BR112020017371B1 - Método de fabricação de matéria-prima granulada para sinterização - Google Patents

Abstract

É proposto um novo método para fabricação de matéria-prima granulada para sinterização, em que o vapor é usado durante a granulação para aquecimento, que é eficaz para melhorar a permeabilidade ao gás, bem como a produtividade do minério sinterizado quando a matériaprima granulada para sinterização é carregada para dentro de uma máquina de sinterização. No método proposto para a fabricação de matéria-prima granulada para sinterização, quando uma matériaprima de mistura para sinterização formada pela mistura de pó de minério de ferro, material de carbono e material auxiliar, é granulado em um granulador, o vapor de água é soprado para dentro do granulador aumentando assim a temperatura da matéria-prima granulada para sinterização superior à da matéria-prima da mistura para sinterização, antes de ser carregada para dentro do granulador por não menos que 10 °C.

Description

Campo da Invenção

[001] A invenção se refere a um método de fabricação de matéria-prima granulada para sinterização e, em particular, propõe um método para melhorar a produtividade do minério sinterizado obtido com a utilização da matéria-prima, através do desenvolvimento da matéria-prima granulada para sinterização eficaz para reduzir o tamanho de uma zona úmida que aparece em uma camada carregada de material em um palete de uma máquina de sinterização.

Antecedentes da Invenção

[002] Em uma operação de uma máquina de sinterização convencional, foram feitos esforços para reduzir a proporção da zona úmida na camada de material carregada no palete, assim reduzindo principalmente a quantidade usada de material de carbono e melhorando a produtividade de sinterização. Por exemplo, a Literatura Patentária 1 divulga um método de fabricação de minério sinterizado, no qual uma matéria-prima para sinterização contendo material de carbono é adicionada com água e aglutinador para granulação e depois secada usando uma fornalha rotativo para fabricar matéria-prima granulada para sinterização, que é carregado e sinterizado em um palete. No estado da técnica, no entanto, é necessária uma instalação especial, tal como fornalha rotativa, para secar a matéria-prima granulada para sinterização.

[003] Existe outra proposta para um método, no qual uma matéria-prima para ser carregada para dentro de um alto-forno, isto é, minério graúdo é carregado para dentro de um resfriador fixado a uma máquina de sinterização e previamente seca. Ou seja, o método propõe o carregamento do minério graúdo no alto-forno para dentro da porção do dispositivo de resfriamento (resfriador) da máquina de sinterização, onde a temperatura no interior do dispositivo (temperatura do minério sinterizado resfriado) atinge de 300 a 600 °C e secagem do minério graúdo antecipadamente.

Lista de citação

[004] Literatura Patentária Literatura Patentária 1: JP-A-2007-169780 Literatura Patentária 2: JP-A-2013-119667

Sumário da Invenção Problema Técnico

[005] A fim de melhorar a produtividade do minério sinterizado em qualquer uma das técnicas anteriores, por exemplo, o método de pré- aquecimento e secagem de matérias-primas de mistura para sinterização (matéria-prima granulada para sinterização) antecipadamente (Literatura Patentária 1) requer novos equipamentos especiais, causando um problema de aumento no custo do equipamento e também requer combustível, em adição a um material de coagulação usado em um processo de sinterização, causando um problema de aumento de custo.

[006] A Literatura Patentária 2 divulga um método de utilização da fonte de calor de um resfriador em uma máquina de sinterização no pré-aquecimento de minério de ferro graúdo para carregamento em um alto-forno. Portanto, o método não é uma técnica de controle de uma zona úmida de uma camada carregada de material em um palete, através da melhoria da matéria-prima granulada para própria sinterização, melhorando assim a produtividade e a qualidade do minério sinterizado.

[007] Portanto, o objetivo da invenção é resolver os problemas acima mencionados inerentes ao estado da técnica, particularmente propor um novo método de fabricação de uma matéria-prima granulada para sinterização por aquecimento a uma temperatura não inferior a uma determinada temperatura usando vapor na granulação, em que a permeabilidade ao gás é melhorada e portanto a produtividade do minério sinterizado é melhorado quando a matéria- prima granulada para sinterização é carregada em uma máquina de sinterização.

Solução do Problema

[008] Na presente invenção, para resolver os problemas acima mencionados, vapor, tal como o vapor de água, é soprado para dentro de um granulador, tal como um misturador de tambor, um misturador Eirich ou um peletizador usado na granulação de uma matéria-prima de mistura para sinterização, para granular o material de mistura para sinterização durante o aquecimento, em que uma matéria-prima granulada por calor para sinterização (matéria-prima granulada para sinterização) tendo uma temperatura, por exemplo, aumentada, superior à temperatura inicial da matéria-prima de mistura para sinterização antes de ser carregada no misturador de tambor, mais preferivelmente, uma temperatura não inferior a 60 °C, é formada e carregada para um palete de uma máquina de sinterização.

[009] Isto é, a presente invenção é um método de fabricação de uma matéria-prima granulada para sinterização, caracterizado pelo fato de que quando uma matéria-prima de mistura para sinterização formada pela mistura de pó de minério de ferro, material de carbono e material auxiliar, é granulado em um granulador, o vapor de água é soprado para dentro do granulador, para assim aumentar a temperatura da matéria-prima granulada para sinterização superior à temperatura da matéria-prima de mistura para sinterização, antes de ser carregada para dentro do granulador por não menos que 10 °C.

[010] Na invenção, é mais preferido que: (1) O grau de superaquecimento do vapor de água não é mais do que 13,5 °C no tubo de vapor de água; (2) O vapor de água é soprado para dentro da primeira metade da porção do granulador, que se estende a partir da posição de carregamento do material até a posição quase central na direção longitudinal do mesmo; (3) A quantidade de sopro do vapor de água para dentro do granulador é não menos que 3,0 kg/t-s; (4) Quando a temperatura da matéria-prima granulada para sinterização descarregada do granulador excede 60 °C, o teor de água equivalente a não menos que 0,5%, mas não mais do que 3,0% em massa do teor de água da matéria-prima granulada para sinterização, depois da granulação, é fornecida adicionando água industrial, água quente ou água condensada, em adição ao teor de água fornecido por sopro de vapor de água.

Efeitos Vantajosos da Invenção

[011] De acordo com a invenção, é possível fabricar uma matéria-prima granulada para sinterização com uma temperatura superior à temperatura inicial do material de partida (temperatura da matéria-prima de mistura para sinterização antes de carregada para dentro do granulador) em não menos que 10 °C. Portanto, quando uma matéria-prima granulada para sinterização é carregada no palete da máquina de sinterização, a permeabilidade ao gás na camada carregada de matéria-prima é aprimorada, levando a uma melhoria na taxa de produção do minério sinterizado.

Breve Descrição dos Desenhos

[012] A figura 1 é um diagrama que ilustra um fluxo de processo de acordo com a invenção, em que a figura 1 (a) é uma vista esquemática do arranjo do misturador de tambor e do tubo de vapor, e a figura 1 (b) é uma vista em seção transversal da condição interna do misturador de tambor.

[013] A figura 2 é um gráfico que mostra a relação entre o tempo de sopro do vapor de água e o crescimento da temperatura das matérias-primas granuladas para sinterização quando o tempo de sopro do vapor de água é alterado.

[014] A figura 3 é um gráfico que mostra a relação entre a temperatura da matéria-prima granulada para sinterização e o teor de água da mesma após a granulação no lado de descarregamento do misturador de tambor.

[015] A figura 4 é um gráfico que mostra a relação entre o teor de água da matéria-prima granulada para sinterização e o diâmetro médio harmônico do mesmo quando o vapor é soprado na primeira metade da porção do granulador do misturador de tambor e quando o vapor é soprado sobre a porção inteira do misturador de tambor.

Descrição de Modalidades

[016] A matéria-prima granulada para sinterização (quase-partículas) para carregamento no palete da máquina de sinterização para a produção de minério sinterizado é normalmente preparada da seguinte maneira. Ou seja, uma matéria-prima de mistura para sinterização compreendendo: pós de minério de ferro com um diâmetro mediano de aproximadamente 1,0 a 5,0 mm; fonte diversa de ferro, tais como várias poeiras geradas em uma indústria siderúrgica; Material contendo CaO, tal como calcário, cal virgem e escória siderúrgica; material de coagulação, tal como pó de carvão e antracite; e material de mistura aleatório, tais como escória de níquel refinada, dolomita, material contendo MgO composto de serpentina, material contendo SiO2 composto de sílica (areia de sílica) é armazenado primeiramente em uma tremonha e cada material para sinterização é cortado em um transportador a partir da tremonha em uma razão predeterminada e misturado para formar uma matéria-prima de mistura para sinterização. Em seguida, a matéria-prima de mistura para sinterização é carregada para dentro do granulador, agitada e misturada ao adicionar a umidade necessária e granulada para formar uma matéria-prima granulada para sinterização (quase-partículas) com um diâmetro mediano de partícula de cerca de 3,0 a 6,0 mm.

[017] O diâmetro médio das partículas significa um diâmetro mediano aritmético (Dm), que é definido como "Dm = ∑ (Vi/di)" (em que Vi é a razão de existência de partículas na enésima faixa de tamanho de partícula e di é o diâmetro representativo das partículas da enésima faixa de tamanho de partículas).

[018] Como o granulador utilizado para granular a matéria-prima de mistura para sinterização na invenção, o misturador ou peletizador Eirich pode ser usado como descrito acima. O misturador de tambor, como mostrado na figura 1 é preferivelmente usado, e também vários misturadores de tambor podem ser usados. A explicação a seguir será dada usando um misturador de tambor como granulador.

[019] A matéria-prima granulada para sinterização (quase-partículas) formada pela granulação no misturador de tambor é geralmente carregada e depositada em um palete de uma máquina de sinterização para ter uma espessura (altura) de aproximadamente 400 a 600 mm através de um carregamento disposto na máquina de sinterização para formar uma camada carregada de matéria-prima. Em seguida, o material de carbono contido na camada carregada de matéria-prima é inflamado por um forno de ignição disposto acima da camada carregada de matéria-prima. O material de carbono na camada carregada de matéria-prima é queimado sequencialmente por sucção a jusante por uma caixa de janela disposta sob o palete, e o calor de combustão gerado neste momento é usado para queimar e fundir a matéria-prima carregada (matéria-prima para sinterização) para sinterização. Depois disso, uma camada sinterizada (coque sinterizado) formada no palete é peneirada após um triturador e um resfriador de sinterização, e coletada pela separação em minério sinterizado do produto na forma de um grumo não menos que 5 mm e minério de retorno de menos de 5 mm.

[020] A presente invenção se refere a um método de fabricação de matéria-prima granulada para sinterização (quase-partículas) como o pré- tratamento de matéria-prima para sinterização usada no processo de produção acima mencionado de minério sinterizado. A figura 1 é um diagrama que ilustra o processo de fabricação (granulação) da matéria-prima granulada para sinterização 2 usando um misturador de tambor 1.

[021] Ou seja, o recurso da presente invenção é que, ao granular uma matéria-prima de mistura para sinterização por um granulador, tal como o misturador de tambor 1, que granula a matéria-prima da mistura para sinterização usando um movimento de rolagem, por exemplo, o vapor de água é soprado (jateado) para dentro do misturador de tambor 1, de modo que a matéria-prima granulada para sinterização 2 tenha uma temperatura de pelo menos 10 °C superior à temperatura inicial da matéria-prima de mistura para sinterização quando carregada para dentro do misturador de tambor 1 (por exemplo, a temperatura no lado de carregamento do misturador de tambor em relação a temperatura ambiente a 35 °C) por aquecimento e, preferivelmente, a matéria-prima de mistura para sinterização é aquecida e umidificada para granulação, de modo que a temperatura da matéria-prima granulada para sinterização seja de cerca de 45 °C a 70 °C.

[022] A fim de aumentar a temperatura da matéria-prima granulada para sinterização, superior à temperatura da matéria-prima de mistura para sinterização no lado de carregamento do misturador de tambor em não menos que 10 °C, é desejável soprar o vapor de água em uma quantidade não menos de 3 kg/t-s, preferivelmente não menos que 4 kg/t-s até cerca de 25 kg/t-s a partir da posição descrita posteriormente. A quantidade de sopro é eficaz para melhorar a taxa de produção de minério sinterizado, garantindo o teor de água desejável como matéria-prima granulada para sinterização e garantindo boa permeabilidade ao gás da camada carregada de matéria-prima.

[023] Em geral, o calor de condensação da água a 100 °C não é menos que 2200 kJ/kg, e a quantidade de calor quando o vapor da água se transforma em água líquida é muito grande, mesmo em comparação com o calor específico da água, ou 4,2 kJ/kg. A figura 2 é um gráfico que mostra a alteração da temperatura da matéria-prima granulada para sinterização após a granulação quando o tempo de sopro do vapor de água é alterado. Como visto na figura 2, quando o calor de condensação do vapor de água é usado, a temperatura da matéria-prima de mistura para sinterização pode ser facilmente aumentada para cerca de 45 °C ou superior, preferivelmente para cerca de 70 °C, que é superior à temperatura da matéria-prima de mistura para sinterização antes de ser carregada para dentro do misturador de tambor, por não menos que 10 °C, pelo processo de granulação em várias dezenas de segundos. Além disso, é desejável que o grau de superaquecimento do vapor de água no tubo de vapor de água seja inferior porque a quantidade de vapor de água dissipada fora do misturador de tambor sem condensação é reduzida e a quantidade de vapor de água utilizado pode ser reduzida. Aqui, o grau de superaquecimento do vapor de água é calculado, pela subtração da temperatura do vapor saturado nessa pressão da temperatura do vapor.

[024] De acordo com a pesquisa dos inventores, no entanto, quando a temperatura da matéria-prima granulada para sinterização (quase-partículas) excede cerca de 60 °C, a evaporação da matéria-prima granulada para sinterização se torna ativa, o que leva a não apenas uma diminuição no teor de água das quase-partículas após a granulação, mas também a uma absorção de calor notável devido ao calor latente da evaporação, especialmente a temperaturas não inferiores a 70 °C.

[025] Por exemplo, a figura 3 é um gráfico que mostra a alteração no valor do teor de água da matéria-prima granulada para sinterização no lado de descarregamento do misturador de tambor em relação à temperatura da matéria-prima granulada para sinterização. Como visto nesta figura, quando a temperatura da matéria-prima granulada para sinterização atinge cerca de 60 °C a 70 °C, a condensação do vapor de água devido ao aumento na temperatura causa um crescimento no teor de água, mas, ao mesmo tempo, quando a temperatura é atingida, o teor de água começa a diminuir, promovendo a chamada evaporação da água da matéria-prima granulada para sinterização. Ou seja, quando o grau de abertura do tubo de vapor é 1/4, 2/4, ou 3/4, quanto maior o grau de abertura, mais rápido será o crescimento do teor de água devido ao aquecimento. No experimento dos inventores, como mostrado na figura 3, a temperatura da matéria-prima granulada para sinterização depende do grau de abertura do tubo, mas, ao contrário, o teor de água do material diminui em torno de 60 a 70 °C, em torno do qual a umidificação altera para a secagem.

[026] Portanto, na presente invenção, quando a temperatura da matéria- prima granulada para sinterização (quase-partículas) descarregada do misturador de tambor excede 60 a 70 °C, é preferível adicionar água industrial, água quente ou água condensada do vapor de água, levando em consideração o teor de água que será condensado pelo sopro do vapor de água, de modo que o teor de água seja ajustado para ser superior, por exemplo, ao teor de água desejado (6,5% em massa) da matéria-prima granulada para sinterização em cerca de 0,5% em massa a 3,0% em massa. Além disso, quando o grau de superaquecimento do vapor de água no tubo de vapor de água excede 13,5 °C, a quantidade de vapor de água dissipada fora do misturador de tambor aumenta sem ser condensada e, ao mesmo tempo, verifica-se que o aumento no teor de água da matéria-prima granulada para sinterização devido à água condensada tende a ser suprimido. Portanto, quando o grau de superaquecimento no tubo de vapor de água não for superior a 13,5 °C, a condensação do vapor de água será promovida no misturador de tambor para reduzir a quantidade usada de vapor de água e, ao mesmo tempo, o teor de água da matéria-prima granulada para sinterização devido ao aumento da água condensada para ajustar facilmente o teor de água, o que é desejável.

[027] Em seguida, na implementação da presente invenção, também é necessário considerar o efeito da posição de sopro do vapor de água para dentro do misturador de tambor. A figura 4 mostra os efeitos quando o vapor de água é soprado na primeira metade da porção do misturador de tambor e quando é soprado na porção inteira do misturador de tambor. Como visto na figura 4, o diâmetro médio harmônico das quase-partículas atinge o nível máximo local quando a matéria-prima granulada para sinterização apresenta um teor de água adequado de cerca de 7 a 8% em massa. Os resultados mostram que quando o vapor de água é soprado para dentro da primeira metade da porção do misturador de tambor, o diâmetro médio harmônico da matéria-prima granulada para sinterização (quase-partículas) é maior e o efeito de granulação é superior. A primeira metade da porção é uma porção do ponto de carregamento da matéria-prima até quase o centro na direção longitudinal do granulador. O diâmetro médio harmônico (Dh) usado aqui é o diâmetro da partícula definido por "Dh = 1/∑ (Vi/di)", onde Vi é a razão de existência de partículas na enésima faixa de tamanho de partícula e di é a o diâmetro de partícula representativa da enésima faixa de tamanho de partícula e é um índice usado para avaliar a permeabilidade ao gás da camada de pó. Quanto maior o valor do diâmetro médio harmônico (Dh), mais avançada será a granulação e melhor a permeabilidade ao ar.

Exemplos

[028] A Tabela 1 mostra um exemplo comparando um exemplo em conformidade com o método da presente invenção com um exemplo comparativo seguindo o método convencional. Nestes exemplos, o índice de permeabilidade ao gás, a taxa de produção e similares são comparados com base no Exemplo Comparativo 1, no qual o vapor de água não é soprado para dentro do misturador de tambor (no Exemplo Comparativo 1, a temperatura da matéria- prima granulada para sinterização é de 42,5 °C devido ao calor gerado quando o CaO adicionado como aglutinador (^2% em massa) reage com a água para formar CaOH2 (+7,5 °C de aumento na temperatura: comum em todos os casos) enquanto a temperatura da matéria-prima de mistura para sinterização antes carregada para dentro do misturador de tambor é de 35 °C). No Exemplo Comparativo 2, a adição de uma quantidade muito pequena de vapor de água (1,9 kg/t-s) faz com que a temperatura da matéria-prima granulada para sinterização aumente apenas 4,8 °C, que é um aumento de menos de 10 °C, e não tem efeito notável na taxa de produção ou similar. Por outro lado, no Exemplo 1, a temperatura da matéria-prima granulada para sinterização aumenta, em mais de 10 °C, para atingir 56,0 °C, mostrando um claro efeito em termos do índice de permeabilidade ao gás e taxa de produção, e um grande efeito também é visto no Exemplo 2, onde o aumento da temperatura é de cerca de 35 °C. O Exemplo 3 é um exemplo de que o vapor de água é soprado para dentro da primeira metade da porção do misturador de tambor (0,5 a partir da posição de carregamento do granulador quando o comprimento total do granulador é 1), e como mostrado na figura 4, o diâmetro médio harmônico da matéria-prima granulada para sinterização (quase-partículas) aumenta, resultando em melhorias significativas em termos de índice de permeabilidade ao gás e taxa de produção. Em qualquer caso, considera-se eficaz que a quantidade de sopro de vapor de água não seja menos que 3 kg/t-s, preferivelmente não menos que 4 kg/t-s, a fim de aumentar a temperatura da matéria-prima granulada para sinterização no lado de descarregamento do misturador de tambor superior à temperatura no lado de carregamento, por não menos que 10 °C. Tabela 1

Aplicabilidade Industrial

[029] O método de acordo com a presente invenção foi explicado tomando o exemplo do aquecimento da matéria-prima de mistura para sinterização por vapor de água, mas podem ser utilizados diferentes tipos de vapor. Lista de Sinais de Referência 1 misturador de tambor 2 matéria-prima granulada para sinterização

Claims (4)

1. Método de fabricação de uma matéria-prima granulada para sinterização (2), caracterizado pelo fato de que quando uma matéria-prima de mistura para sinterização formada pela mistura de pó de minério de ferro, material de carbono e material auxiliar, é granulado em um granulador, o vapor de água é soprado para dentro do granulador, aumentando assim a temperatura da matéria-prima granulada para sinterização (2) para ser superior à temperatura da matéria-prima de mistura para sinterização, antes de ser carregada para dentro do granulador por não menos que 10 °C, em que quando a temperatura da matéria-prima granulada para sinterização (2) descarregada do granulador excede 60 °C, o teor de água de água industrial, água quente ou água condensada é fornecido, de modo a adicionar teor de água equivalente a não menos que 0,5%, mas não mais do que 3,0% em massa que a da matéria-prima granulada para sinterização (2) após granulação, em adição ao teor de água fornecido por sopro de vapor de água.

2. Método de fabricação de uma matéria-prima granulada para sinterização (2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um grau de superaquecimento do vapor de água não é mais do que 13,5 °C no tubo de vapor de água.

3. Método de fabricação de uma matéria-prima granulada para sinterização (2), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o vapor de água é soprado para dentro da primeira metade da porção do granulador, que se estende a partir da posição de carregamento do material até a posição quase central na direção longitudinal do mesmo.

4. Método de fabricação de uma matéria-prima granulada para sinterização (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que uma quantidade de sopro do vapor de água para dentro do granulador é não menos que 3,0 kg/t-s.