Analisi tecnico-economica di un forno di riscaldo Billette per l'estrusione di alluminio

The present thesis work, developed during an internship at Danieli Breda, analyses a new aluminum billet heating furnace model, recently designed by the company’s research and development department, which intends to innovate the extrusion sector technology. After having observed and described the components and layout of the furnace, a technical analysis for the steady state conditions is performed with the help of the proper assumptions, focusing on a detailed verification of the heat being transferred through the walls of the kiln, witnessing a value for its thermal efficiency exceeding 90%. Afterwards, a technical and economic comparison with the two main alternative technologies which preceded the furnace is conducted, evaluating differences in fuel consumption and the subsequent economic savings related to the analyzed equipment, with the help of scenarios where the integration of the different technologies in an industrial framework is compared; the result is that, considering a ten years’ time horizon, it is convenient for the decision maker to choose the kiln being examined in the current thesis in every scenario, as testified by the obtained values for Return on Investment and Payback Time. Lastly, the thesis aims to further enhance the furnace technical performance through the formulation and the subsequent screening of plant modifications, for each of which potential beneficial effects promoting its realization and potential negative effects curbing it are evaluated. The conclusion is that the integration of a circular brass brush aiming to withhold the moisture localized on the surface of the billet and therefore avoiding its evaporation and the related thermal energy waste does not introduce any drawback and sensibly improves instead the technical performances of the kiln, increasing its thermal efficiency by means of almost half a percentage point; this plant amendment is therefore meant to be implemented very soon.

Il presente lavoro di tesi, sviluppato durante un periodo di tirocinio in azienda presso la Danieli Breda, prende in esame un nuovo modello di forno di riscaldo billette di alluminio recentemente progettato dal reparto ricerca e sviluppo della società, il quale si propone come tecnologia innovativa nel settore. Ne vengono osservate e descritte le componenti e la configurazione prima di, anche grazie alle dovute ipotesi semplificative, operarne un’analisi tecnica, durante la quale si considerano le condizioni di funzionamento a regime stazionario e ci si concentra su di una minuziosa verifica della tenuta termica delle pareti, ottenendo un valore superiore al 90% per quanto riguarda il rendimento termico del macchinario. Viene in seguito condotto un confronto tecnico ed economico con le due tecnologie alternative principali cronologicamente precedenti il forno in esame, valutandone differenze di consumo e conseguenti risparmi economici del forno analizzato, anche grazie all’utilizzo di alcuni scenari di comparazione tra l’inserimento dell’una o dell’altra tecnologia in un contesto industriale; ne risulta che, considerando un orizzonte temporale di dieci anni, non c’è scenario dove al decisore non convenga installare il macchinario sotto studio, come testimoniato dai valori di Return on Investment e Payback Time ottenuti. Infine, la tesi si propone di provare a migliorare ulteriormente le prestazioni tecniche offerte dal forno tramite la formulazione ed il successivo vaglio di possibili modifiche all’impianto, delle quali vengono discussi eventuali effetti positivi che ne promuovano e negativi che ne frenino l’effettiva messa in pratica. Si conviene alla conclusione che l’inserimento di una spazzola circolare in ottone volta a trattenere la condensa localizzata sulla superficie della billetta evitandone in tale maniera l’evaporazione e lo spreco di energia termica ad essa associato non presenta controindicazioni e migliora sensibilmente le prestazioni tecniche del forno aumentandone il rendimento termico di quasi mezzo punto percentuale; pertanto tale modifica d’impianto è destinata a venire ben presto alla luce.