BR102021001497A2 - Sistema para dessulfuração de metais líquidos - Google Patents

Abstract

SISTEMA PARA DESSULFURAÇÃO DE METAIS LÍQUIDOS. A presente tecnologia, que se insere no campo técnico de refino de metais fundidos, se configura como um novo sistema para dessulfuração de metais líquidos, em especial do ferro gusa. O invento consiste em um reator (R) de duas câmaras com vasos comunicantes. O metal líquido é alimentado em uma das câmaras, dotada de um plug capilar (P) na soleira, por onde é injetado o agente dessulfurante utilizando um gás inerte para arraste. Essa câmara possui uma altura superior à outra, utilizada para saída do metal tratado. Na parte superior da câmara de entrada, existe uma saída para a escória (E) formada durante o tratamento de dessulfuração. O sistema e reator empregado permitem que a eficiência da dessulfuração seja elevada em até 4 vezes.

Description

SISTEMA PARA DESSULFURAÇÃO DE METAIS LÍQUIDOS

[001] Refere-se a presente patente de invenção a um sistema para dessulfuração de metais líquidos, em especial do ferro gusa. Inserido no campo técnico de processos de refino de metais fundidos, o invento consiste em um reator projetado para otimizar as condições termodinâmicas/cinéticas e, assim, maximizar as condições operacionais necessárias para a dessulfuração, retirando as limitações impostas pelo aproveitamento de vasilhames de transporte de metal líquido, como reatores de dessulfuração.

Descrição do estado da técnica:

[002] Os metais são produzidos em etapas. Geralmente a primeira etapa consiste na redução do óxido encontrado na natureza, obtendo o metal líquido, que deve ser solidificado através de um processo de lingotamento ou fundição. Dependendo das exigências de composição química final desse metal é necessário um tratamento de refino, antes da solidificação. Um desses processos é a redução do teor de enxofre, normalmente deletério para as propriedades finais do metal.

[003] Para o caso específico da fabricação de aço, o processo de redução normalmente ocorre em altos fornos, onde é obtido o gusa líquido. As etapas de refino subsequentes são o refino primário e o secundário. O refino primário é feito em convertedores com uso de oxigênio para a oxidação do carbono, que estava saturado no gusa líquido. Quando o aço a ser produzido necessita de baixos teores de enxofre, esse deve ser retirado antes ou após o refino primário, já que o ambiente oxidante, ocasionado pelo uso do oxigênio, não permite a reação de dessulfuração.

[004] A operação de dessulfuração do metal líquido normalmente é realizada através da injeção de dessulfurante no seio do metal através de uma lança refratária e um gás inerte carreador, ou adicionado na superfície do metal e agitado por injeção de gás inerte através de lança refratária, plug (localizado no fundo do recipiente) ou uma pá refratária (impeller). Essa operação é realizada no vasilhame de transporte do metal líquido, panela ou carro torpedo.

[005] O enxofre se encontra dissolvido no banho metálico e é retirado através do uso de um composto que forme um sulfeto mais estável. O composto mais comum utilizado, por razões econômicas é o óxido de cálcio. Também podem ser utilizados o carbureto de cálcio e o magnésio metálico. A reação de dessulfuração vai ocorrer quando houver o contato entre a partícula do agente dessulfurante e o enxofre dissolvido no metal líquido. O tratamento tem restrições de tempo em função da perda de temperatura do metal líquido, levando uma utilização de agente dessulfurante em torno de dez vezes a quantidade exigida estequiometricamente.

[006] A eficiência da dessulfuração pode ser medida através da relação entre a quantidade de dessulfurante utilizada, em kg/tonelada de metal e os teores de enxofre antes e após o tratamento. Uma constante de reação K é utilizada para medir essa eficiência e pode ser determinada através da seguinte equação 1:

Onde:

• • Si é o teor de enxofre inicial em %;
• • Sf é o teor de enxofre final em %;
• • Consumo é a quantidade de agente dessulfurante utilizada em kg/ton.

[007] O valor de k depende das condições cinéticas do tratamento e do agente dessulfurante utilizado. Pode-se notar pela equação que o consumo de agente dessulfurante está diretamente relacionado ao inverso da constante de dessulfuração k, ou seja, se dobrarmos o valor de k, o consumo de dessulfurante é reduzido pela metade.

[008] Em sequência, será listado algumas condições cinéticas que favorecem a reação de dessulfuração:

• • O tamanho da partícula de dessulfurante é reduzida, aumentando a área de contato entre o enxofre dissolvido e o agente;
• • O tamanho da bolha de gás de arraste é reduzida, aumentando a exposição da partícula de dessulfurante e o metal líquido;
• • O tempo de contato entre agente dessulfurante e metal líquido aumenta, gerando mais oportunidades de reação;
• • A agitação do banho é elevada, aumentando as chances de contato entre enxofre e dessulfurante.

[009] Em diversos contextos, inclusive nos processos metalúrgicos, é de conhecimento explícito a importância destes fatores cinéticos/termodinâmicos na elaboração de projetos, em especial de reatores químicos, abrangendo, notadamente, os reatores de dessulfuração e desfosforização. O controle e otimização destes parâmetros podem alavancar a eficiência dos processos, reduzindo o gasto energético, aumentando a produtividade e, não menos importante, contribuindo com aspectos ambientais, evitando desperdícios. Entretanto, os reatores e métodos de dessulfuração encontrados no estado da técnica e em ambientes internos de metalúrgicas, ainda não apresentam estas condições ideais de operação.

[0010] Um dos possíveis motivos é o custo envolvido para substituição dos reatores já empregados por outros mais eficientes, a substituição dos componentes utilizados e do próprio reator pode ser extremamente onerosa, dependendo da estrutura envolvida e do planejamento realizado. As patentes descritas abaixo tentam contornar este empecilho, propondo novos sistemas e metodologias. Porém, o aumento da eficiência obtido, na prática, é muito abaixo do que a presente invenção, escopo deste documento, proporciona para as reações de refino de metais líquidos.

[0011] PI 0904789-1 d ivulga um sistema de controle de processo de dessulfuração de gusa líquido por injeção profunda. O objetivo principal trata do desenvolvimento e utilização de um sistema de controle de processo na dessulfuração de gusa líquido em recipientes refratários, sejam eles carros torpedo ou panelas, com composições definidas após estudos técnicos sobre o sistema de fabricação do cliente e através da injeção profunda por lança refratária no seio do metal líquido, com gás inerte de arraste nitrogênio ou argônio.

[0012] JPS5950105A fornece um método para desfosforar e dessulfurizar simultaneamente e eficientemente o ferro fundido, fornecendo continuamente Na2CO3 às partes locais onde o oxigênio está excessivamente dissolvido e que são formadas continuamente pelo oxigênio gasoso soprado para a superfície do banho de ferro fundido em um recipiente.

[0013] JPS5594415A tem como objetivo refinar o ferro fundido em aço sob menor quantidade de produção de escória, dessiliconizando o ferro fundido enquanto suprime a reação de descarbonização e descarregando a escória e, em seguida, submetendo a dessulfuração e desfosforização sob forte escória básica.

[0014] JP2015218390A protege um sistema para alcançar uma rápida dessulfuração para uma faixa de enxofre baixo, aumentando a eficiência da reação de um agente de dessulfuração sem causar inibição da operação usando a combinação de agitação por um impulsor e agitação por gás.

Breve descrição do objetivo:

[0015] Com o intuito de criar um ambiente para maximizar as condições operacionais necessárias para a dessulfuração, retirando as limitações impostas pelo aproveitamento de vasilhames de transporte de metal líquido, como reatores de dessulfuração, a presente solução foi proposta. Seus detalhes podem ser melhor compreendidos pela seguinte descrição detalhada em consonância com a figura em anexo, onde:
A figura 1 refere-se a uma representação esquemática, em vista isométrica, do SISTEMA PARA DESSULFURAÇÃO DE METAIS LÍQUIDOS, identificando o gusa líquido (G) que é vertido no reator (R), a escória (E), retirada após a reação química, um plug (P) presente na parte inferior do reator e um recipiente (C) para alocação do gusa líquido refinado.

Descrição detalhada da invenção:

[0016] O SISTEMA PARA DESSULFURAÇÃO DE METAIS LÍQUIDOS, objeto desta patente, possui um reator (R) de duas câmaras com vasos comunicantes. O metal líquido é alimentado em uma das câmaras, dotada de um plug (P) na soleira, por onde é injetado o agente dessulfurante utilizando um gás inerte para arraste. Essa câmara possui uma altura superior à outra, utilizada para saída do metal tratado. Na parte superior da câmara de entrada, existe uma saída para a escória (E) formada durante o tratamento de dessulfuração. A tabela 1 mostra as características do reator de alta eficiência com os respectivos impactos na eficiência de dessulfuração.

[0017] O reator (R) é revestido com refratário e poderá, dependendo do metal tratado, permanecer carregado aguardando novo processo de dessulfuração, quando a produção for intermitente. Caso haja, necessidade por razões térmicas ou operacionais, o reator (R) possui sistema de basculamento, que permite seu esgotamento completo. Essa operação será necessária periodicamente para manutenção refratária.

[0018] O metal líquido refinado será direcionado pelo vaso comunicante de menor altura para um recipiente (C), este recipiente abrange, notadamente, lingotes com dimensões suficientes, panelas e até carros-torpedos.

[0019] As vantagens já descritas desse reator (R), concebido especificamente para o tratamento de dessulfuração, permite que a eficiência da dessulfuração seja elevada, quando medida pela constante de dessulfuração de 2 a 4 vezes, ou seja, a redução da quantidade de agente dessulfurante será reduzida na mesma proporção, considerando a utilização do mesmo tipo e composição da mistura dessulfurante. As condições operacionais de cada planta vão permitir otimizar o projeto do reator para alcançar o melhor resultado em termos de eficiência, com redução significativa dos custos operacionais, principalmente ligados ao agente dessulfurante utilizado.

[0020] E embora descrita esta modalidade da presente patente de invenção, será entendido por aqueles versados na técnica que várias mudanças, modificações, substituições ou alterações podem ser feitas sem se afastar do princípio e do espírito da presente invenção.

Claims (4)

1. SISTEMA PARA DESSULFURAÇÃO DE METAIS LÍQUIDOS, no qual o agente dessulfurante é aplicado na soleira do recipiente com o metal líquido, utilizando um gás inerte para arraste, e a saída de escória (E) ser superior à saída do metal refinado, caracterizado por abranger um reator (R) com sistema de basculamento, duas câmaras com vasos comunicantes e um plug-in capilar (P) localizado na base inferior do reator (R).
2. SISTEMA PARA DESSULFURAÇÃO DE METAIS LÍQUIDOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo plug-in capilar (P) possuir orifícios menores do que de uma lança refratária.
3. SISTEMA PARA DESSULFURAÇÃO DE METAIS LÍQUIDOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela saída do metal refinado do vaso comunicante do reator (R) ser ligada a um recipiente (C) que abrange lingotes, panelas e carros-torpedos.
4. REATOR PARA DESSULFURAÇÃO DE METAIS LÍQUIDOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo reator (R) ser revestido com material refratário e possuir uma razão de altura/diâmetro maior ou igual a 2.

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