BRPI0406863B1 - Processo para produzir metal de ferro e escória pela fusão de minérios - Google Patents

Description

"PROCESSO PARA PRODUZIR METAL DE FERRO E ESCÓRIA PELA FUSÃO DE MINÉRIOS" A presente invenção refere-se a um processo de fu- são de minérios para a produção de ferro a partir de um ma- terial de fonte de ferro apropriado. 0 relatório descritivo de nossa patente australia- na AU-B-25725/92 (656228) e patente correspondente US 5498277 para Floyd e outros revelam um processo para fusão de minérios de material contendo ferro em um reator de lança com topo submerso contendo um banho de escória. Nesse, con- dições de aquecimento e redução são geradas em pelo menos uma região de redução do banho pela injeção de um gás con- tendo oxigênio e redutor/combustível carbonáceo por pelo me- nos uma lança com topo submerso. 0(s) material(is) contendo ferro, redutor carbonáceo adicional e fundentes são alimen- tados para o reator, em ou adjacente à região de redução de modo a serem submetidos à fusão de minérios e redução, uti- lizando carvão como o redutor adicional. 0 gás contendo oxi- gênio injetado tem um teor de oxigênio de 40 a 100% em volu- me. Nossa patente existente revela que as taxas de injeção do gás contendo oxigênio e redutor/combustível são controla- das para fornecer um grau de combustão do combustí- vel/redutor de 40% em peso a 50% em peso. Os produtos gaso- sos provenientes das reações de combustão, fusão de minérios e redução podem conter quantidades substanciais de componen- tes de redução incluindo monóxido de carbono e hidrogênio, bem como pós, contendo carbono elementar. Esses gases e pós os quais são retirados do banho, são submetidos à pós- combustão pela adição de um fluxo de gás contendo oxigênio secundário dentro do reator de modo a gerar energia térmica cuja energia é pelo menos em parte transferida para o banho.

Considerações termodinâmicas fundamentais e práti- ca industrial indicam que a produção de ferro metálico a partir de óxidos de ferro requer potenciais muito baixos de oxigênios inferiores a aproximadamente 10~8 atmosferas em temperaturas típicas de fabricação de ferro acima de 1400°C.

Para que o ferro seja suficientemente fundido nessas tempe- raturas operacionais, as condições de redução devem ser ade- quadas para permitir que o ferro fundido retenha tipicamente 3 a 4% em de peso de carbono. Sob tais condições de redução, espera-se que dióxido de carbono e vapor d'água gerado no banho ajam como oxidantes evitando ou inibindo, pelo menos em parte, a formação de ferro metálico bem como oxidando o carbono contido. Conseqüentemente, no processo do relatório descritivo da patente AU-B-25725/92 (656228), estequiometri- as de combustão do combustível/redutor e gás contendo oxigê- nio fornecido pela lança são especificadas em um limite su- perior de 50% em peso, em cujo nível somente uma pequena quantidade, caso haja, das espécies de oxidação como dióxido de carbono e vapor d'água, é gerada no banho pela combustão do combustível/redutor. O volume de energia térmica gerada na combustão de combustíveis carbonáceos resulta da combustão de monóxido de carbono em dióxido de carbono e hidrogênio em vapor d'água. A fim de recuperar essa energia, o processo do relatório descritivo AU-B-25725/92 (665228) se baseia quase exclusiva- mente em pós-combustão para recuperação do valor de energia do combustível.

Para pós-combustão, gás contendo oxigênio adicio- nal é separadamente injetado no espaço de gás do reator, a fim de inflamar o monóxido de carbono e hidrogênio gerados, e carbono contendo pó arrastado, logo acima do banho. A e- nergia é recuperada para o banho a partir dessa combustão por mecanismos que incluem convecção e radiação do espaço de gás, e condução direta para nova alimentação e gotículas de salpico de escória que passam através do espaço de gás. 0 processo de recuperar essa energia da pós-combustão resulta essencialmente em pouca exposição da fase de ferro metálico aos gases oxidados. Entretanto, embora a recuperação de e- nergia para o banho seja substancial e de benefício prático considerável, a recuperação de energia é significativamente inferior a 100% de eficiência, cuja ineficiência resulta no aquecimento dos gases desprendidos do reator em relação à temperatura do banho. A presente invenção é dirigida à provisão de um processo aperfeiçoado para fusão de minérios de um material de fonte de ferro, utilizando um reator de lança com topo submerso contendo um banho de escória e tendo pelo menos uma lança com topo submerso, cuja invenção permite a utilização aperfeiçoada de energia térmica.

No processo da presente invenção, gás contendo o- xigênio primário e redutor/combustível carbonáceo são inje- tados na escória pelo menos por uma lança em taxas que for- necem um grau de combustão do combustível/redutor em excesso de significativamente 50% em peso. Isto é, a estequiometria de oxigênio para combustível/redutor está em excesso de 50%.

Desse modo, de acordo com a presente invenção, é fornecido um processo para fusão de minérios de um material de fonte contendo ferro apropriado, no qual ferro está pre- sente como óxido e/ou em estado parcialmente metalizado, on- de pelo menos uma região de combustão é gerada em uma fase de escória de um banho fundido pela injeção submersa de com- bustível/redutor e gás contendo oxigênio através de pelo me- nos uma lança com topo submerso; em que as taxas de injeção do gás contendo oxigênio e combustível/redutor são controla- das a fim de fornecer um grau de combustão do combustí- vel/redutor em excesso de 60% em peso; e em que produtos ga- sosos provenientes das reações de combustão, fusão de miné- rios e redução, e carbono elementar em pós arrastados nos produtos gasosos, são submetidos à pós-combustão acima da fase de escória para transferência de energia térmica resul- tante para o banho.

No processo da presente invenção, um material de fonte de ferro, material de fundente e redutor adicional são alimentados para o reator, adjacente a ou a uma distância apropriada de uma região de combustão gerada pela injeção do gás contendo oxigênio primário e combustível/redutor.

Mais especificamente, a invenção provê um processo para a produção de metal de ferro e escória pela fusão de minérios de material de fonte contendo ferro, tendo ferro presente como óxido, em um estado parcialmente metalizado ou uma combinação dos mesmos, em um reator contendo um banho fundido que compreende ou tem uma fase de escória, em que o processo compreende as etapas de: a) injetar combustível/redutor e gás contendo oxi- gênio na escória, pelo menos por uma lança com topo submer- so, a fim de gerar condições de aquecimento e redução pelo menos em uma região de redução no banho; b) alimentar o material de fonte no reator, junta- mente com redutor adicional e com fundente, em ou adjacente à pelo menos uma região de redução, pelo que o material de fonte é submetido à redução de fusão de minérios que gera gases de combustão compreendendo CO e H2; c) controlar as taxas de injeção do gás contendo oxigênio e combustível/redutor por pelo menos uma lança a fim de obter condições de redução suficiente, necessárias; e d) pós-inflamar, no reator acima do banho, os ga- ses de combustão gerados pela fusão de minérios; em que o controle da etapa (c) é conduzido para resultar no gás contendo oxigênio injetado tendo um teor de oxigênio de aproximadamente 40% em volume a aproximadamente 100% em volume e suficiente para um grau de combustão em ex- cesso de 60% em peso do combustível/redutor injetado por pe- lo menos uma lança. O "combustível/redutor" injetado compreende mate- rial que tem um componente de combustível o qual é inflamado a fim de fornecer energia térmica, e um componente redutor que não é inflamado e consequentemente está disponível como redutor em reações de fusão de minérios. A razão de combus- tível para redutor no combustível/redutor, como será reco- nhecido, é determinada pelas taxas de injeção de gás conten- do oxigênio e combustível/redutor para um dado teor de oxi- gênio do gás. Antes do início da fusão de minérios, a lança é queimada enquanto em uma posição elevada para gerar uma chama de combustão pelo combustível sendo consumido. A lança é a seguir abaixada para submergir sua extremidade inferior na escória, com a chama mantida fornecendo uma região de combustão dentro da escória.

Como indicado acima, considerações termodinâmicas e prática industrial originam a expectativa de que estequio- metrias de oxigênio para combustível/redução em excesso de aproximadamente 50% originariam dióxido de carbono e vapor d'água no banho de escória o que evitaria ou inibiría a for- mação de ferro metálico, bem como oxidando o carbono e qual- quer ferro metálico presente. Entretanto, na presente inven- ção, essa expectativa é surpreendentemente mostrada como sendo infundada. Isto pode ser devido a fatores individuais associados à injeção submersa no topo de oxigênio e combus- tível/redutor em combinação com a provisão de redutor adi- cional, ou a uma combinação desses fatores. A expectativa de que com estequiometrias em exces- so de aproximadamente 50%, dióxido de carbono e vapor d'água evitariam ou inibiríam a formação de ferro metálico e oxida- riam carbono e ferro metálico se origina de uma consideração simples e convencional de equilíbrio de temperatura elevada.

Isto é, o sistema é considerado substancialmente como estan- do em equilíbrio, essencialmente com o mesmo potencial de redução que existe em todo o banho de reator. A injeção sub- mersa no topo resulta em um elevado nível de turbulência na escória, o que justificaria razoavelmente essa consideração.

Entretanto, um primeiro fator que possivelmente permite o uso de estequiometrias em excesso de 50% é que, apesar dessa turbulência, o banho é capaz de manter regiões nas quais o potencial de redução é suficientemente mais elevado do que na região de combustão gerada por qualquer lança individual.

Isto é, pode haver um afastamento inesperado da teoria de equilíbrio assumido do sistema, devido ao fato de haver uma diferença significativa no potencial de redução entre res- pectivas regiões.

Um fator adicional ou alternativo pode ser devido â distância entre as regiões respectivas. Essa distância po- de resultar de material de fonte de ferro, material de fun- dente e redutor adicional sendo adicionado ao banho em um local espaçado da região de combustão gerada por qualquer lança individual. Alternativamente, a distância pode resul- tar da alimentação daqueles materiais sendo varrida no sen- tido oposto à região de combustão gerada por uma lança, como resultado da turbulência gerada pela injeção submersa. Real- mente, mesmo onde o material de fonte de ferro, material de fundente e redutor adicional são adicionados em ou estrita- mente adjacentes a uma lança, os mesmos podem ser varridos no sentido oposto à região de redução gerada pela lança uma vez que a injeção submersa está normalmente em um local re- lativamente profundo no banho de escória. Além disso, no ca- so de redutor adicional, na forma de carvão em torrões, como preferido, sua densidade relativamente baixa pode resultar na flutuação do mesmo até a superfície do banho, no sentido oposto à região de redução gerada pela lança.

Independente do fator ou combinação de fatores en- volvidos, a capacidade inesperada de usar estequiometrias em excesso de 60% permite eficiência operacional aperfeiçoada. A combustão do componente de combustível do redu- tor/combustível injetado é necessária para gerar a energia térmica necessária para aquecer o conteúdo do reator até uma temperatura que permite reações rápidas de processo e para manter um banho fundido. Até o ponto em que a combustão é obtida mais completamente no banho, a eficiência de absorção de energia direta pelo banho é significativamente aumentada e é inesperado que essa possa ser utilizada. O nível geral de energia absorvida pelo banho pode ser ainda adicionalmen- te aumentado por pós-combustão de quaisquer espécies de gás não inflamado restantes, incluindo monóxido de carbono e hi- drogênio, geradas pelas reações de combustão submersa, fusão de minérios e redução, ou pó contendo carbono arrastado. A recuperação pelo banho da energia térmica gerada da pós- combustão é ainda menos eficiente do que a recuperação de energia da combustão submersa.

Portanto, a recuperação geral de energia do com- bustível/redutor, tanto pela combustão submersa direta como por pós-combustão, é substancialmente aumentada pelo proces- so da presente invenção. Conseqüentemente, o aumento do grau de combustão submersa pelo aumento de estequiometria de oxi- gênio para combustível além do limite previamente aceito de 50% permite que a intensidade de produção de ferro seja substancialmente aumentada para um dado nível de consumo de combustível ou, inversamente, a invenção provê um nível sig- nificativamente reduzido de consumo de combustível para uma dada intensidade de produção de ferro. Em cada caso, há pro- dução mais eficiente de ferro em termos do consumo de ener- gia por unidade de ferro produzida.

No processo da presente invenção, a estequiometria de oxigênio injetado para o componente de combustível do re- dutor/combustível injetado está em excesso de 65%. A este- quiometria de combustão de lança pode estar entre 60% e 100%, porém mais preferivelmente entre 65% e 90%. Verifica- se que benefícios ótimos são obtidos em estequiometrias en- tre 65% e 85%.

Em geral, é desejável utilizar-se uma estequiome- tria em excesso de 60% a fim de se obter um aumento signifi- cativo de eficiência de produção de ferro. Entretanto, veri- fica-se que uma faixa estequiométrica desejável varia com o tipo, atributos químico e físico do combustível/redutor ou quaisquer materiais carbonáceos adicionais utilizados no processo. Por exemplo, com combustíveis de classificação in- ferior, a faixa pode ser, de preferência de 60% a 75%, en- quanto com um combustível de classificação superior, como carvão negro, a faixa pode ser de 70% a um valor que se a- proxima de 100%. O processo da presente invenção utiliza redução carbotérmica básica de óxidos de ferro para realizar a pro- dução de ferro metálico. A combustão submersa de combustível fornece a energia térmica necessária para impulsionar as re- ações de fusão de minérios e redução. Embora a estequiome- tria mais elevada de combustão de lança reduza corresponden- temente o nível de monóxido de carbono e hidrogênio produzi- do por combustão direta de redutor/combustível, monóxido de carbono e hidrogênio também são gerados pelas reações de fu- são de minérios. Desse modo, como no processo do relatório descritivo da patente AU-B-25725/92 (656228), o processo da presente invenção também se beneficia de pós-combustão para maximizar absorção de energia térmica pelo banho. Isto é, a utilização de combustível mais eficiente obtida pelo nível aumentado de estequiometria de combustão de lança não evita a necessidade de pós-combustão para que se maximize a efici- ência operacional geral. A pós-combustão é conduzida de preferência para realizar um grau de oxidação em excesso de 0,2, como deter- minado pela razão de (C02 + H20) para (CO + H2 + C02 + H20) para os gases desprendidos do reator. 0 grau de oxidação é controlado, de preferência, em aproximadamente 0,95 - 1,0. 0 grau de oxidação é controlado de modo a obter um nível máxi- mo de transferência de calor para o banho, compatível com qualquer uso subseqüente dos gases, enquanto não oxida nova- mente o banho. O uso subseqüente dos gases pode incluir pré- aquecimento de gases ou materiais de alimentação, e/ou gera- ção de vapor ou outros meios de recuperar energia dos gases. A injeção com topo submerso de acordo com a pre- sente invenção provê condições de redução suficiente para produzir ferro metálico enquanto provê recuperação otimizada de energia no banho. O redutor/combustível injetado pode compreender pelo menos um entre carvão em forma de partícu- las finas, óleo combustível, gás natural, GLP ou outro mate- rial carbonáceo apropriado. Particularmente no caso de com- bustível que compreende carvão fino, o combustível é injeta- do por intermédio de um gás transportador e esse gás pode compreender pelo menos parte do oxigênio necessário para combustão de combustível. O gás transportador pode compreen- der alternativamente uma mistura de gás inerte como nitrogê- nio com ar, ar enriquecido com oxigênio ou exclusivamente oxigênio, ou pode simplesmente compreender gás inerte. Parte do oxigênio necessário para combustão pode ser injetada por fluxo através da lança que é separado do fluxo de combustí- vel/redutor, com mistura dos fluxos separados ocorrendo so- mente na extremidade inferior da lança e/ou no banho de es- cória. Onde pelo menos parte do oxigênio é injetada por esse fluxo separado, pode compreender somente oxigênio, ar enri- quecido com oxigênio ou gás misturado com um gás inerte como nitrogênio.

As taxas de injeção de oxigênio primário e combus- tível/redutor são controladas· para obter as condições neces- sárias de combustão, como indicado, essas condições são de redução suficiente. Desse modo, o gás contendo oxigênio in- jetado, primário, tem um teor de oxigênio tipicamente de 40 a 100% de volume, e suficiente para um grau de combustão do combustível/redutor em excesso de 50%, de preferência em ex- cesso de 60%. O redutor carbonáceo adicional é de preferência carvão. É alimentado no banho juntamente com o material de fonte de ferro, preferivelmente na taxa de aproximadamente 20 a 60 por cento em peso do material de fonte. Material de fundente apropriado como pelo menos um entre pedra calcária, dolomita, cal calcinado, sílica ou dolomita calcinada, de- pendendo do material de fonte, também pode ser alimentado com o material de fonte de tal modo que se forme um banho adequadamente líquido. 0 material de fonte e redutor carbo- náceo adicionais podem ser alimentados continuamente durante uma operação de fusão de minérios, com a extração de escória e metal de ferro sendo contínua ou em batelada. A alimenta- ção pode ser como materiais independentes ou em uma forma aglomerada incluindo alguns ou todos os componentes de ali- mentação .

Uma variedade de formas de lanças com topo submer- so pode ser utilizada. Entretanto, o processo de redução de fusão de minérios da invenção necessita de temperaturas de reator relativamente elevadas, como a partir de aproximada- mente 1350°C a aproximadamente 1500°C. A lança com topo sub- merso é, portanto, construída de preferência de aço apropri- ado, por exemplo, aço inoxidável ou outros materiais apro- priados como cobre, óxidos de metal, cerâmica e combinações ou misturas desses, incluindo revestimentos. 0 resfriamento da lança é genericamente necessá- rio, pelo fornecimento de um fluido refrigerante para o mes- mo durante a operação de fusão de minérios. Para permitir isso, a lança pode ser, por exemplo, da forma revelada em nosso pedido internacional PCT/AU90/00466 (WO91/05214) depo- sitado em 26 de setembro de 1990, ou da forma revelada em nossa patente australiana 647669. A revelação de cada uma dessas referências é incorporada aqui e deve ser lida como parte da revelação da presente invenção. A pós-combustão exigida pelo processo da presente invenção é conduzida por oxigênio, ou um gás contendo oxigê- nio como ar ou ar enriquecido com oxigênio, sendo soprado para dentro do espaço do reator acima do banho de escória. A pós-combustão é de preferência próxima à superfície do ba- nho, e mais preferivelmente adjacente a uma região de redu- ção, a fim de obter um alto nível de transferência de calor para o banho de escória. Em cada caso, a pós-combustão é conduzida em uma zona de pós-combustão estritamente adjacen- te à superfície de banho pelo que gotículas de escória sal- picada do banho por turbulência gerada pela injeção na escó- ria passam através e absorvem energia térmica na zona de pós-combustão. 0 gás contendo oxigênio para pós-combustão pode ser fornecido por qualquer meio apropriado, como por meio de pelo menos um conduto tendo sua extremidade de descarga aci- ma da superfície de banho. Alternativamente, o gás pode ser soprado para dentro do espaço do reator através de um tubo de invólucro através do qual a lança com topo submerso para injeção de redutor/combustível se estende, com o tubo de in- vólucro terminando acima da superfície do banho. A lança com invólucro de PCT/AU90/00466 e a lança com um tubo de invólu- cro revelado em nossa patente australiana copendente 647669 são apropriadas para essa finalidade. O material de fonte de ferro pode ser em torrões ou em partículas ou forma finamente dividida, porém particu- larmente no caso de material fino, é de preferência aglome- rado, sozinho ou com o material de fundente e/ou carvão, pa- ra evitar que o material de fonte seja soprado para fora com gases de combustão de reator. A aglomeração pode ser pelo uso de adição de água em uma hélice amassadora ou outro dis- positivo apropriado. O material de fonte de ferro e outros materiais como fundente e redutor adicional são mais preferivelmente carregados para ou adjacente a uma região de combustão re- sultando de injeção submersa através de orifício de carrega- mento apropriadamente posicionado. Entretanto, parte ou todo o material de fonte e fundente, quando de um tamanho de par- tícula apropriado, pode ser carregado no reator através de uma lança com topo submerso. Em qualquer caso, a injeção com topo submerso é mais preferivelmente de um modo tal a gerar turbulência substancial na região de combustão, tipicamente com inchação superior substancial da superfície do banho. O material de fonte de ferro pode compreender ou incluir minério de ferro, como torrões, material em partícu- las ou minério miúdo. Alternativamente, pode compreender ou incluir pelotas, material em partículas de pelota ou minério miúdo, areias de ferro, resíduos de ferro, incrustação, pó de combustão de usina de aço, refugo ferroso, materiais par- cialmente metalizados e escória com elevado teor de ferro.

Para que a invenção possa ser entendida mais fa- cilmente, faz-se referência ao desenho em anexo. O desenho ilustra esquematicamente um sistema de reator de lança com to- po submerso 10, em uma vista em seção tomada em um plano ver- tical se estendendo longitudinalmente através do sistema 10. O sistema 10 inclui um reator 12 contendo um banho fundido 14 que compreende uma camada inferior 16 de ferro metálico e uma camada superior 18 de escória. Em uma extre- midade, o reator 12 tem um vertedor 2 0 pela qual o produto de ferro está apto à descarga contínua. Na outra extremida- de, o reator 12 tem um vertedor 22 pelo qual a escória está apta à descarga contínua. Do vertedor 22, a escória está ap- ta a passar ao longo da gamela 24 até um sistema de manipu- lação de escória (não mostrado), como um granulador.

Embora os vertedores 20, 22 sejam mostrados, deve ser entendido que uma forma alternativa de instalação de ex- tração podería ser fornecida.

Embora outros arranjos sejam possíveis, o sistema 10 inclui uma pluralidade de dispositivos de lança 26 os quais são espaçados em uma série ao longo da linha central do reator 12. Os dispositivos 26 se estendem para baixo a- través do teto 12a do reator -12 e eles são capazes de serem erguidos e abaixados independentemente pelos mecanismos de suporte (não mostrados) localizados acima do reator 12. Os dispositivos 26 são do tipo revelado em nosso pedido de pa- tente internacional PCT/AU90/00466 (WO91/05214) e patente US 5251879 correspondente, para Floyd. Desse modo, cada dispo- sitivo 2 6 compreende uma lança com topo submerso 2 8 pela qual operações de fusão de minérios necessárias são conduzi- das, e um invólucro tubular 30 através do qual a lança 28 se estende. Cada lança 28 permite injeção de gás contendo oxi- gênio e combustível/redutor (como explicado acima) dentro da camada de escória devido à extremidade de descarga inferior da lança e uma chama de combustão naquela extremidade sendo submersa na camada de escória. Entretanto, cada invólucro 30 é mais curto do que sua lança 28. Desse modo, com as lanças 28 abaixadas para permitir a injeção submersa, a extremidade inferior de cada invólucro 30 é espaçada acima da camada de escória. Gás contendo oxigênio adicional está apto a ser descarregado no reator 12, acima do banho 14, pelo fluxo da- quele gás adicional para baixo por uma passagem definida en- tre cada invólucro 30 e sua lança 28 e para fora da extremi- dade inferior do invólucro. O sistema 10 inclui ainda uma pluralidade de ori- fícios de alimentação 32, cada um dotado de um dispositivo de controle de alimentação 34. Um orifício 32 é localizado entre a extremidade do reator 12 na qual o vertedor 2 0 é fornecido e o dispositivo de lança 26 mais próximo ao verte- dor 20. Um orifício respectivo adicional, 32 é localizado entre cada par de dispositivos de lança sucessivos 26. Outro orifício 32 é localizado entre a outra extremidade do reator 12, na qual o vertedor 22 é fornecido, e o dispositivo 26 mais próximo ao vertedor 22.

Para uso da presente invenção, pelo menos a camada de escória 18 é primeiramente estabelecida. A escória pode ter sido deixada do ciclo anterior de operação. Alternativa- mente, a camada 18 pode ser estabelecida pela fusão de miné- rios no reator de uma carga de material de fonte contendo ferro, compreendendo ou incluindo óxido, e fundentes, de preferência com escória granular. Para isso, pelo menos uma das lanças 28 é queimada e a chama produzida pela combustão de combustível é utilizada para aquecer e fundir a carga.

Após estabelecimento pelo menos da camada de escó- ria 18, a fusão de minérios de acordo com a invenção está apta a prosseguir. Em um método preferido, carvão fino como combustível/redutor, ar e oxigênio são injetados através de cada lança 28. Com cada lança queimada e ainda em uma posi- ção elevada, a injeção a partir de cima é utilizada para ge- rar turbulência na escória o que faz com que a escória sal- pique e forme um revestimento de escória na porção exposta de cada lança 2 8 e na extensão inferior de cada invólucro 30. 0 revestimento é solidificado por fluido refrigerante circulado através de cada dispositivo 26. Os dispositivos 26 são então abaixados para submergir a extremidade inferior de cada lança 2 8 e sua chama na escória, e a injeção continua então dentro da escória. Apesar da extremidade inferior de cada lança ser submersa, o refrigerante em circulação está apto a manter o revestimento protetor de escória.

Simultaneamente com a injeção de topo submerso, material de fonte contendo ferro, fundentes e redutor adi- cionais são carregados através dos orifícios 32. O redutor adicional é de preferência carvão em torrões. Além disso, oxigênio é descarregado no espaço do reator, acima da camada de escória, para obter pós-combustão de gases que são produ- zidos durante fusão de minérios e se desprendem do banho 14.

As taxas de injeção de gás contendo oxigênio e combustivel/redutor pelas lanças são controladas a fim de fornecer um grau de combustão do combustivel/redutor em ex- cesso de 60% em peso. Isto é, o oxigênio consome em excesso de 60% em peso do combustivel/redutor como um componente combustível. Desse modo, embora a região de combustão gerada na escória por cada lança esteja genericamente reduzindo, devido ao componente redutor restante do combustí- vel/redutor, a mesma está reduzindo menos intensamente do que com o processo do relatório descritivo AU-B-25725/92 (656228) acima mencionado. Entretanto, condições de redução suficientemente gerais estão aptas a serem mantidas pelo componente redutor do combustivel/redutor injetado e o redu- tor adicional compreendendo carvão em torrões. A fusão de minérios prossegue pela redução de oxi- do de ferro em ferro na fase de escória por redução de car- bono. A redução é facilitada pela razão estequiométrica de oxigênio injetado para combustivel/redutor nas regiões de combustão. Além disso, a turbulência gerada pelos gases em elevação e injetado produz uma cascata de gotículas de escó- ria como ilustrado em 36. Os gases em elevação incluem CO e H2, bem como pó carbonáceo arrastado. A redução está apta a ser adicionalmente facilitada por pós-combustão dos gases desprendidos e pó por oxigênio descarregado acima da camada de escória, através do invólucro 30 de cada dispositivo de lança 26. A pós-combustão gera energia térmica substancial da qual uma proporção significativa é absorvida pela escória em cascata.

Embora o combustível/redutor seja de preferência carvão fino, outros materiais como detalhado anteriormente estão aptos a serem utilizados. Além disso, embora o redutor adicional seja de preferência carvão em torrões, redutores alternativos podem ser utilizados. Fundentes apropriados são como detalhado anteriormente na presente invenção. Além dis- so, o teor de oxigênio dos gases contendo oxigênio pós- combustão e injetado também pode ser como anteriormente de- talhado aqui. A presente invenção não se baseia na necessidade do uso de materiais pré-reduzidos, de uma usina independente ou pelo uso de gases desprendidos de reator da presente in- venção. Essa pré-redução neutralizaria a melhor eficiência ou eficácia de operação em termos de custo, tornada possível pela presente invenção. Em vez disso, é melhor maximizar a entrada de energia térmica no banho proveniente da pós- combustão, pela realização de pós-condução em um grau de o- xidação de até aproximadamente 0,95 a 1,0.

Como indicado anteriormente na presente invenção, o uso de taxas de injeção de-oxigênio e combustível/redutor para fornecer um grau de combustão em excesso de 60% do com- bustível/redutor permite a produção mais eficiente de ferro em termos de consumo de energia por unidade de produto de ferro. Em parte, isso resulta do nível mais elevado de efi- ciência de combustível por combustão submersa na escória do que por pós-combustão acima da escória. Desse modo, tempera- turas de fusão de minérios mais elevadas e, conseqüentemente taxas de reação de fusão de minérios mais elevadas, estão aptas a serem obtidas para um dado nível de combustível e consumo total de redutor ou um dado nível de produção de ferro é capaz de ser obtido com um nível menor de combustí- vel e consumo total de redutor.

Ao longo do reator 12, pode haver alimentação uni- forme através de cada orifício e injeção através de cada lança. Entretanto, a razão de material de fonte contendo ferro para redutor adicional pode diminuir de um orifício 32 para o seguinte na direção da extremidade na qual o vertedor 22 está localizado para a extremidade na qual o vertedor 20 está localizado. Além disso, embora a taxa de oxigênio inje- tado para combustível/redutor geral deva ser tal de modo a fornecer em excesso de 60% de combustão de combustí- vel /redutor, o nível de combustão pode diminuir de uma lança 28 para a seguinte naquela direção de tal modo que zonas de combustão sucessivas se tornam progressivamente de redução mais intensa em direção ao vertedor 20.

Finalmente, deve ser entendido que diversas alte- rações, modificações e/ou adições podem ser introduzidas nas construções e arranjos de partes previamente descritas sem se afastar do espírito ou âmbito da invenção.

Claims (20)

1. Processo para produzir metal de ferro e escória pela fusão de minérios de material de fonte contendo ferro, tendo ferro presente como óxido, em um estado parcialmente metalizado ou uma combinação dos mesmos, em um reator con- tendo um banho fundido compreendendo ou apresentando uma fa- se de escória, CARACTERIZADO por compreender as etapas de: a) injetar combustível/redutor e gás contendo oxi- gênio na escória, por pelo menos uma lança com topo submer- so, para gerar condições de aquecimento e redução em pelo menos uma região de redução no banho; b) alimentar o material de fonte para o reator, juntamente com redutor adicional e com fundente, em ou adja- cente a pelo menos uma região de redução, onde o material de fonte é submetido à redução de fusão de minérios que gera gases de combustão compreendendo CO e H2; c) controlar as taxas de injeção do gás contendo oxigênio e combustivel/redutor por pelo menos uma referida lança para obter condições de redução necessárias; e d) pós-inflamar, no reator acima do banho, os ga- ses de combustão gerados pela fusão; em que o controle da etapa (c) é conduzido para resultar no gás contendo oxigênio injetado tendo um teor de oxigênio de 40% a 100% em volume e para um grau de combustão que exceda 60% e até 90% em peso do combustivel/redutor in- jetado por pelo menos uma lança enquanto mantém as referidas condições redutoras.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do controle da etapa (c) ser condu- zido para fornecer um grau de combustão em excesso de 65% em peso do combustivel/redutor injetado por pelo menos uma lan- ça.

3. Processo de acordo com a reivindica- ção 1, CARACTERIZADO pelo fato do controle da etapa (c) ser conduzido para fornecer um grau de combustão entre 65% em peso e 85% em peso do combustivel/redutor injetado por pelo menos uma lança.

4. Processo de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do combustivel/redutor e do redutor adicional compreendendo carvão serem combustível de classi- ficação inferior e do controle da etapa (c) ser conduzido para fornecer um grau de combustão entre 60% em peso e 75% em peso do combustivel/redutor injetado por pelo menos uma lança.

5. Processo de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do combustivel/redutor e do redutor adicional compreendendo carvão serem combustível de classi- ficação mais elevada e do controle da etapa (c) ser conduzi- do para fornecer um grau de combustão de pelo menos 70% em peso do combustivel/redutor injetado por pelo menos uma lan- ça.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivin- dicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato da pós-combustão da etapa (d) ser conduzida para alcançar um grau de oxidação em excesso de 0,2, como determinado pela razão de (CO2+H20) pa- ra (CO2+H2+O2+H2O) para gases desprendidos de reator resul- tantes .

7. Processo de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato do grau de oxidação ser controlado de 0,95 a 1,0.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivin- dicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato do combusti- vel/redutor compreender pelo menos um redutor carbonáceo se- lecionado de carvão em partículas, óleo combustível, gás na- tural e GLP.

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivin- dicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato do combustí- vel/redutor compreender carvão em partículas injetado por intermédio de um gás transportador.

10. Processo de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato do gás transportador conter pelo me- nos parte do oxigênio necessário para combustão de combustí- vel do combustível/redutor.

11. Processo de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato do gás transportador ser selecionado entre nitrogênio, oxigênio, ar e ar enriquecido com oxigê- nio .

12. Processo de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 11, CARACTERIZADO pelo fato do redutor adi- cional ser carvão.

13. Processo de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 11, CARACTERIZADO pelo fato do redutor adi- cional ser carvão fornecido em uma taxa de 20% a 60% em peso do material de fonte.

14. Processo de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 13, CARACTERIZADO pelo fato do fundente com- preender pelo menos um de pedra calcária, dolomita, cal cal- cinado, dolomito calcinada e silica.

15. Processo de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 14, CARACTERIZADO pelo fato da fusão de mi- nérios ser conduzida a uma temperatura de reator de 1350°C a 1500°C.

16. Processo de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 15, CARACTERIZADO pelo fato da pós-combustão ser conduzida pelo sopro para dentro de um espaço do reator, acima do banho fundido, de um gás contendo oxigênio selecio- nado entre ar e ar enriquecido com oxigênio.

17. Processo de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 16, CARACTERIZADO pelo fato da pós-combustão ser conduzida em uma zona de pós-combustão estritamente ad- jacente à superfície do banho onde gotículas de escória sal- picadas do banho por turbulência gerada pela injeção na es- cória, passam através e absorvem energia térmica na zona de pós-combustão.

18. Processo de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato da zona de pós-combustão ser adja- cente a pelo menos uma região de redução.

19. Processo de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 18, CARACTERIZADO pelo fato do material de fonte contendo ferro compreender torrões ou material aglome- rado .

20. Processo de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 19, CARACTERIZADO pelo fato do material de fonte contendo ferro ser pelo menos um de torrão de minério de ferro, material em partículas de minério de ferro, pelo- tas, areias de ferro, resíduos de ferro, incrustação, pó de combustão de usina de aço, refugo ferroso, materiais parci- almente metalizados e escória contendo ferro.