BR102015017660B1

BR102015017660B1 - APPARATUS TO INCREASE THERMAL EFFICIENCY OF COKING OVEN/COKE REDUCTION, COKING OVEN/COKE REDUCTION, STEEL PLANT INCLUDING COKING OVEN/COKE REDUCTION AND COKING/COKE REDUCTION PROCESS

Info

Publication number: BR102015017660B1
Application number: BR102015017660-0A
Authority: BR
Inventors: Charles Humberto Effgen Wernesbach; Brian Henry Willians
Original assignee: Thyssenkrupp Ag; Thyssenkrupp Companhia Siderúrgica Do Atlântico
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2021-07-20
Also published as: BR102015017660A2

Abstract

aparato para aumento de eficiência térmica de forno de coqueificação/redução de coque, forno para coqueificação/redução de coque, planta siderúrgica compreendendo forno para coqueificação/redução de coque e processo de coqueificação/redução de coque. a presente invenção fornece um aparato para aumento de rendimento térmico de fornos de coqueificação/redução de coque, um forno para coqueificação/redução de coque, uma planta siderúrgica compreendendo o referido forno e um processo de coqueificação/redução de coque. mais precisamente, a invenção consiste em melhorias relativas ao difusor de gases/fluidos injetados na região interna do forno. referido difusor otimiza o rendimento térmico, melhora a temperatura, melhora a queima de gases e reduz o nível de perda de massa de coque no processo. a presente invenção se situa nos campos da siderurgia e da engenharia.apparatus for thermal efficiency increase of coke oven/coke reduction, coke oven/coke reduction, steel plant comprising coke oven/coke reduction and coke oven/coke reduction process. the present invention provides an apparatus for increasing the thermal yield of coke ovens/coke reduction, a coke oven/coke reduction oven, a steel plant comprising said oven and a coke coke/coke reduction process. more precisely, the invention consists of improvements relating to the diffuser for gases/fluids injected into the inner region of the furnace. Said diffuser optimizes the thermal efficiency, improves the temperature, improves the burning of gases and reduces the level of coke mass loss in the process. the present invention is located in the fields of steel and engineering.

Description

Field of Invention

[0001] A presente invenção se situa nos campos da siderurgia e daengenharia, descrevendo um aparato para aumento de eficiência térmica em forno de coqueificação/redução de coque, um forno para coqueificação/redução de coque, uma planta siderúrgica compreendendo o referido forno, e um processo de coqueificação/redução de coque. Mais precisamente, a invenção consiste em melhorias relativas ao difusor de gases/fluidos injetados na região interna do forno. Referido difusor otimiza o rendimento térmico, melhora a temperatura, melhora a queima de gases e reduz o nível de perda de massa de coque no processo.[0001] The present invention lies in the fields of steel and engineering, describing an apparatus for increasing thermal efficiency in a coke oven/coke reduction, a coke oven/coke reduction, a steel plant comprising said oven, and a coking/coke reduction process. More precisely, the invention consists of improvements relating to the diffuser for gases/fluids injected into the inner region of the furnace. This diffuser optimizes thermal efficiency, improves temperature, improves gas burning and reduces the level of coke mass loss in the process.

Background of the Invention

[0002] Componentes voláteis do carvão, tal como água, gás de carvão,dentre outros, são expulsas por meio de aquecimento em forno através de combustão direta, gerada pela injeção de ar atmosférico nas câmaras de combustão do forno, graças à pressão negativa gerada neste sistema, promovida por ventiladores de tiragem induzida. A queima dos gases de hidrocarbonetos produzidos por esse processo, geralmente acima de 1000 °C, conduz um o processo conhecido como coqueificação/redução (denominado heat recovery).[0002] Volatile components of coal, such as water, coal gas, among others, are expelled through heating in a furnace through direct combustion, generated by the injection of atmospheric air into the furnace combustion chambers, thanks to the negative pressure generated in this system, promoted by induced draft fans. Burning the hydrocarbon gases produced by this process, usually above 1000 °C, conducts a process known as coking/reduction (called heat recovery).

[0003] Neste processo, o carvão é introduzido no forno em uma camadauniforme de cerca de 60 a 110 centímetros de altura, e o ar é fornecido inicialmente para inflamar o carvão. A coqueificação/redução é concluída após diversas horas de processo de queima, produzindo matérias voláteis, que queimam dentro do forno e fornecem calor para o processo. Os gases de escape são reaproveitados para geração de energia elétrica e após resfriados, tratados quimicamente para remoção dos componentes químicos não queimados durante o processo de combustão, normalmente compostos de enxofre e nitrogênio, para depois serem expelidos para a atmosfera. As impurezas não expelidas são acumuladas formando escórias.[0003] In this process, coal is introduced into the kiln in a uniform layer of about 60 to 110 centimeters high, and air is initially supplied to ignite the coal. Coking/reduction is completed after several hours of the firing process, producing volatile materials, which burn inside the kiln and provide heat for the process. The exhaust gases are reused to generate electricity and, after being cooled, chemically treated to remove the chemical components not burned during the combustion process, usually composed of sulfur and nitrogen, to be later expelled into the atmosphere. Unexpelled impurities accumulate to form slag.

[0004] Para que o carvão seja utilizado como carvão de coque,determinado por determinadas técnicas de ensaio de carvão, tais como controle de: teor de humidade; teor de cinzas; teor de enxofre; conteúdo volátil; alcatrão; e plasticidade. Esta mistura é destinada a produção de um coque com índice de reatividade após reação de CO2 apropriado (Coke Strength after Reaction - CSR), após perder uma quantidade adequada de massa.[0004] For coal to be used as coking coal, determined by certain coal testing techniques, such as control of: moisture content; ash content; sulphur content; volatile content; tar; and plasticity. This mixture is intended for the production of a coke with a reactivity index after an appropriate CO2 reaction (Coke Strength after Reaction - CSR), after losing an adequate amount of mass.

[0005] Comumente, quanto maior for a matéria volátil do carvão, maissubproduto pode ser produzido. Considera-se geralmente que os níveis de 2629% de matéria volátil na mistura de carvão são bons para fins de produção de coque, portanto, diferentes tipos de carvão são proporcionalmente misturados para alcançar níveis aceitáveis de volatilidade antes do início do processo de coqueificação.[0005] Commonly, the greater the volatile matter of the coal, the more by-product can be produced. The 2629% volatile matter levels in the coal blend are generally considered to be good for coking purposes, therefore different types of coal are proportionately blended to achieve acceptable levels of volatility prior to commencing the coking process.

[0006] No entanto, o estado da técnica carece de soluções queaumentem o rendimento do processo de coqueificação/redução, sem que a solução seja o uso de um carvão de menor volatilidade, sendo esta solução, uma ação que onera o valor da mistura.[0006] However, the state of the art lacks solutions that increase the yield of the coking/reduction process, without the solution being the use of a less volatile coal, this solution being an action that burdens the value of the mixture.

[0007] Assim, do que se depreende da literatura pesquisada, não foramencontrados documentos antecipando ou sugerindo os ensinamentos da presente invenção, de forma que a solução aqui proposta, aos olhos dos inventores, possui novidade e atividade inventiva frente ao estado da técnica.[0007] Thus, from what appears from the researched literature, no documents were found anticipating or suggesting the teachings of the present invention, so that the solution proposed here, in the eyes of the inventors, has novelty and inventive step compared to the state of the art.

Invention Summary

[0008] A presente invenção tem por objetivo resolver os problemasconstantes no estado da técnica a partir de melhorias relativas ao difusor de gases/fluidos injetados na região interna do forno. Referido difusor otimiza o rendimento térmico, melhora a temperatura, melhora a queima de gases e reduz o nível de perda de massa de coque no processo.[0008] The present invention aims to solve the constant problems in the state of the art from improvements related to the diffuser of injected gases / fluids in the internal region of the furnace. This diffuser optimizes thermal efficiency, improves temperature, improves gas burning and reduces the level of coke mass loss in the process.

[0009] Esses problemas técnicos são resolvidos através de um aparatodifusor de gases/fluidos de material refratário que proporciona a passagem de ar atmosférico (oxigênio) de uma região externa ao forno para uma região interna do forno e dessa maneira proporciona uma distribuição uniforme e controlada do ar (oxigênio), evitando contato direto sobre a massa de carvão. Em uma concretização, referido difusor compreende meios para desviar a direção do fluxo de entrada de ar atmosférico (oxigênio) no forno, proporcionando otimização da temperatura no interior do forno, melhoria da queima de gases.[0009] These technical problems are solved through a refractory material gas/fluid diffuser apparatus that provides the passage of atmospheric air (oxygen) from an external region of the furnace to an internal region of the furnace and thus provides a uniform and controlled distribution of air (oxygen), avoiding direct contact with the coal mass. In one embodiment, said diffuser comprises means to divert the direction of the incoming flow of atmospheric air (oxygen) into the furnace, providing optimization of the temperature inside the furnace, improving the burning of gases.

[0010] A invenção proporciona também redução do nível de perda demassa de coque, aumento do rendimento e redução da quantidade de gás bruto escoada para os dutos de gases, que impactam diretamente no desempenho e custo de processos de coqueificação/redução de coque e de processos que dependem desse combustível.[0010] The invention also provides a reduction in the level of coke mass loss, increased yield and reduced amount of raw gas drained into gas pipelines, which directly impact the performance and cost of coking/coke reduction and processes that depend on this fuel.

[0011] É um objeto da presente invenção um aparato para aumento deeficiência térmica de forno de coqueificação/redução de coque compreendendo:a. material refratário;b. meios para a passagem de ar atmosférico (oxigênio) ou fluido gasoso de uma região externa ao forno para uma região interna do forno, com isolamento térmico da região interna do forno;c. um meio de difusão de ar atmosférico (oxigênio) ou fluido gasoso; e d. o meio de difusão possuir um ângulo entre 1 e 90° com relação a horizontal.[0011] It is an object of the present invention an apparatus for increasing the thermal efficiency of a coke oven/coke reduction comprising: a. refractory material; b. means for the passage of atmospheric air (oxygen) or gaseous fluid from a region external to the furnace to an internal region of the furnace, with thermal insulation of the internal region of the furnace; c. a diffusion medium of atmospheric air (oxygen) or gaseous fluid; and d. the diffusion medium has an angle between 1 and 90° with respect to the horizontal.

[0012] Em uma concretização, o referido aparato adicionalmentecompreende meios para desviar a direção do fluxo de entrada de ar atmosférico (oxigênio) no forno.[0012] In one embodiment, said apparatus additionally comprises means for diverting the direction of the incoming flow of atmospheric air (oxygen) into the furnace.

[0013] Em uma concretização, o referido meio para desviar a direção dofluxo de entrada de ar atmosférico (oxigênio) no forno abertura com ângulo(s) de difusão (α) entre de 1° e 90° em relação ao plano horizontal, mais preferencialmente o ângulo de difusão (α) estando entre 30° e 45°[0013] In one embodiment, said means for shifting the direction of the inlet flow of atmospheric air (oxygen) into the furnace opening with diffusion angle(s) (α) between 1° and 90° in relation to the horizontal plane, plus preferably the diffusion angle (α) being between 30° and 45°

[0014] É um segundo objeto da presente invenção um forno paracoqueificação/redução de coque compreendendo o aparato descrito acima.[0014] It is a second object of the present invention a furnace for coking/coke reduction comprising the apparatus described above.

[0015] É um terceiro objeto da presente invenção uma planta siderúrgicacompreendendo um forno para coqueificação/redução compreendendo o aparato descrito acima.[0015] It is a third object of the present invention a steel plant comprising a furnace for coking/reduction comprising the apparatus described above.

[0016] É um quarto objeto da presente invenção um processo decoqueificação/redução de coque compreendendo uma etapa de injetar gases/fluidos através do aparato descrito acima.[0016] It is a fourth object of the present invention a decoking/coke reduction process comprising a step of injecting gases/fluids through the apparatus described above.

[0017] O conceito inventivo comum a todos os contextos de proteçãoreivindicados é o uso de um aparato difusor de gases/fluidos de material refratário que proporciona a passagem de ar atmosférico (oxigênio) de uma região externa ao forno para uma região interna do forno e proporciona isolamento térmico da região interna do forno, opcionalmente compreendendo meios para desviar a direção do fluxo de entrada de ar atmosférico (oxigênio) no forno, proporcionando otimização da temperatura no interior do forno, melhoria da queima de gases.[0017] The inventive concept common to all claimed protection contexts is the use of a diffusing apparatus for gases/fluids of refractory material that provides the passage of atmospheric air (oxygen) from an external region of the furnace to an internal region of the furnace and provides thermal insulation of the internal region of the furnace, optionally comprising means to divert the direction of the inflow of atmospheric air (oxygen) into the furnace, providing optimization of the temperature inside the furnace, improving the burning of gases.

[0018] Estes e outros objetos da invenção serão imediatamentevalorizados pelos versados na arte e pelas empresas com interesses no segmento, e serão descritos em detalhes suficientes para sua reprodução na descrição a seguir.[0018] These and other objects of the invention will be immediately valued by experts in the art and by companies with interests in the segment, and will be described in sufficient detail for their reproduction in the description below.

Brief Description of Figures

[0019] Como intuito de melhor definir e esclarecer o conteúdo dopresente pedido de patente, são apresentadas as presente figuras:[0019] In order to better define and clarify the content of this patent application, the following figures are presented:

[0020] A figura 1 ilustra uma vista lateral de uma realização do aparatodifusor da presente invenção.[0020] Figure 1 illustrates a side view of an embodiment of the diffuser apparatus of the present invention.

[0021] A figura 2 ilustra uma vista do corte A, indicado na figura 1, dodifusor, representando as aberturas para passagem de ar e o ângulo de difusão (α).[0021] Figure 2 illustrates a view of section A, indicated in Figure 1, of the diffuser, representing the openings for air passage and the diffusion angle (α).

[0022] A figura 3 ilustra uma vista em detalhe do difusor ilustrado nafigura 1, representando uma vista frontal das aberturas para passagem de ar.[0022] Figure 3 illustrates a detailed view of the diffuser illustrated in Figure 1, representing a front view of the openings for the passage of air.

[0023] A figura 4 ilustra uma vista em perspectiva do difusor ilustrado nafigura 1.[0023] Figure 4 illustrates a perspective view of the diffuser shown in Figure 1.

[0024] A figura 5 ilustra uma vista em detalhe, em corte, de parte do tetode um forno da presente invenção, ilustrando a montagem do difusor da presente invenção.[0024] Figure 5 illustrates a detailed view, in section, of part of the roof of an oven of the present invention, illustrating the assembly of the diffuser of the present invention.

[0025] A figura 6 ilustra uma vista interior do teto do forno da presenteinvenção, representando uma realização da distribuição de aberturas no teto do forno, para montagem dos difusores da presente invenção.[0025] Figure 6 illustrates an interior view of the ceiling of the oven of the present invention, representing an implementation of the distribution of openings in the ceiling of the oven, for mounting the diffusers of the present invention.

[0026] A figura 7 ilustra uma realização do forno da presente invenção,compreendendo uma abertura adaptada para montagem de duto de alimentação de difusor em abertura de espaço externo restrito.[0026] Figure 7 illustrates an embodiment of the oven of the present invention, comprising an opening adapted for mounting a diffuser feed duct in an opening of restricted external space.

[0027] A figura 8 ilustra uma variação da porcentagem de gás bruto nointerior do forno, ao longo do processo de coqueificação/redução do carvão coque.[0027] Figure 8 illustrates a variation of the percentage of raw gas inside the kiln, throughout the coking/reduction process of coking coal.

[0028] A figura 9 ilustra um diagrama das condições atuais paradeterminação da quantidade de gás bruto, em m3 (STP)/h/fornos, e da quantidade de taxa de transferência de coque, em estado seco - (d.b. drybased) t/a/planta, em função do tempo de aquecimento, em horas, e do teor de matéria volátil do carvão (v.m. - Volatile matter), em porcentagem.[0028] Figure 9 illustrates a diagram of the current conditions for determining the amount of raw gas, in m3 (STP)/h/furnaces, and the amount of coke transfer rate, in dry state - (db drybased) t/a /plant, as a function of heating time, in hours, and of the volatile matter content of the coal (vm - Volatile matter), in percentage.

[0029] A figura 10 ilustra um diagrama das condições atuais paradeterminação da quantidade de vapor de água, em kg/h/fornos, e da quantidade de taxa de transferência de coque, em estado seco - (d.b. drybased) t/a/planta, em função do tempo de aquecimento, em horas, e do teor de matéria volátil do carvão (v.m. - Volatile matter), em porcentagem.[0029] Figure 10 illustrates a diagram of the current conditions for determining the amount of water vapor, in kg/h/kilns, and the amount of coke transfer rate, in dry state - (db drybased) t/a/plant , as a function of the heating time, in hours, and of the volatile matter content of the coal (vm - Volatile matter), in percentage.

Detailed Description of the Invention

[0030] A presente invenção provê vantagens no processo decoqueificação/redução de carvão coque, por meio da coqueificação/redução da queima excessiva de massa de coque causada no estado da técnica.[0030] The present invention provides advantages in the process of decoking / reduction of coke coal, through the coking / reduction of excessive burning of coke mass caused in the prior art.

[0031] A presente invenção apresenta um aparato, um forno, uma plantasiderúrgica e um processo de coqueificação/redução de coque que resolve diversos problemas técnicos, incluindo o problema de elevada queima de massa de coque, garantindo um maior rendimento do processo e consequentemente menor custo operacional para o processo que depende do calor a ser gerado pelo coque, uma vez que uma maior quantidade de coque é obtido com a mesma quantidade de matéria prima e o isolamento térmico do forno é aprimorado.[0031] The present invention presents an apparatus, a furnace, an iron and steel plant and a coking/coke reduction process that solves several technical problems, including the problem of high coke mass burning, ensuring greater process yield and consequently lower operating cost for the process that depends on the heat to be generated by the coke, since a greater amount of coke is obtained with the same amount of raw material and the thermal insulation of the oven is improved.

[0032] O aparato da presente invenção é composto de material refratário,proporciona a passagem de gases/fluidos de uma região externa ao forno para uma região interna do forno e proporciona isolamento térmico da região interna do forno. Opcionalmente, compreende também meios para desviar a direção do fluxo de entrada de ar atmosférico (oxigênio) no forno. O aparato proporciona uma injeção controlada e otimizada do dito fluído (ar, gases de combustão, ou outros necessários ao processo), otimizando a manutenção da temperatura no interior do forno e/ou a obtenção de temperaturas mais elevadas que os fornos equivalentes do estado da técnica.[0032] The apparatus of the present invention is composed of refractory material, provides the passage of gases / fluids from an external region of the furnace to an internal region of the furnace and provides thermal insulation of the internal region of the furnace. Optionally, it also comprises means for diverting the direction of the incoming flow of atmospheric air (oxygen) into the furnace. The apparatus provides a controlled and optimized injection of said fluid (air, combustion gases, or others necessary for the process), optimizing the maintenance of the temperature inside the furnace and/or obtaining higher temperatures than equivalent furnaces in the state of technique.

[0033] Com o aumento e manutenção da temperatura elevada na regiãointerna do forno (7), dentre outras vantagens que serão detalhadas adiante, tem-se a melhor queima de queima de gases brutos (raw gases), minimizando a ocorrência de queima dos mesmos nos dutos de saída.[0033] With the increase and maintenance of high temperature in the internal region of the kiln (7), among other advantages that will be detailed below, there is a better burning of raw gases (raw gases), minimizing the occurrence of burning of the same in the output ducts.

[0034] A perda por queima de massa de coque no estado da técnica écausado pela proximidade da entrada de ar e pelo contato direto da massa de coque com ar.[0034] The loss by burning coke mass in the prior art is caused by the proximity of the air inlet and by the direct contact of the coke mass with air.

[0035] O aparato da invenção, em uma realização, é definido por umdifusor (1), que consiste em um dispositivo que tem a função de direcionar de forma eficiente um fluído (comumente ar ou oxigênio) e balanceá-lo dentro da câmara (forno), compreendendo uma ou mais saídas de ar a uma distância específica do coque.[0035] The apparatus of the invention, in one embodiment, is defined by a diffuser (1), which consists of a device that has the function of efficiently directing a fluid (commonly air or oxygen) and balancing it within the chamber ( oven) comprising one or more air vents at a specific distance from the coke.

[0036] A presente invenção apresenta como vantagens adicionais, acoqueificação/redução da temperatura média do gás de combustão na saída de gases, a coqueificação/redução da umidade do carvão, aumenta a temperatura média do gás de combustão na entrada de gases, garante a manutenção do nível de oxigênio misturado com gás combustível e garante que não ocorra vazamento de entrada de ar.[0036] The present invention has as additional advantages, coking/reducing the average temperature of the flue gas at the exit of gases, coking/reducing the moisture of the coal, increases the average temperature of the flue gas at the inlet of gases, guarantees the maintenance of the level of oxygen mixed with combustible gas and ensures that no air inlet leakage occurs.

[0037] Defletores (1) são instalados na entrada de ar para alimentar oprocesso de queima com oxigênio, no entanto se o defletor estiver instalado de maneira incorreta, ocorre perda de ar e uma quantidade maior de coque é necessária.[0037] Deflectors (1) are installed in the air inlet to feed the burning process with oxygen, however if the deflector is installed incorrectly, air loss occurs and a larger amount of coke is required.

[0038] Visando reduzir a perda de coque, defletores são posicionados notopo dos fornos, fixados em sua posição por meio de hastes montadas entre tijolos refratários com vãos preenchidos com material refratário. Tijolos de isolamento são dispostos na abertura, para facilitar sua substituição ou remoção futura.[0038] In order to reduce the loss of coke, baffles are positioned at the top of the kilns, fixed in their position by means of rods mounted between refractory bricks with gaps filled with refractory material. Insulation bricks are placed in the opening, to facilitate its replacement or future removal.

[0039] O difusor (1) compreende passagens (2) com ângulo variando de90° a ângulos mais obtusos, em relação ao plano horizontal, para prover uma maior eficiência. A geometria do difusor (1) pode ser qualquer que possibilite sua montagem por meio de abertura (5) da parede de forno (4), tais como: cilíndrica, oval, circular, elíptica, retangular.[0039] The diffuser (1) comprises passages (2) with an angle ranging from 90° to more obtuse angles, in relation to the horizontal plane, to provide greater efficiency. The geometry of the diffuser (1) can be any that allows its assembly through the opening (5) of the oven wall (4), such as: cylindrical, oval, circular, elliptical, rectangular.

[0040] O difusor de ar (1) para forno de coqueificação/redução de coqueda presente invenção compreende pelo menos uma passagem (3) capaz de permitir que ar ou qualquer outro gás externo ao forno, seja direcionado para a região interna do forno (7) por meio de um fluxo de ar (3.1) e, ainda, tal fluxo de ar (3.1) é condicionado por um ângulo de difusão (α) capaz de direcionar o ar externo em direção à região inferior do forno.[0040] The air diffuser (1) for coke oven/coke reduction present invention comprises at least one passage (3) capable of allowing air or any other gas external to the oven to be directed to the inner region of the oven ( 7) by means of an air flow (3.1) and, further, such air flow (3.1) is conditioned by a diffusion angle (α) capable of directing the external air towards the lower region of the oven.

[0041] Em uma realização da invenção, o referido ângulo de difusão (α)é definido em 30° em relação ao plano horizontal, devido às melhorias conferidas no atingimento e manutenção de temperaturas mais elevadas do que em fornos convencionais durante o processo de coqueificação/redução. Entretanto, tal angulação pode ser alterada, em função da geometria do interior do forno, para prover condições ideais de difusão de ar no interior do mesmo.[0041] In one embodiment of the invention, said diffusion angle (α) is defined at 30° in relation to the horizontal plane, due to the improvements given in achieving and maintaining higher temperatures than in conventional ovens during the coking process /reduction. However, this angle can be changed, depending on the geometry of the interior of the oven, to provide ideal conditions for air diffusion inside the oven.

[0042] Em uma realização da invenção, o difusor de ar (1) é montado noteto do forno e compreende pelo menos uma abertura (2) para passagem de ar disposta em sua extremidade inferior, sendo no caso de uma pluralidade de aberturas (2), as mesmas dispostas ao longo da periferia da extremidade inferior do difusor (1).[0042] In an embodiment of the invention, the air diffuser (1) is mounted on the oven surface and comprises at least one opening (2) for air passage disposed at its lower end, in the case of a plurality of openings (2 ), the same arranged along the periphery of the lower end of the diffuser (1).

[0043] A montagem do difusor (1) no teto do forno se dá por meio de seualojamento em aberturas (5), de modo que o comprimento da extremidade inferior exposta na região interna do forno (7) seja de pelo menos 30cm, no entanto tal comprimento pode variar de acordo com a geometria da região interna do forno (7) e das condições e dimensionamento do sistema de ventilação que insufla ar pela passagem (3).[0043] The assembly of the diffuser (1) on the oven ceiling is done by housing it in openings (5), so that the length of the lower end exposed in the inner region of the oven (7) is at least 30cm, in the However, such length can vary according to the geometry of the internal region of the oven (7) and the conditions and dimension of the ventilation system that blows air through the passage (3).

[0044] Em uma realização da invenção, os difusores (1) são montadosna região mais alta do interior do forno, no teto do mesmo, de modo que o contato com chamas seja minimizado.[0044] In an embodiment of the invention, the diffusers (1) are mounted in the highest region of the interior of the oven, on the roof of the same, so that contact with flames is minimized.

[0045] A região superior do difusor (1) é apoiada na abertura do teto doforno (5) e coberta por uma proteção (6), que define um duto de alimentação controlada de ar/gás a ser injetado na região interna do forno (7) por meio do fluxo de ar (3.1).[0045] The upper region of the diffuser (1) is supported in the opening of the oven roof (5) and covered by a protection (6), which defines a controlled air/gas feed duct to be injected into the inner region of the oven ( 7) through the air flow (3.1).

[0046] Para fornos, ou aberturas (5) dos fornos, que ofereçam espaçorestrito na região externa, é proposto o uso de um duto de alimentação (8), conforme ilustrado na figura 7, para prover alimentação adequada de ar/gás para a região interna do forno (7).[0046] For ovens, or openings (5) of the ovens, which offer restricted space in the external region, it is proposed to use a feed duct (8), as shown in figure 7, to provide adequate air/gas supply for the inner region of the oven (7).

[0047] A presença de difusores (1) em fornos de plantas siderúrgicasconfere vantagens ao processo de fabricação de aço e/ou outros metais para escala comercial, uma vez que o ângulo de difusão (α) fixado em 30°, combinado com sua montagem no teto do forno, confere uma menor perda de coque ao final do processo de cozimento, se comparado com fornos de reduzão/coqueificação convencionais, assim, com a mesma quantidade de carvão inicial, alimenta-se mais bateladas de aço/metais, reduzindo o custo de fabricação e/ou aumentando a lucratividade da planta siderúrgica.[0047] The presence of diffusers (1) in furnaces in steel plants gives advantages to the process of manufacturing steel and/or other metals for commercial scale, since the diffusion angle (α) is set at 30°, combined with its assembly on the roof of the oven, it gives less coke loss at the end of the cooking process, compared to conventional reduction/coking ovens, thus, with the same amount of initial charcoal, more batches of steel/metals are fed, reducing the manufacturing cost and/or increasing the profitability of the steel plant.

[0048] Com base nas figuras 9 e 10, nota-se que a performance de umforno de coqueificação sem a utilização da solução proposta pela presente invenção, com um tempo médio bruto de coqueificação de 63 horas e um VM = 21% (d.b.), apresenta uma taxa de transferência de coque (d.b.) deaproximadamente 1780000 t/a/planta para um fluxo de gás residual de aproximadamente 100000 m3 (STP)/h/Boiler e um fluxo de massa de vapor de aproximadamente 33000 kg/h/Boiler.[0048] Based on figures 9 and 10, it is noted that the performance of a coking oven without using the solution proposed by the present invention, with an average gross coking time of 63 hours and a VM = 21% (db) , features a coke transfer rate (db) of approximately 1780000 t/a/plant for a residual gas flow of approximately 100,000 m3 (STP)/h/Boiler and a vapor mass flow of approximately 33000 kg/h/Boiler .

[0049] Os exemplos a seguir detalham a maneira como as vantagensconferidas pela invenção são atingidas.Exemplo 1 - A angulação do difusor vs temperatura no interior do forno:[0049] The following examples detail how the advantages conferred by the invention are achieved. Example 1 - The angle of the diffuser vs. temperature inside the oven:

[0050] Ao instalar difusores (1) com ângulo de difusão (α) para conduzirum fluxo de ar (3.1) para a região interna do forno (7), utilizando um ângulo de difusão (α) de 30° obtém-se um aumento significativo de temperatura no interior da câmara, se comparado com um difusor com ângulo (α) de 90°. Nas primeiras 16 horas, a temperatura é elevada de 1035°C, do momento de carregamento do forno, a 1208°C após 16 horas.[0050] By installing diffusers (1) with diffusion angle (α) to conduct an air flow (3.1) to the inner region of the oven (7), using a diffusion angle (α) of 30°, an increase is obtained temperature inside the chamber, if compared to a diffuser with an angle (α) of 90°. In the first 16 hours, the temperature is raised from 1035°C, from the moment the oven is loaded, to 1208°C after 16 hours.

[0051] Testes feitos pelo inventores mostraram que fornos convencionaisdotados de aparatos difusores com ângulo de difusão (α) definidos em 45° atingem temperaturas de 1064°C após 10 horas, enquanto fornos com ângulo de difusão (α) definidos em 30°, no mesmo período, atingem temperaturas de 1165°C.[0051] Tests carried out by the inventors showed that conventional ovens equipped with diffusing apparatus with diffusion angle (α) set at 45° reach temperatures of 1064°C after 10 hours, while ovens with diffusion angle (α) set at 30°, in same period, reach temperatures of 1165°C.

[0052] De 15 a 18 horas em um forno convencional as temperaturasvariam de 1064 a 1125°C, enquanto os fornos com difusores com ângulo de difusão (α) em 30° estão na temperatura de 1228°C.[0052] From 15 to 18 hours in a conventional oven temperatures range from 1064 to 1125°C, while ovens with diffusers with diffusion angle (α) at 30° are at a temperature of 1228°C.

[0053] Após 52 horas, os fornos convencionais estão em umatemperatura entre 1300 a 1330°C, enquanto os fornos com difusores com ângulo de difusão (α) em 30° estão em temperatura entre 1359 a 1375°C.[0053] After 52 hours, conventional ovens are at a temperature between 1300 to 1330°C, while ovens with diffusers with diffusion angle (α) at 30° are at a temperature between 1359 to 1375°C.

[0054] Em todos os estágios, os tubos de difusores com ângulo dedifusão (α) em 30° permitem uma melhor queima dos gases no forno, especialmente nos estágios iniciais onde estão sendo produzidas grandes quantidades de gás, onde uma melhor queima reduz a quantidade de gás bruto que adentra a partir dos soleflues do forno. Dita redução na quantidade de gás a ser queimada nesta área significa que a temperatura nos soleflues do forno é mais estável, e os gases que adentram nos dutos coletores são compostos por 99,8% de gás quente com uma pequena fração de gás não queimado.[0054] At all stages, the diffuser tubes with a diffusion angle (α) at 30° allow a better burning of gases in the furnace, especially in the initial stages where large amounts of gas are being produced, where a better burning reduces the amount of raw gas entering from the furnace soleflues. Said reduction in the amount of gas to be flared in this area means that the temperature in the soleflues of the furnace is more stable, and the gases entering the collecting ducts are composed of 99.8% hot gas with a small fraction of unburned gas.

[0055] Os difusores com ângulo de difusão (α) em 30°, ainda, reduzem oentupimento por carbono das saídas de gás para os soleflues do forno.[0055] Diffusers with a diffusion angle (α) at 30° further reduce carbon clogging of the gas outlets to the furnace soleflues.

[0056] Uma vez que os blocos misturadores de gás foram alocados noscondutos de fundo do forno, não ocorre mais o derretimento nos referidos condutos de fundo do forno bem como não há mais gases brutos adentrando os dutos coletores causando picos de temperaturas que agravam o desgaste dos referidos dutos coletores.Exemplo 2 - Processo melhorado com economia de energia[0056] Once the gas mixing blocks were allocated in the kiln bottom ducts, there is no longer melting in said kiln bottom ducts, as well as there is no more raw gases entering the collecting ducts causing temperature peaks that aggravate wear of said collecting ducts.Example 2 - Improved process with energy savings

[0057] Devido ao impacto direto das primeiras entradas de ar no coquepode-se queimar uma quantidade entre 400 a 600 quilos de coque por área de ciclo. Como exemplo, em uma área de ciclo definida por 3 m (comprimento) x 0,4 (largura) x 0,1 m (altura), totalizando 0,12 m3 de volume por defletor, que multiplicados pelo número de defletores (seis defletores), resulta em 0,72 m3 de volume total. Com este volume total multiplicado pela densidade do coque, temos 0,72 m3 x 650 kg/m3 = 468 kg de coque que são economizados no ciclo. Estimando-se 10 ciclos semelhantes a este por mês, tem-se uma economia de 4680 kg de coque economizados por cada forno em um mês. Com base em uma planta dotada de 432 fornos, a economia chega a mais de 2000 toneladas de coque por mês.[0057] Due to the direct impact of the first air intakes on the coke, an amount between 400 and 600 kilos of coke can be burned per cycle area. As an example, in a cycle area defined by 3 m (length) x 0.4 (width) x 0.1 m (height), totaling 0.12 m3 of volume per deflector, which multiplied by the number of deflectors (six deflectors ), results in 0.72 m3 of total volume. With this total volume multiplied by the coke density, we have 0.72 m3 x 650 kg/m3 = 468 kg of coke that are saved in the cycle. Estimating 10 cycles similar to this per month, saves 4680 kg of coke saved by each oven in one month. Based on a plant equipped with 432 ovens, savings reach more than 2000 tons of coke per month.

[0058] Em um forno foram instalados 6 tubos difusores com ângulo dedifusão (α), percebeu-se que, além de uma redução na perda de coque, houve uma melhora na eficiência da queima de gases nas primeiras 24 horas, onde notou-se também um aumento da temperatura para 1228°C, enquanto os fornos sem os tubos difusores com ângulo de difusão (α) atingem na primeiras 24 horas, uma temperatura em torno de 1120°C a 1130°C. Após 48 horas de funcionamento de um forno dotado dos difusores com ângulo de difusão (α) possuem uma temperatura em torno de 1357°C a 1390°C, enquanto fornos sem tais difusores possuem, após as mesmas 24 horas, temperatura na casa do 1216°C a 1220°C.Exemplo 3 - Ganhos de performance do processo global[0058] In an oven, 6 diffuser tubes were installed with diffusion angle (α), it was noticed that, in addition to a reduction in coke loss, there was an improvement in the efficiency of burning gases in the first 24 hours, where it was noted also an increase in temperature to 1228°C, while ovens without diffuser tubes with diffusion angle (α) reach, in the first 24 hours, a temperature around 1120°C to 1130°C. After 48 hours of operation, an oven equipped with diffusers with diffusion angle (α) has a temperature of around 1357°C to 1390°C, while ovens without such diffusers have, after the same 24 hours, a temperature in the region of 1216 °C to 1220°C. Example 3 - Global process performance gains

[0059] Algumas medidas necessárias para o aumento e estabilização daperformance:1) Redução da ociosidade do forno: Aumento da disponibilidade dasmáquinas, desembarcadouros, correias e sistemas de têmpera. Isso se dá de várias formas, como o empurramento dos fornos rigorosamente 63 horas após os carregamentos dos ditos fornos, fechamento das portas tão rápido quanto possível após o carregamento, instalação de um sistema de posicionamento de carros carregadores ou empurradores, além da descarbonização normal de todos os fechamentos do duto requerido após o carregamento; 2) Redução da combustão do carvão/coque na carga superficial:Instalação de entradas do tipo-T, feitas de material refratário, através de aberturas de ar primárias localizadas na parte superior do forno, assim como visto na figura 5;3) Aumento da temperatura de combustão do gás evitando combustão terciária: Período no qual ar combustível é requerido para completa combustão dos gases em bruto no interior do forno. Esses períodos variam de 0 a 90% do tempo de cozimento.4) Redução de emissões atmosféricas, por contra-pressão;[0059] Some necessary measures to increase and stabilize performance: 1) Reduction of furnace idleness: Increased availability of machines, landings, belts and tempering systems. This happens in several ways, such as pushing the ovens strictly 63 hours after loading the said ovens, closing the doors as quickly as possible after loading, installing a positioning system for loaders or pushers, in addition to the normal decarbonization of all required pipeline closures after loading; 2) Reduction of coal/coke combustion in surface charge: Installation of T-type inlets, made of refractory material, through primary air openings located in the upper part of the kiln, as seen in figure 5; 3) Increased gas combustion temperature avoiding tertiary combustion: Period in which combustible air is required for complete combustion of the raw gases inside the kiln. These periods vary from 0 to 90% of the cooking time.4) Reduction of atmospheric emissions, by back pressure;

[0060] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aquiapresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes, abrangidas no escopo das reivindicações anexas.[0060] Those skilled in the art will value the knowledge presented herein and may reproduce the invention in the presented modalities and in other variants, covered by the scope of the appended claims.

Claims

1. Diffuser apparatus (1) for increasing the thermal efficiency of a coking/reduction oven comprising: a. refractory material; and b. means for the passage of gases/fluids from a region external to the furnace to an internal region of the furnace, with thermal insulation of the internal region of the furnace; said diffuser apparatus (1) characterized in that it comprises means to divert the direction of the input flow of gases/fluids in the inner region of the oven (7).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that said means for diverting the direction of the inflow of gases/fluids into the furnace comprises opening(s) with diffusion angle(s) (α) between 1° and 89° in relation to the horizontal plane.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that said means for diverting the direction of the inflow of gases/fluids into the furnace comprises opening(s) with diffusion angle(s) (α) of 30°.

4. Apparatus according to any one of claims 2 to 3 characterized in that the openings (2) are arranged along the periphery of the lower end of the diffuser (1).

5. Oven for coking/coke reduction characterized in that it comprises the diffuser apparatus (1) of claim 1.

6. Oven according to claim 5, characterized in that each diffusing apparatus (1) is positioned in an opening (5) in the roof of the oven.

7. Steel plant characterized by the fact that it comprises a coking/reduction furnace as defined in claim 5.

8. Coking/coke reduction process characterized in that it comprises a step of injecting air into the oven through the apparatus of claim 1.

9. Process according to claim 8 characterized in that the diffusion angle (α) is 30° in relation to the horizontal plane.

10. Process according to claim 8 or 9 characterized in that the diffusers (1) are arranged in the region above the furnace and by injecting air along the periphery of the diffusers (2), towards the corners of the furnace.