Bruciatori a ossigeno per forni fusori

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La promozione di tecniche per lo sviluppo sostenibile in Emilia-Romagna
a cura di
Schede descrittive delle opzioni di miglioramento
Bruciatori a ossigeno per forni fusori
Descrizione
La tecnologia dei bruciatori a ossigeno, detta anche ossicombustione (o combustione oxy fuel),
comporta l'utilizzo di ossigeno puro all'interno dei forni adibiti alla fusione dei metalli.
L'impiego di ossigeno come comburente, in sostituzione dell'aria, permette di ottenere una
maggiore efficienza del processo di combustione grazie all’eliminazione, più o meno completa,
dell’azoto che costituisce quasi l’80% dell’aria.
A parità di temperatura presente all’interno del forno fusorio, con la combustione a ossigeno si
ha un incremento dell’energia che viene assorbita dal metallo e ciò comporta una riduzione del
ciclo di fusione.
Il bruciatore per l’ossicombustione ha dimensioni analoghe a quelle dei tradizionali bruciatori
aria-metano e può essere allocato nello stesso blocco, interno al forno, ove normalmente viene
posizionato un bruciatore di tipo tradizionale. Nel caso dell’ossicombustione il bruciatore deve
essere collegato sia alla linea del combustibile che alla linea dell’ossigeno e dotato di un
sistema di regolazione combustibile-comburente.
Vantaggi ambientali
La tecnica di ossicombustione comporta un miglioramento dell’efficienza di combustione dei
bruciatori dei forni fusori, con un conseguente risparmio di combustibile (che si traduce
ovviamente in un diretto risparmio economico).
L’eliminazione (o significativa riduzione) dell’azoto dal gas comburente va a determinare una
diminuzione degli ossidi di azoto nei fumi di combustione. Anche il contenuto di CO2 nei fumi,
diminuendo la durata del processo e la quantità di combustibile bruciato, subisce un
significativo calo.
L’abolizione della pressione acustica, grazie all'abolizione dell' aria ventilata da apposite
soffianti spesso integrate direttamente nei bruciatori delle fornaci, comporta infine una
riduzione delle emissioni sonore legate al processo di fusione.
Campo d’applicazione
I bruciatori ad ossigeno possono essere impiegati sia in forni rotativi (consistenti in cilindri
orizzontali che ruotano attorno al loro asse durante la fusione, in modo da distribuire
omogeneamente il calore all’interno, e in cui la carica metallica viene fusa all’estremità dove è
collocato il bruciatore mentre i gas di scarico lasciano il forno dall’estremità opposta) sia in
forni a riverbero (detti anche forni a suola, impianti di fusione in cui aria calda e gas di
combustione sono diretti sul metallo da fondere e i gas di scarico sono captati e convogliati
all’esterno mediante apposita canalizzazione).
Le possibilità di impiego dei bruciatori a ossigeno sui forni fusori dei metalli non ferrosi, ed in
particolare dell’alluminio, vanno valutate in funzione dei flussi energetici che si realizzano
all’interno del forno in modo da evitare danneggiamenti ai materiali refrattari o da non cogliere
i vantaggi di efficienza termica che la tecnica di combustione a ossigeno comporta.
Per quanto riguarda i forni rotativi non vi sono particolari problematiche o rischi per le strutture
in relazione all’applicazione della tecnica di ossicombustione; nel caso dei forni a riverbero
invece va invece valutato l’andamento dello scambio termico all’interno del forno in modo da
progettare adeguatamente il sistema di combustione.
Nel caso, ad esempio, di forni a riverbero senza sistemi di movimentazione del bagno con una
quota consistente di alluminio liquido residuo al termine del ciclo di fusione occorre tener
presente che al diminuire della percentuale di metallo solido caricato si registra una
significativa riduzione della capacità di assorbire energia da parte del metallo contenuto nel
forno. In queste condizioni l’applicazione di un bruciatore a ossigeno può portare ad una
sovraproduzione di energia termica che il metallo non riesce ad assorbire e che quindi viene
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dispersa tramite i fumi e le pareti del forno (con la possibilità, inoltre, di danneggiamento del
refrattario per un eccessivo riscaldamento).
Per forni a riverbero senza sistemi di movimentazione del bagno con carica a suola secca la
combustione a ossigeno è indicata per la fase di avvio della fusione mentre nelle fasi di
affinaggio e mantenimento, quando nel forno tutto il metallo si trova allo stato liquido, è
opportuno poi passare ad un sistema di combustione ad aria. Tale approccio è reso possibile
dall’installazione di un sistema misto di combustione.
In forni a riverbero dotati di sistemi di movimentazione del bagno e scaricati completamente
alla fine di ogni ciclo la tecnica di ossicombustione può essere applicata convenientemente
durante l’intero processo di fusione poiché le capacità di assorbimento termico dell’alluminio si
mantengono elevate.