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Rivoluzione in acciaieria

Danieli - La realizzazione del primo forno elettrico digitale apre nuove prospettive a tutta la siderurgia mondiale. E alla prova dei fatti i vantaggi di questa tecnologia innovativa vanno oltre le più rosee attese

Rivoluzione in acciaieria

È l’ultimo nato in casa Danieli ma già promette di conquistare il mercato internazionale dei forni siderurgici. Stiamo parlando del Danieli Digital Melter, il primo forno elettrico digitale al mondo il cui primo modello è entrato in funzione a fine agosto nell’acciaieria della controllata Abs di Sisak in Croazia. Si tratta di una vera rivoluzione nel settore che consente al gruppo Danieli di accelerare sulla strada dell’innovazione green. Infatti, il forno Q-One, capace di carichi da 80 tonnellate, proprio grazie alla tecnologia digitale consente risparmi energetici del 20-30 per cento, pari a minori costi produttivi di 8-15 euro a tonnellata, come spiega Antonello Mordeglia, presidente di Danieli Automation.
Quali caratteristiche rendono unica questa innovazione?
“Nel mondo della siderurgia fusoria elettrica, esistono principalmente due tecnologie industrialmente applicabili. La prima è l’utilizzo di forni a induzione elettromagnetica, che ha limiti sia dimensionali sia qualitativi per il prodotto finito; la seconda è con forno elettrico ad arco. Questo sistema, inventato dallo scienziato tedesco Siemens agli inizi del ‘900, consiste nel creare cortocircuiti, che si trasformano in archi elettrici, al rottame di ferro posizionato sul fondo in un tino, tramite tre elettrodi composti principalmente di carbone e grafite che trasferiscono energia al metallo e trasformandolo rapidamente in liquido a una temperatura solitamente superiore a 1.600°C.
Questo processo in corrente alternata è stato migliorato negli anni dal punto di vista del controllo con cui i tre elettrodi si muovono rapidamente per cercare di mantenere le correnti elettriche costanti ma, a parte una versione migliorativa in corrente continua di fatto più costosa nella realizzazione e nella manutenzione del forno, nulla si è fatto di estremamente innovativo dal punto di vista di metodo con cui è possibile trasferire energia dalla rete elettrica al rottame.
La realtà è che nei forni oggi in uso in corrente alternata, seppur piuttosto semplici nel circuito elettrico, dove il principale componente è un enorme trasformatore, l’energia viene trasferita in modo piuttosto irregolare, a seconda della fase fusoria, generando enormi problemi di disturbi alla rete elettrica oltre a non poter utilizzare tutta l’energia a disposizione del forni che si limita a una media dell’80% circa.
Nel tempo sono state introdotte tecnologie di elettronica di potenza progettate per mitigare tali scompensi alla rete elettrica, ma oltre a essere molto costose nell’installazione dal punto di vista dell’investimento in sé, comportano elevati consumi elettrici per compiere il loro mestiere.
Danieli Automation realizzando il Q-One ha reso tutto il processo fusorio digitale, non per il solo controllo degli elettrodi ma relativamente a tutta la parte di potenza. Questo ci permette di essere noi in qualsiasi istante a controllare l’energia da trasferire al forno, nella totale quantità a nostra disposizione e soprattutto senza più creare scompensi alla rete elettrica, riducendo il consumo energetico, il tempo per fondere e la manutenzione di tutte le parti del forno”.

Quale e quanto impegno di ricerca c’è dietro a questo brevetto?
“Abbiamo iniziato nel 2015. Danieli Automation già da numerosi anni produce sistemi di elettronica di potenza tra cui potenti inverter per controllare la velocità di grandi motori e sistemi di riscaldo a induzione elettromagnetica. Dall’esperienza di tali applicazioni, è poi nata l’idea di poter digitalizzare il forno elettrico.
Molte aziende e persone avevano provato a realizzarlo già negli Anni ’90, ma tutti fallirono nella loro impresa.
Il problema principale era la non disponibilità sul mercato dei transistor che utilizziamo, limitati nella capacità di gestire tensione e corrente nelle quantità che ci servono oltre alla velocità nel controllo elettronico che deve dire loro cosa fare in ogni momento. Abbiamo così iniziato con una applicazione non troppo potente a Marcon nel Veneziano nello stabilimento della Flag che fa parte del Gruppo Cividale, seguito da una seconda applicazione di media potenza installata a Cividale.
Certamente avendo recentemente messo in servizio il Digital Melter di grandi dimensioni a Sisak, nello stabilimento croato dell’Abs, abbiamo raggiunto un grande traguardo. Sono passati ben quattro anni dalla prima idea. Grazie a un team incredibilmente talentuoso di una ventina di persone, siamo riusciti a concretizzare questa innovazione tecnologica che è unica al mondo. Sarà la tecnologia dei prossimi 50 anni o più”.

In che modo Q-One è destinato a rivoluzionare il settore siderurgico?
“Immaginiamo cosa è oggi un forno elettrico ad arco. Molto più semplicemente, pensiamo a dei contenitori uno vuoto e uno pieno con la volontà di trasferire fluido da uno all’altro.
Per natura i fluidi vanno sempre dove fanno meno ‘fatica’. Stessa cosa è per l’energia elettrica. Pertanto se un contenitore è posizionato a un livello ben più alto dell’altro, il fluido passerà facilmente a quello inferiore. Il forno elettrico attuale analogico è posizionato a un livello tale da ricevere mediamente solo l’80% dell’energia disponibile dalla rete. Il 20% che resta nel contenitore donatore non utilizzabile è tecnicamente limitato da un effetto elettrico chiamato potenza reattiva.
È una specie di palleggiamento di energia tra il generatore e il carico elettrico che, per effetto Joule, scalda i cavi, il trasformatore e qualsiasi componente elettrico, ma non apporta alcun valore aggiunto al carico, ovvero alla fusione dell’acciaio. Pertanto il tempo passa, i consumi aumentano e l’acciaio non si fonde in rapidità.
Oltre a questo, la rete elettrica soffre di grandi scompensi chiamati ‘flicker’ e armoniche che la disturbano. Se non ben filtrate e mitigate con altre apparecchiature elettriche, che di fatto per compiere il loro lavoro consumano altra energia, quando emesse in rete, possono danneggiare altre apparecchiature elettroniche.
E più la generazione elettrica si muove verso le energie rinnovabili e più questo problema esiste. Infatti le ‘vecchie’ centrali convenzionali con alternatore sincrono avevano la caratteristica di effetto ‘capacitivo’, filtrando enormemente queste interferenze.
Con il Q-One tutto questo non avviene e con il Digital Melter, incredibilmente, il 97% e più dell’energia disponibile in rete viene trasferita in modo costante al carico.
Il risultato è una riduzione dei tempi fusori, ovvero un incremento del rendimento dell’itero processo. Il beneficio non si riscontra soltanto dal punto di vista elettrico ma anche in tutte le altre componenti disponibili al forno.
Relativamente agli elettrodi, ovvero il dispositivo che ha le capacità di trasferire l’energia dal Q-One al metallo nel forno, si riscontra una notevole riduzione dei consumi. Hanno un costo elevato, un consumo medio nell’ordine di 1,4 Kg/t e poterli risparmiare in notevole quantità introduce una riduzione di costo operativo.
Oltre a questo vi sono moltissimi altri benefici tecnologici, molto specifici, che rendono il ‘vecchio’ forno da ‘pentolone’ ricettore di energia in modo parzialmente e incontrollato, a un sistema estremamente performante e soprattutto con la capacità di apportare ripetitività a ogni istante del processo, riducendo tra l’altro drasticamente i costi operativi”.

Per quali tipi di acciaierie è più adatto?
“Il Q-One è applicabile a qualsiasi forno elettrico al mondo. I vantaggi maggiori, e parliamo di un risparmio medio di 15 euro a tonnellata, si hanno in forni che producono acciai speciali quali alto carbonio o inox, che hanno un consumo elettrico molto superiore agli altri. In ogni caso anche nei forni che producono acciai a basso carbonio vi è un risparmio non inferiore a 8 euro a tonnellata prodotta”.

L’avvio di Sisak sta confermando i risultati sperati?
“A Sisak tutto ciò che rileviamo è sorprendente. Impressiona principalmente la stabilità nel processo, piuttosto che il suono generato dal forno. Non emette più ‘esplosioni’ generalmente udibili a grande distanza e, non appena l’acciaio passa dallo stato solido a quello liquido, diventa un incredibile gigante incandescente che trasferisce tutta la sua energia all’acciaio liquido in modo aggressivo e continuativo”.

State già lavorando a nuove innovazioni nella componente fusoria?
“Certamente. Dopo aver digitalizzato il forno elettrico e averne scoperto i benefici, ogni giorno nascono nuove idee. Talune orientate a ridurre maggiormente le emissioni nell’aria, altre a rendere il forno più versatile con consumi contenuti. Già il Q-One a quattro elettrodi sta per diventare una realtà. Avrà un rendimento ancora superiore a quello a tre, in determinate configurazioni.
Comunque, io stesso sono molto curioso di saper dove arriveremo. È soltanto questione di tempo!”


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