BR112018004576B1 - Aparelho para fabricar ferro derretido, aparelho para decompor alcatrão e método de fabricação de ferro derretido - Google Patents
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Abstract
aparelho para decompor alcatrão, aparelho para produzir ferro derretido, e método para produzir ferro derretido. um aparelho para fabricar ferro fundido de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção inclui: um ou mais fornos redutores que produzem ferro reduzido através da redução de minério; um dispositivo de entrada que alimenta carvão e o ferro reduzido descarregado do forno redutor para um forno de fusão e gaseificação; o forno de fusão e gaseificação que queima o carvão fornecido a partir do dispositivo de entrada pelo uso de oxigênio, e funde o ferro reduzido pelo uso de calor de combustão para fabricar ferro fundido; e um forno de decomposição de alcatrão que é conectado ao forno de fusão e gaseificação, e decompõe um componente de alcatrão incluído no gás descarregado do forno de fusão e gaseificação.
Description
[001] A presente invenção refere-se a um aparelho e a um método para fabricar ferro derretido.
[002] Pelo fato de um processo de alto-forno para a produção de ferro derretido provocar uma série de problemas, como poluição ambiental, pesquisas estão sendo conduzidas em um processo de redução de fundição de minério de ferro direto que deve ser substituído pelo processo de alto-forno. O processo de redução de fundição de minério de ferro direto fabrica ferro derretido usando diretamente carvão como combustível e um agente redutor, e diretamente usando minério de ferro como uma fonte de ferro.
[003] O ferro derretido é fabricado inserindo o minério de ferro reduzido e o carvão em um forno de derretimento e gaseificação e derretendo o minério de ferro reduzido. Um forno de redução é usado para reduzir o minério de ferro. O minério de ferro entra em contato com o gás redutor soprado no forno de redução enquanto flui para dentro do forno de redução. Portanto, o minério de ferro é convertido em ferro reduzido e, em seguida, é descarregado do forno de redução. O ferro reduzido descarregado do forno de redução é inserido dentro do forno de derretimento e gaseificação.
[004] Enquanto isso, o alcatrão, que é produzido durante um processo de fabricação de ferro derretido, é hidrocarboneto no qual o carbono e o hidrogênio são ligados de maneira complicada na forma de uma cadeia ou de um anel benzênico, e a quantidade de alcatrão é cerca de 15 a 20% da quantidade de carvão inserida no forno de derretimento e gaseificação. Se o alcatrão permanecer como tal, a quantidade de gás redutor, que é produzida no forno de derretimento e gaseificação e é fornecida para dentro do forno de redução, é insuficiente, e como resultado, é necessário decompor a maior parte do alcatrão no gás redutor, como CO, H2 e CH4.
[005] Em um caso no qual o forno de derretimento e gaseificação é configurado para decompor o alcatrão nele, um espaço de cúpula com um volume significativo precisa ser fornecido em um lado superior do forno de derretimento e gaseificação, e uma grande quantidade de oxigênio para combustão precisa ser usada para garantir uma temperatura do espaço de cúpula. Além disso, um dispositivo de circulação e resfriamento a gás precisa ser fornecido para ajustar uma temperatura do gás redutor a ser fornecido ao forno de redução conectado e, como resultado, há um problema no qual ocorre uma perda significativa de energia.
[006] A presente invenção foi feita em um esforço para fornecer um aparelho para decompor o alcatrão e um aparelho e um método para a fabricação de ferro derretido, que são capazes de reduzir a um tamanho para ser utilizado em um forno de derretimento e gaseificação para fabricar ferro derretido, reduzindo uma perda de carvão e energia e aumentando a quantidade de gás produzido, melhorando assim a viabilidade econômica.
[007] Uma modalidade exemplar da presente invenção fornece um aparelho para a fabricação de ferro derretido, o aparelho incluindo: um ou mais fornos de redução que fabricam o ferro reduzido através da redução de minério; um dispositivo de inserção, o qual insere carvão e o ferro reduzido descarregado do forno de redução para dentro de um forno de derretimento e gaseificação; o forno de derretimento e gaseificação que queima o carvão fornecido do dispositivo de inserção usando oxigênio e funde o ferro reduzido usando o calor de combustão para fabricar ferro derretido; e um forno de decomposição de alcatrão que está ligado ao forno de derretimento e gaseificação e decompõe um componente do alcatrão incluído no gás descarregado do forno de derretimento e gaseificação.
[008] O aparelho pode incluir um dispositivo de inserção de pressão uniforme que é conectado ao forno de decomposição de alcatrão e insere ferro reduzido a alta temperatura ou aglomerados reduzidos a alta temperatura para dentro do forno de decomposição de alcatrão.
[009] O aparelho pode incluir um forno de combustão parcial que queima uma parte do gás descarregado do forno de derretimento e gaseificação e insere o gás para dentro do forno de decomposição de alcatrão.
[010] O aparelho pode incluir: um conduto de sopro de oxigênio que sopra oxigênio para dentro do forno de combustão parcial; e um conduto de sopro de vapor que sopra vapor para dentro do forno de combustão parcial.
[011] O aparelho pode incluir uma caldeira de calor de exaustão que está conectada ao conduto de sopro de vapor e fabrica o vapor usando o calor sensível dos gases de exaustão descarregados do forno de redução.
[012] O aparelho pode incluir um dispositivo de descarga de pressão uniforme que está conectado ao forno de decomposição de alcatrão e descarrega ferro reduzido a alta temperatura ou aglomerados reduzidos a alta temperatura do forno de decomposição de alcatrão.
[013] O forno de decomposição de alcatrão pode incluir nele uma camada de enchimento que é formada a partir de ferro reduzido a alta temperatura ou dos aglomerados reduzidos a alta temperatura inseridos pelo dispositivo de inserção de pressão uniforme.
[014] O aparelho pode incluir um forno de combustão parcial que queima uma parte do gás descarregado do forno de derretimento e gaseificação e insere o gás para dentro do forno de decomposição de alcatrão.
[015] O aparelho pode incluir: um conduto de sopro de oxigênio que sopra oxigênio para dentro do forno de combustão parcial; e um conduto de sopro de vapor que sopra vapor para dentro do forno de combustão parcial.
[016] O aparelho pode incluir uma caldeira de calor de exaustão que fabrica o vapor usando calor sensível dos gases de exaustão descarregados do forno de redução e está conectada ao conduto de sopro de vapor.
[017] O aparelho pode incluir um dispositivo de descarga de pressão uniforme que está conectado ao forno de decomposição de alcatrão e descarrega ferro reduzido a alta temperatura ou aglomerados reduzidos a alta temperatura do forno de decomposição de alcatrão.
[018] O forno de decomposição de alcatrão pode incluir nele uma camada de enchimento que é formada a partir de ferro reduzido a alta temperatura ou dos aglomerados reduzidos a alta temperatura inseridos pelo dispositivo de inserção de pressão uniforme.
[019] O aparelho pode incluir um dispositivo de descarga de pressão uniforme que está conectado ao forno de decomposição de alcatrão e descarrega ferro reduzido a alta temperatura ou aglomerados reduzidos a alta temperatura do forno de decomposição de alcatrão.
[020] O forno de decomposição de alcatrão pode incluir nele uma camada de enchimento que é formada a partir de ferro reduzido a alta temperatura ou dos aglomerados inseridos a alta temperatura inseridos pelo dispositivo de entrada de pressão uniforme.
[021] O aparelho pode incluir: um ciclone de alta temperatura que separa o pó no gás descarregado do forno de derretimento e gaseificação; e um primeiro conduto de gás que insere o gás, do qual o pó é separado no forno de combustão parcial.
[022] O aparelho pode incluir um medidor de pressão diferencial que está ligado ao forno de decomposição de alcatrão para monitorar um nível de poros na camada de enchimento.
[023] O aparelho pode incluir um dispositivo de resfriamento que resfria o ferro reduzido a alta temperatura descarregado do forno de decomposição de alcatrão.
[024] O aparelho pode incluir ainda: um dispositivo de aglomeração a alta temperatura que aglomera o ferro reduzido descarregado do forno de redução; e um terceiro dispositivo de transporte que transporta os aglomerados reduzidos a alta temperatura, que são aglomerados pelo dispositivo de aglomeração a alta temperatura para o dispositivo de inserção.
[025] Outra modalidade exemplar da presente invenção fornece um aparelho para decompor alcatrão, o aparelho incluindo: um forno de decomposição de alcatrão que inclui no mesmo uma camada de enchimento formada de ferro reduzido a alta temperatura ou de aglomerados reduzidos a alta temperatura e decompõe um componente de alcatrão; um dispositivo de inserção de pressão uniforme que é conectado ao forno de decomposição de alcatrão e insere o ferro reduzido a alta temperatura ou os aglomerados reduzidos a alta temperatura para dentro do forno de decomposição de alcatrão; um forno de combustão parcial que queima uma parte do gás e insere o gás para dentro do forno de decomposição de alcatrão; e um dispositivo de descarga de pressão uniforme que é conectado ao forno de decomposição de alcatrão e descarrega ferro reduzido a alta temperatura ou aglomerados reduzidos a alta temperatura do forno de decomposição de alcatrão.
[026] O aparelho pode incluir ainda: um conduto de sopro de oxigênio que sopra oxigênio para dentro do forno de combustão parcial; e um conduto de sopro de vapor que sopra vapor para dentro do forno de combustão parcial.
[027] O aparelho pode incluir ainda uma caldeira de calor de exaustão que está conectada ao conduto de sopro de vapor e fabrica o vapor usando o calor sensível dos gases de exaustão.
[028] Além disso, outra modalidade exemplar da presente invenção fornece um método de fabricação de ferro derretido, o método incluindo: fabricar ferro reduzido ao inserir o minério em um ou mais fornos de redução; inserir o ferro reduzido e carvão em um forno de derretimento e gaseificação; fabricar ferro derretido pela combustão do carvão com oxigênio e derreter o ferro reduzido com o calor de combustão; inserir o gás descarregado do forno de derretimento e gaseificação para dentro de um forno de decomposição de alcatrão; e decompor um componente do alcatrão incluído no gás no forno de decomposição de alcatrão.
[029] A decomposição do componente de alcatrão pode incluir: inserir o ferro reduzido descarregado do forno de redução e formar uma camada de enchimento de ferro reduzido dentro do forno de decomposição de alcatrão; e efetivamente decompor um componente do alcatrão contido no gás nos componentes do gás redutor inserindo o gás descarregado do forno de derretimento e gaseificação e permitindo que o gás passe através da camada de enchimento de ferro reduzido.
[030] Um volume constante da camada de enchimento de ferro reduzido pode ser mantido conforme uma quantidade igual de ferro reduzido é continuamente fornecida no e descarregada do forno de decomposição de alcatrão.
[031] O método pode adicionalmente incluir a combustão, em um forno de combustão parcial, de uma parte do gás descarregado do forno de derretimento e gaseificação antes da inserção do gás dentro do forno de decomposição de alcatrão.
[032] O método pode adicionalmente incluir: soprar oxigênio dentro do forno de combustão parcial através de um conduto de sopro de oxigênio antes da combustão da parte do gás no forno de combustão parcial; e soprar vapor para dentro do forno de combustão parcial através de um conduto de sopro de vapor.
[033] O método pode incluir ajustar uma razão de oxigênio e vapor soprado para dentro do forno de combustão parcial fornecidos no forno de decomposição de alcatrão de modo que o gás redutor, que é descarregado do forno de decomposição de alcatrão quando a decomposição de alcatrão é concluída, é mantido a uma temperatura de 700 a 800 °C.
[034] O vapor no sopro do vapor pode ser fabricado por uma caldeira de calor de exaustão usando calor sensível dos gases de exaustão descarregados do forno de redução.
[035] A decomposição do componente de alcatrão pode incluir descarregar ferro reduzido a alta temperatura ou aglomerados reduzidos a alta temperatura do forno de decomposição de alcatrão através de um dispositivo de descarga de pressão uniforme.
[036] O método pode incluir resfriar o ferro reduzido a alta temperatura descarregado do forno de decomposição de alcatrão por um dispositivo de resfriamento e inserir o ferro reduzido a alta temperatura resfriado de volta para o forno de redução.
[037] O método pode incluir ainda: separar o pó no gás redutor a alta temperatura, que é descarregado do forno de derretimento e gaseificação por um ciclone de alta temperatura conectado ao forno de derretimento e gaseificação; e inserir o pó que é separado pelo ciclone de alta temperatura de volta dentro do forno de derretimento e gaseificação por um queimador de pó conectado ao forno de derretimento e gaseificação.
[038] O método pode incluir ainda fornecer uma parte do gás redutor a alta temperatura para dentro do forno de redução e descarregar a parte restante do gás redutor a alta temperatura para o exterior, a fim de manter uma pressão no forno de derretimento e gaseificação.
[039] O método pode incluir ainda: aglomerar ferro reduzido, que é descarregado do forno de redução por um dispositivo de aglomeração a alta temperatura conectado ao forno de redução após a fabricação do ferro reduzido; e transportar aglomerados reduzidos a alta temperatura aglomerados pelo dispositivo de aglomeração a alta temperatura ao forno de derretimento e gaseificação por um terceiro dispositivo de transporte.
[040] De acordo com a presente invenção, é possível reduzir um tamanho do forno de derretimento e gaseificação para fabricar ferro derretido, reduzir a perda de carvão e energia e aumentar a quantidade de gás produzido, melhorando assim a viabilidade econômica.
[041] A figura 1 é uma vista ilustrando esquematicamente um aparelho para decompor alcatrão de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção.
[042] A figura 2 é uma vista ilustrando esquematicamente um aparelho para a fabricação de ferro derretido que é fornecido com o aparelho para decompor alcatrão de acordo com a modalidade exemplar da presente invenção.
[043] A figura 3 é uma vista ilustrando esquematicamente o aparelho para a fabricação de ferro derretido que é fornecido com o aparelho para decompor alcatrão de acordo com a modalidade exemplar da presente invenção.
[044] A figura 4 é uma vista ilustrando um resultado experimental da medição da quantidade de gás, uma mudança de temperatura e uma mudança na composição nas extremidades anterior e posterior do aparelho para decompor alcatrão de acordo com a modalidade exemplar da presente invenção.
[045] Adiante, modalidades exemplares da presente invenção serão descritas em detalhes, tendo como referência os desenhos associados, de modo que as pessoas versadas na técnica a que a presente invenção refere-se podem facilmente realizar as modalidades exemplares. A presente invenção pode ser implementada de várias maneiras diferentes e não está limitada às modalidades exemplares descritas nesse documento.
[046] Uma parte irrelevante para a descrição será omitida para descrever claramente a presente invenção, e os mesmos elementos constitutivos ou similares serão designados pelos mesmos números de referência em todo o relatório descritivo.
[047] Além disso, cada configuração ilustrada nos desenhos é arbitrariamente mostrada para fins de compreensão e facilidade de descrição, mas a presente invenção não se limita a elas. Nos desenhos, algumas partes são ampliadas para fornecer uma expressão mais clara.
[048] Além disso, a menos que seja explicitamente descrito de outra forma, a palavra "compreender" e variações como "compreende" ou "compreendendo"serão entendidas como implicando a inclusão dos elementos declarados, mas não a exclusão de quaisquer outros elementos.
[049] Em seguida, um aparelho para decompor alcatrão de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção será descrito em detalhes, tendo como referência os desenhos.
[050] A figura 1 é uma vista ilustrando esquematicamente um aparelho para decompor alcatrão de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção.
[051] O gás, que é inserido em um ciclone de alta temperatura 50, é separado do pó em uma extremidade posterior do ciclone de alta temperatura 50, e o gás separado do pó é inserido em um forno de combustão parcial 2 através de um primeiro conduto de gás 1. O forno de combustão parcial 2 é munido com um conduto de sopro de oxigênio 3 e um conduto de sopro de vapor 4, e o oxigênio e o vapor são soprados para dentro do forno de combustão parcial 2 através do conduto de sopro de oxigênio 3 e do conduto de sopro de vapor 4, tal que uma parte do gás inserido no forno de combustão parcial 2 é queimado pelo oxigênio e também misturado com o vapor. O gás, que é parcialmente queimado pelo oxigênio e misturado com o vapor, é inserido em um forno de decomposição de alcatrão 6 a partir de um lado inferior do forno de decomposição de alcatrão 6 através de um segundo conduto de gás 5.
[052] Um primeiro dispositivo de transporte de ferro 7 e um dispositivo de inserção de pressão uniforme 8 conectado ao mesmo, são fornecidos em um lado superior do forno de decomposição de alcatrão 6, de modo que o ferro reduzido a alta temperatura pode ser inserido dentro do forno de decomposição de alcatrão 6 a partir de um local de pressão normal para um local de alta pressão, tal que o ferro reduzido a alta temperatura é fornecido para dentro do forno de decomposição de alcatrão 6 de modo que uma camada de enchimento de ferro reduzido a alta temperatura é formada no forno de decomposição de alcatrão 6.
[053] O gás, que é inserido no lado inferior do forno de decomposição de alcatrão 6, eleva a camada de enchimento de ferro reduzido a alta temperatura e, nesse processo, um componente de alcatrão incluído no gás reage com vapor, CO2 e similares, e é decomposto em CO, H2, CH4 e similares, usando o ferro reduzido como um catalisador. O gás no qual o alcatrão incluído é decomposto é descarregado da parte superior do forno de decomposição de alcatrão 6 através de um terceiro conduto de gás 9, sendo o gás mantido a uma temperatura de cerca de 700 a 800 °C, e a temperatura do gás é ajustada mediante o ajuste de uma razão de oxigênio e vapor para ser soprado para dentro do forno de combustão parcial 2.
[054] Enquanto isso, os poros da camada de enchimento de ferro reduzido no forno de decomposição de alcatrão 6 são obstruídos por uma quantidade significativa de carbono produzido durante o processo de decomposição do alcatrão e pela poeira incluída no gás inserido e uma função do ferro reduzido, que serve como um catalisador para decompor alcatrão, deteriora-se severamente se um grau a que os poros estão obstruídos atinge um certo nível ou superior. Para evitar a deterioração, no lado inferior do forno de decomposição de alcatrão 6, são fornecidos um primeiro dispositivo de descarga de pressão uniforme 10 que pode descarregar o ferro reduzido na camada de enchimento de ferro reduzido no forno de decomposição de alcatrão 6 de um local de alta pressão para um local de pressão normal, e um segundo dispositivo de transporte 11 que transporta o ferro reduzido a alta temperatura descarregado.
[055] O ferro reduzido a alta temperatura é fornecido a partir do dispositivo de inserção de pressão uniforme 8 tanto quanto o ferro reduzido a alta temperatura é descarregado do primeiro dispositivo de descarga de pressão uniforme 10, tal que a camada de enchimento de ferro reduzido a alta temperatura com um volume constante pode ser mantida no forno de decomposição de alcatrão 6 e os poros podem ser mantidos constantemente na camada de enchimento de ferro reduzido a alta temperatura. Enquanto isso, um medidor de pressão diferencial 12 é fornecido nos lados superior e inferior do forno de decomposição de alcatrão 6 para monitorar um nível dos poros na camada de enchimento de ferro reduzido a alta temperatura.
[056] Em seguida, um aparelho para a fabricação de ferro derretido, que é fornecido com o aparelho para decomposição de alcatrão de acordo com a modalidade exemplar da presente invenção será descrito em detalhes com referência à figura 2. Uma descrição detalhada dos elementos constitutivos, que são idênticos aos elementos constituintes do aparelho para decompor alcatrão de acordo com a modalidade exemplar descrita com referência à figura 1, será omitida.
[057] A figura 2 é uma vista ilustrando esquematicamente o aparelho para a fabricação de ferro derretido que é fornecido com o aparelho para decompor alcatrão de acordo com a modalidade exemplar da presente invenção.
[058] O aparelho para a fabricação de ferro derretido ilustrado na figura 2 pode ser configurado através da aplicação do aparelho para decomposição de alcatrão ilustrado na figura 1.
[059] O aparelho 100 para fabricar ferro derretido inclui um forno de redução 20 que reduz minérios agregados, um dispositivo de inserção 25 que insere carvão e ferro reduzido descarregado do forno de redução e um forno de derretimento e gaseificação 40 o qual queima o carvão fornecido do dispositivo de inserção 25 usando o oxigênio e derrete o ferro reduzido usando o calor de combustão para fabricar ferro derretido.
[060] Gás redutor a alta temperatura para ser fornecido dentro do forno de redução 20 é fabricado no forno de derretimento e gaseificação 40. Além disso, o gás redutor a alta temperatura descarregado do forno de derretimento e gaseificação 40 passa pelo ciclone de alta temperatura 50, e o gás inserido dentro do ciclone de alta temperatura 50 é separado do pó em uma extremidade posterior do ciclone de alta temperatura 50. O pó, que é separado pelo ciclone de alta temperatura 50, é inserido de volta dentro do forno de derretimento e gaseificação 40 por um queimador de pó 51.
[061] Uma caldeira de recuperação de calor de exaustão 30 é instalada em uma extremidade posterior do forno de redução 20 para produzir vapor usando calor sensível dos gases de exaustão descarregado de um lado superior do forno de redução 20 depois que o minério é reduzido no forno de redução 20 e o vapor é fornecido para dentro do forno de combustão parcial 2 através do conduto de sopro de vapor 4.
[062] Além disso, uma parte do ferro reduzido é inserida em um conduto de ramificação 21 de um conduto de inserção 23 através do qual o ferro reduzido é inserido dentro do forno de derretimento e gaseificação 40 a partir do forno de redução 20, e a parte do ferro reduzido é descarregada por um segundo dispositivo de descarga de pressão uniforme 22. O ferro reduzido a alta temperatura reduzido é transportado para o dispositivo de inserção de pressão uniforme 8 no lado superior do forno de decomposição de alcatrão 6 pelo primeiro dispositivo de transporte 7.
[063] Enquanto isso, o ferro reduzido a alta temperatura, que é descarregado do forno de decomposição de alcatrão 6 pelo primeiro dispositivo de descarga de pressão uniforme 10, é transportado para um dispositivo de resfriamento 13 pelo segundo dispositivo de transporte 11, arrefecido até a temperatura ambiente, inserido dentro do forno de redução 20 juntamente com minério agregado e, em seguida, é reutilizado como matéria-prima para a fabricação de ferro derretido.
[064] Além disso, o gás redutor descarregado do forno de decomposição de alcatrão 6 é mantido a uma temperatura de cerca de 700 a 800 °C, de modo que o gás redutor é fornecido para dentro do forno de redução 20 através de um conduto de gás redutor 52 sem ser separadamente resfriado, e uma parte do gás redutor é inserida para um conduto de gás separado 53 a fim de manter uma pressão constante no forno de derretimento e gaseificação 40 e descarregada para o exterior após ser limpo e refrigerado por um primeiro dispositivo de coleta de pó 55.
[065] O gás de exaustão, que é descarregado do lado superior do forno de redução 20 depois que o minério é reduzido, é limpo e refrigerado ao passar por um segundo dispositivo de coleta de pó 56, misturado com o gás descarregado de uma extremidade posterior do primeiro dispositivo de coleta de pó 55 para manter uma pressão no forno de derretimento e gaseificação 40 e, em seguida, é descarregado para fora do aparelho para a fabricação de ferro derretido.
[066] Conforme descrito acima, uma instalação de decomposição de alcatrão é configurada fora do forno de derretimento e gaseificação 40, de modo que o forno de derretimento e gaseificação 40 do aparelho para fabricar ferro derretido, de acordo com a presente invenção, pode ter um volume de cerca de 30 a 40% de um volume de uma porção da cúpula do forno de derretimento e gaseificação 40 de um aparelho para fabricar ferro derretido, no qual a instalação de decomposição de alcatrão é configurada dentro do forno de derretimento e gaseificação 40. Portanto, a quantidade de oxigênio para a combustão, que é usada para garantir uma temperatura de um espaço de cúpula, é reduzida, e é possível evitar uma perda causada por uma função do carvão devido a uma alta temperatura no espaço de cúpula.
[067] Além disso, uma linha de circulação de refrigeração para controlar a temperatura do gás redutor não é necessária, ao contrário do aparelho para a fabricação de ferro derretido no qual a instalação de decomposição de alcatrão é configurada no interior do forno de derretimento e gaseificação 40 e, como resultado, é possível reduzir os custos necessários para fabricar o aparelho, e é possível evitar uma perda de energia causada pelo resfriamento.
[068] Em seguida, um aparelho para a fabricação de ferro derretido, que é fornecido com o aparelho para decomposição de alcatrão de acordo com a modalidade exemplar da presente invenção será descrito em detalhes com referência à figura 3. Uma descrição detalhada dos elementos constitutivos, que são idênticos aos elementos constituintes do aparelho para decompor alcatrão de acordo com a modalidade exemplar descrita com referência à figura 1, será omitida.
[069] A figura 3 é uma vista ilustrando esquematicamente o aparelho para a fabricação de ferro derretido que é fornecido com o aparelho para decompor alcatrão de acordo com a modalidade exemplar da presente invenção.
[070] O aparelho para a fabricação de ferro derretido ilustrado na figura 3 pode ser configurado através da aplicação do aparelho para decomposição de alcatrão ilustrado na figura 1.
[071] Um aparelho 100 para fabricar ferro derretido inclui um forno de redução multiestágio 20 que reduz o pó de minério contendo ferro, um dispositivo de aglomeração a alta temperatura 36 que aglomera ferro em pó reduzido descarregado do forno de redução multiestágio 20, um terceiro dispositivo de transporte 37 que transporta os aglomerados reduzidos a alta temperatura aglomerados pelo dispositivo de aglomeração a alta temperatura 36, um dispositivo de inserção 25 que insere carvão e os aglomerados reduzidos a alta temperatura transportados pelo terceiro dispositivo de transporte 37 e um forno de derretimento e gaseificação 40 o qual queima o carvão fornecido do dispositivo de inserção 25 usando oxigênio, e derrete os aglomerados reduzidos a alta temperatura usando o calor de combustão para fabricar ferro derretido.
[072] Alguns aglomerados reduzidos a alta temperatura são separados do terceiro dispositivo de transporte 37 e transportados para o dispositivo de inserção de pressão uniforme 8 na parte superior do forno de decomposição de alcatrão 6 pelo primeiro dispositivo de transporte 7. Enquanto isso, os aglomerados reduzidos a alta temperatura, que são descarregados do forno de decomposição de alcatrão 6 pelo primeiro dispositivo de descarga de pressão uniforme 10, são transportados pelo quarto dispositivo de transporte 14 inserido no forno de derretimento e gaseificação 40 pelo terceiro dispositivo de transporte de aglomerados reduzido a alta temperatura 37 e, então, usados como um material bruto de fabricação.
[073] Além disso, o gás redutor descarregado do forno de decomposição de alcatrão 6 é mantido a uma temperatura de cerca de 700 a 800 °C, de modo que o gás redutor é fornecido para dentro do forno de redução multiestágio 20 através de um conduto de gás redutor 52 sem ser separadamente resfriado, e uma parte do gás redutor é inserida para um conduto de gás separado 53 a fim de manter uma pressão constante no forno de derretimento e gaseificação 40 e descarregada para o exterior após ser limpo e refrigerado por um primeiro dispositivo de coleta de pó 55.
[074] A seguir, um efeito do aparelho para decompor alcatrão, de acordo com a presente invenção, será descrito com referência a um exemplo no qual o aparelho para decompor alcatrão, de acordo com a presente invenção, é aplicado a um aparelho para fabricar 600.000 toneladas de ferro derretido por ano usando diretamente carvão. A figura 4 é uma vista ilustrando um resultado experimental da medição da quantidade de gás, uma mudança de temperatura e uma mudança na composição nas extremidades anterior e posterior do aparelho para decompor alcatrão de acordo com a modalidade exemplar da presente invenção.
[075] Referindo-se a uma tabela na figura 4, em um caso no qual o carvão contendo um componente volátil de 28% é usado diretamente em um forno de derretimento, o alcatrão de 35,6 g por gás de 1 Nm3é incluído no gás de extremidade anterior (1), que é descarregado do forno de derretimento e gaseificação e, em seguida, inserido no forno de combustão parcial 2. No entanto, depois de o gás de extremidade posterior passar pelo forno de decomposição de alcatrão 6 (2), a quantidade de alcatrão é acentuadamente diminuída até cerca de 0,8 g por gás de 1 Nm3, que mostra que o aparelho para decompor alcatrão, de acordo com a presente invenção, efetivamente decompõe o alcatrão.
[076] Além disso, pode ser confirmado que, no gás de extremidade posterior (2), após o gás de extremidade anterior passar pelo forno de decomposição de alcatrão 6, a quantidade de CO2 é aumentada de 0,67% para 5,74%, a quantidade de H2 é aumentada de 21,3% para 21,87%, a quantidade de CH4 é aumentada de 5,02% para 7,94%, a quantidade de H2O é aumentada de 0,25% para 1,76% e a quantidade de NH3 é aumentada de 20,11 ppm para 32,97 ppm. A razão é que o componente de carbono e o componente de hidrogênio no alcatrão são decompostos nos componentes de gás, tais como CO, CO2, H2, H2O e CH4 por oxigênio e vapor fornecidos para decompor o alcatrão. Além disso, o vapor é usado para decompor o alcatrão e, como resultado, em comparação com um aparelho para a fabricação de ferro derretido (exemplo comparativo), que usa apenas oxigênio para decompor o alcatrão, a quantidade de gás produzido é aumentada por cerca de 10% embora a mesma quantidade de carvão seja usada.
[077] Além disso, o aparelho para decompor alcatrão, de acordo com a presente invenção, usa o ferro reduzido como um catalisador para decompor o alcatrão a uma temperatura menor do que uma temperatura na técnica relacionada e, como resultado, como mostrado na tabela na figura 4, o gás de extremidade posterior (2) descarregado do aparelho para decompor o alcatrão tem uma temperatura de cerca de 775 °C e, portanto, o gás de extremidade anterior pode ser fornecido diretamente no forno de redução sem ajustar separadamente a sua temperatura.
[078] Embora essa invenção tenha sido descrita em conexão com o que é atualmente considerado como sendo modalidades exemplares práticas, deve- se compreender que a invenção não é limitada às modalidades divulgadas, mas, ao contrário, ela destina-se a englobar várias modificações e disposições equivalentes incluídas dentro do espírito e do escopo das reivindicações em anexo. Descrição dos símbolos 2: forno de combustão parcial 6: forno de decomposição de alcatrão 8: dispositivo de inserção de pressão uniforme 10 primeiro dispositivo de descarga de pressão uniforme 22: segundo dispositivo de descarga de pressão uniforme 20: forno de redução 30: caldeira de recuperação de calor de exaustão 40: forno de derretimento e gaseificação 50: ciclone de alta temperatura
Claims (33)
1. Aparelho para fabricar ferro derretido, o aparelho caracterizado pelo fato de que compreende: um ou mais fornos de redução que fabricam o ferro reduzido através da redução do minério; um dispositivo de inserção que insere carvão e o ferro reduzido descarregado do forno de redução para dentro de um forno de derretimento e gaseificação; o forno de derretimento e gaseificação que queima o carvão fornecido do dispositivo de inserção usando o oxigênio, e derrete o ferro reduzido usando o calor de combustão para fabricar ferro derretido; e um forno de decomposição de alcatrão que é conectado ao forno de derretimento e gaseificação e decompõe um componente de alcatrão incluído no gás descarregado do forno de derretimento e gaseificação.
2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: um dispositivo de inserção de pressão uniforme que é conectado ao forno de decomposição de alcatrão e insere ferro reduzido a alta temperatura ou aglomerados reduzidos a alta temperatura para dentro do forno de decomposição de alcatrão.
3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: um forno de combustão parcial que queima uma parte do gás descarregado do forno de derretimento e gaseificação e insere o gás para dentro do forno de decomposição de alcatrão.
4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: um conduto de sopro de oxigênio que sopra oxigênio para dentro do forno de combustão parcial; e um conduto de sopro de vapor que sopra vapor para dentro do forno de combustão parcial.
5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende: uma caldeira de calor de exaustão que está conectada ao conduto de sopro de vapor e fabrica o vapor usando o calor sensível dos gases de exaustão descarregados do forno de redução.
6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: um dispositivo de descarga de pressão uniforme que está conectado ao forno de decomposição de alcatrão e descarrega ferro reduzido a alta temperatura ou aglomerados reduzidos a alta temperatura do forno de decomposição de alcatrão.
7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o forno de decomposição de alcatrão inclui no mesmo uma camada de enchimento que é formada a partir de ferro reduzido a alta temperatura ou dos aglomerados reduzidos a alta temperatura inseridos pelo dispositivo de inserção de pressão uniforme.
8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende: um forno de combustão parcial que queima uma parte do gás descarregado do forno de derretimento e gaseificação e insere o gás para dentro do forno de decomposição de alcatrão.
9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende: um conduto de sopro de oxigênio que sopra oxigênio para dentro do forno de combustão parcial; e um conduto de sopro de vapor que sopra vapor para dentro do forno de combustão parcial.
10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende: uma caldeira de calor de exaustão que fabrica o vapor usando calor sensível dos gases de exaustão descarregados do forno de redução, e está conectada ao conduto de sopro de vapor.
11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende: um dispositivo de descarga de pressão uniforme que está conectado ao forno de decomposição de alcatrão e descarrega ferro reduzido a alta temperatura ou aglomerados reduzidos a alta temperatura do forno de decomposição de alcatrão.
12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que: o forno de decomposição de alcatrão inclui nele uma camada de enchimento que é formada a partir de ferro reduzido a alta temperatura ou dos aglomerados reduzidos a alta temperatura inseridos pelo dispositivo de inserção de pressão uniforme.
13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende: um dispositivo de descarga de pressão uniforme que está conectado ao forno de decomposição de alcatrão e descarrega ferro reduzido a alta temperatura ou aglomerados reduzidos a alta temperatura do forno de decomposição de alcatrão.
14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que: o forno de decomposição de alcatrão inclui nele uma camada de enchimento que é formada a partir de ferro reduzido a alta temperatura ou dos aglomerados reduzidos a alta temperatura inseridos pelo dispositivo de inserção de pressão uniforme.
15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende: um ciclone de alta temperatura que separa o pó no gás descarregado do forno de derretimento e gaseificação; e um conduto de gás que insere o gás, do qual o pó é separado no forno de combustão parcial.
16. Aparelho, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende: um medidor de pressão diferencial que está ligado ao forno de decomposição de alcatrão para monitorar um nível de poros na camada de enchimento.
17. Aparelho, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende: um dispositivo de resfriamento que esfria o ferro reduzido a alta temperatura descarregado do forno de decomposição de alcatrão.
18. Aparelho, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: um dispositivo de aglomeração a alta temperatura que aglomera o ferro reduzido descarregado do forno de redução; e um dispositivo de transporte que transporta os aglomerados reduzidos a alta temperatura, que são aglomerados pelo dispositivo de aglomeração a alta temperatura para o dispositivo de inserção.
19. Aparelho para decompor alcatrão, o aparelho caracterizado pelo fato de que compreende: um forno de decomposição de alcatrão que inclui no mesmo uma camada de enchimento formada de ferro reduzido a alta temperatura ou de aglomerados reduzidos a alta temperatura, e decompõe um componente de alcatrão incluído em gás descarregado de um forno de derretimento e gaseificação; um dispositivo de inserção de pressão uniforme que é conectado ao forno de decomposição de alcatrão, e insere o ferro reduzido a alta temperatura ou os aglomerados reduzidos a alta temperatura para dentro do forno de decomposição de alcatrão; um forno de combustão parcial que queima uma parte do gás e insere o gás para dentro do forno de decomposição de alcatrão; e um dispositivo de descarga de pressão uniforme que está conectado ao forno de decomposição de alcatrão e descarrega ferro reduzido a alta temperatura ou aglomerados reduzidos a alta temperatura do forno de decomposição de alcatrão.
20. Aparelho, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: um conduto de sopro de oxigênio que sopra oxigênio para dentro do forno de combustão parcial; e um conduto de sopro de vapor que sopra vapor para dentro do forno de combustão parcial.
21. Aparelho, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: uma caldeira de calor de exaustão que está conectada ao conduto de sopro de vapor e fabrica o vapor usando o calor sensível dos gases de exaustão.
22. Método de fabricação de ferro derretido, o método caracterizado pelo fato de que compreende: fabricar ferro reduzido ao inserir minério em um ou mais fornos de redução; inserir o ferro reduzido e carvão dentro de um forno de derretimento e gaseificação; fabricar ferro derretido pela combustão do carvão com oxigênio e derreter o ferro reduzido com o calor de combustão; inserir o gás descarregado do forno de derretimento e gaseificação para dentro de um forno de decomposição de alcatrão; e decompor um componente de alcatrão incluído no gás no forno de decomposição de alcatrão.
23. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que: a decomposição do componente de alcatrão inclui: inserir o ferro reduzido descarregado do forno de redução e formar uma camada de enchimento de ferro reduzido dentro do forno de decomposição de alcatrão; e efetivamente decompor um componente de alcatrão contido no gás nos componentes do gás redutor inserindo o gás descarregado do forno de derretimento e gaseificação e permitindo que o gás passe através da camada de enchimento de ferro reduzido.
24. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que: um volume constante da camada de enchimento de ferro reduzido é mantido conforme uma quantidade igual de ferro reduzido é continuamente fornecida para dentro e é descarregada do forno de decomposição de alcatrão.
25. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: queimar, em um forno de combustão parcial, uma parte do gás descarregado do forno de derretimento e gaseificação antes da inserção do gás dentro do forno de decomposição de alcatrão.
26. Método, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: soprar oxigênio dentro do forno de combustão parcial através de um conduto de sopro de oxigênio antes da combustão da parte do gás no forno de combustão parcial; e soprar vapor para dentro do forno de combustão parcial através de um conduto de sopro de vapor.
27. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que compreende: ajustar uma razão de oxigênio e vapor soprados para dentro do forno de combustão parcial fornecidos no forno de decomposição de alcatrão de modo que o gás redutor, que é descarregado do forno de decomposição de alcatrão quando a decomposição de alcatrão é concluída, é mantido a uma temperatura de 700 a 800 °C.
28. Método, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que: o vapor no sopro do vapor é fabricado, por uma caldeira de calor de exaustão, usando calor sensível dos gases de exaustão descarregado do forno de redução.
29. Método, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que: a decomposição do componente de alcatrão inclui descarregar ferro reduzido a alta temperatura ou aglomerados reduzidos a alta temperatura do forno de decomposição de alcatrão através de um dispositivo de descarga de pressão uniforme.
30. Método, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que compreende: resfriar o ferro reduzido a alta temperatura descarrega do forno de decomposição de alcatrão por um dispositivo de resfriamento e inserir o ferro reduzido a alta temperatura resfriado de volta dentro de um forno de redução.
31. Método, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: separar o pó no gás redutor a alta temperatura, que é descarregado do forno de derretimento e gaseificação por um ciclone de alta temperatura conectado ao forno de derretimento e gaseificação; e inserir o pó que é separado pelo ciclone de alta temperatura de volta dentro do forno de derretimento e gaseificação por um queimador de pó conectado ao forno de derretimento e gaseificação.
32. Método, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: fornecer uma parte do gás redutor a alta temperatura para dentro do forno de redução e descarregar a parte restante do gás redutor a alta temperatura para o exterior, a fim de manter uma pressão no forno de derretimento e gaseificação.
33. Método, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: aglomerar ferro reduzido, que é descarregado do forno de redução por um dispositivo de aglomeração a alta temperatura conectado ao forno de redução após a fabricação do ferro reduzido; e transportar aglomerados reduzidos a alta temperatura aglomerados pelo dispositivo de aglomeração a alta temperatura ao forno de derretimento e gaseificação por um dispositivo de transporte.
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