BR112019008924A2 - forno de cuba e método para produzir ferro reduzido direto metálico - Google Patents
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Abstract
forno de cuba e método para produzir ferro reduzido direto metálico um forno de cuba para produzir ferro reduzido direto (dri) metálico a partir de pelotas ou grumos contendo ferro e reduzindo o gás nele disposto, incluindo: uma parede externa circunferencial que define uma zona de redução interior superior, uma zona de transição interior intermediária e uma zona de arrefecimento interior inferior, em que os grumos ou pelotas contendo ferro se deslocam para baixo através da zona de redução interior superior, da zona de transição interior intermediária e da zona de arrefecimento interior inferior à medida que os grumos ou pelotas contendo ferro encontram o gás redutor de fluxo ascendente e um ou mais outros gases; e um desviador de fluxo disposto ao longo de uma linha central da parede externa circunferencial incluindo uma seção cônica superior convexa para cima disposta na zona de transição intermediária definida pela parede externa circunferencial acoplada a uma seção cônica inferior convexa para baixo disposta na zona de arrefecimento inferior definida por a parede externa circunferencial.
Description
FORNO DE CUBA E MÉTODO PARA PRODUZIR FERRO REDUZIDO DIRETO METÁLICO
REFERÊNCIA CRUZADA AO PEDIDO RELACIONADO [001] O presente pedido de patente/patente reivindica o benefício de prioridade do pedido provisório de patente co-pendente US 62/416,863, depositado em 3 de novembro de 2016, intitulado “DIRECT REDUCTION PROCESS AND SHAFT FURNACE UTILIZING NA EXTENDED FLOW DIVERTER CONE” cujos conteúdos são incorporados na íntegra por referência aqui.
CAMPO DE INVENÇÃO [002] A presente invenção refere-se em geral a um novo processo e forno de cuba para a redução direta (DR) de ferro. Mais especificamente, a presente invenção refere-se a um novo processo e forno de cuba para a redução direta de ferro utilizando um cone desviador de fluxo estendido e/ou outros mecanismos internos que promovem a consistência de fardo/produto, especialmente nas porções intermediária e inferior do forno de cuba, que provê uma melhor produção de ferro reduzido direto a frio (CDRI), ferro reduzido direto a quente (HDRI) e ferro briquetado a quente (HBI). FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [003] Existem vários processos convencionais para produzir ferro reduzido direto (DRI) a partir do minério de ferro, incluindo o Midrex® Process (Midrex), o HYL® Process (HYL) e o PERED® Process (MME). Como em todos esses processos convencionais, o PERED® Process converte grumos ou pelotas de óxido de ferro em ferro metálico por exposição ao gás redutor a temperaturas relativamente baixas dentro de um forno/reator de cuba. O gás redutor consiste em hidrogênio e monóxido de carbono e é produzido principalmente em um reformador externo, tal como um reformador catalítico. O gás redutor flui para cima no forno de cuba e é exposto ao óxido de ferro descendente, aquecendo-o a temperaturas de
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2/15 redução. O processo pode ser usado para produzir CDRI, HDRI e/ou HBI. [004] Citando MME, as características mais significativas do
Processo PERED® são:
- um sistema contínuo que utiliza um fluxo ininterrupto de gases redutores para a remoção de oxigênio do material de alimentação de óxido de ferro e para cementação do ferro reduzido.
- consumo mínimo de combustível pela reciclagem do gás do bocal do forno de cuba no processo.
- o sistema de reforma de gás especialmente projetado que usa dióxido de carbono e vapor, produzido durante a redução do óxido de ferro, para a conversão catalítica do gás natural sem formação de fuligem. Isso elimina a necessidade de uma fonte externa de oxigênio para a oxidação parcial do metano.
- a característica especial é o controle da porcentagem de vapor que é produzida a partir do calor residual do gás de combustão.
- recuperação máxima de calor por pré-aquecimento do ar principal, gás natural e gás de alimentação, e a produção de vapor através do gás de combustão.
[005] Mais uma vez, citando MME, o equipamento usado no
PERED® process inclui um “novo” forno de cuba e reformador:
- o forno de metalização tipo eixo utiliza um fluxo de processo contínuo nas mais altas eficiências conhecidas. Dentro do forno, as pelotas descem por gravidade e serão metalizados por contato direto em contracorrente com redução de gases na zona de redução.
- no forno de cuba, o material de óxido de ferro é alimentado pela tremonha de carga por gravidade através de um selo de gás dinâmico nos tubos de distribuição, que alimentam o material para o forno de redução. Os tubos de distribuição de óxido são projetados especialmente para distribuir o material na periferia e no centro, mantendo assim um perfil uniforme de
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3/15 material no forno e aumentar o volume da zona de redução. A taxa de alimentação para a tremonha de carga é controlada pela taxa de descarga do produto a partir do fundo do forno.
- o forno de cuba é dividido em três zonas com sistemas de gás separados, a zona superior de redução, uma zona de transição para cementação e reforma in situ e a zona inferior de arrefecimento.
- a zona de redução é especialmente projetada para aumentar a eficiência, eliminar a geração de finos e cuidar do inchamento de pelotas durante o processo de redução. As portas movimentadas, instaladas em dois níveis no fundo da zona de redução, são de formato especial para ter melhor penetração de gás ao fardo e para melhor manutenibilidade. A posição da saída de gás do bocal reduz o transporte de finos e melhora a relação altura/diâmetro.
- o gás reformado, contendo hidrogênio e monóxido de carbono a uma temperatura e razão controladas, é introduzido no fardo descendente através de uma série de portas dispostas em dois níveis ao redor da periferia inferior da zona de redução. A composição e a temperatura do gás de fardo podem ser ajustadas independentemente, se necessário.
- o material que flui através da zona de redução passa para uma zona de transição antes de entrar na zona de arrefecimento. Essa zona de transição tem altura suficiente para isolar a zona de redução e os circuitos de gás da zona de arrefecimento um do outro e permitir controle independente.
- a zona de transição é utilizada para a reforma in situ, injetando gás natural em vazões mais altas e controladas.
- a reforma in situ tem várias funções benéficas: carburar e arrefecer o ferro metálico e utilizar calor sensível no ferro metálico para aquecer e reformar o gás natural em gás redutor adicional, aumentando assim a produtividade e o consumo total de energia.
- a eliminação do alimentador de fardo resfriado à água reduz a
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4/15 geração de finos, a queda na temperatura do fardo e as chances de formação de aglomerados nessa região. Nesta zona há um dispositivo de fluxo fácil especialmente projetado chamado “chapéu de porcelana” (“China hat”) para regular o fluxo de material uniforme dentro do forno.
- o gás de arrefecimento é introduzido circunferencialmente através de bocais especialmente projetados na parte inferior do forno de cuba. Este arranjo modificado reduz a altura da zona de arrefecimento e melhora a distribuição adequada do gás ao longo do fardo, o que, por sua vez, melhora a eficiência da zona de arrefecimento.
- no topo da zona de arrefecimento, o gás de arrefecimento a quente é sugado através de quatro canais de derivação especialmente projetados para utilização uniforme da zona de arrefecimento e para reduzir a transferência de finos.
- o gás quente do forno é então limpo, comprimido e reciclado após o condicionamento com NG. O processo opera com alto teor de gás refrigerante CH4 para otimizar a eficiência da zona de arrefecimento.
- o fluxo de material nessa zona é regularizado por duas séries de alimentadores de fardo que giram 360 graus e podem ser controlados independentemente para velocidade, direção e grau de rotação. Estes alimentadores de fardo são vantajosos para regularizar o fluxo de material e durante a resolução de problemas.
- o forno de redução opera à pressão moderada com o gás redutor remanescente dentro do sistema de forno por meio de vedações dinâmicas na parte superior e inferior do forno de redução. A entrada da matéria-prima e o produto descarregado através das pernas da vedação proveem uma resistência ao fluxo de gás. O gás de vedação inerte gerado durante a queima do reformador é introduzido à pressão elevada nas pernas da vedação. Pequenos volumes de gases inertes são ventilados da descarga do forno de redução e/ou da tremonha de carga do forno.
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5/15
- o DRI produzido é descarregado do fundo do forno através de um sistema de transporte para as caixas de armazenamento para passivação antes de ser consumido no forno elétrico a arco (EAF) ou enviado para armazenamento adicional para embarque.
- o gás do bocal quente, carregado de poeira proveniente do forno é enviado para o depurador de gás do bocal, onde é arrefecido, limpo e seu teor de vapor de água reduzido. Ao sair do purificador de gás do bocal, a corrente de gás é dividida. Aproximadamente 2/3 do gás é usado como gás de processo, enquanto o restante 1/3 do gás é utilizado como combustível de combustão para aquecer o reformador.
- o teor de água é minimizado a partir do gás do bocal no purificador de gás do bocal. Isso, por sua vez, reduz a carga nos compressores de gás de processo, já que tem que circular menos fluxo de gás de processo.
- o reformador gera gases de redução reformando o gás natural na presença de um catalisador especialmente projetado.
- o teor de água necessário para a reforma é alcançado pela adição de vapor que é produzido a partir do calor residual do gás de combustão do reformador a uma vazão controlada.
- o gás de processo é enriquecido com gás natural préaquecido e água na forma de vapor para obter a mistura adequada de gás de alimentação para reforma. Após o enriquecimento, esse gás é chamado gás de alimentação. O gás de alimentação é então aquecido até aproximadamente 550°C pelo calor residual do processo.
- o gás de alimentação pré-aquecido flui através do reformador e é reformado em vários tubos de liga resistente ao calor contendo os catalisadores de tipo de flor especialmente desenvolvidos para reformar o metano com CO2 e H2O com até 10 ppm (vol.) de enxofre presente no gás de alimentação.
- a análise de gás reformada e a temperatura do reformador são
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6/15 controladas automaticamente. O reformador [supostamente] produz gases redutores com maior razão H2/CO do que os reformadores MIDREX®, o que provê uma operação segura do reformador e do forno. A temperatura do gás reformado é ajustada antes de entrar no forno de redução de acordo com a proporção da mistura de óxido e a disponibilidade de oxigênio.
- o reformador é queimado por múltiplos queimadores usando ar pré-aquecido e queimando uma mistura de gás combustível do bocal reciclado do gás do bocal do fomo/gás usado e gás natural. O gás de combustão do reformador é usado para pré-aquecer o ar de combustão, o gás de alimentação e o gás natural e gerar vapor no sistema de recuperação de calor, minimizando assim o consumo de energia da usina DR. O gás de combustão é exaurido para a atmosfera por um ventilador de ID. Uma pequena porção do gás de combustão do reformador é arrefecida e depois comprimida e usada como gás inerte em toda a usina DR em vários pontos. [006] Além disso, citando MME, as alegadas vantagens do
PERED® process são:
- pressão de operação moderada no reator comparada aos processos MIDREX e HYL para melhorar a taxa de reação e manter o processo simplificado.
- maior razão H2/CO para reduzir o risco de aglomeração dentro do forno do reator e prover operação mais segura do reformador.
- purificador de gás do bocal com composição de saída única com menor teor de umidade para reduzir a carga do compressor de gás de processo.
- geração de vapor a partir da recuperação de calor residual para reduzir o consumo de energia e os impactos ambientais.
- separar a adição de vapor para controlar precisamente a razão H2/CO e, assim, estabilizar a qualidade do gás redutor e, por sua vez, a qualidade do produto.
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- operação segura de reformador com alta razão H2/CO.
- catalisador especialmente projetado com eficiência aprimorada para produzir gases redutores de alta qualidade.
- sistema de recuperação de calor de alta eficiência com feixes de tubos invertidos.
- recuperação máxima de calor por pré-aquecimento do ar principal, gás natural e gás de alimentação e produção de vapor a partir de gases de combustão e, portanto, baixa temperatura dos gases de combustão para a atmosfera.
- portas de injeção de gás de dupla agitação com provisão para injeção de gases redutores com duas composições e temperaturas diferentes.
- design simplificado da porta da agitação para ter melhor padrão de fluxo e fácil manutenção.
- pernas de alimentação do distribuidor de óxido especialmente projetadas para distribuição uniforme do tamanho de partícula de óxido e aumento do volume da zona de redução.
- construção refratária cônica ultrafina no reator para cuidar do inchaço do DRI.
- escoamento de gás do bocal especialmente projetado para melhorar a eficiência do forno e minimizar o transporte de finos.
- não há alimentadores de fardo arrefecidos à água em algumas usinas.
- alimentadores de fardo rotativo especialmente projetados, que podem ser controlados independentemente para velocidade, direção e grau de rotação, para melhorar o padrão de fluxo e para funcionar melhor como um disjuntor de aglomeração no caso de formação de aglomeração dentro do forno.
- “chapéu de porcelana” especialmente projetado para fluxo de material uniforme dentro do forno.
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- injeção de gás de arrefecimento circunferencial para otimizar a eficiência da zona de arrefecimento.
- saída de gás de arrefecimento em formato de cruz especialmente projetada para otimizar a eficiência de arrefecimento e minimizar o transporte de finos.
- menor altura do forno.
- menos capital, custo de operação e de manutenção.
[007] O que ainda é necessário na técnica, no entanto, é um processo de DR que melhora o convencional Chapéu de porcelana utilizado na zona de transição do forno de cuba para promover a consistência de fardo/produto. Esta estrutura inclui tipicamente um interruptor de fluxo convexo simples, fixo, para cima, ou semelhante, sobre o qual os grumos/pelotas fluem na zona de transição, teoricamente para quebrar quaisquer aglomerados que se formam e asseguram a distribuição adequada e uniforme de mistura e gás. BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO [008] Em várias modalidades exemplificativas, a presente invenção substitui a zona de transição “Chapéu de porcelana” dos processos DR convencionais por um cone desviador de fluxo estendido melhorado. Este cone desviador de fluxo estendido é disposto em um eixo que atravessa a largura da zona de transição/arrefecimento do forno de cuba. Opcionalmente, o eixo permite que o cone desviador de fluxo estendido gire em um grau dentro do forno de cuba. O cone desviador de fluxo estendido inclui uma primeira porção de cone que aponta para cima relativamente mais curta na zona de transição dentro do forno de cuba acoplado a uma segunda porção de cone que aponta para baixo relativamente mais longa na zona de arrefecimento dentro do forno de cuba. Cada uma destas porções de cone pode utilizar uma ou mais inclinações circunferenciais. As porções de eixo e/ou cone podem opcionalmente incluir uma ou mais portas de injeção de gás permitindo a redução de gás, gás de zona de transição e/ou gás de refrigeração
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9/15 a ser introduzido próximo ao centro da zona de transição/arrefecimento, permitindo melhor saturação e pode ser seguido em sequência por outras portas de injeção de gás similares adicionais. Alimentadores de fardo convencionais podem ser dispostos acima e/ou abaixo do cone desviador de fluxo estendido, incluindo alimentadores de fardo superiores, alimentadores de fardo médio e alimentadores de fardo inferiores, todos os quais ajudam a manter o fardo movendo-se uniformemente através do forno de cuba. Em geral, o desviador de fluxo de cone duplo da presente invenção melhora todas as métricas de forno de cuba, especialmente em aplicações “quentes”.
[009] Opcionalmente, o cone inferior cobre 30 a 40% do comprimento da zona de arrefecimento, embora outras porcentagens possam ser utilizadas, desde que o cone inferior cubra uma parte substancial do comprimento (e volume) da zona de arrefecimento. A configuração de cone duplo serve para promover uniformidade e evitar aglomeração tanto na zona de transição quanto na zona de arrefecimento dentro do forno de cuba. Novamente, um ou ambos os cones podem ter uma ou várias seções ou ângulos. O cone desviador de fluxo prolongado é suspenso preferivelmente dentro do forno de cuba pelo eixo, que é disposto próximo à fronteira entre a zona de transição e a zona de arrefecimento, o eixo engatando o cone desviador de fluxo estendido próximo à sua transição do primeiro cone para o segundo cone.
[0010] Opcionalmente, a porção inferior do cone inferior inclui uma abertura que é seletivamente fechada através de uma cobertura. Isso serve para impedir que detritos que possam se acumular no cone duplo se desprendam inadvertidamente e caiam de maneira perigosa. O(s) cone(s) podem ser revestidos com refratários e/ou resfriados a água, conforme desejado.
[0011] Em uma modalidade exemplar, a presente invenção provê um forno de cuba para produção de ferro reduzido direto (DRI) metálico a partir
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10/15 de grumos ou pelotas contendo ferro e gás redutor ali disposto, compreendendo: uma parede externa circunferencial definindo uma zona de redução interior superior, uma zona de transição interior intermediária e uma zona de arrefecimento interior inferior, em que os grumos ou pelotas contendo ferro se deslocam para baixo através da zona de redução interior superior, da zona de transição interior intermediária e da zona de arrefecimento interior inferior à medida que os grumos ou pelotas contendo ferro encontram o gás redutor de fluxo ascendente e um ou mais outros gases; e um desviador de fluxo disposto ao longo de uma linha central da parede externa circunferencial compreendendo uma seção cônica superior convexa para cima disposta na zona de transição intermediária definida pela parede externa circunferencial acoplada a uma seção cônica inferior convexa para baixo disposta na zona de arrefecimento inferior definida pela parede externa circunferencial. O desviador de fluxo é acoplado a um eixo disposto ao longo de um diâmetro interior da parede externa circunferencial. Opcionalmente, o eixo permite que o desviador de fluxo gire dentro do interior da parede externa circunferencial. Opcionalmente, o eixo está disposto ao longo do diâmetro interior da parede externa circunferencial coincidente com um limite entre a zona de transição interior intermediária definida pela parede externa circunferencial e a zona de arrefecimento interior inferior definida pela parede externa circunferencial. Opcionalmente, cada uma das seções cônicas do desviador de fluxo compreende uma pluralidade de segmentos, cada um possuindo um ângulo cônico diferente. Opcionalmente, o forno de cuba compreende ainda uma ou mais portas de gás dispostas em um ou mais do eixo e o desviador de fluxo configurado para comunicar um gás aos grumos ou pelotas contendo ferro dispostos dentro do interior da parede externa circunferencial. Opcionalmente, o forno de cuba compreende adicionalmente uma ou mais portas de gás dispostas através da parede externa circunferencial por baixo do desviador de fluxo configurado para comunicar um gás nos grumos ou pelotas contendo
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11/15 ferro dispostos dentro do interior da parede externa circunferencial. Opcionalmente, o forno de cuba compreende ainda um ou mais alimentadores de fardo dispostos dentro da parede externa circunferencial, um ou mais de cima e abaixo do desviador de fluxo. Opcionalmente, o forno de cuba compreende ainda uma linha de arrefecimento que corre através de um interior de um ou mais do eixo e do desviador de fluxo. De preferência, a seção cônica inferior do desviador de fluxo disposta na zona de arrefecimento inferior definida pela parede externa circunferencial cobre 30% ou mais do comprimento vertical da zona de arrefecimento inferior definida pela parede externa circunferencial.
[0012] Em outra modalidade exemplar, a presente invenção provê um método para produzir ferro reduzido direto (DRI) metálico a partir de grumos ou pelotas contendo ferro e gás redutor disposto em um forno de cuba, compreendendo: prover uma parede externa circunferencial definindo uma zona de redução interior superior, uma zona de transição interior intermediária e uma zona de arrefecimento interior inferior, em que os grumos ou pelotas contendo ferro se deslocam para baixo através da zona de redução interior superior, zona de transição interior intermediária e zona de arrefecimento interior inferior à medida que os grumos ou pelotas encontram o gás redutor de fluxo ascendente e um ou mais outros gases; e prover um desviador de fluxo disposto ao longo de uma linha central da parede externa circunferencial compreendendo uma seção cônica superior convexa para cima disposta na zona de transição intermediária definida pela parede externa circunferencial acoplada a uma seção cônica inferior convexa para baixo disposta na zona de arrefecimento inferior definida pela parede externa circunferencial. O desviador de fluxo é acoplado a um eixo disposto ao longo de um diâmetro interior da parede externa circunferencial. Opcionalmente, o eixo permite que o desviador de fluxo gire dentro do interior da parede externa circunferencial. Opcionalmente, o eixo está disposto ao longo do
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12/15 diâmetro interior da parede externa circunferencial coincidente com um limite entre a zona de transição interior intermediária definida pela parede externa circunferencial e a zona de arrefecimento interior inferior definida pela parede externa circunferencial. Opcionalmente, cada uma das seções afuniladas do desviador de fluxo compreende uma pluralidade de segmentos, cada um possuindo um ângulo cônico diferente. Opcionalmente, o método compreende adicionalmente prover uma ou mais portas de gás dispostas em um ou mais do eixo e do desviador de fluxo configurado para comunicar um gás aos grumos ou pelotas contendo ferro dispostos dentro do interior da parede externa circunferencial. Opcionalmente, o método compreende ainda prover uma ou mais portas de gás dispostas através da parede externa circunferencial abaixo do desviador de fluxo configurado para comunicar um gás para os grumos ou pelota contendo ferro dispostos dentro do interior da parede externa circunferencial. Opcionalmente, o método compreende ainda prover um ou mais alimentadores de fardo dispostos dentro da parede externa circunferencial, um ou mais dos acima e abaixo do desviador de fluxo. Opcionalmente, o método compreende adicionalmente prover uma linha de arrefecimento que corre através de um interior de um ou mais do eixo e do desviador de fluxo. De preferência, a seção cônica inferior do desviador de fluxo disposta na zona de arrefecimento do fundo definida pela parede externa circunferencial cobre 30% ou mais do comprimento vertical da zona de arrefecimento inferior definida pela parede externa circunferencial.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0013] A presente invenção é ilustrada e descrita aqui com referência aos vários desenhos, nos quais números de referência semelhantes são usados para indicar componentes de montagem/etapas de método semelhantes, conforme apropriado, e nos quais:
a figura 1 é um diagrama esquemático que ilustra uma modalidade exemplificativa do forno de cuba DR da presente invenção, o
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13/15 forno de cuba utilizando um novo cone desviador de fluxo estendido na zona de transição e na zona de arrefecimento; e a figura 2 é um diagrama esquemático que ilustra uma modalidade exemplificativa do cone desviador de fluxo estendido da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0014] Referindo agora especificamente às figuras 1 e 2, em uma modalidade exemplificativa, a presente invenção substitui o “Chapéu de porcelana” da zona de transição de processos de DR convencionais com um cone desviador de fluxo estendido melhorado 10 disposto no forno de cuba
12. Este cone desviador de fluxo estendido 10 está disposto em um eixo 14 que atravessa a largura da zona de transição 16 e da zona de arrefecimento 18 do forno de cuba 12, por baixo da zona de redução 20. Como é compreendido pelos versados na técnica, dentro do forno de cuba 12, a zona de redução 20 representa o reator sólido onde o ferro esponjoso é produzido a partir das pelotas de minério de ferro por exposição ao gás redutor e a zona de transição 16, localizada imediatamente abaixo da zona de redução 20, tem altura suficiente para isolar termicamente a zona de redução 20 da zona de arrefecimento inferior 18, onde o produto sólido é reduzido em temperatura a cerca de 50°C, por exemplo. Tipicamente, o cone de arrefecimento 18 corresponde ao afunilamento, que estreita a porção inferior do forno de cuba 12, como ilustrado.
[0015] Opcionalmente, o eixo 14 permite que o cone desviador de fluxo estendido 10 gire em um grau dentro do forno de cuba 12. O cone desviador de fluxo estendido 10 inclui uma primeira porção de cone apontando para cima relativamente mais curta (superior) disposta na zona de transição 16 dentro do forno de cuba 12 acoplada a uma segunda porção de cone apontando para baixo, relativamente mais longa (inferior) 24, disposta na zona de arrefecimento 18 dentro do forno de cuba. Cada uma destas
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14/15 porções de cone 22 e 24 pode utilizar uma ou mais inclinações circunferenciais.
[0016] O eixo 14 e/ou porções de cone 22 e 24 podem opcionalmente incluir uma ou mais portas de injeção de gás 26 permitindo que o gás redutor, gás da zona de transição e/ou gás de arrefecimento sejam introduzidos próximo à linha central do forno de cuba 12, permitindo melhor saturação de gás, e possam ser seguidos em sequência por portas de injeção de gás similares adicionais 28. O(s) gás(es) que são liberados através das portas de injeção de gás 26 e/ou 28 incluem gás redutor, gás natural, gás sobre coque, oxigênio e/ou gás de arrefecimento, por exemplo.
[0017] Alimentadores de fardo convencionais 30, 32 e 34 podem ser dispostos acima e/ou abaixo do cone desviador de fluxo estendido 10, incluindo os alimentadores de fardo superiores 30 acima do cone desviador de fluxo estendido 10, alimentadores de fardo médio 32 abaixo do cone desviador de fluxo estendido 10, e alimentadores de fardo inferiores 34 abaixo dos alimentadores de fardo médio 32, os quais ajudam a manter o movimento do fardo uniformemente através do forno 12 e em torno do cone desviador de fluxo estendido 10. Em geral, o desviador de fluxo de cone duplo 10 da presente invenção melhora todas as métricas de forno de cuba, especialmente em aplicações “quentes”.
[0018] Opcionalmente, o cone inferior 24 cobre 30 a 40% do comprimento da zona de arrefecimento 18 do forno de cuba 12, embora outras porcentagens possam ser utilizadas, desde que o cone inferior 24 cubra uma porção substancial do comprimento (e volume) da zona de arrefecimento 18. A configuração de cone duplo serve para promover a uniformidade e evitar aglutinação tanto na zona de transição 16 como na zona de arrefecimento 18 dentro do forno de cuba 12. Mais uma vez, um ou ambos os cones 22 e/ou 24 podem ter uma ou várias seções ou ângulos, incluindo porções primárias e porções de terminação, por exemplo. O cone desviador de fluxo estendido 10
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15/15 é suspenso de preferência dentro do forno de fluxo 12 pelo eixo 14, que está disposto próximo da fronteira entre a zona de transição 16 e a zona de arrefecimento 18, o eixo 14 engatando o cone desviador de fluxo estendido 10 perto da sua transição do primeiro cone 22 ao segundo cone 24. Nesta modalidade exemplificativa, o eixo 14 assenta sobre/em um ou mais mancais/encaixes 36 dispostos extemamente ao forno de cuba 12 e sobressai através de portas opostas 38 fabricadas nos lados do forno de cuba 12.
[0019] Opcionalmente, a porção inferior do cone inferior 24 inclui uma abertura 40 que é seletivamente fechada através de uma cobertura 42. Isto serve para impedir que detritos que possam se acumular dentro do cone duplo 10 se desprendam inadvertidamente e caiam de maneira perigosa. O eixo 14 e/ou cone(s) 22 e 24 podem ser revestidos com refratário e/ou arrefecidos com água através de uma ou mais linhas de arrefecimento internas 44, como desejado.
[0020] Embora a presente invenção seja ilustrada e descrita aqui com referência a modalidades preferidas e exemplos específicos das mesmas, será evidente para os versados na técnica que outras modalidades e exemplos podem desempenhar funções semelhantes e/ou obter resultados semelhantes. Todas essas modalidades e exemplos equivalentes estão dentro do espírito e âmbito da presente invenção, são contemplados por este meio, e destinam-se a ser cobertos pelas seguintes reivindicações não limitativas para todos os fins.
Claims (20)
1. Forno de cuba para produzir ferro reduzido direto (DRI) metálico a partir de grumos ou pelotas contendo ferro e de gás redutor nele disposto, caracterizado pelo fato de que compreende:
uma parede externa circunferencial definindo uma zona de redução interior superior, uma zona de transição interior intermediária e uma zona de arrefecimento interior inferior, em que os grumos ou pelotas contendo ferro se deslocam para baixo através da zona de redução interior superior, da zona de transição interior intermediária e da zona de arrefecimento interior inferior à medida que os grumos ou pelotas contendo ferro encontram o gás redutor de fluxo ascendente e um ou mais outros gases; e um desviador de fluxo disposto ao longo de uma linha central da parede externa circunferencial compreendendo uma seção cônica superior convexa para cima disposta na zona de transição intermediária definida pela parede externa circunferencial acoplada a uma seção cônica inferior convexa para baixo disposta na zona de arrefecimento inferior definida pela parede externa circunferencial.
2. Forno de cuba de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o desviador de fluxo é acoplado a um eixo disposto ao longo de um diâmetro interior da parede externa circunferencial.
3. Forno de cuba de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o eixo permite que o desviador de fluxo gire dentro do interior da parede externa circunferencial.
4. Forno de cuba de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o eixo está disposto ao longo do diâmetro interior da parede externa circunferencial coincidente com um limite entre a zona de transição interior intermediária definida pela parede externa circunferencial e a zona de arrefecimento interior inferior definida pela parede externa circunferencial.
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5. Forno de cuba de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada uma das seções cônicas do desviador de fluxo compreende uma pluralidade de segmentos, cada um possuindo um ângulo cônico diferente.
6. Forno de cuba de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma ou mais portas de gás dispostas em um ou mais do eixo e o desviador de fluxo configurado para comunicar um gás para os grumos ou pelotas contendo ferro dispostos dentro do interior da parede externa circunferencial.
7. Forno de cuba de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma ou mais portas de gás dispostas através da parede externa circunferencial abaixo do desviador de fluxo configurado para comunicar um gás nos grumos ou pelotas contendo ferro dispostos dentro do interior da parede externa circunferencial.
8. Forno de cuba de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um ou mais alimentadores de fardo dispostos dentro da parede externa circunferencial, um ou mais de cima e abaixo do desviador de fluxo.
9. Forno de cuba de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma linha de arrefecimento que corre através de um interior de um ou mais do eixo e do desviador de fluxo.
10. Forno de cuba de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a seção cônica inferior do desviador de fluxo disposta na zona de arrefecimento inferior definida pela parede externa circunferencial cobre 30% ou mais do comprimento vertical da zona de arrefecimento inferior definida pela parede externa circunferencial.
11. Método para produzir ferro reduzido direto (DRI) metálico a partir de grumos ou pelotas contendo ferro e gás redutor disposto em um
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3/4 forno de cuba, caracterizado pelo fato de que compreende:
prover uma parede externa circunferencial definindo uma zona de redução interior superior, uma zona de transição interior intermediária e uma zona de arrefecimento interior inferior, em que os grumos ou pelotas contendo ferro se deslocam para baixo através da zona de redução interior superior, da zona de transição interior intermediária e da zona de arrefecimento interior inferior à medida que os grumos ou pelotas contendo ferro encontram o gás redutor de fluxo ascendente e um ou mais outros gases; e prover um desviador de fluxo disposto ao longo de uma linha central da parede externa circunferencial compreendendo uma seção cônica superior convexa para cima disposta na zona de transição intermediária definida pela parede externa circunferencial acoplada a uma seção cônica inferior convexa para baixo disposta na zona de arrefecimento inferior definida pela parede externa circunferencial.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o desviador de fluxo é acoplado a um eixo disposto ao longo de um diâmetro interior da parede externa circunferencial.
13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o eixo permite que o desviador de fluxo gire dentro do interior da parede externa circunferencial.
14. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o eixo está disposto ao longo do diâmetro interior da parede externa circunferencial coincidente com um limite entre a zona de transição interior intermediária definida pela parede externa circunferencial e a zona de arrefecimento interior inferior definida pela parede externa circunferencial.
15. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que cada uma das seções cônicas do desviador de fluxo compreende uma pluralidade de segmentos possuindo cada um ângulo cônico
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4/4 diferente.
16. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente prover uma ou mais portas de gás dispostas em um ou mais do eixo e do desviador de fluxo configurados para comunicar um gás aos grumos ou pelotas contendo ferro dispostos dentro do interior da parede externa circunferencial.
17. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente prover uma ou mais portas de gás dispostas através da parede externa circunferencial abaixo do desviador de fluxo configurado para comunicar um gás aos grumos ou pelotas contendo ferro dispostos dentro do interior da parede externa circunferencial.
18. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente prover um ou mais alimentadores de fardo dispostos dentro da parede externa circunferencial, um ou mais de acima e abaixo do desviador de fluxo.
19. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente prover uma linha de arrefecimento que corre através de um interior de um ou mais do eixo e do desviador de fluxo.
20. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a seção cônica inferior do desviador de fluxo disposto na zona de arrefecimento inferior definida pela parede externa circunferencial cobre 30% ou mais do comprimento vertical da zona de arrefecimento inferior definida pela parede externa circunferencial.
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