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Lo scopo dell’impianto di sinterizzazione è rifornire gli altiforni di agglomerato, una miscela di minerali, fondenti e coke parzialmente “cotta” o sinterizzata. In questa forma, i materiali si combinano perfettamente nell’altoforno consentendo una produzione di ferro più uniforme e controllabile. La figura 1 mostra uno schema semplificato di un impianto di sinterizzazione.

I materiali vengono trasportati nell’impianto di sinterizzazione da contenitori di raccolta. Vengono miscelati nelle giuste proporzioni utilizzando tramogge di pesatura, una per contenitore di raccolta, ad eccezione dei fini di ritorno per cui viene utilizzato invece un impattometro. La pesatura è continua in quanto è alla base dell’intero processo di sinterizzazione. I materiali pesati passano su un nastro trasportatore fino a raggiungere il tamburo di miscelazione dove viene aggiunta acqua in modo manuale oppure come percentuale calcolata del peso del materiale che entra nel tamburo.

Il contenuto di umidità del coke viene misurato nella tramoggia di alimentazione a rulli ed utilizzato per regolare la portata di acqua secondaria. Viene misurata anche la permeabilità della miscela ed in base al valore ottenuto, si modifica la quantità d’acqua richiesta.

Il materiale miscelato viene posizionato sul piano della tramoggia per mezzo di un alimentatore a rulli. Si stabilisce lo spessore del letto e lo si mantiene costante regolando il piano di cut-off che è dotato di sonde in grado di rilevare lo spessore del materiale e di variare automaticamente la velocità dell’alimentatore a rulli. La quantità stessa di materiale presente nella tramoggia di alimentazione viene mantenuta costante grazie alla regolazione automatica delle velocità di alimentazione dai singoli contenitori di materia prima.

(Figura 1 Schema semplificato di un impianto di sinterizzazione)

Controllo dell’umidità nel tamburo di miscelazione

La quantità di acqua primaria aggiunta è proporzionale al peso della miscela grezza introdotta nel tamburo di miscelazione. Questo processo può essere facilmente eseguito con un modulo di controllo per l’automazione di processi di Eurotherm come mostrato nella figura 2.

(Figura 2 Controllo dell’umidità nel tamburo di miscelazione)

Il setpoint di alimentazione di acqua secondaria viene spesso espresso come una proporzione del PV del sistema di pesatura a nastro della miscela grezza. Per maggiore precisione, per regolare il rapporto materiale/acqua viene utilizzato il valore indicato dall’igrometro. In questo modo è possibile regolare la portata di acqua in base al contenuto di umidità misurato della miscela grezza.

Il controllo a cascata non viene adottato in tutti i casi, ma poiché il ciclo del flusso d’acqua risponde in modo più veloce rispetto all’umidità permette di ottenere i risultati migliori.

Controllo dell’umidità nel tamburo di miscelazione

La quantità di acqua primaria aggiunta è proporzionale al peso della miscela grezza introdotta nel tamburo di miscelazione. Questo processo può essere facilmente eseguito con un modulo di controllo per l’automazione di processi di Eurotherm come mostrato nella figura 2.

(Figura 2 Controllo dell’umidità nel tamburo di miscelazione)

Il setpoint di alimentazione di acqua secondaria viene spesso espresso come una proporzione del PV del sistema di pesatura a nastro della miscela grezza. Per maggiore precisione, per regolare il rapporto materiale/acqua viene utilizzato il valore indicato dall’igrometro. In questo modo è possibile regolare la portata di acqua in base al contenuto di umidità misurato della miscela grezza.

Il controllo a cascata non viene adottato in tutti i casi, ma poiché il ciclo del flusso d’acqua risponde in modo più veloce rispetto all’umidità permette di ottenere i risultati migliori.

Manipolazione dell’agglomerato

Una volta giunto alla fine del nastro, l’agglomerato passa attraverso un frantoio a cilindri a punte e dei filtri a caldo fino al raffreddatore circolare rotante. Per il raffreddamento viene utilizzata una pluralità di ventole e la velocità del raffreddatore dipende da:

  • Velocità del nastro
  • Spessore del letto

I ‘fini’ rimossi dai filtri a caldo vengono convogliati nel contenitore per ‘fini’ di ritorno.

Al termine del raffreddamento, l’agglomerato viene trasferito nel silo di scarico. In questa fase il livello viene controllato modificando la velocità di alimentazione in uscita (utilizzando generalmente macchine vibranti).

L’agglomerato passa quindi nella zona di filtrazione a freddo dove viene fatto passare attraverso frantoi e filtri in modo da ottenere particelle di determinate dimensioni. L’agglomerato con dimensioni inferiori rispetto a quelle richieste passa su un sistema di pesatura a nastro e insieme ai fini caldi vengono convogliate nel contenitore per fini di ritorno.

La differenza tra il peso dei ‘fini freddi’ e quello dei ‘fini totali’ prodotti corrisponde al peso dei ‘fini caldi’. Tutte le variazioni anomale nella percentuale di produzione di fini di ritorno caldi o freddi indica un potenziale guasto all’impianto.

La percentuale di produzione di ‘fini’ può essere influenzata dai seguenti fattori:

  • Controllo della miscela
  • Dimensioni delle particelle
  • Composizione chimica
  • Peso
  • Contenuto di umidità
  • Spessore del letto
  • Pressione e temperatura all’interno della cappa di accensione
  • Filtri caldi

Due proprietà importanti dell’agglomerato sono la basicità, che è determinata dal contenuto di calcare, e la resistenza, che dipende dal contenuto di coke.

L’agglomerato è ora pronto per essere utilizzato nell’altoforno. I trasportatori convogliano il materiale nel magazzino dell’altoforno dove si aggiunge ad altri materiali per formare la carica dell’altoforno.

Controllo della temperatura nella cappa di accensione

La figura 3 mostra l’implementazione del controllo della temperatura in una cappa di accensione con opzioni per il rapporto di controllo.

(Figura 3 Controllo della temperatura nella cappa di accensione)

Con un controllo della temperatura del flusso d’aria a rapporto fisso, la richiesta di temperatura stabilisce un setpoint per il flusso d’aria. Il carburante segue il flusso d’aria secondo un rapporto fisso rendendolo così un metodo di rifornimento carburante efficiente.

D’altro canto, con un controllo della temperatura del flusso d’aria a rapporto variabile, il flusso d’aria è fisso e l’uscita del regolatore della temperatura della cappa (il segnale di richiesta di calore) alimenta l’ingresso di regolazione del setpoint del regolatore di gas. Di norma questo metodo viene utilizzato quando è disponibile una fonte di carburante economico, ad esempio il gas di altoforno.

Controllo della pressione nella cappa di accensione

Di norma si esegue variando l’impostazione delle valvole di tiraggio nelle casse d’aria presenti al di sotto della cappa di accensione. Per mantenere automaticamente la pressione al valore desiderato si utilizza generalmente un regolatore PID a ciclo singolo.

Controllo del potere calorifico del gas combustibile di una cappa di accensione

Per alimentare i bruciatori di una cappa di accensione si utilizzano il gas di altoforno e il gas di forno a coke. Per verificare che il potere calorifico del carburante sia adeguato si utilizza un ciclo di controllo distinto. Se il nastro si ferma, un segnale digitale costringe la cappa di accensione a passare in uno “stato di combustione ridotta” dove rimane fino al riavvio del nastro.

È più semplice mantenere costante la temperatura della cappa di accensione se il potere calorifico del carburante viene controllato a fronte di limiti predefiniti, ovvero circa 4.000 – 6.000 kJ/m3. Questo potere calorifico si ottiene miscelando il gas di forno a coke e il gas di altoforno. La figura 4 mostra la strategia di controllo del potere calorifico.

(Figura 4 Controllo del valore calorifico del gas combustibile di una cappa di accensione)

Controllo del punto di burn-through

La posizione ideale del punto di burn-through è in prossimità della fine del letto del nastro. Si controlla modificando la velocità del nastro. Il punto di burn-through è influenzato da diverse variabili quali lo spessore del letto del nastro, il contenuto di acqua e la qualità dell’agglomerato.

La velocità del nastro può essere regolata manualmente oppure misurando le temperature del gas di scarico come indicazione del punto di burn-through. Se ha luogo troppo presto, la temperatura media del gas di scarico aumenta. Se ha luogo troppo tardi, la temperatura del gas di scarico diminuisce e la velocità del nastro viene rallentata per compensare. (Figura 5 Controllo del punto di burn-through)

Le temperature della cassa d’aria possono essere utilizzate per migliorare il monitoraggio e vengono aggiunte come correzioni sul setpoint. La figura 5 mostra questa soluzione nella strategia di controllo.

Controllo dell’aspirazione della ventola principale e della sovratemperatura del gas di scarico

L’aspirazione prodotta dalla ventola principale può essere variata agendo sui deflettori in prossimità dell’ingresso della ventola che sono controllati da un regolatore dell’aspirazione della ventola. Se la temperatura del gas di scarico supera un limite operativo di sicurezza un selettore consente al regolatore della sovratemperatura del gas di scarico di regolare la posizione dei deflettori.

Controllo della velocità del raffreddatore

Una volta abbandonato il nastro, l’agglomerato caldo viene raffreddato da un raffreddatore rotante.
La velocità del raffreddatore rotante può essere controllata in modo tale che corrisponda alla richiesta definita dallo spessore del letto e dalla velocità del nastro.

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