tipicamente a diminuire. Il tasso di combustione del carbonio è influenzato dal contenuto iniziale di carbonio nella carica: con una carica di carbonio del 3%, il tasso di combustione è di circa il 5%, mentre una carica di carbonio del 4% si traduce in un tasso di combustione di circa il 12-13%. A causa della bassa ritenzione di carbonio, questi forni di solito funzionano insieme a forni elettrici piuttosto che funzionare come apparecchiature di fusione della ghisa autonome.
La temperatura teorica di combustione del gas naturale è inferiore a quella del coke, con conseguenti temperature di uscita del ferro fuso generalmente comprese tra 1400 gradi e 1450 gradi. Le tecniche di costruzione e funzionamento del forno verticale a gas naturale differiscono in modo significativo da quelle dei cubilotti per la combustione di coke-, in particolare per quanto riguarda i materiali di rivestimento, i materiali di carica e i metodi di controllo. I tassi di combustione degli elementi per silicio e manganese rimangono simili a quelli dei sistemi di combustione del coke-.
Fodera e riparazione
Il rivestimento sopra la griglia raffreddata ad acqua-e al di sotto di essa è generalmente costituito da materiali refrattari di tipo corindone-contenenti carburo di silicio (SiC) e quantità minime di TiO2 o Cr2O3. Il rivestimento deve essere realizzato mediante il metodo della pigiatura o del getto e le riparazioni sono necessarie circa ogni 15 giorni di funzionamento continuo, concentrandosi maggiormente sulle zone sopra la griglia.
Sfere refrattarie
Le sfere refrattarie, comunemente utilizzate come strato ammortizzante sulla griglia raffreddata ad acqua-, resistono alla corrosione chimica e mantengono la resistenza alle alte-temperature. Solitamente vengono utilizzate sfere da 150 mm di diametro, con un'altezza di riempimento compresa tra 400 mm e 600 mm che influisce sulla temperatura del ferro fuso.
Carica e flusso dei metalli
La carica di metallo rispecchia quella delle cupole che bruciano coke-, composte da ghisa, carica riciclata e una quantità limitata di rottami di acciaio (non più del 20%). La pulizia della carica è fondamentale per evitare fallimenti nella fusione. I materiali fondenti, come calcare e vetri rotti, svolgono un ruolo cruciale nel funzionamento, influenzando la fluidità delle scorie e l'efficienza di fusione.
Operazione di fusione
Dotato di sistemi di controllo automatizzati, il forno verticale a gas naturale inizia con un accurato controllo dello stato prima dell'accensione. Il corretto preriscaldamento delle sfere refrattarie è essenziale prima di aggiungere materiali metallici per prevenire la solidificazione all'uscita del ferro.
Controllo della carica e della combustione
La carica richiede un'attenta gestione della potenza di combustione e della distribuzione del flusso per mantenere condizioni di fusione ottimali. Il controllo preciso dei rapporti di aria di combustione, ossigeno e gas naturale è vitale per raggiungere le temperature più elevate ed evitare rischi operativi.
Spegnimento e gestione delle emergenze
Nelle fasi finali del funzionamento, si evitano i rottami di acciaio per mantenere pulito il letto delle sfere refrattario. Le corrette procedure di spegnimento includono la riduzione della potenza di combustione e l'interruzione in sicurezza delle forniture di gas, con protocolli di emergenza in atto per situazioni impreviste.
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