EuroWire January 2007

italiano

Generalmente, la configurazione basata sui dati di cui sopra fa sì che la Zona 1 risulti accesa ogni volta che il forno è a pieno carico, mediante modulazione del gas o regolazione con cicli on/off nelle zone successive, con flussi d’aria identici in ciascuna zona. Nel caso di un filo d’acciaio tradizionale a basso contenuto di carbonio, che raggiunge una temperatura di ricottura di 710°C in un letto fluidizzato a 730°C, il calore totale assorbito è di circa 446,8 kJ/kg. Circa il 65,8% di questo calore sarà assorbito nella Zona 1; il 25% nella Zona 2 e il restante 9,2% nella Zona 3 in un forno a tre zone. A pieno carico, il forno funziona come segue: Va sottolineato che non vi è alcuna differenza reale sia che si utilizzi il sistema di regolazione del gas tramite modulazione o del tipo on/off. I due metodi forniscono risultati identici per quanto riguarda il consumo del combustibile. Come si può rilevare dalla Tabella 1 , la Zona 1 funziona con un eccesso d’aria del 5% (a progetto) al 100% della sua capacità, mentre la Zona 2 e la Zona 3 funzionano ad alti livelli di eccesso d’aria. Di conseguenza, l’energia termica fornita dal combustibile non solo viene utilizzata per riscaldare il prodotto, ma fornisce anche l’energia per riscaldare l’eccesso d’aria non utilizzato per la combustione alla temperatura del forno corrispondente a 730°C. Questa energia consiste essenzialmente in energia sprecata non essendo utilizzata per riscaldare il prodotto. La situazione si aggrava ulteriormente nel caso in cui il forno non funzioni a pieno carico. Ad esempio, qualora il forno sopra descritto dovesse funzionare al 50% della massima capacità, i valori del gas fratto tempo e dell’eccesso d’aria risultanti sarebbero quelli indicati nella Tabella 2 seguente: Ne consegue che il combustibile utilizzato per tonnellata di prodotto aumenta circa da 26,9m 3 gas/t a 39,2m 3 gas/t, corrispondente ad un aumento del 45%. Chiaramente, il letto fluidizzato configurato per un funzionamento con tutte le zone regolate alla medesima velocità di fluidizzazione, non può funzionare efficacemente a carichi ridotti. Tuttavia, considerando il fatto che la velocità di fluidizzazione non influenza in modo significativo la velocità di trasmissione del calore (almeno a velocità di fluidizzazione superiori a 2 x U mf ), esiste la possibilità di modificare la configurazione di un letto di fluidizza- zione per migliorarne le prestazioni termiche.

Zona 1:

Zona 2:

Zona 3:

Gas fratto tempo (%)

100%

56,3%

39,4%

Eccesso d’aria (%)

5%

87%

167%

Tabella 1 : Carica del forno con tutte le zone impostate alla stessa velocità di fluidizzazione, al 100% della capacità ▲

Zona 1:

Zona 2:

Zona 3:

Gas fratto tempo (%)

64,8%

40,8%

32,8%

Eccesso d’aria (%)

62,4%

145%

205%

Tabella 2 : Carica del forno con tutte le zone impostate alla stessa velocità di fluidizzazione, al 50% della capacità ▲

Zona 1:

Zona 2:

Zona 3:

Gas fratto tempo (%)

100%

82,9%

59%

Eccesso d’aria (%)

5%

27%

78%

Tabella 3 : Carica del forno con la Zona 1 impostata a 6 x U mf

, Zona 2 impostata a 3 x U mf

e Zona 3 impostata

▲

a 2 x U

mf , al 100% della capacità

Zona 1:

Zona 2:

Zona 3:

Gas fratto tempo (%)

64,8%

56,2%

42,1%

Eccesso d’aria (%)

62,4%

87,3%

137%

Tabella 4 : Carica del forno con la Zona 1 impostata a 6 x U mf

, Zona 2 impostata a 3 x U mf

e Zona 3 impostata

▲

a 2 x U

mf , al 50% della capacità

Discussione La maggior parte dei letti fluidizzati utilizzati per il trattamento termico dei fili viene installata utilizzando tre o più zone di controllo. Ciascuna zona è caratterizzata dal proprio sistema di controllo della temperatura, ma generalmente tutte le zone presentano la stessa lunghezza e sono impostate secondo gli stessi (o quasi gli stessi) valori di temperatura e velocità di fluidizzazione. Il filo freddo entra nel forno alla Zona 1, dove vengono assorbite grandi quantità di calore essendo notevole la differenza di temperatura fra il filo ed il letto. Quindi il filo passa attraverso la Zona 2 dove una quantità di calore relativamente inferiore viene trasferita al filo essendo inferiore la differenza di temperatura fra il letto ed il filo. Alla fine il filo entra nella Zona 3 dove viene assorbita una quantità di calore ancora inferiore. Se il forno è stato progettato correttamente, il filo raggiungerà la temperatura di ricottura nella Zona 3 e quindi uscirà dal forno per procedere alla fase di tempra ed al successivo trattamento. Generalmente, si ha lo stesso flusso dell’aria di fluidizzazione

verso ciascuna zona e la temperatura è controllata modulando il gas o utilizzando un comando del tipo on/off, mantenendo un flusso d’aria continuo. Di solito la procedura utilizzata per dimensionare il letto di fluidizzazione e determinare il flusso d’aria a ciascuna zona è la seguente: 1) Si determina il carico termico globale e il carico termico per la Zona 1 in funzione del rendimento massimo previsto per il filo (kg/h); 2) Sulla base del carico della Zona 1, si determina la portata del combustibile richiesta per la fornitura di tale quantità di calore ai fili; 3) Si determina il flusso d’aria alla Zona 1 richiesto per bruciare completamente il combustibile (con 5-10% di eccesso d’aria per compensare l’eventuale non- uniformità e le imprecisioni dei sistemi di controllo del flusso); 4) Si determinano la lunghezza e la larghezza della zona in funzione della velocità e del numero di fili; 5) Si seleziona una grossezza del grano della sabbia in modo che la velocità dell’aria nella zona presenti una velocità di fluidizzazione adeguata, generalmente nel campo di 3-5 x U mf . Di norma la grossezza del grano selezionata rientra nel campo da 60 a 70 (200-250 μ m).

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EuroWire – Gennaio 2007