BR112014013548B1 - Método de inicialização de um processo baseado em banho fundido para redução de um material de alimentação metálico - Google Patents
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Abstract
abstract a method of starting a molten-bath based melting process includes establishing a sufficiently large and stable "hot zone" for ignition of oxygen and coal in a main chamber of a smelting vessel by independent means, i.e. independently of and before supplying cold oxygen and coal into the main chamber. tradução do resumo resumo patente de invenção: "inicialização de um processo de fusão". um método de inicialização de um processo de fusão baseado em banho fundido inclui o estabelecimento de uma "zona quente" suficientemente grande e estável para a ignição de oxigênio e de carvão em uma câmara principal de um recipiente de fusão por meios independentes, ou seja, independentemente de e antes de fornecer oxigênio frio e carvão para dentro da câmara principal.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO DE INICIALIZAÇÃO DE UM PROCESSO BASEADO EM BANHO FUNDIDO PARA REDUÇÃO DE UM MATERIAL DE ALIMENTAÇÃO METÁLICO.
CAMPO TÉCNICO [001] A presente invenção refere-se a um método de inicialização de um processo de redução de um material metálico.
[002] O termo material metálico é aqui entendido para incluir material de alimentação sólido e material de alimentação fundido. O termo também inclui dentro do seu escopo materiais metálicos parcialmente reduzidos.
ANTECEDENTES [003] A presente invenção se refere particularmente, embora não exclusivamente, a um método de inicialização de um processo de redução baseado em banho fundido para a produção de metal fundido a partir de um material de alimentação metálico em um recipiente de redução que possui uma forte fonte de banho/escória gerada pela evolução de gás no banho fundido, com a evolução de gás sendo pelo menos parcialmente o resultado de desvolatilização de materiais carbonáceos no banho fundido.
[004] Em particular, embora de modo nenhum exclusivamente, a presente invenção se refere a um método para inicializar um processo de redução de um material contendo ferro, tais como minério de ferro, ferro de produção.
[005] A presente invenção se refere, particularmente, embora não exclusivamente, a um método de inicialização de um processo de redução em um recipiente de redução, que inclui uma câmara principal para redução materiais metálicos.
[006] Um processo de redução baseado em banho fundido conhecido, geralmente referido como o processo HIsmelt, é descrito em
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2/21 um número considerável de patentes e pedidos de patentes em nome do requerente.
[007] Outro processo de redução baseado em banho fundido, referido daqui em diante como o processo HIsarna, é descrito no Pedido Internacional PCT/AU99/00884 (WO 00/022176), em nome do requerente.
[008] O processo HIsmelt e o processo são HIsarna particularmente associados com a produção de ferro fundido a partir de minério de ferro ou outro material contendo ferro.
[009] O processo HIsarna é realizado em um aparelho de redução que inclui: (a) um recipiente de redução, que inclui uma câmara principal de redução e lanças para a injeção de materiais de alimentação sólidos e gás contendo oxigênio para dentro da câmara principal e está adaptada para conter um banho de metal fundido e escória e (b) ciclone de redução para o pré-tratamento de material de alimentação metálico que está posicionado acima e se comunica diretamente com o recipiente de redução.
[0010] O termo ciclone de redução é entendido aqui para significar um recipiente que normalmente define uma câmara cilíndrica vertical e é construído de modo que o material de alimentação fornecido à câmara se move em um percurso em torno de um eixo central vertical da câmara, e pode resistir a altas temperaturas de funcionamento suficientes, pelo menos parcialmente, para fundir o material de alimentação metálico.
[0011] Em uma forma do processo HIsarna, materiais de alimentação carbonáceos (tipicamente carvão) e, opcionalmente agente fundente (tipicamente calcário calcinado) são injetados em um banho de redução na câmara principal do recipiente de redução. O material carbonáceo é provido como uma fonte de um agente redutor e uma fonte de energia. O material de alimentação metálico, tal como minério
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3/21 de ferro, opcionalmente misturado com agente fundente, é injetado e aquecido e parcialmente fundido e parcialmente reduzido no ciclone de redução. Este material metálico parcialmente reduzido fundido flui para baixo a partir do ciclone de redução para o banho fundido no recipiente de redução e é reduzido para metal fundido no banho. Os gases de reação quentes (tipicamente CO, CO2, H2, e H2O) produzidos no banho fundido são parcialmente queimados pelo gás contendo oxigênio (tipicamente oxigênio de grau técnico) na parte superior da câmara principal. O calor gerado pela pós-combustão é transferido para gotas fundidas na seção superior caem de volta no banho fundido para manter a temperatura do banho. Os gases de reação parcialmente queimados quentes fluem para cima a partir da câmara principal e pressionam o botão do ciclone de redução. O gás contendo oxigênio (tipicamente oxigênio de grau técnico) é injetado dentro do ciclone de redução através de tubos que estão dispostos de tal forma para gerar um padrão de redemoinho ciclônico em um plano horizontal, isto é, acerca de um eixo vertical central da câmara do ciclone de redução. Esta injeção de gás contendo oxigênio conduz à combustão adicional de gases do recipiente de redução, o que resulta em chamas muito quentes (ciclônicas). O material de alimentação metálico que chega finamente dividido é injetado pneumaticamente dentro destas chamas no ciclone de redução, resultando em rápido aquecimento e redução parcial acompanhada de redução parcial (redução de cerca de 10 a 20 %). A redução deve-se às ambas decomposição térmica de hematita e a ação de redução de CO / H2 nos gases de reação da câmara principal. O material de alimentação metálico parcialmente fundido quente é jogado para fora para as paredes do ciclone de redução por ação de redemoinho ciclônico e, como descrito acima, flui para baixo no recipiente de redução abaixo para fundir na câmara principal do recipiente.
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4/21 [0012] O efeito líquido da forma da forma acima descrita é um processo HIsarna em contracorrente de duas etapas. O material de alimentação metálico é aquecido e parcialmente reduzido por gases de reação de saída que formam o recipiente de redução (com adição de gás contendo oxigênio) e flui para baixo para o recipiente de redução e é fundido para fundir o ferro no recipiente de redução. No sentido geral, Este arranjo contracorrente aumenta a produtividade e eficiência de energia.
[0013] A descrição acima não é para ser tomada como uma admissão do conhecimento geral comum na Austrália ou em outro lugar. [0014] O pedido foi proposto que o processo HIsarna e uma versão de oxigênio soprado do processo HIsmelt seja iniciado em um recipiente de redução através da alimentação de metal quente (a partir de uma fonte externa) para a câmara principal do recipiente através do canal alimentador do recipiente, começando com o fornecimento de gás contendo oxigênio (tipicamente oxigênio de grau técnico) e materiais carbonáceos sólidos (tipicamente carvão) e gerando calor na câmara principal. Este método de inicialização a quente gera calor através da ignição espontânea de material combustível na câmara principal. O requerente propôs que esta etapa inicial no método de inicialização quente fosse seguido pela adição de agentes formadores de escória e, mais tarde, pela adição do material de alimentação metálico (tais como materiais ferruginosos, tais como minério de ferro) na principal câmara. O método de inicialização a quente é descrito no Pedido Internacional da companhia intitulado Starting a Smelting Process depositado no nome do requerente no mesmo dia em que o Pedido Internacional em assunto da presente invenção.
[0015] Nos ensaios de plantas piloto da HIsarna processo que foram baseados em oxigênio de grau técnico como o gás contendo oxigênio, o carvão como o material carbonáceo sólido e minério de ferro
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5/21 fino como o material metálico, o método de inicialização a quente acima foi testado. O requerente descobriu que existe uma janela de tempo finito após o vazamento de metal quente na câmara principal do recipiente de redução dentro do qual é possível começar com segurança o fornecimento de oxigênio frio e de carvão para a câmara principal e ter ignição espontânea de material combustível e gerar calor na câmara principal que é necessário para inicializar o processo. Esta janela de tempo foi encontrada em cerca de 1 a 2 horas, normalmente de duração sob condições de planta piloto. A janela de tempo foi encontrada para ser variável dependendo (entre outros fatores) da geometria do recipiente de redução, temperatura do metal de carga e química do metal de carga. Foi também descoberto que se as etapas de início de fornecimento de oxigênio e de carvão dentro da câmara principal não forem implementadas dentro da janela de tempo necessária, torna-se impossível garantir a ignição espontânea de carvão e oxigênio frio no interior da câmara principal. Isto resultou em uma mistura de carvão não queimado e oxigênio deixando a câmara principal com a possibilidade de uma explosão de pó de carvão (e danos associados) em equipamentos a jusante.
[0016] O requerente verificou que o mecanismo associado a esta janela de tempo está relacionado com a formação de uma camada de escória no topo do metal fundido. Uma vez que esta camada de escórias está suficientemente bem estabelecida, ela é arrefecida por radiação para o recipiente de redução, por exemplo, para painéis de água em um espaço superior da câmara principal, e torna-se duro, criando eficazmente um cobertor sobre o metal fundido. O cobertor age como um isolador térmico que restringe a transferência de calor do metal fundido abaixo do cobertor para o espaço superior da câmara principal acima do cobertor, com um resultado de que as condições térmicas do espaço superior estão demasiadamente frias para suportar a ignição
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6/21 espontânea de material combustível no espaço superior. Apesar de não querer estar ligado com o comentário a seguir, o requerente acredita que essa escória formada durante os testes de planta piloto principalmente a partir de (i) revestimentos de escória residual deixados atrás da operação anterior e (ii) oxigênio que reage com constituintes em metal fundido (silício, em especial, para formar dióxido de silício). [0017] O requerente também encontrou nos ensaios de plantas piloto que, essencialmente, ocorreu o mesmo problema se a planta estava operando normalmente e foi então interrompida (incluindo parar o fornecendo de materiais de alimentação sólidos para a câmara principal) por um período significativo de tempo (por exemplo, para realizar reparações mecânicas fora do recipiente de redução). Sob estas condições a camada de escória é significativamente de uma forma geral mais grossa em comparação com a camada de escória na inicialização do processo. O metal quente está ainda significativamente abaixo da superfície da escória, e é, portanto, menos capaz de manter a superfície superior de escória quente por condução. O calor da escória da superfície foi perdido para o recipiente de redução, por exemplo, para painéis arrefecidos por água no espaço superior da câmara principal, através da radiação, e, uma camada dura fria formada no banho fundido mais rapidamente do que antes. Quando o recipiente de redução foi inativo por mais de cerca 15 a 30 minutos, a ignição espontânea de geração de carvão e oxigênio frio e calor necessário para suportar o processo de inicialização na câmara principal do recipiente de redução foi mais uma vez impossível de garantir.
[0018] Durante o curso dos ensaios em planta piloto o requerente desenvolveu um método seguro, prático para inicializar o processo HIsarna sob essas condições. Uma base importante do método é reconhecer a necessidade (antes do oxigênio frio e carvão ou outro gás contendo oxigênio adequado e materiais carbonáceos sólidos poderem
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7/21 ser introduzidos) para estabelecer uma zona quente suficientemente grande e estável para a ignição de oxigênio e de carvão na câmara principal do recipiente de redução por meios independentes, ou seja, independentemente de e antes do fornecimento de oxigênio frio e de carvão na câmara principal.
[0019] O método de inicialização de um processo de redução da presente invenção é aplicável para iniciar (cujo termo inclui reiniciar) qualquer processo de redução baseado em banho fundido quando as condições térmicas (temperaturas), dentro de um espaço superior da câmara principal do recipiente de redução forem muito frias para permitir ignição espontânea segura de qualquer gás contendo oxigênio frio recém-fornecido e materiais carbonáceos sólidos na câmara principal. Como descrito acima, tais condições são tipicamente encontradas quando uma camada de escória solidificada duro está presente na superfície superior do banho fundido na câmara principal.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0020] De acordo com a presente invenção, é provido um método de iniciar um processo baseado em um banho fundido para a redução de material de alimentação metálico para formar um metal fundido em um aparelho de redução, com os aparelhos incluindo o recipiente de redução, que inclui uma câmara principal contém um banho de metal fundido e não há nenhuma injeção de material de alimentação sólido no aparelho de redução no momento de iniciar o método, e com o método incluindo as etapas de:
[0021] (a) inserir uma fonte externa de ignição na câmara principal do recipiente de redução de modo a formar uma zona quente na câmara principal, [0022] (b) iniciar o fornecimento de um gás contendo oxigênio frio para dentro da câmara principal e inflamar o material combustível na câmara principal,
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8/21 [0023] (c) iniciar o fornecimento de materiais carbonáceos para dentro da câmara principal e aumentar a temperatura na câmara principal e fundir os materiais solidificados na câmara principal, e [0024] (d) iniciar o fornecimento de um material metálico no interior da câmara principal e fundir os materiais metálicos e produzir o metal fundido na câmara principal.
[0025] O termo frio no contexto de gás contendo oxigênio é aqui entendido como significando frio no sentido de que o gás está a uma temperatura abaixo da necessária para a ignição espontânea dos materiais carbonáceos e a mistura de gás contendo oxigênio (isto é, abaixo de cerca 700 a 800 °C, no caso de uma mistura de carvão oxigênio).
[0026] O termo materiais solidificados, referido na etapa (c) acima a título de exemplo, inclui uma camada de escória, tal como a camada de escória encrostada encontrada nos ensaios em planta piloto.
[0027] O método pode incluir o fornecimento de um material de combustível para a câmara principal antes da etapa (a) acima. A título de exemplo, o método pode incluir o fornecimento de um material combustível sólido (tal como a madeira, carvão ou outros materiais sólidos adequados) para dentro da câmara principal, introduzindo manualmente o material combustível através de uma abertura (tal como a escória de alto nível) na câmara principal. A título de exemplo adicional, o método pode incluir o fornecimento de um material combustível gasoso ou um material combustível líquido no interior da câmara principal. O material combustível gasoso pode ser gás natural. O material combustível líquido pode ser óleo.
[0028] Este etapa opcional de alimentação do material combustível na câmara principal antes da etapa (a) pode não ser necessária em situações em que a camada de crosta é fina e / ou não totalmente formada e que já pode haver material combustível suficiente na câmara
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9/21 principal para suportar a combustão através da fonte de ignição de combustão quando o fornecimento de gás contendo oxigênio for iniciado na etapa (b). Em algumas situações, por exemplo, quando o método for usado depois de uma breve interrupção para uma campanhia de redução, a camada encrustada pode não ser totalmente estabelecida e pode haver material combustível residual suficiente no recipiente para suportar quando o fornecimento de gás contendo oxigênio for iniciado na etapa (b). Em outras situações, o método pode incluir o fornecimento de um material combustível para a câmara principal após a etapa (a) de inserção da fonte de ignição externa na câmara principal e antes da etapa (b) de iniciar o fornecimento de gás contendo oxigênio frio para dentro da câmara principal e inflamar o material combustível na câmara principal. O material combustível pode ser um material combustível sólido ou um líquido ou um gasoso, tal como descrito acima.
[0029] Em geral, as opções acima de fornecimento de um material combustível para o recipiente, antes ou após a inserção da fonte de ignição externa para a câmara principal podem ser utilizadas em diferentes momentos. Se uma interrupção planta for relativamente curta (mas muito longa para simplesmente iniciar o fornecimento de oxigênio e de carvão ou de outros materiais carbonáceos adequados e gás contendo oxigênio sem fornecimento de uma fonte de ignição), em seguida a adição de material combustível na câmara principal, antes da etapa (b) não pode ser necessária. Para paragens mais longas outras opções de que envolvem o fornecimento do material combustível no interior da câmara principal antes ou depois da etapa (a) podem ser necessárias.
[0030] O método pode incluir (sob condições de inicialização ou quando um inventário de escória na câmara principal for baixo) ou com início de alimentação de fornecendo de escória ou de materiais que formam a escória para a câmara principal de modo a formar uma escória
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10/21 no metal fundido após a etapa (c) e antes da etapa (d) acima.
[0031] A fonte de ignição para a etapa (a) de inserção da fonte de ignição externa para a câmara principal pode ser adaptada para funcionar durante um tempo de duração de pelo menos 3 minutos, tipicamente pelo menos 5 minutos.
[0032] A fonte de ignição para a etapa (a) pode ser selecionada com base em que não necessita de oxigênio gasoso na câmara principal, a fim de ficar em chamas.
[0033] A fonte de ignição para a etapa (a) pode levar seu próprio oxigênio on-board (por exemplo, na forma de óxido de ferro) de tal forma que queima Independentemente de saber se está no ar, oxigênio ou nitrogênio. No que diz respeito à referência ao nitrogênio, observase que o nitrogênio (ou algum outro gás inerte) expurga de lanças de injeção de sólidos geralmente será usado e, nesse ponto no método, pode haver pouco ou nenhum oxigênio gasoso disponível dentro da principal câmara.
[0034] A fonte de ignição para a etapa (a) pode ser uma queima à base de magnésio.
[0035] O método pode incluir a verificação de que a fonte de ignição externa é acesa na câmara principal depois de inserir a fonte de ignição externa para a câmara principal na etapa (a).
[0036] A etapa de verificação de se a fonte de ignição está acesa na câmara principal pode ser através de observação direta ou por meio de uma câmera montada dentro de uma abertura apropriada, tal como a escória de alto nível no recipiente de redução.
[0037] A etapa (b) de iniciar o fornecimento de gás contendo oxigênio frio e inflamar o material combustível na câmara principal pode incluir iniciar o fornecimento de oxigênio na câmara principal e inflamar material combustível na câmara principal.
[0038] A etapa (b) de iniciar o fornecimento de gás contendo
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11/21 oxigênio frio e inflamar o material combustível na câmara principal pode incluir iniciar o fornecimento de oxigênio de grade técnica a uma temperatura de alimentação abaixo de 800 °C no interior da câmara principal e inflamar o material combustível na câmara principal.
[0039] A etapa (b) de iniciar o fornecimento de gás contendo oxigênio frio e inflamar o material combustível na principal câmara pode incluir o início do fornecimento de uma pequena quantidade de oxigênio frio (tipicamente 10 a 30 % do fluxo normal de oxigênio para o processo) para a câmara principal. Em tal situação, o material combustível presente na câmara principal (tais como materiais carbonáceos residuais de uma operação anterior e / ou de madeira como o material combustível opcional fornecido à câmara principal antes da etapa (a)) deve inflamar e queimar.
[0040] O método pode incluir a verificação da ignição do material combustível depois da etapa (b) de inflamar o material combustível na câmara principal.
[0041] A etapa de verificação da ignição pode ser através da observação direta ou através de uma câmera adequada em que o material está queimando na câmara principal. O uso de madeira como o material combustível opcional fornecido para a câmara principal antes da etapa (a) é particularmente vantajoso, uma vez que irá queimar durante vários minutos, com uma chama de fácil reconhecimento brilhante.
[0042] A etapa (c) de início do fornecimento dos materiais carbonáceos na câmara principal pode incluir o fornecimento dos materiais carbonáceos a uma temperatura abaixo de 150 °C. O material carbonáceo pode ser um material sólido (tal como o carvão) ou um material gasoso (tal como gás natural) para tratamento de material líquido ou (tal como óleo).
[0043] A etapa (c) pode incluir a verificação dessa geração de
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12/21 dióxido de carbono na câmara principal está em curso através de um sistema de análise de gás on-line.
[0044] A etapa (d) pode incluir aumentar o fornecimento de gás contendo oxigênio e o material carbonáceo fornecido em etapas anteriores do método ou aumentando o fornecimento de quantidades de outros gases contendo oxigênio e materiais carbonáceos no interior da câmara principal. A título de exemplo, pode ser preferível a utilização de materiais carbonados gasosos na etapa (c) do método e para mudar para fornecer um material carbonáceo quando o material metálico é fornecido à câmara principal, na etapa (d).
[0045] A etapa (d) pode incluir aumentar o fornecimento dos materiais metálicos para a câmara principal.
[0046] O aparelho pode incluir (i) o recipiente de redução anteriormente descrito que é adaptado para conter um banho de metal fundido e (ii) um ciclone de redução que está posicionado acima e comunica-se com o recipiente de redução. Nesse caso, a etapa (d) pode incluir iniciar o fornecimento dos materiais de alimentação metálicos e do gás contendo oxigênio para dentro do ciclone de redução e gerando um fluxo horizontal de rotação do material no ciclone e a combustão do gás combustível que flui para cima do ciclone a partir do vaso e reduz parcialmente e derrete os materiais de alimentação metálicos no ciclone, por meio do qual os materiais de alimentação metálicos fundidos parcialmente reduzidos fluem para baixo a partir do ciclone para o banho fundido de metal e escórias na câmara principal do recipiente de redução e é fundido para fundir o metal no banho.
[0047] O método da presente invenção é aplicável a um aparelho de redução baseado em banho fundido que inclui (a) um recipiente de redução que possui uma câmara principal que é adaptada para conter o banho de metal fundido e escórias, (b) lanças ou outros meios adequados para fornecer os materiais carbonáceos para o banho, (c)
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13/21 lanças ou outros meios adequados para fornecer o gás contendo oxigênio para o banho (d) lanças ou outros meios adequados para fornecer os materiais metálicos para o banho, diretamente ou através de um ciclone de redução (e) dispositivo, tal como um canal alimentador para a remoção de metal e escória proveniente da câmara principal, e (f) pelo menos 40 %, tipicamente pelo menos 50 %, da região da parede do recipiente acima do banho de redução sendo coberta por painéis de água refrigerada com camadas de escória solidificadas.
[0048] Sob condições de funcionamento normais, o processo de redução baseado em banho fundido inclui as etapas de:
[0049] (a) fornecer o material carbonáceo e o material metálico (o qual pode ser sólido ou fundido) para o banho fundido e gerar a reação do gás e materiais metálicos fundidos e produzir o metal fundido no banho, [0050] (b) fornecer o gás contendo oxigênio na câmara principal para combustão do banho acima de gás combustível liberado do banho e gerar calor para as reações de redução em banho, com o gás contendo oxigênio sendo normalmente oxigênio de grade técnica que é frio, no sentido de que está a uma temperatura significativamente inferior que a necessário para a ignição segura de uma mistura de carvão - oxigênio (ou seja, abaixo de cerca de 700 a 800 °C); e [0051] (c) produzir o movimento ascendente significativo de materiais fundidos a partir do banho pela ressurgência de gás, a fim de criar as gotas de transporte de calor e respingos de materiais fundidos que são aquecidos quando projetados dentro da região de combustão no espaço superior da câmara principal e depois cai de volta no banho, em que as gotículas e salpicos transportam o calor para baixo para dentro do banho, onde ele é usado para a redução de materiais metálicos.
[0052] O gás contendo oxigênio pode ser ar, oxigênio, ou ar
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14/21 enriquecido com oxigênio.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0053] Uma modalidade de um método de inicialização de um processo de redução em um recipiente de redução de acordo com o presente invento é descrito com referência aos desenhos anexos, dos quais:
[0054] A figura 1 é uma vista esquemática de um aparelho HIsarna para a redução de um material metálico e a produção de metal fundido de acordo com uma modalidade do processo HIsarna;
[0055] A figura 2 é uma vista ampliada em corte transversal do recipiente de redução mostrado na figura 1, que ilustra a condição do recipiente de redução quando o recipiente tiver sido inativo por mais de 15 a 30 minutos, quer durante a inicialização do processo ou durante uma nova inicialização do processo ou durante uma reinicialização do processo que segue uma interrupção para o processo de mais de 15 a 30 minutos, e não há camada encrostada no metal fundido e nas camadas de escória fundida no recipiente.
DESCRIÇÃO DA (S) MODALIDADE (S) [0056] O processo HIsarna funde o material de alimentação metálico e produz saídas de metal fundido, escória fundida, e um gás de escape. A descrição que se segue do processo HIsarna está no contexto de redução de materiais metálicos em forma de minério de ferro. A presente invenção não se limita a este tipo de material metálico. [0057] O aparelho de HIsarna mostrado na figura 1 inclui um ciclone de redução 2 e um recipiente de redução à base de banho fundido 4 possuindo uma câmara principal 19 Localizada diretamente abaixo do ciclone de redução 2, com comunicação direta entre as câmaras do ciclone de redução 2 e do recipiente de redução 4.
[0058] Com referência à figura 1, durante a operação de estado estacionário de uma campanha de redução, uma mistura de minério à
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15/21 base de magnetite (ou outro minério de ferro), com um tamanho superior a 6 mm e fundente tal como um calcário 1 é alimentado, através de um secador de minério, e com um gás de transporte pneumático 1a, dentro do ciclone de redução 2. O calcário representa cerca de 8 a 10 % em peso da corrente combinada de minério e calcário. O oxigênio 8 é injetado no ciclone de redução 2 através de tubos para pré-aquecer e derreter parcialmente e reduzir parcialmente o minério. O oxigênio 8 também faz a combustão do gás combustível que flui no sentido ascendente para dentro do ciclone de redução 2 a partir do recipiente de redução 4. O minério parcialmente reduzido e parcialmente fundido flui para baixo a partir do ciclone de redução 2 dentro de um banho fundido 25 de metal e escórias na câmara principal 19 no recipiente de redução 4. O minério parcialmente reduzido e, parcialmente fundido é fundido para formar ferro fundido no banho fundido 25. O carvão 3 é alimentado, através de um secador em separado, para a câmara principal 19 do recipiente de redução 4. O carvão 3 e o gás de condução 2a são injetados em 35 lanças para dentro do banho fundido 25 de metal e escórias, na câmara principal 19. O carvão provê uma fonte de um agente redutor e uma fonte de energia. As figuras 1 e 2 mostram o banho fundido 25 como compreendendo duas camadas, das quais a camada 25a é uma camada de metal fundido e a camada 25b é uma camada de escória fundida. As figuras ilustram as camadas como sendo de profundidade uniforme. Isto é para fins de ilustração somente e não é uma representação exata do que seria um banho muito agitado e bem misturado na operação do processo HIsarna. A mistura do banho fundido 25 é devido à desvolatilização de carvão no banho, o que gera gás, tal como CO e H2, e resulta em movimento ascendente do gás e do material em suspensão a partir do banho fundido para o espaço na parte superior da câmara principal 19 Isto é acima do banho fundido 25. O oxigênio 7é injetado na câmara principal através das lanças 37 a 19 pós
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16/21 combustão de alguns destes gases, tipicamente CO e H2, gerados em e liberados a partir do banho fundido 25 no espaço superior da câmara principal 19 e provê o calor necessário para o processo de redução no banho.
[0059] O funcionamento normal do processo HIsarna durante uma campanha de redução envolve (a) injeção de carvão através de lanças 35 e injeção de oxigênio frio através das lanças 37 para a câmara principal 19 do recipiente de redução 4 e (b) a injeção de minério 7 e de injeção adicional de oxigênio 8 para o ciclone de redução 2.
[0060] As condições de operação, incluindo, mas não limitadas a, taxas de alimentação de carvão e oxigênio dentro da câmara principal 19 do recipiente de redução 4 e taxas de alimentação de minério fundido e de oxigênio no ciclone de redução 2 e perda de calor da câmara principal 19, são selecionados de modo que o gás de descarga que deixa o ciclone de redução através de um duto de saída do gás de descarga 9 tem um grau de pós combustão de pelo menos 90 %.
[0061] O gás de descarga proveniente do ciclone de redução 2 passa através de um duto de gás de descarga 9 para um incinerador de gás de descarga 10, onde oxigênio adicional 11 é injetado para queimar CO / H2 residual e fornecer um grau de oxigênio livre (tipicamente 1 a 2 %) nos gases de combustão totalmente queimados.
[0062] O gás de descarga totalmente queimado em seguida passa através de uma seção de recuperação de calor 12, onde o gás é arrefecido e o vapor é gerado. O gás de combustão, em seguida, passa por um purificador úmido 13, onde a refrigeração e a remoção de poeira são alcançadas. O lodo resultante 14 está disponível para reciclagem para a redução através da corrente de alimentação de minério 1.
[0063] O gás de combustão fria que deixa o purificador 13 é alimentado a uma unidade de dessulfuração de gases de combustão
15.
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17/21 [0064] Gás de combustão limpa é expelido através de uma pilha 16.
Este gás consiste essencialmente em CO2 e, se for o caso, ele pode ser comprimido e geossequestrado (com a remoção adequada de espécies de gases não condensáveis residuais).
[0065] Com referência especial à vista em corte transversal ampliada do recipiente de redução 4 mostrado na figura 2 o recipiente 4 inclui um tubo alinhado refratário 33 e paredes laterais 41 definidas predominantemente por painéis de água refrigerada que define a câmara principal 19. O recipiente de redução também inclui um tubo 21 o qual está ligado à câmara principal 19 através de uma ligação de tubo 23. Durante o curso de uma campanha de redução do processo HIsarna, o metal fundido produzido na câmara principal 19 descarrega a partir da câmara principal 19 através da ligação do tubo 23 e do tubo 21.
[0066] Ainda com referência à figura 2, quando o processo HIsarna for interrompido por qualquer motivo e o processo não estiver em funcionamento há mais de 15 a 30 minutos (ou seja, não houver nenhuma injeção de materiais de alimentação sólidos no ciclone de redução 2 e o recipiente de redução 4 para este período de tempo), com base nos ensaios em planta piloto mencionados acima, uma camada encrostada 29 se forma sobre a superfície da escória na câmara principal 19. A formação da camada encrostada 29 indica que não é possível garantir com segurança a ignição espontânea de carvão e oxigênio frio fornecida à câmara principal para iniciar o processo HIsarna e, além disso, fornecer o carvão e o oxigênio frio na câmara principal sob estas condições pode resultar em uma mistura de carvão não queimado e oxigênio deixando a câmara principal, com a possibilidade de uma explosão de pó de carvão (e danos associados) em equipamentos a jusante.
[0067] De acordo com uma modalidade do presente método da
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18/21 invenção, a fim de iniciar com segurança o processo Hlsarna neste estado inativo, as etapas que se seguem são tomadas:
[0068] 1. Um entalhe de escória 6 é aberto e o material combustível sob a forma de 10 a 20 de comprimento, pranchas finas de madeira (cada uma cerca de um terço da metade do diâmetro da câmara principal 19 do recipiente de redução 4 em comprimento e dimensionada para caber facilmente através do entalhe de escória 6 são empurrados manualmente na câmara principal 19).
[0069] 2. Uma chama do tipo rotineiramente em siderurgia BOF (por exemplo, Beko Vuurwerk BV, Hoogoven Fakkel Item No. 4490) é lançado na câmara principal 19 através do entalhe de escória 6 e observação visual direta é usada para confirmar que a chama está queimando dentro da câmara principal 19. A chama forma uma zona quente na câmara principal 19.
[0070] 3. Oxigênio frio é fornecido para dentro da câmara principal através de lanças 37, a uma taxa de fluxo de cerca de 10 a 30 % do fluxo de processo normal, isto é, quando o processo HIsarna está funcionando na produção de metal classificado para o processo no aparelho de redução.
[0071] 4. Uma vez que foi verificado (por exemplo, por observação direta) que existe uma chama à base de oxigênio no interior da câmara principal 19, devido à ignição pela zona quente, o carvão é fornecido à câmara principal 19 através de lanças 35, a uma taxa de cerca de 5 a % do fluxo do processo normal.
[0072] 5. Uma vez que a ignição foi verificada, por exemplo, por observação direta, o entalhe de escória 6 é fechado e a composição de gás de descarga da câmara principal 19 é monitorada através do sistema de análise de gás on-line normal para garantir a geração contínua de dióxido de carbono.
[0073] 6. Carvão e oxigênio são aumentados de acordo com a
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19/21 prática normal de inicialização, e uma execução de aquecimento (apenas alimentação de carvão e oxigênio) é realizada por um período de escória fundida novamente na câmara principal e estabelece as condições adequadas para a alimentação de minério. A duração da execução de aquecimento irá variar de acordo com quanto tempo a planta esteve off-line, e será tipicamente na faixa de 0,5 a 2 horas. [0074] 7. Uma vez que a execução de aquecimento está completa, o minério e o oxigênio são fornecidos para o separador ciclônico 2 e o minério é fundido e parcialmente reduzido e flui no sentido descendente para dentro da câmara principal 19 e a produção de ferro começa na câmara principal - como descrito acima em relação à figura 1.
[0075] A descrição acima foca na inicialização do processo HIsarna após ter tido uma interrupção do processo de pelo menos 15 a 30 minutos durante a qual uma camada de escória dura 29 se forma no banho fundido na câmara principal 19. As mesmas etapas do método 1 a 7 para iniciar o processo HIsarna acima podem ser usadas durante um processo inicial de inicialização para o processo HIsarna em uma situação onde uma camada encrostada 29 se forma durante o curso desse processo de arranque.
[0076] Muitas modificações podem ser feitas para a modalidade do processo da presente invenção descrita acima sem se afastar do espírito e do escopo da invenção.
[0077] A título de exemplo, a etapa 1 não está confinada à utilização de material combustível sólido, líquido ou combustível gasoso e materiais podem também ser utilizados.
[0078] A título de exemplo adicional, a presente invenção não se limita à adição de materiais combustíveis, antes de inserir a fonte de ignição no interior do recipiente de redução 4. Especificamente, pode haver situações em que é preferível adicionar o material combustível depois de introduzir a fonte de ignição no recipiente e antes de iniciar o
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20/21 fornecimento de oxigênio frio (ou outro gás contendo oxigênio apropriado). Em algumas situações, a adição de material combustível pode não ser necessária em todos e a ignição pode ser conseguida com base no material combustível residual no recipiente de redução 4.
[0079] A título de exemplo adicional, a observação visual (ou outra) de que a fonte de ignição é acesa a pode não ser necessária na etapa 2 em situações em que a fonte de ignição tem a sua própria fonte de oxigênio.
[0080] A título de exemplo adicional, a presente invenção não se limita ao tempo de duração de pelo menos 15 a 30 minutos durante o qual não existe um fornecimento de materiais de alimentação sólidos no interior do recipiente de redução 2 e no recipiente de redução 4. O período de tempo pode variar dependendo em uma gama de fatores, incluindo o tipo de materiais metálicos e as características do recipiente de redução, tais como a taxa de perda de calor a partir de escórias para o recipiente. Em qualquer situação dada, o período de tempo é o tempo necessário para a escória dura se formar no banho fundido a um ponto que é problemático para começar a injeção de oxigênio frio e carvão para a câmara principal 19 do recipiente de redução 4.
[0081] A descrição acima foca no carvão como o material carbonáceos e oxigênio de grau técnico para o gás contendo oxigênio. A presente invenção não é assim limitada e estende-se a qualquer gás contendo oxigênio adequado e os materiais carboníferos sólidos adequados.
[0082] A modalidade acima descrita foca no processo HIsarna. A presente invenção não está limitada ao processo HIsarna e estende-se a qualquer processo baseado em banho fundido em um recipiente de redução. A título de exemplo, a presente invenção estende-se para a versão soprada em oxigênio do processo HIsmelt. Como é indicado acima, o processo HIsmelt é descrito em um número considerável de
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21/21 patentes e pedidos de patentes em nome do requerente. A título de exemplo, o processo Hlsmelt é descrito no pedido de patente internacional PCT/AU96/00197, em nome do requerente. A descrição na especificação de patente depositada junto do pedido lnternacional aqui estão incorporados por referência cruzada.
Claims (21)
1. Método de inicialização de um processo baseado em banho fundido para redução de um material de alimentação metálico para formar um metal fundido em um aparelho de redução, com o aparelho incluindo um recipiente de redução (4) que inclui uma câmara principal (19) que contém um banho de metal fundido, e com o método, caracterizado pelo fato de que inclui as etapas de:
(a) inserir uma fonte de ignição externa dentro da câmara principal (19) do recipiente de redução (4) de modo a formar uma zona quente na câmara principal (19);
(b) iniciar o fornecimento de um gás contendo oxigênio frio para dentro da câmara fria principal e inflamar o material combustível na câmara principal (19), (c) iniciar o fornecimento de um material carbonáceo dentro da câmara principal (19) e aumentar a temperatura na câmara principal (19) e fundir os materiais solidificados na câmara principal (19), e (d) iniciar o fornecimento de materiais metálicos para dentro da câmara principal (19) e reduzir o material metálico e produzir o metal fundido na câmara principal (19).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui o fornecimento de um material combustível para a câmara principal (19) antes da etapa (a) de inserção da fonte de ignição externa para dentro da câmara principal (19).
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que inclui o fornecimento do material combustível para dentro da câmara principal (19) através da inserção manual do material combustível através de uma abertura na câmara principal (19).
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui o fornecimento de um material combustível para a câmara principal (19) após a etapa (a) de inserção da fonte de ignição
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2/5 externa dentro da câmara principal (19) e antes da etapa (b) de iniciar o fornecimento do gás contendo oxigênio frio para dentro da câmara principal (19) e inflamar o material combustível na câmara principal (19).
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que inclui iniciar o fornecimento de escórias ou materiais formadores de escórias para a câmara principal (19) e a formação de uma escória no metal fundido após a etapa (c) e antes da etapa (d).
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a fonte de ignição está adaptada para funcionar durante um tempo de duração de pelo menos 3 minutos.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a fonte de ignição é selecionada com base no fato de que ela não necessita de oxigênio gasoso na câmara principal (19), a fim de permanecer acesa.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a fonte de ignição, para a etapa (a) realiza o seu próprio oxigênio on-board de tal modo que se queima, independentemente de se se tratar de ar, oxigênio ou nitrogênio.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a fonte de ignição, para a etapa (a) é uma chama à base de magnésio.
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que inclui a verificação de que a fonte de ignição externa é acesa na câmara principal (19), depois da inserção da fonte de ignição externa para dentro da câmara principal (19), na etapa (a).
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado
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3/5 pelo fato de que a etapa de verificação da fonte de ignição ser acesa na câmara principal (19) é através da observação direta ou através de uma câmara montada dentro de uma abertura no recipiente de redução (4).
12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a etapa (b) de iniciar o fornecimento de gás contendo oxigênio frio e inflamar o material combustível na câmara principal (19) inclui iniciar o fornecimento de oxigênio para dentro da câmara principal (19) e inflamar o material combustível na câmara principal (19).
13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a etapa (b) de iniciar o fornecimento de gás contendo oxigênio frio e inflamar o material combustível na câmara principal (19) inclui iniciar o fornecimento de oxigênio de qualidade industrial, a uma temperatura de alimentação abaixo de 800 °C para a câmara principal (19) e inflamar o material combustível na câmara principal (19).
14. Método, de acordo com a reivindicação 12 ou reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a quantidade de gás contendo oxigênio frio é de 10 a 30 % do fluxo de oxigênio normal para o processo de redução à base de banho fundido.
15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que inclui a verificação da ignição de material combustível depois da etapa (b) de inflamar o material combustível na câmara principal (19).
16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a etapa de verificação da ignição é através da observação direta ou através de uma câmara adequada que o material está queimando na câmara principal (19).
17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a etapa (c) de iniciar o fornecimento do material carbonáceo inclui o fornecimento do material
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4/5 carbonáceo para dentro da câmara principal (19), a uma temperatura de alimentação abaixo de 150 °C.
18. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a etapa (c) inclui a verificação de que a geração de dióxido de carbono na câmara principal (19) está em curso por meio de um sistema de análise gasosa em linha.
19. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a etapa (d) inclui incrementar o fornecimento do gás contendo oxigênio e o material carbonáceo fornecido nas etapas anteriores do método, ou o fornecimento de quantidades crescentes de outro gás contendo oxigênio e material carbonáceo para dentro da câmara principal (19).
20. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a etapa (d) inclui incrementar o fornecendo do material metálico para dentro da câmara principal (19).
21. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o processo de redução à base de banho fundido (25) inclui as etapas de, (a) fornecer o material carbonáceo sólido e o material metálico (o qual pode ser sólido ou fundido) para dentro do banho fundido (25) e gerar o gás de reação e reduzir o material metálico e produzir o metal fundido no banho (25);
(b) fornecer o gás contendo oxigênio para dentro da câmara principal (19) para combustão do banho acima do gás de reação, de modo a gerar calor para as reações de redução em banho; e (c) produzir o movimento ascendente significativo de material fundido a partir do banho pela ressurgência de gás de modo a criar gotas e salpicos de transporte de calor de material fundido, que são aquecidos quando projetados para a região da combustão no espaço superior da câmara principal (19) e em seguida cair de volta no banho (25), em que
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5/5 as gotículas e salpicos transportam o calor para baixo para dentro do banho (25), onde ele é usado para a redução do material metálico.
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