BR112021015745A2

BR112021015745A2 - Método para carregar matérias-primas em um alto-forno sem cone e método de operação de alto-forno

Info

Publication number: BR112021015745A2
Application number: BR112021015745-0A
Authority: BR
Inventors: Yasushi Ogasawara; Takeshi Sato; Kazuhira Ichikawa
Original assignee: Jfe Steel Corporation
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2020-01-30
Publication date: 2021-10-26
Also published as: EP3896177A1; CN113423844A; EP3896177B1; JP6943339B2; JPWO2020166347A1; EP3896177A4; KR20210113339A; KR102635629B1; WO2020166347A1

Abstract

método para carregar matérias-primas em um alto-forno sem cone e método de operação de alto-forno. é fornecido um método para carregar matérias-primas em um alto-forno sem cone, o método permitindo que as matérias-primas sejam carregadas em uma posição predeterminada em um interior de forno sem comprometer a produtividade, e um método de operação de alto-forno que usa o método para carregar matérias-primas. um método para carregar matérias-primas em um alto-forno sem cone inclui carregar um material de fonte de ferro e um material carbonáceo em um interior de forno do alto-forno ao rotacionar uma calha de distribuição. a calha de distribuição inclui um platô de desvio em uma extremidade da calha de distribuição, o platô de desvio sendo inclinado para baixo em relação a uma direção de transporte da calha de distribuição e uma velocidade rotacional da calha de distribuição é maior que 10 rpm.

Description

MÉTODO PARA CARREGAR MATÉRIAS-PRIMAS EM UM ALTO-FORNO SEM CONE E MÉTODO DE OPERAÇÃO DE ALTO-FORNO Campo técnico

[001] A presente invenção se refere a um método para carregar matérias- primas em um alto-forno sem cone, o método sendo projetado para diminuir a razão de agente de redução de um alto-forno, e a um método de operação de alto-forno que usa o método para carregar matérias-primas. Antecedentes Técnicos

[002] Em geral, em uma operação de alto-forno, materiais de fonte de coque e ferro, que são cargas, são carregados alternadamente a partir de uma porção superior de forno do alto-forno. O coque é utilizado como agente de redução e combustível. Os materiais da fonte de ferro são óxidos que contêm ferro e incluem minério sinterizado, granulado e minério bitolado. Na descrição a seguir, esses materiais de fonte de ferro serão referidos coletivamente como "minério". No interior de forno de um alto-forno, camadas de coque e camadas de minério são formadas alternadamente e, consequentemente, camadas de deposição de matéria-prima são formadas. O ar quente é soprado através das ventaneiras dispostas na porção inferior de forno do alto-forno, e também, combustível auxiliar, tal como carvão pulverizado e alcatrão, é injetado através delas.

[003] Manter a operação estável de um alto-forno requer assegurar que as camadas de deposição de matéria-prima tenham boa permeabilidade para o gás que flui a partir da porção inferior de forno para a porção superior de forno, estabilizando assim o fluxo de gás no interior de forno. A estabilização do fluxo de gás no interior de forno pode ser alcançada ao assegurar um fluxo de gás central estável e um fluxo de gás estável próximo à parede de forno. A permeabilidade de gás das camadas de deposição de matéria-prima é significativamente afetada, principalmente, por propriedades, tamanhos de partícula e uma quantidade de carga do coque e minério. Além disso, a permeabilidade de gás também é significativamente afetada pelo método usado para carregar as cargas a partir do topo de forno, ou seja, pelo estado de distribuição das cargas carregadas no interior de forno. Na descrição a seguir, o estado de distribuição de carga será referido como uma "distribuição de carga".

[004] Até o momento, para o controle da distribuição de carga, o controle de uma distribuição com base em razão de massa das camadas de coque e das camadas de minério em uma direção radial de um alto-forno tem sido mais comumente empregado. Na descrição a seguir, a razão de massa entre as camadas de coque e as camadas de minério será referida como "[Minério/Coque]". Os altos-fornos podem ser classificados em altos-fornos sem cone e altos-fornos com cone, dependendo do tipo de aparelho de carregamento de matéria-prima. Independentemente de ser usado um alto-forno sem cone ou um alto-forno com cone, uma maneira eficaz de alcançar um fluxo de gás particularmente estável é reduzir o valor de [Minério/Coque] de uma porção central do forno.

[005] Nos últimos anos, operações com uma alta razão de escoamento, uma alta razão de carvão pulverizado e uma baixa razão de combustível foram desempenhadas. Em tais operações, as condições de operação são tais que uma quantidade de minério é aumentada em relação a uma quantidade de coque que é carregada. Tais condições de operação serão referidas como "condições de alto O/C" na descrição a seguir. Em uma operação de alto-forno em condições de alto O/C, a proporção das camadas de minério, que possuem alta resistência à permeação de gás, é aumentada nas camadas de deposição de matéria-prima e, consequentemente, uma perda de pressão na porção superior do forno aumenta. Como resultado, a canalização de gás tende a ocorrer e a suspensão,

deslizamento e/ou semelhantes tendem a ocorrer porque as cargas não caem de forma estável. Esses fenômenos interferem significativamente na operação estável de um alto-forno, o que resulta em uma minoração perceptível na produtividade. Consequentemente, a realização de operação estável sob condições de alto O/C requer um controle mais preciso de [Minério/Coque].

[006] A Literatura Patentária 1 divulga um método para desempenhar o controle para alcançar uma distribuição de carga. A distribuição de carga é tal que [Lo/(Lc+Lo)] (Lo é uma espessura das camadas de minério e Lc é uma espessura das camadas de coque) satisfaz as seguintes condições (a) a (d), desde que as regiões de interior de forno em uma direção radial de forno são designadas como, a partir do lado central de forno, uma primeira região, em que r/Rt  0,20, uma segunda região, em que 0,20 < r/Rt  0,80, e uma terceira região, em que 0,80 < r/Rt, em que r (m) é uma distância a partir do centro de forno na direção radial de forno, e Rt (m) é um raio interior de forno em uma porção de garganta. (a) Valor médio na primeira região: menos de 0,5 (b) Valor médio na segunda região: 0,6 ou maior e menor que 0,9 (c) Valor médio na terceira região: 0,4 ou maior e menor que 0,8 (d) Valor médio na primeira região < valor médio na terceira região < valor médio na segunda região

[007] Este método aumenta a eficiência de redução de um alto-forno inteiro, aumentando [Lo/(Lc+Lo)] na segunda região, enquanto assegurando a permeabilidade de gás do interior de forno do alto-forno na primeira e na terceira região.

[008] Um meio amplamente usado para carregar matérias-primas a partir do topo de forno é um dispositivo de carregamento sem cone, fornecido com uma calha de distribuição. Com o dispositivo de carregamento sem cone, uma posição de queda e uma quantidade de deposição das matérias-primas na direção radial de forno podem ser ajustadas ao mudar um ângulo de inclinação da calha de distribuição e o número de rotações da mesma e, consequentemente, [Minério/Coque] podem ser controlados. O "ângulo de inclinação da calha de distribuição" é um ângulo entre uma direção vertical e uma direção na qual as matérias-primas em uma superfície de calha da calha de distribuição fluem.

[009] Uma maneira eficaz de depositar as matérias-primas em uma posição predeterminada em um interior de forno é reduzir uma largura de deposição das matérias-primas que são carregadas no interior de forno. A Literatura Patentária 2 divulga um método para reduzir a largura de deposição de matéria a ser depositada, que é alcançada ao assegurar que uma velocidade linear V de uma extremidade de uma calha de distribuição seja menor ou igual a um valor predeterminado, que é determinado com base em uma propriedade das matérias-primas a serem carregadas. Lista de Citações Literatura Patentária PTL 1: Publicação de Pedido de Patente japonesa não examinada No. 2018- 193579 PTL 2: Publicação de Pedido de Patente japonesa não examinada No. 2003- 328018 Sumário da Invenção Problema Técnico

[010] Para a operação sob condições de alto O/C, que tem sido empregada nos últimos anos, não é suficiente apenas diminuir [Minério/Coque] da porção central e, assim, formar um formato de V invertido de uma zona coesa para a estabilização da permeação de gás. É necessário diminuir [Minério/Coque] de uma porção próxima à parede de forno, também, assegurando assim a permeação de gás, e aumentar [Minério/Coque] de uma porção intermediária, de modo que a eficiência de redução de todo o forno possa ser aumentada. Alcançar isso requer depositar as matérias-primas de forma estável e confiável a partir do topo de forno através de uma calha de distribuição em uma posição predeterminada no interior de forno.

[011] Ao depositar as matérias-primas em uma posição predeterminada no interior de forno, é necessário não apenas reduzir a largura de deposição das matérias-primas, conforme divulgado na Literatura Patentária 2, mas também inibir o colapso das matérias-primas depositadas em uma posição predeterminada. Nesse sentido, é necessário otimizar uma velocidade rotacional da calha de distribuição, que é uma velocidade durante o carregamento das matérias-primas, de modo a reduzir a largura de deposição, levando em consideração a inibição do colapso das matérias-primas depositadas em uma posição predeterminada.

[012] Reduzir a velocidade da extremidade de uma calha de distribuição, conforme divulgado na Literatura Patentária 2, pode comprometer a produtividade porque, nesse caso, o tempo de carga precisa ser estendido. A presente invenção foi feita para resolver os problemas descritos acima. Os objetivos da presente invenção são fornecer um método para carregar matérias- primas em um alto-forno sem cone, o método permitindo que as matérias- primas sejam carregadas em uma posição predeterminada no interior de forno sem comprometer a produtividade, e fornecer um método de operação de alto- forno que usa o método para carregar matérias-primas. Solução para o Problema

[013] As características da presente invenção para resolver os problemas descritos acima são as seguintes.

[1] Um método para carregar matérias-primas em um alto-forno sem cone, o método incluindo carregar um material de fonte de ferro e um material carbonáceo em um interior de forno do alto-forno ao rotacionar uma calha de distribuição, em que a calha de distribuição inclui um platô de desvio em uma extremidade da calha de distribuição, o platô de desvio sendo inclinado para baixo em relação a uma direção de transporte da calha de distribuição e uma velocidade rotacional da calha de distribuição é maior do que 10,0 rpm.

[2] O método para carregar matérias-primas em um alto-forno sem cone, de acordo com [1], em que a velocidade rotacional da calha de distribuição é maior ou igual a 12,0 rpm.

[3] O método para carregar matérias-primas em um alto-forno sem cone, de acordo com [2], em que um ângulo de inclinação da calha de distribuição é maior ou igual a 1,36, em que  é um ângulo definido por uma distância d, um raio de garganta Ro e a expressão (1), mostrada abaixo, e a distância d é uma distância a partir de um centro de rotação da calha de distribuição a um nível de deposição de matéria-prima do interior de forno, o nível de deposição de matéria-prima sendo um nível em um início do carregamento de matéria-prima. tan = Ro/d ... (1)

[4] O método para carregar matérias-primas em um alto-forno sem cone, de acordo com [1], em que a velocidade rotacional da calha de distribuição é maior ou igual a 14,0 rpm.

[5] O método para carregar matérias-primas em um alto-forno sem cone, de acordo com [4], em que um ângulo de inclinação da calha de distribuição é maior ou igual a 1,41, em que  é um ângulo definido por uma distância d, um raio de garganta Ro e a expressão (1), mostrada abaixo, e a distância d é uma distância a partir de um centro de rotação da calha de distribuição a um nível de deposição de matéria-prima do interior de forno, o nível de deposição de matéria-prima sendo um nível em um início do carregamento de matéria-prima. tan = Ro/d ... (1)

[6] Um método de operação de alto-forno incluindo o carregamento de um material de fonte de ferro e um material carbonáceo em um interior de forno do alto-forno ao usar o método para carregar matérias-primas em um alto-forno sem cone de acordo com qualquer um dentre [1] a [5]. Efeitos Vantajosos da Invenção

[014] Nos métodos da presente invenção para carregar matérias-primas em um alto-forno sem cone, o minério e um material carbonáceo devem ser carregados em um alto-forno de uma maneira em que a velocidade rotacional de uma calha de distribuição seja superior a 10,0 rpm. Consequentemente, um ângulo de deposição do material carbonáceo em uma região ao redor da parede de forno é aumentado e uma largura de deposição do material carbonáceo é reduzida, sem comprometer a produtividade. Como resultado, uma área da região onde [Minério/Coque] é diminuído na porção próxima à parede de forno é reduzida e, portanto, uma razão de utilização de gás do alto-forno é aprimorada. Consequentemente, a operação de baixa razão de coque/baixa razão de agente de redução é realizada. Breve Descrição das Figuras

[015] A Fig. 1 é um diagrama esquemático que ilustra uma visão geral de um aparelho de modelo 10.

[016] A Fig. 2 apresenta uma vista em perspectiva e uma vista em corte transversal de uma porção de extremidade de uma calha de distribuição 18, que inclui um platô de desvio 22.

[017] A Fig. 3 é um gráfico que ilustra uma distribuição de peso obtida em um experimento de carregamento.

[018] A Fig. 4 é uma vista esquemática em corte transversal de um aparelho de modelo 30, que foi usado em um experimento de medição de ângulo de deposição de coque.

[019] A Fig. 5 é um diagrama esquemático que ilustra um estado de um interior de forno, que é um estado em um momento em que o carregamento de matérias-primas foi iniciado. Descrição das Modalidades

[020] Os presentes inventores conduziram um experimento de carregamento de coque ao usar um aparelho de modelo 10, que tem um fator de escala de 1/17,8 em relação a um alto-forno tendo um volume interno de 5005 m3 e um diâmetro de garganta de 11,2 m, para investigar a maneira pela qual o coque cai a partir de uma calha de distribuição em um alto-forno sem cone. A Fig. 1 é um diagrama esquemático que ilustra uma visão geral do aparelho de modelo 10.

[021] O aparelho de modelo 10 inclui um silo de topo de forno 12, uma tremonha de coleta 16, uma calha de distribuição 18 e caixas de amostra 24. O silo de topo de forno 12 inclui três tremonhas 14, nas quais o coque e o minério podem ser armazenados. Uma comporta está disposta em uma porção inferior de cada uma das tremonhas 14. A comporta permite que as matérias-primas armazenadas sejam descarregadas através dela. A tremonha de coleta 16 alimenta as matérias-primas descarregadas a partir do silo de topo de forno 12 para a calha de distribuição 18. A calha de distribuição 18 inclui uma calha 20 e um platô de desvio 22. As caixas de amostra 24 estão dispostas em quatro direções em uma maneira radial, com um centro sendo uma posição correspondente ao centro de rotação da calha de distribuição 18. Cada uma das caixas de amostra 24 tem uma pluralidade de seções de armazenamento 26, que são seções divididas dispostas em uma direção a partir do lado central voltadas para o exterior, com espaçamentos de 20 mm.

[022] As caixas de amostra 24 são instaladas com uma altura tal que as aberturas superiores das caixas de amostra 24 são posicionadas em um nível 424 mm abaixo de uma posição de centro de inclinação e rotação da calha de distribuição 18 em uma direção vertical. A diferença em nível corresponde a 0,67 vezes o diâmetro de garganta do aparelho de modelo 10, considerando que o diâmetro de garganta é de 630 mm.

[023] A Fig. 2 apresenta uma vista em perspectiva e uma vista em corte transversal de uma porção de extremidade da calha de distribuição 18, que inclui o platô de desvio 22. A Fig. 2(a) é a vista em perspectiva e a Fig. 2(b) é a vista em corte transversal. Assumindo que uma direção de transporte da calha de distribuição 18 é a direção indicada por uma seta 21 na Fig. 2(b), o platô de desvio 22 está disposto em uma extremidade da calha de distribuição 18 de uma maneira tal que o platô de desvio 22 esteja inclinado para baixo em relação à direção de transporte.

[024] O platô de desvio 22 está disposto de modo que, se a direção de transporte da calha 20 for paralela a um horizonte, uma distância (L na Fig. 2(b)) a partir de uma extremidade da calha 20 para o platô de desvio 22 em uma direção horizontal é 70 mm. Um ângulo de obliquidade ( na Fig. 2(b)) do platô de desvio 22 é de 23° em relação à direção horizontal. Nos casos em que o ângulo do platô de desvio 22 deve ser alterado, um comprimento do platô de desvio 22 deve ser ajustado de modo que a distância a partir da calha 20 até o platô de desvio 22 na direção horizontal permaneça inalterada.

[025] O experimento de carregamento de coque com o aparelho de modelo 10 foi conduzido pelo seguinte procedimento. Primeiro, 3 kg de coque com um diâmetro de partícula de 2,0 mm a 2,8 mm foram carregados no silo de topo de forno 12. Um grau de abertura da comporta do silo de topo de forno 12 foi ajustado de modo que os 3 kg de coque pudessem ser descarregados em 17 segundos. Em seguida, o portão foi aberto para descarregar o coque na tremonha de coleta 16 do silo de topo de forno 12 e o coque foi deixado cair através da calha de distribuição 18. O coque que caiu da calha de distribuição 18 foi armazenado nas seções de armazenamento 26 das caixas de amostra 24. O coque é um exemplo do material carbonáceo.

[026] Um peso do coque armazenado em cada uma das seções de armazenamento 26 das caixas de amostra 24 foi medido e a distribuição de peso do coque caído em uma direção radial foi calculada. A Fig. 3 é um gráfico que ilustra a distribuição de peso obtida no experimento de carregamento. Na Fig. 3, o eixo horizontal representa uma posição na direção radial a partir do centro (mm), e o eixo vertical representa uma frequência de peso cumulativa (%). A frequência de peso cumulativa é definida ao usar razões do peso de coque nas regiões associadas com respectivas posições ao peso do coque total; as respectivas posições estão a uma distância predeterminada longe do centro e as regiões estão mais próximas do centro do que as respectivas posições.

[027] No experimento de carregamento, a posição correspondente a uma frequência de peso cumulativa de 50% foi designada como uma posição de queda predominante e uma distância na direção radial entre a posição correspondente a uma frequência de peso cumulativa de 5% e a posição correspondente a uma frequência de peso cumulativa de 95% foi designada como uma largura de queda. O ângulo de inclinação da calha de distribuição 18 foi ajustado de modo que uma posição perto de parede de forno em um nível 424 mm abaixo do centro de inclinação e rotação na direção vertical correspondeu à frequência de peso cumulativo de 95%, ou seja, a posição perto de parede de forno estava localizada a 315 mm do centro de forno.

[028] O experimento de carregamento foi conduzido de uma maneira em que um comprimento da calha 20 da calha de distribuição 18 foi de 240 mm, e uma velocidade rotacional da calha de distribuição 18 foi variada, isto é, velocidades rotacionais de 42,2, 50,6 e 59,1 rpm foram usadas. O aparelho de modelo 10 tem um fator de escala de 1/17,8 em relação a um alto-forno real. Dado o fato de que uma condição sob a qual a trajetória das matérias-primas que caem da calha de distribuição 18 torna-se semelhante à do alto-forno real é tendo um número de Froude constante, a velocidade rotacional de 42,2 rpm do aparelho de modelo 10 corresponde a uma velocidade rotacional de 10,0 rpm do alto-forno real. A velocidade rotacional de 50,6 rpm do aparelho de modelo 10 corresponde a uma velocidade rotacional de 12,0 rpm do alto-forno real. A velocidade rotacional de 59,1 rpm do aparelho de modelo 10 corresponde a uma velocidade rotacional de 14,0 rpm do alto-forno real. O experimento de carregamento foi conduzido tanto para o caso em que o platô de desvio 22 foi fixado como para o caso em que a platô de desvio 22 não foi fixado. As condições e os resultados do experimento são apresentados na Tabela 1 abaixo. [Tabela 1] Experimento No. 1 2 3 4 5 6 Velocidade rotacional 42,2 50,6 59,1 42,2 50,6 59,1 (rpm) Comprimento de calha 240 240 240 240 240 240 (mm) Platô de desvio com sem Ângulo de inclinação () 54,5 52,5 50,5 52,5 50,5 48,5 Largura de queda (mm) 97 92 85 108 115 123

[029] Conforme mostrado na Tabela 1, nos casos em que uma calha de distribuição 18 com o platô de desvio 22 fixado a uma extremidade da mesma foi usada, a largura de queda de coque minorou na medida em que a velocidade rotacional aumentou.

Por outro lado, nos casos em que uma calha de distribuição 18 sem o platô de desvio 22 fixado a uma extremidade da mesma foi usada, a largura de queda de coque aumentou na medida em que a velocidade rotacional aumentou.

Estes resultados confirmaram que, nos casos em que o coque é carregado de uma maneira em que uma calha de distribuição 18 com o platô de desvio 22 fixado a uma extremidade da mesma é usada, e uma velocidade rotacional da calha de distribuição 18 é maior do que 42,2 rpm, a largura de queda de coque pode ser reduzida.

Agora, um experimento de medição de ângulo de deposição de coque será descrito.

A Fig. 4 é uma vista esquemática em corte transversal de um aparelho de modelo 30, que foi usado no experimento de medição de ângulo de deposição de coque.

O aparelho de modelo 30 inclui um silo de topo de forno 12, uma tremonha de coleta 16, uma calha de distribuição 18 e um forno de modelo 32, que tem um diâmetro de garganta de 630 mm.

O silo de topo de forno 12, a tremonha de coleta 16 e a calha de distribuição 18 são os mesmos que aqueles usados no aparelho de modelo 10. No experimento de medição de ângulo de deposição, primeiro, uma superfície de deposição tendo um ângulo de obliquidade de 16° foi preparada dentro do forno de modelo 32. Subsequentemente, ao usar o mesmo procedimento do experimento de carregamento, o coque foi despejado na superfície de deposição através da calha de distribuição 18 e, em seguida, um ângulo de deposição de coque, que é um ângulo de deposição de coque depositado em uma região perto da parede de forno, foi medido.

O ângulo de inclinação da calha de distribuição 18 foi ajustado de modo que a posição de queda predominante em um nível 424 mm abaixo do centro de inclinação e rotação na direção vertical estava localizada 285 a 325 mm do centro de forno.

A posição de queda predominante foi medida ao conduzir um experimento de carregamento de coque com o aparelho de modelo 10. Os resultados são mostrados na Tabela 2 e Tabela 3 abaixo.

[Tabela 2] Experimento No. 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Velocidade rotacional 42,2 42,2 42,2 42,2 42,2 50,6 50,6 50,6 50,6 50,6 59,1 59,1 59,1 59,1 59,1 (rpm)

Comprimento de calha 240 240 240 240 240 240 240 240 240 240 240 240 240 240 240 (mm)

Platô de desvio com com com com com com com com com com com com com com com (com/sem)

14/32 Ângulo de inclinação () 52,5 53,5 54,5 55,5 56,5 50,5 51,5 52,5 53,5 54,5 48,5 49,5 50,5 51,5 52,5

Ângulo de inclinação/ 1,43 1,46 1,49 1,52 1,54 1,38 1,41 1,43 1,46 1,49 1,32 1,35 1,38 1,41 1,43 (-)

Posição de queda 285 295 305 315 325 285 295 305 315 325 285 295 305 315 325 predominante (mm)

Posição de queda 0,91 0,94 0,97 1,00 1,03 0,91 0,94 0,97 1,00 1,03 0,91 0,94 0,97 1,00 1,03 predominante/Ro (-)

Ângulo de deposição 16,5 16,4 16,6 16,7 16,2 16,3 16,3 16,2 16,5 16,4 16,7 16,2 16,1 16,5 16,3 antes do carregamento de coque ()

Ângulo de deposição após carregamento de 25,5 25,9 26,9 26,5 25,5 27,1 28,6 29,2 29,7 28,8 27,9 28,0 28,5 29,5 29,8 coque ()

15/32  Ângulo de deposição 9,0 9,5 10,3 9,8 9,3 10,8 12,3 13,0 13,2 12,4 11,2 11,8 12,4 13,0 13,5 () [Tabela 3] Experimento No. 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

Platô de desvio sem sem sem sem sem sem sem sem sem sem sem sem sem sem sem (com/sem)

Ângulo de inclinação () 50,5 51,5 52,5 53,5 54,5 48,5 49,5 50,5 51,5 52,5 46,5 47,5 48,5 49,5 50,5

Ângulo de inclinação/ 1,38 1,41 1,43 1,46 1,49 1,32 1,35 1,38 1,41 1,43 1,27 1,30 1,32 1,35 1,38 (-)

Posição de queda 325 285 295 305 315 325 285 295 305 315 325 285 295 305 315 predominante (mm)

16/32 Posição de queda 0,91 0,94 0,97 1,00 1,03 0,91 0,94 0,97 1,00 1,03 0,91 0,94 0,97 1,00 1,03 predominante/Ro (-)

Ângulo de deposição antes do carregamento 16,5 16,4 16,6 16,7 16,2 16,3 16,3 16,2 16,5 16,4 16,7 16,2 16,1 16,5 16,3 de coque ()

Ângulo de deposição após carregamento de 24,7 25,0 25,6 26,2 25,3 24,1 24,3 24,7 25,4 25,7 23,9 23,5 23,8 24,5 24,7 coque ()

 Ângulo de deposição 8,2 8,6 9,0 9,5 9,1 10,8 8,0 8,5 8,9 9,3 7,2 7,3 7,7 8,0 8,4 ()

[030] Como mostrado na Tabela 2, nos casos em que uma calha de distribuição 18 com o platô de desvio 22 fixado a uma extremidade da mesma é usada, um ângulo de inclinação em que o ângulo de deposição de coque é um máximo existiu para os casos em que as condições da velocidade rotacional são os mesmos. Nos casos em que a posição de queda predominante está longe da superfície de parede e relativamente perto do centro, o número de partículas de coque que colidem com a superfície de parede é pequeno e, consequentemente, o ângulo de deposição é reduzido. Nos casos em que a posição de queda predominante está perto da superfície de parede, o número de partículas de coque que colidem com a superfície de parede é grande e, portanto, o salto da superfície de parede é aumentado; consequentemente, o ângulo de deposição de coque também é reduzido. Conforme descrito, quando a posição de queda predominante está longe da superfície de parede, o ângulo de deposição é reduzido e, quando a posição de queda predominante está perto da superfície de parede, o ângulo de deposição de coque também é reduzido. Por conseguinte, o ângulo de obliquidade no qual o ângulo de deposição de coque é um máximo corresponde a uma posição de queda predominante que existe no entremeio.

[031] Quando a velocidade rotacional da calha de distribuição 18 é aumentada, a posição de queda predominante associada com o ângulo de inclinação no qual o ângulo de deposição é máximo é deslocada para o lado de parede de forno. Quando a velocidade rotacional é aumentada, o coque cai em um local distante em comparação com um caso em que a velocidade rotacional é baixa, porque uma força centrífuga atua sobre o coque que flui através da calha de distribuição 18. Conforme descrito acima, para os casos em que as posições de queda predominantes são as mesmas, no caso em que a velocidade rotacional é alta, a largura de queda é reduzida em comparação com o caso em que a velocidade rotacional é baixa e, consequentemente, o número de partículas de coque que colidem com a parede de forno antes de atingir a superfície de deposição é reduzido. Por conseguinte, no caso em que a velocidade rotacional é alta, em comparação com o caso em que a velocidade rotacional é baixa, a posição de queda predominante associada com o ângulo de inclinação em que o ângulo de deposição de coque é um deslocamento máximo para o lado de parede de forno.

[032] Nos casos em que a velocidade rotacional foi aumentada, o ângulo de deposição de coque foi aumentado mesmo quando a posição de queda predominante estava relativamente perto do centro de forno. Acredita-se que a razão para isso seja a seguinte. Como resultado do aumento da velocidade rotacional, a velocidade das partículas de coque na direção horizontal também foi aumentada e, consequentemente, mesmo quando a posição de queda predominante estava relativamente perto do centro de forno, as partículas de coque que colidiram com o a superfície de deposição foram movidas em direção ao lado de parede de forno, o que resultou em um aumento no ângulo de deposição de coque. Os valores máximos do ângulo de deposição de coque em casos com diferentes velocidades rotacionais foram comparados entre si, em que cada um dos valores máximos foi o máximo para casos com a mesma velocidade rotacional. Como resultado, constatou-se que o valor máximo do ângulo de deposição aumentou com o aumento da velocidade rotacional.

[033] Por outro lado, conforme mostrado na Tabela 3, nos casos em que uma calha de distribuição sem a platô de desvio 22 fixado em uma extremidade da mesma foi usada, verificou-se que o valor máximo do ângulo de deposição minorou com o aumento na velocidade rotacional, sendo o valor máximo o máximo para os casos com a mesma velocidade rotacional. Acredita-se que uma razão para isso seja que, com o aumento da velocidade rotacional, a largura de queda na direção radial aumentou e, portanto, o coque foi depositado em baixa densidade.

[034] Conforme descrito acima, foi confirmado que nos casos em que uma calha de distribuição 18 com o platô de desvio 22 fixado a uma extremidade da mesma é usada, o ângulo de deposição de coque pode ser aumentado aumentando a velocidade rotacional da calha de distribuição 18. O resultado confirmou que o ângulo de deposição de coque em uma região perto da parede do forno pode ser aumentado ao carregar coque de uma maneira em que uma calha de distribuição 18 com o platô de desvio 22 fixado a uma extremidade da mesma seja usada, e a velocidade rotacional da calha de distribuição 18 é maior que 42,2 rpm.

[035] Acredita-se que as razões para o aumento no ângulo de deposição de coque em uma região perto da parede de forno sejam as seguintes. Como um resultado do aumento da velocidade rotacional da calha de distribuição 18, a largura de queda de coque na direção radial foi reduzida e, portanto, o coque foi depositado em uma alta densidade em uma determinada região na direção radial. Além disso, como a velocidade de queda de coque na direção rotacional foi aumentada, uma direção na qual o coque depositado pode colapsar foi deslocada de uma direção de centro de forno para uma direção rotacional, em comparação com os casos em que a velocidade rotacional foi baixa e, consequentemente, o colapso do coque depositado foi menos provável de ocorrer.

[036] Em seguida, para investigar a influência de um comprimento de calha da calha de distribuição 18, um experimento de carregamento semelhante foi conduzido com vários comprimentos de calha da calha de distribuição 18. Os resultados são mostrados na Tabela 4 abaixo. Uma condição do ângulo de inclinação era tal que o ângulo de deposição de coque foi máximo quando a posição de queda predominante em um nível 424 mm abaixo do centro de rotação e inclinação na direção vertical estava localizada em uma região de 285 a 325 mm do centro de forno. [Tabela 4] Experimento No. 40 41 42 43 44 45 Velocidade rotacional (rpm) 42,2 50,6 59,1 42,2 50,6 59,1 Comprimento de calha (mm) 220 220 220 260 260 260 Platô de desvio (com/sem) com com com com com com Ângulo de inclinação () 56,5 55,0 53,5 53,0 51,5 50,0 Largura de queda (mm) 112 105 101 87 82 77 Ângulo de deposição antes do 16,3 16,5 16,7 16,4 16,2 16,6 carregamento de coque () Ângulo de deposição após carregamento 25,8 28,7 28,0 26,7 29,3 29,5 de coque ()

[037] Conforme mostrado na Tabela 4, nos casos em que o comprimento de calha da calha de distribuição foi reduzido de 240 mm para 220 mm, a largura de queda de coque foi aumentada e o ângulo de deposição de coque foi reduzido, em comparação com os casos em que a calha de distribuição tendo um comprimento de calha de 240 mm foi usado como mostrado na Tabela 1. No entanto, mesmo nos casos em que a calha de distribuição tendo um comprimento de calha de 220 mm foi usada, quando a velocidade rotacional da calha de distribuição foi de 50,6 rpm ou maior, a largura de queda de coque foi reduzida e o ângulo de deposição de coque em uma região perto da parede de forno foi aumentada, em comparação com o caso em que a velocidade rotacional foi de 42,2 rpm.

[038] Nos casos em que o comprimento de calha da calha de distribuição foi aumentado de 240 mm para 260 mm, a largura de queda de coque foi reduzida e o ângulo de deposição de coque foi reduzido, em comparação com os casos em que a calha de distribuição tem um comprimento de calha de 240 mm foi usada. Nos casos em que a calha de distribuição tendo um comprimento de calha de 260 mm foi usada, quando a velocidade rotacional da calha de distribuição foi de 50,6 rpm ou maior, a largura de queda de coque também foi reduzida e o ângulo de deposição de coque em uma região perto da parede de forno também foi aumentada, em comparação com o caso em que a velocidade rotacional foi de 42,2 rpm. Estes resultados confirmaram que, embora a largura de queda de coque e o ângulo de deposição de coque sejam ligeiramente afetados por uma mudança no comprimento de calha da calha de distribuição, há uma tendência consistente de que quando a velocidade rotacional é maior que 42,2 rpm, a largura de queda de coque é reduzida, e o ângulo de deposição de coque é aumentado.

[039] Os métodos da presente invenção para carregar matérias-primas em um alto-forno sem cone são métodos projetados em conformidade com os resultados dos experimentos de carregamento de coque descritos acima. As velocidades de rotação de 42,2 rpm, 50,6 rpm e 59,1 rpm da calha de distribuição 18 do aparelho de modelo 10 e do aparelho de modelo 30 correspondem a velocidades rotacionais de 10,0 rpm, 12,0 rpm e 14,0 rpm, respectivamente, de uma calha de distribuição de um alto-forno real. Por conseguinte, no método da presente modalidade para carregar matérias-primas em um alto-forno sem cone, o minério e um material carbonáceo devem ser carregados no interior de forno de um alto-forno de uma maneira em que uma calha de distribuição incluindo um platô de desvio em uma extremidade da mesma seja usada, o platô de desvio sendo inclinado para baixo em relação à direção de transporte da calha de distribuição, e a velocidade rotacional da calha de distribuição seja maior do que 10,0 rpm. Consequentemente, o ângulo de deposição do material carbonáceo carregado em uma porção perto da parede do forno do alto-forno é aumentado e a largura de queda do material carbonáceo é reduzida, sem comprometer a produtividade. Como resultado, uma área da região onde [Minério/Coque] é diminuído é reduzida na parte perto da parede do alto-forno; portanto, uma razão de utilização de gás do alto-forno é melhorada e, portanto, a operação de baixa razão de agente de redução/baixa razão de coque é realizada no alto-forno.

[040] É preferível que a velocidade rotacional da calha de distribuição seja maior ou igual a 12,0 rpm. Nesse caso, o ângulo de deposição de coque em uma porção perto da parede do forno é aumentado em comparação com os casos em que a velocidade rotacional é inferior a 12,0 rpm e, portanto, conforme descrito na seção de Exemplos adiante, a razão de agente de redução e a razão de coque em uma operação de alto-forno podem ser adicionalmente diminuídas.

[041] É mais preferível que a velocidade rotacional da calha de distribuição seja maior ou igual a 14,0 rpm. Em tal caso, o ângulo de deposição de coque na porção perto da parede de forno é aumentado em comparação com os casos em que a velocidade rotacional é inferior a 14,0 rpm e, portanto, a razão de agente de redução e a razão de coque em uma operação de alto-forno podem ser adicionalmente diminuídas.

[042] Além disso, no caso em que a distância da posição central de inclinação e rotação da calha de distribuição até um nível de deposição de matéria-prima do interior de forno, que é um nível no início do carregamento de matéria-prima, é reduzida, uma distância a partir da extremidade da calha para a superfície de deposição é reduzida e, portanto, a largura de queda de coque é adicionalmente reduzida. No entanto, para permitir que a posição de queda predominante alcance a parede de forno, é necessário aumentar o ângulo de inclinação. Em um caso em que o ângulo de inclinação é aumentado, a largura de queda da posição de queda predominante no lado de parede de forno é aumentada se a superfície de deposição de matéria-prima descer. Assim, pode- se supor que se o nível de deposição de matéria-prima do interior de forno no início do carregamento de matéria-prima mudar em uma operação de alto-forno, é mais provável que haja uma influência. Por esta razão, é preferível que a distância a partir da posição central de inclinação e rotação da calha de distribuição até o nível de deposição de matéria-prima do interior de forno no início do carregamento de matéria-prima seja maior ou igual a 0,60 vezes o raio de garganta. Como referido neste documento, o "nível de deposição de matéria- prima do interior de forno no início do carregamento de matéria-prima" é um nível da superfície de deposição de matéria-prima do interior de forno no momento em que o carregamento de matérias-primas a partir da calha de distribuição iniciou.

[043] A Fig. 5 é um diagrama esquemático que ilustra um estado de um interior de um forno, que é um estado no momento em que o carregamento de matérias-primas foi iniciado. Com referência à Fig. 5, o "nível da superfície de deposição da matéria-prima do interior de forno no início do carregamento de matéria-prima" será descrito.

[044] Nos altos-fornos, a superfície de deposição da matéria-prima não é horizontal. Em operações de alto-forno, a fim de determinar o momento em que o carregamento de matéria-prima deve ser iniciado, um meio de detecção, como um medidor de sondagem, para detectar o nível da superfície de deposição de matéria-prima de uma região perto da parede de forno é usado, por exemplo. Com os meios de detecção, uma minoração do nível da superfície de deposição para um nível específico deve ser detectada e, no momento em que a detecção é feita, o carregamento de uma quantidade predeterminada de matérias-primas é iniciado. Desta forma, o gerenciamento é desempenhado de modo que o nível da superfície de deposição do interior de forno seja mantido dentro de uma faixa predeterminada. Por conseguinte, na presente modalidade, o nível da superfície de deposição de matéria-prima do interior de forno no início do carregamento de matéria-prima é definido como um plano horizontal 40 ao nível da superfície de deposição de matéria-prima em uma região perto da parede de forno detectada por um meio de detecção. Além disso, nos Exemplos, que serão descritos abaixo, o ângulo de inclinação da calha de distribuição 18 é expresso ao usar uma distância d, um raio de garganta Ro, e um ângulo . A distância d é uma distância a partir de uma posição central 42 de inclinação e rotação da calha de distribuição até o plano horizontal 40, que é o nível da superfície de deposição de matéria-prima do interior de forno no início do carregamento da matéria- prima. O ângulo  é definido pela expressão (1) abaixo. Além disso, nos Exemplos, o ângulo de inclinação da calha de distribuição é um ângulo entre a direção de transporte da matéria-prima da calha de distribuição 18 e uma direção verticalmente para baixo. tan = Ro/d ... (1)

EXEMPLOS

[045] Agora, os exemplos serão descritos. Um alto-forno com um volume interno de 5005 m3 e um diâmetro de garganta de 11,2 m foi usado. O minério foi descarregado de um reservatório de minério e armazenado em uma tremonha de topo de forno. O coque foi descarregado de um reservatório de coque e armazenado em um topo de forno diferente. Subsequentemente, o minério e o coque foram descarregados alternadamente em uma calha de distribuição incluindo um platô de desvio, e o minério e o coque foram depositados no interior de forno do alto-forno; assim, uma operação de alto- forno foi desempenhada.

[046] No Exemplo Comparativo 1, o minério e o coque foram depositados no interior de forno do alto-forno de uma maneira que o comprimento de calha da calha de distribuição incluindo um platô de desvio foi de 4,2 m, e um nível 7,55 m abaixo do centro de rotação e inclinação da calha de distribuição na direção vertical foi designado como o nível de deposição da matéria-prima no interior de forno no início do carregamento de matéria-prima. Neste caso, o ângulo  foi de 36,6°, o ângulo  sendo definido pela distância d a partir da posição central de inclinação e rotação da calha de distribuição até o nível da superfície de deposição de matéria-prima do interior de forno no início do carregamento de matéria-prima, o raio de garganta Ro e a expressão (1).

[047] No carregamento de coque, o carregamento foi desempenhado de forma que o ângulo de inclinação da calha foi ajustado para 54,5° antes do carregamento ter iniciado, a velocidade rotacional foi de 10,0 a 14,0 rpm, e o ângulo de inclinação foi progressivamente reduzido até o coque ter sido depositado em um centro de forno.

[048] Nos Exemplos de Invenção 1 a 15, minério e coque foram depositados no interior de forno do alto-forno de uma maneira em que o comprimento de calha da calha de distribuição incluindo um platô de desvio foi de 4,2 m, e um nível 7,55 m abaixo da posição central da inclinação e rotação da calha de distribuição na direção vertical foi designada como o nível de deposição de matéria-prima no interior de forno no início do carregamento de matéria- prima; assim, uma operação de alto-forno foi desempenhada.

[049] Nos Exemplos de Invenção 1 a 15, também, o ângulo  foi de 36,6°, o ângulo  sendo definido pela distância d a partir da posição central de inclinação e rotação da calha de distribuição até o nível da superfície de deposição de matéria-prima do interior de forno no início do carregamento de matéria-prima, o raio de garganta Ro e a expressão (1).

[050] No carregamento de coque, o carregamento foi desempenhado de forma que o ângulo de inclinação da calha de distribuição no início do carregamento foi progressivamente reduzido com o aumento da velocidade rotacional, e após o carregamento ter sido iniciado, o ângulo de inclinação foi progressivamente reduzido até que o coque fosse depositado em um centro de forno.

A velocidade rotacional da calha de distribuição foi de 10,5 a 14,0 rpm.

As condições de operação e os resultados da operação dos Exemplos e Exemplo Comparativo são mostrados na Tabela 5 e na Tabela 6 abaixo.

O ângulo de deposição de coque em uma porção perto de parede de forno foi calculado a partir do ângulo de obliquidade de uma região que se estende 1,8 m a partir da parede de forno; o ângulo de obliquidade foi determinado por dados de perfil, que foram dados de perfil de carga obtidos após a carga de coque ter sido carregada.

[Tabela 5] Exemplo de Exemplo de Exemplo de Exemplo de Exemplo de Exemplo de Exemplo de Exemplo de invenção 1 invenção 2 invenção 3 invenção 4 invenção 5 invenção 6 invenção 7 invenção 8

Raio de garganta 11,2 11,2 11,2 11,2 11,2 11,2 11,2 11,2 (m)

Comprimento de 4,2 4,2 4,2 4,2 4,2 4,2 4,2 4,2 calha (m)

Velocidade

27/32 rotacional da calha 10,5 11,0 11,5 12,0 12,0 12,0 12,5 12,5 de distribuição (rpm)

Ângulo de inclinação da calha no início do 54,0 53,5 53,0 49,5 51,0 52,5 49,0 50,5 carregamento de coque ()

Ângulo de 1,48 1,46 1,45 1,35 1,39 1,44 1,34 1,38 inclinação/ (-)

Ângulo de deposição de coque na porção 26,5 26,6 26,8 27,5 28,0 28,5 27,8 28,3 perto de parede de forno ()

28/32 Razão de agente 514 513 513 512 511 510 512 511 redutor (kg/t)

Razão de coque 332 332 331 331 331 329 330 330 (kg/t)

Razão de carvão 181 181 182 181 180 181 182 181 pulverizado (kg/t)

Razão de escoamento 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 (t/m3/dia)

[Tabela 6] Exemplo Exemplo Exemplo Exemplo Exemplo Exemplo Exemplo Exemplo de de de de de de de comparativo invenção invenção invenção invenção invenção invenção invenção 1 9 10 11 12 13 14 15

Raio de garganta (m) 11,2 11,2 11,2 11,2 11,2 11,2 11,2 11,2

Comprimento de calha (m) 4,2 4,2 4,2 4,2 4,2 4,2 4,2 4,2

29/32 Velocidade rotacional da 12,5 13,0 13,0 13,0 14,0 14,0 14,0 10,0 calha de distribuição (rpm)

Ângulo de inclinação da calha no início do 52,0 47,5 50,0 51,5 48,5 50,0 52,5 54,5 carregamento de coque ()

Ângulo de inclinação/ (-) 1,42 1,30 1,37 1,41 1,33 1,37 1,44 1,49

Ângulo de deposição de coque na porção perto de 28,6 27,7 28,3 28,9 28,5 28,7 29,0 26,1 parede de forno ()

Razão de agente redutor 510 511 510 509 509 508 507 515 (kg/t) Razão de coque (kg/t) 329 331 329 328 329 328 326 335 Razão de carvão 181 180 181 181 180 180 181 180 pulverizado (kg/t) Razão de escoamento 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 (t/m3/dia) 30/32

[051]

[052] No Exemplo Comparativo 1, em relação ao nível de deposição de matéria-prima do interior de forno no início do carregamento de matéria-prima, a largura de queda de coque foi grande e o ângulo de deposição de coque em uma porção perto de parede de forno foi de 26,1°, o que foi pequeno; ao passo que, nos Exemplos da Invenção 1 a 15, o ângulo de deposição de coque em uma porção perto de parede de forno foi maior ou igual a 26,5°. Como resultado, a área da região onde [Minério/Coque] foi diminuído foi reduzida na porção perto de parede de forno e, portanto, uma razão de utilização de gás de todo o interior de forno foi aprimorada. Por conseguinte, nos Exemplos de Invenção 1 a 15, a razão de agente de redução e a razão de coque foram inferiores que no Exemplo Comparativo 1.

[053] Em relação aos Exemplos de Invenção 4 a 15, em que a velocidade rotacional da calha de distribuição foi maior ou igual a 12,0 rpm, quando o ângulo de inclinação da calha de distribuição foi maior ou igual a 1,36, o ângulo de deposição de coque em uma porção perto de parede do forno foi grande, e a razão de agente de redução e a razão de coque foram baixas, em comparação com os casos em que o ângulo de inclinação da calha de distribuição foi inferior a 1,36, dado que as velocidades de rotação eram as mesmas. Esses resultados confirmaram que, quando um ângulo de rotação da calha de distribuição é maior ou igual a 1,36, a razão de agente de redução e a razão de coque em uma operação de alto-forno podem ser adicionalmente reduzidas.

[054] Além disso, em relação aos Exemplos de Invenção 13 a 15, em que a velocidade rotacional da calha de distribuição for maior ou igual a 14,0 rpm, quando o ângulo de inclinação da calha de distribuição foi maior ou igual a 1,41, o ângulo de deposição de coque em uma porção perto de parede de forno foi grande, e a razão de agente de redução e a razão de coque foram baixas, em comparação com os casos em que o ângulo de inclinação da calha de distribuição foi menor que 1,41. Esses resultados confirmaram que quando o ângulo de rotação da calha de distribuição é maior ou igual a 1,41, a razão de agente de redução e a razão de coque em uma operação de alto-forno podem ser adicionalmente reduzidas.

Lista de Sinais de Referência 10 Aparelho de modelo 12 Silo de topo de forno 14 Tremonha 16 Tremonha de coleta 18 calha de distribuição 20 calha 21 Seta 22 Platô de desvio 24 Caixa de amostra 26 Seção de armazenamento 30 Aparelho de modelo 32 Forno de modelo 40 Plano horizontal 42 Posição central

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para carregar matérias-primas em um alto-forno sem cone, caracterizado pelo fato de que o método compreende carregar um material de fonte de ferro e um material carbonáceo em um interior de forno do alto-forno ao rotacionar uma calha de distribuição, em que a calha de distribuição inclui um platô de desvio em uma extremidade da calha de distribuição, o platô de desvio sendo inclinado para baixo em relação a uma direção de transporte da calha de distribuição, e a velocidade rotacional da calha de distribuição é maior que 10,0 rpm.

2. Método para carregar matérias-primas em um alto-forno sem cone, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a velocidade rotacional da calha de distribuição é maior ou igual a 12,0 rpm.

3. Método para carregar matérias-primas em um alto-forno sem cone, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que um ângulo de inclinação da calha de distribuição é maior ou igual a 1,36α, onde α é um ângulo definido por uma distância d, um raio de garganta Ro e a expressão (1), mostrada abaixo, e a distância d é uma distância a partir de um centro de rotação da calha de distribuição até um nível de deposição de matéria-prima do interior de forno, o nível de deposição de matéria-prima sendo um nível em um início de carregamento de matéria-prima: tanα = Ro/d (1).

4. Método para carregar matérias-primas em um alto-forno sem cone, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a velocidade rotacional da calha de distribuição é maior ou igual a 14,0 rpm.

5. Método para carregar matérias-primas em um alto-forno sem cone, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que um ângulo de inclinação da calha de distribuição é maior ou igual a 1,41α, onde α é um ângulo definido por uma distância d, um raio de garganta Ro e a expressão (1), mostrada abaixo, e a distância d é uma distância a partir de um centro de rotação da calha de distribuição até um nível de deposição de matéria-prima do interior de forno, o nível de deposição de matéria-prima sendo um nível em um início de carregamento de matéria-prima: tanα = Ro/d (1).

6. Método de operação de alto-forno, caracterizado pelo fato de que compreende carregar um material de fonte de ferro e um material carbonáceo em um interior de forno do alto-forno ao usar o método para carregar matérias- primas em um alto-forno sem cone, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5.