BR112020019543A2 - Processo de fundição direta com combustão completa - Google Patents
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Abstract
a presente invenção refere-se a um processo para fundir um material de alimentação metalífero para formar um metal fundido em um aparelho de fundição, o aparelho incluindo (i) um recipiente de fundição adaptado para conter um banho de metal fundido e escória e (ii) um ciclone de fundição posicionado acima e se comunica com o recipiente de fundição e com o processo incluindo as etapas de: (i) reduzir e fundir parcialmente um material de alimentação metalífero no ciclone de fundição e permitir que o material de alimentação metalífero parcialmente reduzido fundido flua para baixo no recipiente, (ii) fornecer um gás contendo oxigênio e um material carbonáceo ao recipiente e fundir o material de alimentação metalífero parcialmente reduzido fundido em um banho de metal fundido e escória no recipiente e formar metal fundido que, em última análise, é descarregado do recipiente e produtos de reação que são projetados para cima a partir do banho fundido, (iii) queimar materiais combustíveis nos produtos de reação em um espaço no recipiente acima do banho de fundição, (iv) fornecer gás contendo oxigênio para o ciclone de fundição e queimar materiais combustíveis nos produtos de reação no ciclone de fundição, (v) descarregar um gás de exaustão do ciclone de fundição, o gás de exaustão incluindo os produtos de reação, e (vi) fornecer gás contendo oxigênio para o duto de gás de exaustão em uma seção de alta temperatura a montante do duto de gás de exaustão.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “PROCESSO DE FUNDIÇÃO DIRETA COM COMBUSTÃO COMPLETA”.
[0001] A presente invenção refere-se a um processo e a um aparelho para fundir um material metalífero.
[0002] Em particular, embora de forma alguma exclusivamente, a presente invenção refere-se a um processo de fundição e aparelho para fundir um material contendo ferro, tal como um minério de ferro, e produzir ferro.
[0003] Um processo conhecido para fundir um material metalífero é referido a seguir como o processo "Hlsarna".
[0004] O termo "fundição" é aqui entendido como significando o processamento térmico em que reações químicas que reduzem os óxidos de metal ocorrem para produzir metal fundido.
[0005] O processo Hlsarna está associado principalmente à produção de ferro fundido a partir de minério de ferro ou outro material contendo ferro.
[0006] O processo é realizado em um aparelho de fundição que inclui (a) um recipiente de fundição que inclui lanças de injeção de sólidos e lanças de injeção de gás contendo oxigênio e é adaptado para conter um banho de metal fundido e escória e (b) um ciclone de fundição para pré-tratar um material de alimentação metalífero que define uma câmara de ciclone e inclui ventaneiras para injetar materiais de alimentação sólidos e gás contendo oxigênio na câmara de ciclone e está posicionado acima e se comunica diretamente com o recipiente de fundição. O processo e o aparelho Hlsarna são descritos no pedido internacional PCT/AU99/00884 (WO 00/022176) em nome do requerente.
[0007] O termo "ciclone de fundição" é entendido neste documento como significando um recipiente que tipicamente define uma câmara cilíndrica vertical e inclui ventaneiras para injetar materiais de alimentação sólidos e gás contendo oxigênio na câmara e é construído de modo que os materiais de alimentação fornecidos à câmara se movam em um caminho em torno de um eixo central vertical da câmara e pode suportar altas temperaturas operacionais suficientes para, pelo menos, fundir parcialmente os materiais de alimentação metálicos.
[0008] O recipiente de fundição inclui seções revestidas de refratário em uma lareira inferior e painéis refrigerados à água em uma parede lateral e no teto do recipiente, e a água circula continuamente através dos painéis em um circuito contínuo.
[0009] O recipiente de fundição também inclui um anteparo conectado à câmara de fundição por meio de uma conexão de anteparo que permite o fluxo contínuo do produto de metal do recipiente. Um anteparo opera como um selo de sifão preenchido com metal fundido, naturalmente “derramando” o excesso de metal fundido do recipiente de fundição à medida que é produzido. Isso permite que o nível de metal fundido na câmara de fundição do recipiente de fundição seja conhecido e controlado com uma pequena tolerância - isso é essencial para a segurança da planta.
[0010] Em uma forma do processo Hlsarna, o material de alimentação carbonáceo (normalmente carvão) e opcionalmente o fluxo (normalmente calcário calcinado) são injetados em um banho fundido no recipiente de fundição. O material carbonáceo é provido como uma fonte de um redutor e uma fonte de energia. O material de alimentação metalífero, tal como o minério de ferro, opcionalmente misturado com o fluxo, é injetado e aquecido e parcialmente fundido e parcialmente reduzido no ciclone de fundição. Este material metalífero fundido parcialmente reduzido flui para baixo do ciclone de fundição para o banho fundido no recipiente de fundição e é fundido em metal fundido no banho.
[0011] Os gases de reação quente (normalmente CO, CO2, H2 e H2O) produzidos no banho fundido são parcialmente queimados por gás contendo oxigênio (normalmente oxigênio de grau técnico) em uma parte superior do recipiente de fundição. O calor gerado pela pós- combustão é transferido para gotículas derretidas na seção superior que caem de volta no banho fundido para manter a temperatura do banho.
[0012] Os gases de reação quentes parcialmente queimados fluem para cima a partir do recipiente de fundição e entram no fundo do ciclone de fundição. O gás contendo oxigênio (normalmente oxigênio de grau técnico) é injetado no ciclone do fundido por meio de ventaneiras que são dispostas de forma a gerar um padrão de redemoinho ciclônico em um plano horizontal, ou seja, em torno de um eixo central vertical da câmara do ciclone de fundição. Essa injeção de gás contendo oxigênio leva a uma combustão adicional dos gases do recipiente de fundição, resultando em chamas muito quentes (ciclônicas). O material de alimentação metalífero finamente dividido é injetado pneumaticamente nessas chamas por meio de ventaneiras no ciclone de fundição, resultando em rápido aquecimento e fundição parcial acompanhada por redução parcial (redução de aproximadamente 10 a 20%). A redução é devida tanto à decomposição térmica da hematita quanto à ação redutora de CO / H2 nos gases de reação do recipiente de fundição. O material de alimentação metalífero quente parcialmente fundido é jogado para fora nas paredes do ciclone de fundição por ação de redemoinho ciclônico e, como descrito acima, flui para baixo no recipiente de fundição abaixo para fundir naquele recipiente.
[0013] O gás de processo, que é normalmente referido como "gás de exaustão", resultante da pós-combustão adicional dos gases de reação no ciclone de fundição é retirado de uma região superior do ciclone de fundição através de um duto de gás de exaustão.
[0014] O efeito líquido da forma acima descrita do processo Hlsarna é um processo de duas etapas contracorrente. O material de alimentação metalífero é aquecido e parcialmente reduzido pelos gases de reação que saem do recipiente de fundição (com adição de gás contendo oxigênio) e flui para baixo para o recipiente de fundição e é fundido em ferro fundido no recipiente de fundição. Em um sentido geral, este arranjo de contracorrente de acoplamento próximo aumenta a produtividade e a eficiência energética em relação a (i) um processo de fundição de banho de uma única etapa ou (ii) um em que o minério de ferro metálico é pré-aquecido externamente e/ou ligeiramente pré- reduzido.
[0015] O gás de exaustão quente (normalmente 1200 a 1800 °C ao processar material de alimentação metalífero contendo ferro) que sai do ciclone de fundição contém quantidades residuais de CO / H2 mais a poeira do processo. Essa poeira normalmente compreende minério de ferro (como o constituinte majoritário) junto com pequenas quantidades de poeira e escória de carvão (carvão).
[0016] O requerente considerou uma série de opções para processar o gás de exaustão que sai do ciclone de fundição.
[0017] Em uma opção considerada pelo requerente, o gás de ciclone quente passa através de um duto de conexão (denominado "chaminé") para uma câmara de pós-combustão, ou seja, uma forma de um incinerador. A chaminé é tipicamente construído com parede de membrana de aço com um meio de resfriamento (água ou vapor) dentro dos tubos da parede. O gás do ciclone de fundição é resfriado (até certo ponto) nesta chaminé, dependendo da geometria / tamanho da planta e das taxas de gás / poeira.
[0018] A chaminé normalmente compreende uma seção vertical de fluxo ascendente seguida por uma curva superior e, em seguida, uma seção vertical de fluxo descendente. A função principal do processo da seção de fluxo ascendente vertical é resfriar o gás de exaustão de forma que os materiais fundidos sejam substancialmente solidificados. Desta forma, os materiais fundidos ficam contidos no lado ascendente da chaminé (a montante da curva superior). Acréscimos na parede que se acumulam na seção de fluxo ascendente periodicamente se fragmentam e retrocedem (normalmente em uma escala de tempo de 1 a 3 horas), mantendo assim um tipo de pseudoequilíbrio.
[0019] A seção da chaminé no lado a jusante da curva superior ainda experimenta acúmulo de acreção, mas a natureza dos acréscimos é significativamente diferente no sentido de que acúmulos massivos e densos de materiais fundidos em solidificação estão amplamente ausentes. Com acúmulo de acreção mais lento e acreções geralmente mais fracas / menos densas, é possível operar o lado do fluxo descendente da chaminé por longos períodos. Normalmente, o gás que sai do topo da chaminé e passa para a câmara de pós-combustão está na faixa de temperatura de 600 a 1200 °C.
[0020] O gás de exaustão do ciclone é geralmente muito pobre para queimar se fosse primeiro resfriado e limpo - a proporção de CO + H 2 normalmente será inferior a 20% (base do volume de gás) e, como gás combustível, exigiria grandes quantidades de suporte combustível para sustentar uma chama de combustão. Isso geralmente é considerado pouco atraente por razões de custo. Para evitar isso, é necessário queimar totalmente o CO / H2 residual no gás de exaustão enquanto ele ainda está suficientemente quente (600 a 1200 °C).
[0021] A combustão de gás quente no incinerador envolve a injeção direta de um gás contendo oxigênio (normalmente ar ou oxigênio de grau técnico) para a combustão total de materiais combustíveis residuais. Esta etapa de combustão será tipicamente conduzida de tal forma que uma porcentagem mínima necessária de oxigênio esteja presente no gás de combustão final (por exemplo, 1 a 3 % de oxigênio por volume. Esta etapa de combustão final geralmente terá o efeito de aumentar a temperatura do gás queimado em relação à do gás de exaustão que sai do duto de conexão. O calor será subsequentemente recuperado do gás de combustão quente em um arranjo de caldeira a jusante (geração de vapor).
[0022] Outra opção considerada pelo requerente é um método para conduzir esta etapa de pós-combustão de uma maneira segura, especialmente levando em consideração as condições de arranque, quando podem estar presentes cargas elevadas de carvão não queimado e são possíveis explosões de pó de carvão. Isso normalmente envolve o uso de um sistema de queimador de gás independente para manter a temperatura da zona de combustão (na câmara de pós- combustão) em um mínimo de cerca de 700 °C.
[0023] Outra opção considerada pelo requerente é uma variação do processo descrito acima, que envolve a operação com uma seção de fluxo ascendente da chaminé encurtado em conjunto com a injeção anular de gás frio representando cerca de 50 a 150 % do fluxo de gás de processo principal (quente). Este gás é tipicamente injetado em ou perto da parte inferior da seção de fluxo ascendente vertical da chaminé para formar uma camada de gás frio adjacente às paredes, minimizando assim a formação de acúmulo de parede. O gás frio injetado pode ser gás de processo reciclado, ar ou algum outro gás adequado.
[0024] A descrição acima não deve ser tomada como uma admissão de conhecimento geral comum na Austrália ou em outro lugar.
[0025] A presente invenção é baseada na constatação de que o resfriamento do gás de exaustão do ciclone de fundição contendo CO produzido no processo Hlsarna quando ele passa por uma chaminé de gás de exaustão em seu caminho para uma câmara de incineração com temperatura controlada é desnecessário e até mesmo, às vezes, contraproducente. Mais particularmente, a presente invenção é baseada na constatação de que, ao adicionar essencialmente todo o oxigênio necessário para a combustão final no curso superior de um ciclone (ou qualquer posição entre a saída do ciclone e uma região de entrada de uma seção de fluxo ascendente principal da chaminé, a combustão pode ocorrer enquanto o gás ainda está quente (do ciclone) e a ignição é inerentemente garantida (por exemplo, por brasas quentes e incandescentes no gás). O requerente percebeu que uma vantagem deste arranjo é que uma câmara de incineração a jusante e o sistema de queimador associado não são necessários, simplificando assim o processo e tornando mais fácil e seguro operar o processo Hlsarna.
[0026] De acordo com a presente invenção, é provido um processo para fundir um material de alimentação metalífero, tal como um material de alimentação contendo ferro, para formar um metal fundido em um aparelho de fundição, com o aparelho incluindo (i) um recipiente de fundição que é adaptado para conter um banho de metal fundido e escória e (ii) um ciclone de fundição que está posicionado acima e se comunica com o recipiente de fundição e (iii) um duto de gás de exaustão para transferir gás de processo do ciclone de fundição para longe do ciclone de fundição e com o processo incluindo as etapas de: (i) reduzir e fundir parcialmente um material de alimentação metalífero no ciclone de fundição e permitir que o material de alimentação metalífero parcialmente reduzido fundido flua para baixo no recipiente, (ii) fornecer um gás contendo oxigênio e um material carbonáceo ao recipiente e fundir o material de alimentação metalífero parcialmente reduzido fundido em um banho de metal fundido e escória no recipiente e formar metal fundido que finalmente é descarregado do recipiente e produtos de reação (incluindo sólidos e gases) que são projetados para cima a partir do banho fundido, (iii) queimar, pelo menos parcialmente, materiais combustíveis nos produtos de reação em um espaço no recipiente que está acima do banho fundido, (iv) fornecer gás contendo oxigênio para o ciclone de fundição e mais materiais combustíveis de combustão nos produtos de reação no ciclone de fundição, (v) descarregar um gás de exaustão do ciclone de fundição no duto de gás de exaustão, o gás de exaustão incluindo os produtos de reação, e (vi) fornecer o gás contendo oxigênio para o duto de gás de exaustão em uma seção de alta temperatura a montante (na direção do movimento dos gases de exaustão através do duto) do duto de gás de exaustão de modo que haja combustão dos materiais combustíveis remanescentes no gás de exaustão enquanto o gás de exaustão está quente.
[0027] O processo pode incluir a operação do processo de modo que a perda total de calor para todos os elementos resfriados com água ou outros elementos de resfriamento para o recipiente de fundição e o ciclone de fundição esteja em uma faixa de 1 a 3 GJ por tonelada de produto de metal produzido no processo.
[0028] A etapa (iii) pode incluir a combustão de materiais combustíveis nos produtos de reação no espaço no recipiente que está acima do banho fundido a um grau de pós-combustão de pelo menos 30%, tipicamente pelo menos 40%, tipicamente menos de 60%, e normalmente em uma faixa de 30 a 60%.
[0029] No contexto da invenção, o grau de pós-combustão é calculado como PC = 100 x (CO2 + H2O) / (CO + CO2 + H2 + H2O) com base molar.
[0030] A etapa (vi) pode incluir o fornecimento de gás contendo oxigênio para a seção de alta temperatura do duto de gás de exaustão e a combustão dos materiais combustíveis restantes no duto de gás de exaustão em uma seção a jusante do duto de gás de exaustão (na direção do movimento dos gases de exaustão através do duto) de modo que haja combustão dos materiais combustíveis no gás de exaustão enquanto o gás de exaustão é de pelo menos 1500 °C, tipicamente pelo menos 1600 °C, e mais tipicamente pelo menos 1700 °C quando o material de alimentação metalífero for um material de alimentação contendo ferro.
[0031] A etapa (vi) pode incluir o fornecimento de gás contendo oxigênio a uma seção de entrada do duto de gás de exaustão que se estende para cima, normalmente verticalmente, de um telhado do ciclone de fundição. A seção de entrada faz parte da seção de alta temperatura do duto de efluente. A seção de entrada pode ser uma extensão vertical do ciclone de fundição. A quantidade de oxigênio pode ser calculada de modo que um gás de combustão a jusante final do duto de gás de exaustão contenha 0,5 a 8 % (em volume), normalmente 3 a 7%, oxigênio livre quando a combustão final, incluindo a combustão de substancialmente todo o carvão no gás de exaustão, estiver completa.
[0032] Em uma situação em que o duto de gás de exaustão inclui uma seção de entrada que se estende a partir do ciclone de fundição, uma chaminé com (a) uma seção de fluxo ascendente, (b) uma curva e (c) uma seção de fluxo descendente, a etapa (vi) pode incluir o fornecimento de gás contendo oxigênio na seção de entrada e um gás de reciclagem a frio na parte inferior da seção de fluxo ascendente. O termo "gás de reciclagem a frio" é aqui entendido como significando gás de exaustão que foi processado conforme descrito acima e resfriado a uma temperatura ambiente. Também pode compreender gás que foi retirado da corrente de combustão após a caldeira, retirado do pó em uma casa de ensacamento e comprimido para reciclagem - neste caso,
a temperatura do gás de reciclagem estará tipicamente na faixa de 200 a 400 °C. A taxa de volume do gás de reciclagem a frio pode ser 50 a 150 % daquela do fluxo de gás de exaustão no duto de gás de exaustão. A quantidade de oxigênio injetada na seção de entrada pode ser calculada de modo que um gás de combustão a jusante final do duto de gás de exaustão contenha 0,5 a 9% (volume), normalmente 3 a 8%, oxigênio livre quando a combustão final, incluindo a combustão de substancialmente todo o carvão, estiver completa.
[0033] Em uma situação em que o duto de gás de exaustão inclui a seção de entrada que se estende a partir do ciclone de fundição, uma chaminé com (a) uma seção de fluxo ascendente, (b) uma curva e (c) uma seção de fluxo descendente, a etapa (vi) pode incluir o fornecimento de oxigênio contendo gás na seção de entrada e ar frio na parte inferior da seção de fluxo ascendente. A taxa de volume do ar frio pode ser de 50 a 150% daquela do fluxo de gás de exaustão no duto. A quantidade total de oxigênio injetado na seção de entrada e a quantidade de oxigênio no ar frio podem ser calculadas de modo que um gás de combustão a jusante final da chaminé de gás de exaustão contenha 0,5 a 16% (volume), normalmente 3 a 15%, oxigênio livre quando a combustão final, incluindo a combustão de substancialmente todo o carvão, estiver completa.
[0034] O processo pode incluir a formação de camadas de escória congelada nas superfícies internas da seção de alta temperatura do duto de gás de exaustão por meio de extração de calor contínua usando elementos resfriados à água ou a resfriados a vapor ou outros elementos adequados nas paredes laterais da seção.
[0035] O processo pode incluir a formação de camadas de escória congelada nas superfícies internas do ciclone de fundição por meio de extração de calor contínua usando elementos resfriados à água ou resfriados a vapor ou outros elementos adequados nas paredes laterais do ciclone de fundição.
[0036] O processo pode incluir a formação de camadas de escória congelada nas superfícies internas do recipiente de fundição por meio de extração de calor contínua usando elementos resfriados à água ou resfriados a vapor ou outros elementos adequados nas paredes laterais do recipiente de fundição (excluindo uma lareira revestida de refratário do recipiente de fundição).
[0037] Uma modalidade da invenção inclui (a) um gás de processo com um grau de pós-combustão em uma faixa de 30 a 60 % e sólidos arrastados deixando o recipiente de fundição e passando para o ciclone de fundição, (b) gás contendo oxigênio sendo adicionado ao ciclone de fundição para queimar ainda mais o gás de processo e sólidos combustíveis, com o gás de processo deixando o ciclone de fundição como um gás de exaustão, (c) gás contendo oxigênio total suficiente sendo adicionado ao gás de exaustão em uma seção de alta temperatura do duto de gás de exaustão tipicamente antes da seção de fluxo ascendente vertical da chaminé do gás de exaustão, para combustão completa de materiais combustíveis no gás de exaustão e manutenção de uma concentração final de oxigênio do gás de exaustão na faixa de 0,5 a 8%, e (d) perda total de calor para todos os elementos resfriados a água ou outros elementos de resfriamento para o aparelho fundidor e o ciclone de fundição estando em uma faixa de 1 a 3 GJ por tonelada de produto de metal.
[0038] Outra modalidade da invenção inclui (a) um gás de processo tendo um grau de pós-combustão em uma faixa de 30 a 60% e sólidos arrastados deixando o recipiente de fundição e passando para o ciclone de fundição, (b) gás contendo oxigênio sendo adicionado ao ciclone de fundição para queimar ainda mais o gás de processo e sólidos combustíveis, com o gás de processo deixando o ciclone de fundição como um gás de exaustão no duto de gás de exaustão, (c) um gás de reciclagem frio sendo adicionado ao duto de gás de exaustão, normalmente em ou próximo ao fundo da seção de fluxo ascendente vertical da chaminé, em uma quantidade correspondente a 50 a 150% (em volume em condições normais, 0 °C e 1 atmosfera absoluta) do fluxo de gás de exaustão quente nesse ponto, (d) gás contendo oxigênio total suficiente sendo adicionado na seção de alta temperatura do duto de gás de exaustão, normalmente antes (ou perto da parte inferior) da seção de fluxo ascendente vertical da chaminé do gás de exaustão, para combustão completa de materiais combustíveis no gás de exaustão e manutenção de uma concentração final de oxigênio do gás de exaustão em uma faixa de 0,5 a 9 %, e (e) perda total de calor para todos os elementos resfriadores à água ou outros elementos de resfriamento para o fundidor e o ciclone de fundição estando em uma faixa de 1 a 3 GJ por tonelada de produto de metal.
[0039] Outra, embora não a única outra, modalidade da invenção inclui (a) um gás de processo tendo um grau de pós-combustão em uma faixa de 30 a 60 % e sólidos arrastados deixando o recipiente de fundição e passando para o ciclone de fundição, (b) gás contendo oxigênio sendo adicionado ao ciclone de fundição para queimar ainda mais o gás de processo e sólidos combustíveis, com o gás de processo deixando o ciclone de fundição como um gás de exaustão no duto de gás de exaustão (c) ar frio sendo adicionado ao duto de gás de exaustão, normalmente em ou próximo à parte inferior da seção de fluxo ascendente vertical da chaminé em uma quantidade correspondente a 50 a 150% (em volume em condições normais, 0 °C e 1 atmosfera absoluta) do fluxo de gás de processo quente principal naquele ponto (d) gás contendo oxigênio total suficiente sendo adicionado na seção de alta temperatura do duto de gás de exaustão, normalmente antes (ou perto da parte inferior) da seção de fluxo ascendente vertical principal da chaminé do gás de exaustão, (incluindo o ar frio) para a combustão completa de materiais combustíveis no gás de exaustão e manutenção de uma concentração final de oxigênio do gás de combustão em uma faixa de 0,5 a 16%, e (e) perda total de calor para todos os elementos resfriados à água ou outros elementos de resfriamento para o fundidor e o ciclone de fundição estando na faixa de 1 a 3 GJ por tonelada de produto de metal.
[0040] O material de alimentação metalífero pode ser qualquer material adequado. A título de exemplo, o material de alimentação metalífero pode ser um material de alimentação contendo ferro. A invenção não se limita a materiais contendo ferro.
[0041] De acordo com a presente invenção, é provido um processo para fundir um material de alimentação metalífero, tal como um material de alimentação contendo ferro, para formar um metal fundido em um aparelho de fundição, com o aparelho incluindo (i) um recipiente de fundição que é adaptado para conter um banho de metal fundido e escória e (ii) um ciclone de fundição que está posicionado acima e se comunica com o recipiente de fundição e (iii) um duto de gás de exaustão para transferir gás de processo do ciclone de fundição para longe do ciclone de fundição e com o processo incluindo as etapas de: (i) reduzir e fundir parcialmente um material de alimentação metalífero no ciclone de fundição e permitir que o material de alimentação metalífero parcialmente reduzido fundido flua para baixo no recipiente, (ii) fornecer um gás contendo oxigênio e um material carbonáceo ao recipiente e fundir o material de alimentação metalífero parcialmente reduzido fundido em um banho de metal fundido e escória no recipiente e formar metal fundido que finalmente é descarregado do recipiente e produtos de reação (incluindo sólidos e gases) que são projetados para cima a partir do banho fundido, (iii) queimar, pelo menos parcialmente, materiais combustíveis nos produtos de reação em um espaço no recipiente que está acima do banho fundido, (iv) fornecer gás contendo oxigênio para o ciclone de fundição e mais materiais combustíveis de combustão nos produtos de reação no ciclone de fundição, (v) descarregar um gás de exaustão do ciclone de fundição no duto de gás de exaustão, o gás de exaustão incluindo os produtos de reação, e (vi) operar o processo de modo que haja combustão dos materiais combustíveis remanescentes no gás de exaustão no duto de gás de exaustão enquanto o gás de exaustão está quente e a perda total de calor para todos os elementos resfriados à água ou outros elementos de resfriamento para o recipiente de fundição e o ciclone de fundição está em uma faixa de 1 a 3 GJ por tonelada de produto de metal produzido no processo.
[0042] A presente invenção também provê um aparelho para fundir um material de alimentação metalífero para formar um metal fundido, incluindo (i) um recipiente de fundição que está adaptado para conter um banho de metal fundido e escória e (ii) um ciclone de fundição que está posicionado acima e se comunica com o recipiente de fundição, (iii) um duto de gases de exaustão para a transferência de gases de exaustão do ciclone de fundição para longe do ciclone de fundição, e (iv) um meio para fornecer gás contendo oxigênio para o duto de gases de exaustão em uma seção de alta temperatura a montante do duto de gases de exaustão (na direção do movimento dos gases de exaustão através do duto) de modo que haja combustão de materiais combustíveis no gás de exaustão enquanto o gás de exaustão está quente.
[0043] O duto de gás de exaustão pode incluir uma seção de entrada que se estende para cima, normalmente na vertical, de um telhado do ciclone de fundição.
[0044] A seção de entrada pode ser uma extensão vertical do ciclone de fundição.
[0045] O duto de gás de exaustão pode incluir uma chaminé com (a) uma seção de fluxo ascendente, (b) uma curva e (c) uma seção de fluxo descendente.
[0046] O duto de gás de exaustão pode incluir uma seção dobrada para evitar que os acréscimos na chaminé caiam diretamente no ciclone de fundição e no recipiente de fundição.
[0047] O duto de gás de exaustão pode incluir seções resfriadas à água ou outras seções resfriadas adequadas na seção de alta temperatura a montante do duto de gás de exaustão.
[0048] O aparelho da invenção acima descrito não requer um incinerador ou dispositivo adequado para queimar totalmente materiais combustíveis no gás de exaustão. A combustão completa é obtida no duto de gás de exaustão.
[0049] A presente invenção é descrita adicionalmente a título de exemplo com referência aos desenhos anexos, dos quais:
[0050] A Figura 1 é um diagrama esquemático que ilustra uma modalidade de um aparelho de fundição Hlsarna de acordo com a presente invenção; e
[0051] A Figura 2 é um diagrama esquemático que ilustra outra, embora não a única outra, modalidade de um aparelho de fundição Hlsarna de acordo com a presente invenção.
[0052] Uma modalidade do processo e aparelho Hlsarna de acordo com a invenção é descrita com referência à Figura 1.
[0053] O processo e o aparelho mostrado na Figura 1 são baseados em um ciclone de fundição 2 e um recipiente de fundição à base de banho fundido 5 localizado diretamente abaixo do ciclone de fundição 2, com comunicação direta entre as câmaras do ciclone de fundição 2 e o recipiente de fundição 5.
[0054] O processo Hlsarna é um processo contracorrente de duas etapas. O material de alimentação metalífero, como finos de minério de ferro seco, é aquecido e parcialmente reduzido no ciclone de fundição 2 pelos gases de reação de saída do recipiente de fundição 4 e flui para baixo no recipiente de fundição 5 e é fundido em ferro fundido. O ferro fundido 6 é descarregado do recipiente de fundição 5 por meio de um anteparo. A escória fundida 7 produzida no processo é descarregada do recipiente de fundição 5 por meio de um furo de torneira de escória. O gás de exaustão é descarregado para cima do ciclone de fundição 2 por meio de um duto de gás de exaustão. O gás de exaustão é processado conforme necessário.
[0055] De acordo com a invenção, os materiais combustíveis no gás de exaustão que são descarregados do ciclone de fundição 2 são queimados no duto de gás de exaustão enquanto o gás de exaustão está quente, tipicamente pelo menos 1700 °C quando o material de alimentação metalífero é um material de alimentação contendo ferro.
[0056] Com referência adicional à Figura 1, finos de minério de ferro secos 1 são injetados no ciclone de fundição 2 onde o minério é pelo menos parcialmente reduzido e fundido. O calor para esta etapa de fundição / redução é gerado pela queima de oxigênio injetado 3 com o gás de exaustão do recipiente de fundição a quente 4 do recipiente de fundição 5. O minério parcialmente fundido resultante desce para o recipiente de fundição 5, onde é fundido para produzir metal fundido 6 e escória 7. O carvão 8 é injetado no banho por meio de lanças resfriadas a água. O oxigênio 9 é injetado em uma região superior do recipiente de fundição 5, onde o gás derivado do banho é pós-queimado e sólidos combustíveis são queimados para gerar calor para a etapa de fundição do banho. O gás de exaustão do fundidor 4 é o produto desta etapa de pós-combustão / combustão e o grau de pós-combustão resultante, calculado como PC = 100 x (CO2 + H2O) / (CO + CO2 + H2 + H2O), a base molar está em uma faixa de 30 a 60% (dependendo do tipo de carvão). Com carvões voláteis mais elevados (por exemplo, 35% de voláteis), o PC estará na extremidade inferior desta faixa e com carvões de baixa volatilidade (por exemplo, 10% de voláteis) estará mais próximo da extremidade superior. Este gás de exaustão do fundidor 4 pode carregar quantidades significativas de carvão carbonizado com ele, novamente dependendo do tipo de carvão.
[0057] O oxigênio 3 que é injetado no ciclone de fundição 2 queima uma porção dos materiais combustíveis remanescentes no gás de exaustão do fundidor 4. Normalmente, o gás de exaustão que flui para cima do ciclone de fundição 2 para o duto de gás de exaustão acima do ciclone de fundição 2 tem um grau de pós-combustão de 85 a 90% (em volume) e pode conter sólidos combustíveis.
[0058] O duto de gás de exaustão inclui uma seção de entrada 16 que se estende para cima (nesta modalidade verticalmente para cima) a partir do ciclone de fundição 2, uma seção dobrada 11 e uma chaminé. A seção de entrada 16 e a seção dobrada 11 formam uma seção de alta temperatura do duto de gás de exaustão. A chaminé inclui uma perna de fluxo ascendente 19, uma curva 20 e uma perna de fluxo descendente 21.
[0059] Conforme visto na Figura 2, a seção de entrada 16 é muito mais uma extensão vertical do ciclone de fundição cilíndrico 2 com um diâmetro que é apenas ligeiramente menor do que o do ciclone de fundição 2. Em alguns aspectos, a seção de entrada 16 pode ser descrita como uma transição entre (a) a seção funcional do ciclone de fundição 2 em que há injeção de material metálico e oxigênio no ciclone e (b) o duto de gás de exaustão.
[0060] Gás contendo oxigênio 10, normalmente oxigênio de grau técnico, é injetado na seção de entrada 16 do duto de gás de exaustão. Pode ser prontamente apreciado que neste local o gás de exaustão estará quente e a combustão de materiais combustíveis (sólidos e gás) no gás de exaustão ocorrerá sem a necessidade de qualquer fonte de ignição externa. A quantidade de oxigênio em 10 é calculado de modo que o gás de combustão a jusante final do processo, por exemplo, no local identificado pela seta 14 na perna de fluxo descendente 21 da chaminé, conterá 0,5 a 8% (em volume) de oxigênio livre quando a combustão final, incluindo a combustão de substancialmente todo o carvão do gás de exaustão, está completa.
[0061] O gás de ciclone quente com gás contendo oxigênio passa da seção de entrada 16 para a seção dobrada 11. O objetivo da seção dobrada 11 é evitar que acúmulos que inevitavelmente se formam nas seções a jusante do duto de gás de exaustão, tal como a perna de fluxo ascendente 19, caiam diretamente no ciclone de fundição 2 e no recipiente de fundição 5 e causando danos. A seção dobrada 11 é divulgada pelo requerente no pedido provisório australiano 2013904992 apresentado em 20 de dezembro de 2013. A descrição na especificação provisória é aqui incorporada por referência cruzada. Mais particularmente, a seção dobrada 11 é formada para fazer com que o gás de exaustão sofra uma mudança substancial de direção à medida que flui através da seção de entrada 16. A mudança substancial na direção na seção de entrada 16 move o gás de exaustão rapidamente para longe da extensão para cima (nessas modalidades vertical) do recipiente de fundição 5 e do ciclone de fundição 2 de modo que quaisquer acréscimos que se formarem no duto de gás de exaustão (que é mais provável de se formar a jusante da seção de entrada 16 na direção do movimento do gás de exaustão) e, portanto, não pode cair diretamente no banho fundido no recipiente de fundição 5.
[0062] O gás de ciclone quente com gás contendo oxigênio passa pela seção dobrada 11 na seção de fluxo ascendente vertical 19 do exaustor de gás. Neste ponto, a combustão final pode ainda não estar completa e a queima de materiais combustíveis pode continuar por um caminho significativo em direção ao topo da chaminé.
[0063] No momento em que o gás de exaustão (nesta fase adequadamente descrito como um gás de combustão) passa para baixo no lado de saída, ou seja, na seção de fluxo descendente 21, a combustão da chaminé do gás de exaustão está essencialmente completa e o gás é progressivamente resfriado de modo que quaisquer (a granel) materiais fundidos estejam presentes (tipicamente abaixo de cerca de 1100 a 1200 °C). Embora não seja mostrado na Figura 1, o gás de combustão é transferido da seção de fluxo descendente 21 para processamento posterior, conforme necessário.
[0064] As superfícies internas das paredes laterais do recipiente de fundição 5 acima da lareira revestida de refratário do recipiente, as paredes do ciclone de fundição 2, as paredes das seções de alta temperatura do duto de gás de exaustão, ou seja, a seção de entrada 16, e as paredes da seção dobrada 11, são todas resfriadas a água ou resfriadas a vapor ou de outra forma resfriadas e têm camadas de escória congelada de autocura e proteção que se formam via contato e, em seguida, "congelamento" de sólidos quentes e material fundido arrastado no gás de exaustão. A extração contínua de calor é necessária para manter essas camadas congeladas. A quantidade de calor removida por tonelada de metal produzida em operação normal através do recipiente de fundição 5 e do ciclone de fundição 2 está geralmente na faixa de 1 a 3 GJ / t quando o processo está funcionando normalmente. Com baixas taxas de produção por exemplo, durante a inicialização, a extração de calor pode facilmente exceder 3 GJ / t, mas conforme a produção sobe para a faixa normal, ela se estabiliza na faixa indicada. Observa-se que o resfriamento adequado, a formação e a manutenção de camadas de “congelamento” nas superfícies internas das seções de alta temperatura do duto de gás de exaustão são importantes para manter a integridade estrutural desta seção do duto de gás de exaustão.
[0065] Uma vantagem da modalidade mostrada na Figura 1 é que uma câmara de incineração a jusante e o sistema de queimador associado não são necessários, simplificando assim o processo e tornando mais fácil e seguro operar o processo Hlsarna. Outra vantagem da modalidade da Figura 1 é que o resfriamento e, em seguida, o reaquecimento do gás de exaustão para combustão de materiais combustíveis no gás de exaustão não é necessário.
[0066] Em resumo, a modalidade mostrada na Figura 1 inclui (a) um gás de processo com um grau de pós-combustão em uma faixa de 30 a 60% e sólidos arrastados deixando o recipiente de fundição e passando para o ciclone de fundição, (b) adição de gás contendo oxigênio para pós-combustão adicional do gás de processo e sólidos combustíveis no ciclone de fundição e (c) gás contendo oxigênio total suficiente sendo adicionado ao gás de exaustão na seção de entrada de alta temperatura do duto de gás de exaustão para combustão completa de materiais combustíveis no gás de exaustão e manutenção de uma concentração de oxigênio do gás de exaustão final na faixa de 0,5 a 8%, e (d) perda total de calor para todos os elementos resfriados à água ou outros elementos de resfriamento para o recipiente de fundição e o ciclone de fundição está em uma faixa de 1 a 3 GJ por tonelada de produto de metal.
[0067] Outra modalidade do processo Hlsarna e aparelho de acordo com a invenção é descrita com referência à Figura 2. O ciclone de fundição, o recipiente de fundição e o duto de gás de exaustão são as mesmas unidades que na modalidade mostrada na Figura 1 e os mesmos números de referência são usados para descrever os mesmos recursos estruturais.
[0068] Finos de minério de ferro seco 1 são injetados no ciclone de fundição 2 onde o minério é pelo menos parcialmente reduzido e fundido. O calor para esta etapa de fundição / redução é gerado pela queima de oxigênio injetado 3 com o gás de exaustão do recipiente de fundição a quente 4. O minério parcialmente fundido resultante desce para o recipiente de fundição 5, onde é fundido para produzir metal 6 e escória 7. O carvão 8 é injetado no banho por meio de lanças resfriadas à água. O oxigênio 9 é injetado na região superior do recipiente de fundição, onde o gás derivado do banho é pós-queimado para gerar calor para a etapa de fundição do banho. O gás de exaustão do fundidor 4 é o produto desta etapa de pós-combustão e o grau de pós-combustão resultante está na faixa de 30 a 60% (dependendo do tipo de carvão). Com carvões voláteis mais elevados (por exemplo, 35% de voláteis), o PC estará na extremidade inferior desta faixa e com carvões de baixa volatilidade (por exemplo, 10% de voláteis) estará mais próximo da extremidade superior. Este gás de fundição do fundidor pode carregar quantidades significativas de carvão, novamente dependendo do tipo de carvão.
[0069] Gás contendo oxigênio adicional 10, normalmente oxigênio de grau técnico, é injetado na seção de entrada 16 do duto de gás de exaustão, antes de entrar na seção dobrada 11 do duto.
[0070] Nesta modalidade, o gás de reciclagem frio 13 é adicionado na parte inferior da seção de fluxo ascendente vertical da chaminé 19 a uma taxa de volume de 50 a 150% daquela do fluxo de gás de processo principal (quente) 12. A quantidade de oxigênio 10 é calculada de modo que o gás de combustão a jusante final do processo 14 conterá 0,5 a 9% (volume) de oxigênio livre quando a combustão final, incluindo a combustão de substancialmente todo o carvão, estiver completa.
[0071] No momento em que o gás de exaustão (gás de combustão) passa para baixo no lado de saída da chaminé 14, a combustão está essencialmente completa e o gás é progressivamente resfriado de modo que nenhum material fundido (a granel) esteja presente (normalmente abaixo de cerca de 1100 a 1200 °C).
[0072] As superfícies internas das paredes laterais do recipiente de fundição 5 acima da lareira revestida de refratário, as paredes do ciclone de fundição 2 e as paredes da seção dobrada 11 são todas resfriadas à água ou resfriadas a vapor ou de outra forma resfriada e tem camadas protetoras de escória congelada de autocura. A extração de calor contínua é necessária para manter essas camadas congeladas e a quantidade de calor removida (por tonelada de metal produzida em operação normal) está geralmente na faixa de 1 a 3 GJ / t quando o processo está funcionando normalmente. Com baixas taxas de produção (por exemplo, durante a inicialização), a extração de calor pode facilmente exceder 3 GJ / t, mas conforme a produção sobe para a faixa normal, ela se estabiliza na faixa indicada.
[0073] A modalidade mostrada na Figura 2 tem as mesmas vantagens que a modalidade da Figura 1.
[0074] Em resumo, a modalidade mostrada na Figura 2 inclui (a) um gás de processo tendo um grau de pós-combustão em uma faixa de 30 a 60% e sólidos arrastados deixando o recipiente de fundição e passando para o ciclone de fundição, (b) gás contendo oxigênio sendo adicionado ao ciclone de fundição para pós-combustão adicional do gás de processo e sólidos combustíveis, e (c) um gás de reciclagem frio sendo adicionado ao duto de gás de exaustão em ou próximo ao fundo da seção de fluxo ascendente vertical da chaminé em uma quantidade correspondente a 50 a 150% (em volume em condições normais, 0 °C e 1 atmosfera absoluta) do fluxo de gás de exaustão quente naquele ponto, (c) gás contendo oxigênio total suficiente sendo adicionado na seção de entrada de alta temperatura do duto de gás de exaustão para combustão completa de materiais combustíveis no gás de exaustão e manutenção de uma concentração final de oxigênio de gás de exaustão na faixa de 0,5 a 9%, e (d) perda total de calor para todos os elementos resfriados à água para o recipiente de fundição e o ciclone de fundição está em uma faixa de 1 a 3 GJ por tonelada de produto de metal.
[0075] Outra, embora não a única outra, modalidade do processo Hlsarna e aparelho de acordo com a invenção é a mesma que aquela descrita com referência à Figura 2, com a exceção de que o gás de reciclagem frio 13 é substituído por ar frio 13 na parte inferior da seção de fluxo ascendente vertical da chaminé 19 a uma taxa de volume de 50 a 150% daquela do fluxo de gás de processo principal (quente) 12. A quantidade de oxigênio 10 e o oxigênio no ar frio 13 é calculada de modo que o gás de combustão a jusante final do processo 14 contenha 0,5 a 16% (volume) de oxigênio livre quando a combustão final, incluindo a combustão de substancialmente todo o carvão está completa.
[0076] A modalidade tem as mesmas vantagens que as modalidades das Figuras 1 e 2.
[0077] Em resumo, a modalidade inclui (a) (a) um gás de processo com um grau de pós-combustão em uma faixa de 30 a 60% deixando o recipiente de fundição e passando para o ciclone de fundição, (b) adição de gás contendo oxigênio no ciclone de fundição para pós-combustão adicional do gás de processo e (c) ar frio sendo adicionado ao duto de gás de exaustão, em ou perto da parte inferior da seção de fluxo ascendente vertical da chaminé em uma quantidade correspondente a 50 a 150% (por volume em condições normais, 0 °C e 1 atmosfera absoluta) do fluxo de gás de processo quente principal nesse ponto (c) gás contendo oxigênio total suficiente sendo adicionado na seção de entrada de alta temperatura do duto de gás de exaustão para combustão completa e manutenção de uma concentração final de oxigênio do gás de combustão na faixa de 0,5 a 16% e (d) a perda total de calor para todos os elementos resfriados à água para o recipiente de fundição e o ciclone de fundição está na faixa de 1 a 3 GJ por tonelada de produto de metal.
[0078] Muitas modificações podem ser feitas nas modalidades do processo e no aparelho da presente invenção descritos acima, sem se afastar do espírito e do escopo da invenção.
[0079] A título de exemplo, embora as modalidades incluam representações particulares da forma e tamanho do recipiente de fundição 5, o ciclone de fundição 2 e o duto de gás de exaustão, incluindo o equipamento associado, tal como lanças, a presente invenção não se limita a estes arranjos e se estende a quaisquer construções adequadas.
Claims (17)
1. Processo para fundir um material de alimentação metalífero para formar um metal fundido em um aparelho de fundição, com o aparelho incluindo (i) um recipiente de fundição que é adaptado para conter um banho de metal fundido e escória e (ii) um ciclone de fundição que está posicionado acima e se comunica com o recipiente de fundição e com o processo, caracterizado pelo fato de que inclui as etapas de: (i) reduzir e fundir parcialmente um material de alimentação metalífero no ciclone de fundição e permitir que o material de alimentação metalífero parcialmente reduzido fundido flua para baixo no recipiente, (ii) fornecer um gás contendo oxigênio e um material carbonáceo ao recipiente e fundir o material de alimentação metalífero parcialmente reduzido fundido em um banho de metal fundido e escória no recipiente e formar metal fundido que finalmente é descarregado do recipiente e produtos de reação (incluindo sólidos e gases) que são projetados para cima a partir do banho fundido, (iii) queimar, pelo menos parcialmente, materiais combustíveis nos produtos de reação em um espaço no recipiente que está acima do banho fundido, (iv) fornecer gás contendo oxigênio para o ciclone de fundição e mais materiais combustíveis de combustão nos produtos de reação no ciclone de fundição, (v) descarregar um gás de exaustão do ciclone de fundição, o gás de exaustão incluindo os produtos de reação, e (vi) fornecer o gás contendo oxigênio para o duto de gás de exaustão em uma seção de alta temperatura a montante (na direção do movimento dos gases de exaustão através do duto) do duto de gás de exaustão de modo que haja combustão dos materiais combustíveis remanescentes no gás de exaustão enquanto o gás de exaustão é suficientemente quente para garantir ignição segura e, assim, evitar a necessidade de qualquer tipo de dispositivo de incineração gerenciado por queimador a jusante.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui operar o processo de modo que a perda total de calor para todos os elementos resfriados a água ou outros elementos de resfriamento para o recipiente de fundição e o ciclone de fundição esteja em uma faixa de 1 a 3 GJ por tonelada de produto de metal produzido no processo.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a etapa (iii) inclui a combustão de materiais combustíveis nos produtos de reação no espaço no recipiente que está acima do banho fundido a um grau de pós-combustão de 30 a 60%.
4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a etapa (vi) inclui o fornecimento de gás contendo oxigênio para a seção de alta temperatura do duto de gás de exaustão e a combustão dos materiais combustíveis restantes nos gases de exaustão na seção a jusante do duto de gás de exaustão (na direção do movimento dos gases de exaustão através do duto) de modo que haja combustão dos materiais combustíveis nos gases de exaustão enquanto o gás de exaustão é pelo menos 1500 °C, tipicamente pelo menos 1600 °C, e mais tipicamente pelo menos 1700 °C quando o material de alimentação metalífero for um material de alimentação que contém ferro.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a etapa (vi) inclui o fornecimento de gás contendo oxigênio em uma seção de entrada do duto de gás de exaustão que se estende para cima,
tipicamente verticalmente, de um telhado do ciclone de fundição.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a quantidade de oxigênio é calculada de modo que um gás de combustão a jusante final do duto de gás de exaustão contenha 0,5 a 8% (em volume) de oxigênio livre quando a combustão final, incluindo a combustão de substancialmente todo o carvão no gás de exaustão, estiver completa.
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que, em uma situação em que o duto de gás de exaustão inclui: uma seção de entrada que se estende para cima, normalmente verticalmente, a partir de um telhado do ciclone de fundição, uma chaminé com (a) um seção de fluxo ascendente, (b) uma curva e (c) uma seção de fluxo descendente; a etapa (vi) inclui o fornecimento de gás contendo oxigênio na seção de entrada e um gás de reciclagem a frio na parte inferior da seção de fluxo ascendente.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a taxa de volume do gás de reciclagem a frio é de 50 a 150 % daquela do fluxo de gás de exaustão no duto de gás de exaustão.
9. Processo, de acordo coma reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que a quantidade de oxigênio injetada na seção de entrada é calculada de modo que um gás de combustão a jusante final do duto de gás de exaustão contenha 0,5 a 9% (volume) de oxigênio livre quando a combustão final, incluindo a combustão de substancialmente todo o carvão, estiver completa.
10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que, em uma situação em que o duto de gás de exaustão inclui: uma seção de entrada que se estende para cima, normalmente verticalmente, a partir de um telhado do ciclone de fundição, uma chaminé com (a) um seção de fluxo ascendente, (b) uma curva e (c) uma seção de fluxo descendente; a etapa (vi) inclui o fornecimento de gás contendo oxigênio na seção de entrada e ar frio na parte inferior da seção de fluxo ascendente.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a taxa de volume do ar frio é de 50 a 150% daquela do fluxo de gás de exaustão no duto.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que a quantidade de oxigênio injetada na seção de entrada e a quantidade de oxigênio no ar frio é calculada de modo que um gás de combustão a jusante final do exaustor contenha 0,5 a 16 % (volume) de oxigênio livre quando a combustão final, incluindo a combustão de substancialmente todo o carvão, estiver completa.
13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que inclui a formação de camadas de escória congelada nas superfícies internas da seção de alta temperatura do duto de gás de exaustão por meio de extração de calor contínua usando elementos resfriado à água ou resfriado a vapor ou outros elementos adequados nas paredes laterais da seção.
14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que inclui a formação de camadas de escória congelada nas superfícies internas do ciclone de fundição por meio de extração de calor contínua usando elementos resfriados à água ou resfriados a vapor ou outros elementos adequados nas paredes laterais do ciclone de fundição.
15. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que inclui a formação de camadas de escória congelada nas superfícies internas do recipiente de fundição por meio de extração de calor contínua usando elementos resfriados à água ou resfriados a vapor ou outros elementos adequados nas paredes laterais do recipiente de fundição (excluindo lareira com revestimento refratário).
16. Processo para fundir um material de alimentação metalífero, tal como um material de alimentação contendo ferro, para formar um metal fundido em um aparelho de fundição, com o aparelho incluindo (i) um recipiente de fundição que é adaptado para conter um banho de metal fundido e escória e (ii) um ciclone de fundição que está posicionado acima e se comunica com o recipiente de fundição, e (iii) um duto de gás de exaustão para transferir gás de processo do ciclone de fundição para longe do ciclone de fundição e com o processo, caracterizado pelo fato de que inclui as etapas de: (i) reduzir e fundir parcialmente um material de alimentação metalífero no ciclone de fundição e permitir que o material de alimentação metalífero parcialmente reduzido fundido flua para baixo no recipiente, (ii) fornecer um gás contendo oxigênio e um material carbonáceo ao recipiente e fundir o material de alimentação metalífero parcialmente reduzido fundido em um banho de metal fundido e escória no recipiente e formar metal fundido que finalmente é descarregado do recipiente e produtos de reação (incluindo sólidos e gases) que são projetados para cima a partir do banho fundido, (iii) queimar, pelo menos parcialmente, materiais combustíveis nos produtos de reação em um espaço no recipiente que está acima do banho fundido, (iv) fornecer gás contendo oxigênio para o ciclone de fundição e materiais combustíveis de combustão adicionais nos produtos de reação no ciclone de fundição, (v) descarregar um gás de exaustão do ciclone de fundição no duto de gás de exaustão, o gás de exaustão incluindo os produtos de reação, e (vi) operar o processo de modo que haja combustão de materiais combustíveis no gás de exaustão no duto de gás de exaustão enquanto o gás de exaustão está quente e a perda total de calor para todos os elementos refrigerados à água ou outros elementos de resfriamento para o recipiente de fundição e o ciclone de fundição está em uma faixa de 1 a 3 GJ por tonelada de produto de metal produzido no processo.
17. Aparelho para fundir um material de alimentação metalífero para formar um metal fundido, caracterizado pelo fato de que inclui (i) um recipiente de fundição que está adaptado para conter um banho de metal fundido e escória e (ii) um ciclone de fundição que está posicionado acima e se comunica com o recipiente de fundição, (iii) um duto de gases de exaustão para transferir gases de exaustão do ciclone de fundição para longe do ciclone de fundição, e (iv) um meio para fornecer gás contendo oxigênio para o duto de gases de exaustão em uma seção de alta temperatura a montante do duto de gases de exaustão (na direção do movimento dos gases de exaustão através do duto) de modo que haja combustão dos materiais combustíveis remanescentes no gás de exaustão enquanto o gás de exaustão está quente.
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