BRPI0610262A2 - método de partida a frio para um processo de redução direta e processo de redução direta baseado em banho fundido - Google Patents

Abstract

Expõe-se um método de partida a frio para um processo de redução direta baseado em banho fundido para produzir ferro fundido em um vaso (3) . O método inclui a etapa de pré-aquecer o vaso antes do suprimento de materiais de alimentação sólidos dentro do vaso. O método também inclui uma etapa subseqtiente de fornecer um gás que contém oxigênio e materiais de alimentação sólidos que incluem material para formação de escória, material de alimentação que contém ferro, e material carbonáceo dentro do vaso e gerar calor e formar um banho de material fundido que inclui ferro fundido e escória fundida no vaso. Esta etapa inclui fornecer materiais de alimentação para promoverem a formação de escória fundida sobre ferro fundido em um estágio inicial do desenvolvimento de banho fundido.

Description

MÉTODO DE PARTIDA A FRIO PARA UM PROCESSO DE REDUÇÃODIRETA E PROCESSO DE REDUÇÃO DIRETA BASEADO EM BANHOFUNDIDO

Refere-se a presente invenção a um métodopara a partida a frio de processos de redução diretabaseados em banho fundido para produzir ferro fundidoem vasos de redução direta.

0 termo "partida a frio" de um processo deredução direta em um vaso de redução direta é compreen-dido neste contexto como significando iniciar o proces-so no vaso sem se basear em metal e/ou escória fundidosproduzidos externamente do vaso para carregar o vasocom a finalidade de estabelecer um banho inicial de ma-terial fundido no vaso.

Da maneira que é utilizado neste contexto,o termo "partida a frio" abrange situações em que exis-te uma quantidade de metal e/ou escória solidificadosno vaso proveniente do final de uma campanha de reduçãodireta anterior no vaso, bem como situações nas quaisnão existe metal e/ou escória residual no vaso.

Com particularidade, a presente invençãorefere-se a processos de redução direta baseados em ba-nho fundido para produzir ferro fundido a partir de ma-teriais de alimentação metaliferos que contêm ferro,tais como minérios de ferro, minérios de ferro parcial-mente reduzidos e correntes de refugo que contêm ferro(por exemplo, provenientes de usinas de fabricação deaço) .Um processo de redução direta baseado embanho fundido conhecido é de um modo geral referido co-mo o processo HIsmelt. No contexto da produção de fer-ro fundido, em operação de condição estável o processoHIsmelt inclui as:

(a) injetar em um banho de ferro fundido ede escória fundida em um vaso de redução direta: (i) ummaterial de alimentação metalifero, tipicamente minériode ferro na forma de finos; e (ii) um material carbonáceosólido, tipicamente carvão, que funciona como um redutordo material de alimentação metalifero e uma fonte de e-nergia; e

(b) reduzir o material de alimentação metali-fero para ferro no banho.

O termo "redução" é compreendido nestecontexto como significando processamento térmico em queocorrem reações químicas que reduzem óxidos de metaispara produzir metal fundido.

Na operação de condição estável do pro-cesso HIsmelt, material de alimentação metalifero ematerial carbonáceo sólido são injetados para dentroda camada de metal através de um número de lanças/algaravizes que ficam inclinados em relação à verti-cal, de maneira tal a estenderem-se descendentementee para dentro através da parede lateral do vaso deredução direta e para dentro da região inferior dovaso, de maneira a distribuírem pelo menos parte dosmateriais sólidos para dentro da camada de metal nofundo do vaso. Para se promover a pós-combustão dosgases de reação na parte superior do vaso, um jato degás quente que contém oxigênio, é injetado na regiãosuperior do vaso através de uma lança de injeção dear quente que se estende descendentemente. Os gasesde descarga resultantes da pós-combustão dos gases dereação no vaso são retirados a partir de uma regiãosuperior do vaso através de um conduto de gás de des-carga. 0 vaso inclui painéis refrigerados a água,revestidos de refratário na parede lateral e na abó-bada do vaso, e faz-se circular água continuamenteatravés dos painéis em um circuito continuo.

A partida para os processos de reduçãodireta baseados em banho fundido, tais como o processoHIsmelt, é uma etapa da maior importância por causa do po-tencial de provocar danos ao vaso de redução direta nodecorrer da partida.

Existe uma gama de opções para as parti-das a quente a a frio dos processos de redução diretabaseados em banho fundido.

As opções de partida a quente incluem o su-primento de uma carga requerida de metal fundido para umvaso de redução direta sob uma temperatura de cargarequerida e, depois disso, fornecer seletivamente ma-teriais de alimentação incluindo material carbonáceo,gás que contém oxigênio, fundentes, e materiais dealimentação metaliferos ao vaso e operar o vaso sobcondições de operação de partida até a ocasião em queo vaso alcance as condições de operação de condiçãoestável visadas.

Em termos gerais, partidas a quente deprocessos de redução direta baseados em banho fundidosão mais diretas e podem ser completadas em um periodode tempo significativamente mais curto do que as parti-das a frio. Entretanto, as partidas a quente requeremuma fonte separada de metal fundido e/ou escória fun-dida para alimentação ao vaso como uma carga inicialpara o vaso. Essas fontes separadas de metal fundidoe/ou escória fundida podem não ser uma opção viável emtermos comerciais, particularmente se não existiremnas proximidades instalações para produzirem metalfundido. Além disso, mesmo quando essas fontes de me-tal fundido e/ou escória fundida fazem parte de uma ins-talação, elas podem nem sempre estar disponíveis em umtempo de partida requerido.

Conseqüentemente, existe uma necessidadequanto a um método de partida a frio que seja efetivo,confiável e seguro.

De acordo com a presente invenção proporcio-na-se um método para a partida a frio de um processo deredução direta baseado em banho fundido para produzir fer-ro fundido em um vaso de redução direta que inclui asetapas de:

(a) pré-aquecer o vaso; e depois disso

(b) fornecer um gás que contém oxigênio emateriais de alimentação sólidos incluindo material pa-ra formar escória, material com algum teor de ferro, ematerial carbonáceo para dentro do vaso e gerar calor eformar um banho de material fundido que inclui ferro fun-dido e escória fundida no vaso; com a etapa incluindo for-necer materiais de alimentação para promoverem a formação deescória fundida sobre ferro fundido em um estágio ante-rior ao desenvolvimento do banho fundido.

0 propósito da etapa (b) é o de estabelecerum banho de material fundido que é suficientemente grandee tem características requeridas para operação de condi-ção estável do processo de redução direta com dano mí-nimo para os refratários no vaso. As característicasincluem, a titulo de exemplo, a quantidade de ferrofundido, a quantidade de escória fundida, temperatura dobanho, teor de FeO na escória fundida, e teor de carbonono metal fundido no banho.

Produzir escória fundida, particularmente emum estágio inicial na etapa de formação de material fundi-do no banho, é importante porque ajuda a reduzir ao mini-mo a reoxidação do ferro fundido no material fundido queestá sendo formado.

Preferentemente a etapa (b) inclui selecio-nar as velocidades de fornecimento do gás que contém o-xigênio e materiais de alimentação sólidos para den-tro do vaso para formarem o banho de material fundidode forma tal que ele inclui qualquer uma ou mais das se-guintes características:

(a) pelo menos 3% peso, de C, com mai-or preferência pelo menos 3,5%, em peso, de C, emferro fundido, no banho;

(b) uma temperatura média no banhode pelo menos 1400°C e não mais do que 1650°C, commaior preferência não mais do que 1600°C;

(c) não mais do que 15%, em peso, deFeO na escória fundida no banho.

A etapa (b) pode incluir fornecer os mate-riais de alimentação sólidos simultaneamente ao vaso.

Alternativamente, a etapa (b) pode incluirfornecer os materiais de alimentação sólidos em velocida-des variáveis para o vaso durante diferentes estágios daetapa.

A titulo de exemplo, preferentemente a e-tapa (b) inclui um primeiro estágio de formação escóriafundida como uma parte principal, isto é, pelo menos 50%em peso, do material fundido no banho ao fornecer quan-tidades comparativamente grandes de material de for-mação de escória e material carbonáceo para dentro dovaso e fornecer nenhuma ou uma quantidade comparativa-mente pequena de material de alimentação com algum te-or de ferro para dentro do vaso.

Prefere-se com particularidade que o pri-meiro estágio da etapa (b) inclua a formação de escóriafundida de uma maneira tal que o material fundido compre-enda, pelo menos substancialmente, isto é, pelo menos80% em peso, de escória fundida.

Preferentemente etapa (b) inclui ainda umsegundo estágio de iniciação de formação de ferro fun-dido no material fundido no banho ou aumentar a quanti-dade de ferro fundido no material fundido ao começar afornecer material com algum teor de ferro para dentro dovaso ou aumentando o suprimento de material com algumteor de ferro para dentro do vaso.

Preferencialmente, a etapa (b) inclui ainiciação do segundo estágio quando existe suficienteescória fundida no material fundido no banho, de formatal que a concentração de FeO na escória fundida é capazde ser mantida inferior a 15%, em peso, preferentemen-te inferior a 10%, em peso, e com maior preferênciainferior a 8%, em peso, do material fundido quando quan-tidades substanciais de materiais de alimentação quecontêm ferro são alimentadas para dentro do banho e oinventário de ferro fundido começa a ser formado no ma-terial fundido.

A requerente constatou que o FeO podeprovocar desgaste de refratário indesejável durante apartida e que, conseqüentemente, é importante controlar aconcentração de FeO no banho fundido. Desta maneira, oestágio de formação de escória descrito anteriormente e osubseqüente estágio de formação de ferro constituem umaopção efetiva para se conseguir a partida a frio com da-nificação minima para o refratário.

Preferentemente, a etapa (b) inclui fornecermateriais de alimentação sólidos para dentro do vaso medi-ante injeção dos materiais de alimentação através de lan-ças de injeção de sólidos que se estendem para o interiordo vaso.

Preferencialmente, a etapa (b) inclui forne-cer materiais de alimentação sólidos para dentro do vaso,os quais formam pelo menos 80%, em peso, do banho fundido,pela injeção dos materiais de alimentação por meio delanças de injeção de sólidos que se estendem para o in-terior do vaso.

Cada um dos tipos de materiais de alimenta-ção sólidos pode ser injetado através de lanças de injeçãode sólidos separadas.

Alternativamente, dois ou mais de dois dessestipos de materiais de alimentação sólidos podem sermisturados entre si e, depois disso, injetados atravésdas lanças de injeção de sólidos.

Preferentemente, a etapa (b) inclui trans-portar materiais de alimentação sólidos através de lançasde injeção de sólidos e dessa maneira injetar os materiaisde alimentação sólidos para dentro do vaso com um gástransportador.

0 gás transportador poderá ser qualquergás carreador adequado, termo esse que inclui misturas dedois ou mais de dois gases.

Por exemplo, o gás transportador pode serum gás não-oxidante, tal como nitrogênio ou argônio.

O gás transportador poderá ser também umgás que contém oxigênio, sujeito a considerações de segu-rança envolvidas na mistura e transporte de carvão, par-ticularmente carvão fino e oxigênio.

Os materiais de alimentação sólidos podemestar em qualquer forma e dimensão sólida adequada.

Preferentemente, o material de formação deescória inclui escória produzida em uma campanha anteriorpara produzir ferro fundido em um processo de redução di-reta no mesmo ou em um vaso diferente.

Preferentemente, a escória está em uma formatriturada ou granulada.

Preferentemente, o material de formação deescória inclui um fundente, tal como pedra calcária.

Um outro material de formação de escóriaadequado compreende escória produzida em um processo defabricação de aço, preferentemente em uma forma trituradaou granulada.

Preferentemente, o material com algum teor deferro inclui 100% de finos de minério, uma mistura deminério e ferro, ou minério de ferro parcialmente redu-zido, tal como DRI.

Preferentemente, o material carbonáceo incluicarvão e/ou moinha de coque.

Preferentemente, a etapa (b) inclui forne-cer o gás que contém oxigênio para dentro do vaso median-te a injeção do gás que contém oxigênio através de pelomenos uma lança de injeção de gás que se estende para den-tro do vaso.

Preferentemente, o gás que contém oxigênioinclui ar ou ar enriquecido com oxigênio.O vaso de redução é dotado de uma carcaçade aço externa e inclui uma soleira revestida de refra-tario para conter o banho fundido.

Preferentemente a soleira inclui um revesti-mento de material refratario de segurança no interior da car-caça e um revestimento operacional de material refrata-rio por dentro do revestimento de segurança.

Preferentemente, a soleira inclui um revesti-mento anódico de material refratario por dentro do revesti-mento operacional.

O termo "revestimento anódico de materialrefratario" é compreendido neste contexto como signifi-cando o revestimento que é proporcionado tendo relaçãocom o desgaste de refratario que se espera ocorrer du-rante o método de partida.

Pref erentemente, o vaso é um vaso verticale inclui uma pluralidade de lanças de injeção de sóli-dos que ficam espaçadas circunferencialmente em tornodo vaso e que se estendem descendentemente e para den-tro do vaso (preferentemente através de uma parede la-teral do vaso) , pelo menos uma lança de injeção quecontém oxigênio estendendo-se descendentemente dentrodo vaso (preferentemente através da abóbada do vaso),um conduto de gás de descarga para saida do gás de des-carga a partir do vaso, um meio para vazamento de ferrofundido a partir do vaso (preferentemente uma ante-soleira), e um meio para vazamento de escória fundida apartir do vaso.Com esse vaso, em uma situação em que o mé-todo inclui injetar materiais de alimentação sólidos a-través das lanças de injeção de sólidos com um gástransportador não-oxidante, tal como nitrogênio, o méto-do pode incluir também injetar gás que contém oxigênioatravés de uma ou mais do que as outras lanças de injeçãode sólidos.

0 propósito da etapa de pré-aquecimento (a) éaquecer o vaso, particularmente os refratarios da soleirapara evitar choque térmico subseqüente quando calor e de-pois disso material fundido são gerados na etapa (b) .Ela também permite que calor máximo seja retido no banhofundido. Isto é particularmente importante durante osestágios iniciais de formação do banho quando o volumede material fundido no banho é pequeno.

Preferentemente a etapa (a) inclui pré-aquecimento do vaso até que a temperatura de uma superfí-cie voltada para dentro dos refratarios da soleira seja pe-lo menos 1300°C.

Na prática, não é possível moni-torar a temperatura da superfície voltadapara dentro dos refratarios da soleira. En-tretanto, em qualquer traçado de soleira determinado, e-xiste uma relação previsível entre a temperatura da super-ficie voltada para dentro dos refratarios da soleira e atemperatura de uma seção externa, mais facilmente monito-rada dos refratarios da soleira. Desta forma, na práti-ca, é preferível monitorar a temperatura de uma seção ex-terna dos refratários da soleira que são mais facilmenteacessíveis para medição de temperatura e para prognosticara temperatura da superfície voltada para dentro dos refra-tários da soleira a partir destas medições.

Com o exposto em mente, preferentemente aetapa (a) inclui pré-aquecer o vaso até que a temperaturade uma seção externa do revestimento operacional da solei-ra seja pelo menos 500°C.

Preferentemente, a etapa (a) inclui pré-aquecer o vaso em uma series de estágios que progressiva-mente aumentam a temperatura no vaso.

Preferentemente a etapa (a) inclui um pri-meiro estágio de injeção de ar quente ou ar enriquecidocom oxigênio no vaso, inicialmente a uma temperatura daordem de 200°C e depois disso aumentar a temperaturapara uma temperatura em torno de 850°C, e pré-aquecer ovaso com o calor do ar quente ou ar enriquecido com oxi-gênio .

Preferentemente, a etapa (a) inclui um segun-do estágio de fornecimento de um gás combustível, tal comogás natural, para o vaso depois que a temperatura do arquente ou do gás enriquecido com oxigênio injetado alcan-ça a temperatura em torno de 850°C e continuar a aquecer ovaso utilizando-se o calor gerado no vaso por combustãodo gás natural.

Preferentemente, a etapa (b) continua até ascondições operacionais no vaso alcançarem condições de o-peração de estado estável para o processo de redução di-reta. Depois disso, o processo de redução direta podecontinuar para produzir ferro fundido por (i) injeção demateriais de alimentação sólidos dentro do banho fundido,por exemplo, por intermédio das lanças de injeção de só-lidos, de forma que os materiais de alimentação sólidospenetrem no banho de material fundido e o gás que sedesprende das reações no banho carregue material fundidoascendentemente para um espaço de topo do vaso e (ii)injeção do gás que contém oxigênio no vaso por intermé-dio da uma ou mais lanças de injeção que contém oxigê-nio e combustão de gás combustível no espaço de topo,com transferência de calor para o material fundido esubseqüente transferência de calor para o banho quando ma-terial fundido retorna ao banho que mantém a temperaturano banho.

De acordo com a presente invenção proporcio-na-se igualmente um processo de redução direta que é ba-seado em banho fundido para produzir ferro fundido em umvaso de redução direta, o qual inclui o método de parti-da a frio do processo de redução direta no vaso descri-to anteriormente e, depois disso, operação do processosob condições de estado estável no vaso e produção deferro fundido.

A presente invenção é descrita de uma ma-neira mais detalhada com referência à Figura do desenhoanexo que é um diagrama o qual ilustra um vaso de redu-ção direta para operar um processo de redução direta eproduzir ferro fundido.O vaso 3 é do tipo descrito em detalhe nospedidos internacionais PCT/AU2004/000472 e PCT/AU2004/000473em nome da mesma requerente. A exposição nos pedidos de pa-tente depositados com estes pedidos de patente fica incorpo-rada neste contexto por referência remissiva.

Com referência à figura, o vaso 3 é dotado deuma carcaça de aço externa 95, uma soleira revestida de re-fratário 79 para conter material fundido, uma parede lateral85 que forma um corpo geralmente cilíndrico que se estendeascendentemente a partir dos lados da soleira e inclui umaseção de corpo superior e uma seção de corpo inferior, umaabóbada 87 que inclui uma câmara de gás de saida central 89,a parede lateral 85 e a abóbada 87 incluindo painéis refri-gerados a água, um conduto de gás de saida 9 que se estendea partir da câmara de gás de saida 89, uma ante-soleira 67para descarregar ferro fundido continuamente a partir do va-so 3, um entalhe de escória 71 para descarregar escória fun-dida periodicamente a partir do vaso 3, e um furo de corridapara drenagem de escória 91 para descarregar escória fundidaperiodicamente a partir do vaso 3.

A soleira 79 inclui uma base 81 e um paredelateral 83. A soleira 79 inclui um revestimento de seguran-ça 97 de material refratário, um revestimento operacional 99of material refratário, e um revestimento anódico 101 de ma-terial refratário que forma uma superfície da soleira quefica voltada para dentro.

Ainda com referência à Figura, o vaso 3 é e-quipado com:(a) uma lança de jato de ar quente ("HAB")refrigerada a água estendida descendentemente 7 estendida emum espaço de topo do vaso 3, e

(b) uma pluralidade, tipicamente oito, lançasde injeção de sólidos 5 refrigeradas a água que se estendemdescendentemente e para dentro através da parede lateral 85e dentro da escória - somente duas das quais estão ilus-tradas na Figura.

Ainda com referência à Figura, o vaso con-tém um banho fundido que inclui ferro fundido e escóriafundida.

Na Figura o banho fundido está ilustradosob condições quiescentes, isto é, enquanto um processode redução direta não está operando no vaso 3. Sob es-tas condições, o banho fundido inclui uma camada de fer-ro fundido 91 e uma camada de escória fundida 93 no topoda camada de ferro. O banho fundido ilustrado na Figuraestá a uma altura requerida para operar um processo de re-dução direta sob condições de estado constante no vaso 3,com ferro fundido na ante-soleira 67.

Em uso, sob condições de processo de estadoconstante, material com algum teor de ferro (tais comofinos de minério de ferro, refugos de usina de aço ferri-fero ou finos de DRI) , carvão e fundente (cal e/ou dolo-mita) são injetados diretamente no banho por intermédio daslanças de injeção de sólidos 5.

Especificamente, utiliza-se um conjunto delanças 5 para injetarem material com algum teor de fer-ro e fundente e outro conjunto de lanças 5 é usado parainjetar carvão e fundente.

As lanças 5 são refrigeradas a água paraproteger as mesmas das altas temperaturas no interiordo 3. As lanças são tipicamente revestidas com um mate-rial de alta resistência ao desgaste a fim de protegê-lasda abrasão pela mistura de gás/sólidos que está sendoinjetada a alta velocidade. As lanças 5 são fixadas novaso 3 enquanto um processo de redução direta está ope-rando no vaso 3.

O material com algum teor de ferro é pré-tratado antes de ser fornecido ao vaso 3 mediante pré-aquecimento a uma temperatura na faixa de 600-700°C eparcialmente pré-reduzido, tipicamente para Fe304 em umpré-aquecedor de leito não fluidifiçado (não ilustrado).

O carvão injetado desvolatiliza-se no ba-nho, liberando assim H2 e CO. Estes gases atuam cmoredutores e fontes de energia. O carbono no carvão érapidamente dissolvido no banho. 0 carbono dissolvido eo carbono sólido também funcionam como redutores, produ-zindo CO como um produto de redução. O material de a-limentação com algum teor de ferro injetado é reduzidopara ferro fundido no banho e é descarregado continua-mente por meio da ante-soleira 67. A escória fundidaproduzida no processo é descarregada periodicamente porintermédio do entalhe de escória 71. Os materiais inje-tados geram volumes de gases substanciais. Estes gasesmovimentam-se ascendentemente através do banho fundido earrastam material fundido, assegurando deste modo que obanho seja misturado completamente, e carregue materialfundido ascendentemente a partir do banho.

0 processo opera sob condições de pressão,tipicamente 0,8 bar manométrico, no vaso 3.

As reações de redução típicas envolvidasna redução de material injetado com algum teor de ferropara ferro fundido que ocorrem no banho são endotérmi-cas. A energia requerida para sustentar o processo e,mais particularmente estas reações endotérmicas, é pro-porcionada pela reação de CO e H2 desprendidos a partir dobanho com gás enriquecido com oxigênio injetado a altastemperaturas, tipicamente 1200°C, no vaso 3 por intermé-dio da lança de HAB 7. Tipicamente, o ar de HAB é pro-duzido em regeneradores (não ilustrados).

A energia desprendida a partir das reaçõesde pós-combustão descritas anteriormente no espaço detopo do vaso é transferida para o banho de ferro fundi-do por intermédio de uma "zona de transição" na forma deregiões altamente turbulentas acima do banho que contêmgoticulas de escória e ferro. As goticulas são aqueci-das na zona de transição pelo calor gerado a partir dasreações de pós-combustão e retornam ao banho de escó-ria/ferro, transferindo assim energia para o banho.

De acordo com uma concretização do método departida da presente invenção, a fim de se começar o processode redução direta HIsmelt descrito anteriormente no vaso 3,é necessário:(a) pré-aquecer o vaso 3 quando ele está Va-zio ou pelo menos substancialmente vazio (o vaso 3 pode con-ter algum ferro sólido residual e/ou escória proveniente deuma campanha de redução anterior no vaso 3) para uma tempe-ratura de, pelo menos, 1300°C na superfície voltada paradentro dos refratários da soleira, e

(b) fornecer carvão, minério de ferro, escó-ria, e ar para o vaso 3 e gerar calor suficiente e fundir osmateriais de alimentação sólidos e formar um banho fundidode uma dimensão suficiente e tendo características requeri-das, tais como temperatura, teor de FeO na escória fundidano banho, e teor de carbono no metal fundido no banho.

As etapas (a) e (b) são realizadas com a li-gação entre o vaso 3 e a ante-soleira 67 fechada por um ob-turador adequado (não representado).

A etapa de pré-aquecimento (a) inclui as se-guintes etapas:

• Fornecer água de refrigeração aos painéisrefrigerados a água da parede lateral 85 eà abóbada 87 do vaso 3 e à lança de HAB 7,bem como para as lanças de injeção de sóli-dos 5.

• Fornecer ar sob uma temperatura relativamen-te baixa, tipicamente começando em torno de200°C, para a lança HAB 7 e gradualmenteaquecer os refratários o vaso 3 e permi-tindo tempo para expansão térmica, bem comoreduzindo ao minimo o choque térmico paraos refratários. Inicialmente, o ar é so-mente ar não-HAB, tipicamente em tornode 200°C ou mais baixa. Subseqüentemen-te, o ar é uma mistura de ar HAB (a) (is-to é, ar quente proveniente de regenerado-res) a uma temperatura de 1200°C e (b) arnão-HAB.

Reduzir a quantidade a quantidade de arnão-HAB na mistura e aumentar dessa ma-neira a temperatura do ar fornecido aovaso 3 por meio da lança HAB 7 continua-mente ou por intermédio de uma série de e-tapas para uma temperatura de ar injetadoem torno de 850°C para elevar a temperaturado vaso 3, incluindo a soleira 79, de umamaneira escalonada e para expulsar umidade.

Iniciar o fornecimento de gás natural parao vaso 3 e queimar o gás natural no arHAB fornecido por meio da lança HAB 7 edessa maneira aumentar ainda mais a tempe-ratura do vaso 3, incluindo a soleira.

Aumentar o suprimento de gás natural eaumentar ainda mais a temperatura do va-so 3, incluindo a soleira 79, de maneira atrazer o vaso 3, incluindo a soleira 7 9,até uma temperatura de operação de pelomenos 1300°C na superfície dos refratá-rios da soleira voltada para dentro.• Manter o suprimento de gás natural e arHAB e permitir desse modo que o vaso 3,incluindo a soleira 79, fique saturado. Asaturação sob estas condições ajuda a re-duzir ao minimo a perda de calor proveni-ente do material fundido para os refratá-rios do vaso quando o material fundido éproduzido no vaso 3. Essa perda de ca-lor constitui uma preocupação por causado risco de resfriamento do material fun-dido e, desse modo, da solidificação do ma-terial no vaso 3.

A etapa (b) de fornecimento de carvão, miné-rio, escória, e para o vaso e geração de calor suficientee fusão dos materiais de alimentação sólidos e formaçãode um banho fundido inclui as seguintes etapas:

• Injetar proporções de fluxo selecionadasde cada um de escória, carvão e minériode ferro com um gás carreador, tal comoN2, através de lanças de injeção de sóli-dos 5 separadas. Apenas um número sele-cionado, em vez de todas as lanças 5, podeser necessário para fornecer materiais Bru-tos para o vaso 3 durante a formação dobanho fundido.

• Injetar velocidades de fluxo seleciona-das de ar HAB através da lança HAB 7.

• Injetar, dentro de uma faixa de veloci-dades de fluxo selecionadas, gás quecontém oxigênio, tal como O2 ou ar, atravésde pelo menos uma das lanças de injeção desólidos 5. 0 gás que contém oxigênio pó-de ser usado como um gás carreador naslanças 5 que são usadas para a injeção desólidos. Alternativamente, o gás quecontém oxigênio pode ser injetado atra-vés das lanças 5 que não estão sendo u-sadas para injeção de sólidos. Este arqueima CO e H2 liberados a partir do banhoe proporciona uma fonte de calor em es-treita proximidade com o banho que compen-sa pelo menos parcialmente o efeito deresfriamento do gás carreador N2 dos ma-teriais brutos.

• Monitorar as condições no vaso 3, inclu-indo temperatura, e ajustar as velocida-des de fluxo dos materiais de alimenta-ção conforme requerido e progressivamen-te gerar calor e reduzir os materiais dealimentação sólidos e aumentar a quantidadedo banho fundido que está sendo formado eas características do banho.

• Injetar fundente, conforme for requeridopara controlar a composição da escória.A etapa (b) inclui selecionar as velocidadesde fluxo dos materiais de alimentação sólidos injetadosno vaso 3 de uma maneira tal que a escória fundida sejao único constituinte ou pelo menos o principal constitu-inte do banho fundido que se forma inicialmente no vaso 3em um primeiro estágio de formação de escória da etapa;e, depois disso, alterar as velocidades de fluxo dos só-lidos injetados para incluir quantidades crescentes deminério de ferro e desse modo começar a formação de fer-ro fundido no banho em um segundo estágio de formação deferro na etapa.

O propósito da formação escória fundida emprimeiro lugar é o de assegurar que a concentração deFeO na escória seja mantida inferior a 15%, em peso, du-rante o estabelecimento subseqüente do inventário no banhofundido quando começa a injeção de minério e se formaferro fundido no banho no segundo estágio da etapa (b) .Isto é benéfico para se poder reduzir ao minimo a erosãodos refratários que é provocada pelas altas concentra-ções de FeO.

Com a finalidade de se preservarem os re- fratários da soleira durante a etapa (b), a soleira in-clui o revestimento anódico 101 de material refratáriomencionado anteriormente, tais como refratários baseadosem alumina, para resistir à erosão provocada pela escória.

A etapa (b) inclui a monitoração das con-dições no vaso 3 durante o estágio de formação de escó-ria da etapa (b) por meio da abertura periódica do en-talhe de escória 71 no vaso 3 com a finalidade de se moni-torar o nivel de escória no vaso 3.A etapa (b) inclui a mudança a partir do es-tágio de formação de escória para o estágio de formaçãode ferro e, desse modo iniciar a injeção de minério deferro quando o banho fundido, isto é, a escória fundida,alcança o nivel do entalhe de escória 71.

Uma vez que se estabeleceu o suprimento deminério de ferro, o método de partida inclui abrir Peri-odicamente o furo de corrida de escoamento de escória 101 eefetuar o teste para saber se o nivel de ferro fundido al-cançou o furo de corrida de escoamento de escória 101 (ouseja, na abertura do furo de corrida de escoamento deescória 101, o fluxo de material será substancialmentetodo de ferro fundido) . Isto indica que o banho fundidoalcançou uma dimensão pronta para operação de estado cons-tante de um processo de redução direta no vaso 3.

Antes do nivel de ferro alcançar o furo decorrida de escoamento de escória 101, a composição daescória que a partir do furo de corrida de escoamento deescória 101 pode ser monitorada quanto a composição, talcomo niveis de FeO, e a mistura de alimentação de materi-ais brutos pode ser ajustada correspondentemente, tal co-mo for requerido.

A seqüência de etapas descrita anterior-mente é um método efetivo de partida a frio de um pro-cesso HIsmelt.

Quando o nível de ferro fundido atinge ofuro de corrida de escoamento de escória o obturador éremovido da ante-soleira 67 e o processo de redução dire-ta começa a operar sob condições de processo constantes. 0processo inclui as etapas de: (i) injetar materiais dealimentação sólidos dentro do banho fundido por inter-médio das lanças de injeção de sólidos de forma que osmateriais de alimentação sólidos penetram no banho e ogás que se desprende da reação no banho transporta mate-rial fundido ascendentemente para um espaço de topo dovaso 3 e (ii) injetar ar HAB dentro do vaso 3 por inter-médio da lança HAB 7 e queimar o gás combustível no espa-ço de topo, com transferência de calor para o materialfundido e subseqüente transferência de calor para o banhoquando material fundido retorna para o banho que mantéma temperatura no banho.

Muitas modificações podem ser realizadasna concretização do método da presente invenção des-crita anteriormente, sem com isso escapar do espiritoe do escopo da invenção.

A titulo de exemplo, embora a concretizaçãoinclua injetar materiais de alimentação sólidos, a saber,escória, carvão e minério de ferro com um gás transporta-dor de N2 através de lanças de injeção de sólidos 5 separa-das durante a partida do processo de redução direta, apresente invenção não fica a eles limitada e não ficaconfinada à injeção de sólidos somente através das lan-ças. A presente invenção estende-se a concretizações emque pelo menos uma parte dos materiais de alimentação só-lidos, tipicamente sólidos que constituem até 20%, em peso,do banho fundido, é fornecida ao vaso 3 por outras op-ções, tais como alimentação por gravidade, durante apartida do processo de redução direta.

Ainda a titulo de exemplo, a concretizaçãoinclui fornecer minério de ferro ao vaso 3 durante a pa-rtida. A presente invenção não fica assim limitada. Porexemplo, adicionalmente ao minério de ferro, ferro granu-lado também pode ser injetado no vaso. Isto pode auxili-ar com aumento da velocidade sob a qual um banho de fer-ro fundido de volume suficiente para operações deredução de condição estável é produzido dentro do vaso.

Claims (29)

1. - Método de partida a frio para um pro-cesso de redução direta baseado em banho fundido paraproduzir ferro fundido em um vaso de redução direta,caracterizado pelo fato de incluir as etapas de:(a) pré-aquecer o vaso; e depois disso(b) fornecer um gás que contém oxigênio emateriais de alimentação sólidos que incluem materialpara formar escória, material com algum teor de ferro, ematerial carbonáceo para dentro do vaso e gerar calor eformar um banho de material fundido que inclui ferro fun-dido e escória fundida no vaso; com a etapa incluindo for-necer materiais de alimentação para promoverem a formação deescória fundida sobre ferro fundido em um estágio ante-rior ao desenvolvimento do banho fundido.

2. - Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa (b) incluiselecionar as velocidades de fornecimento do gás que con-tém oxigênio e materiais de alimentação sólidos paradentro do vaso para formarem o banho de material fun-dido de forma tal que ele inclui qualquer uma ou maisdas seguintes características:(a) pelo menos 3% peso, de C, com maiorpreferência pelo menos 3,5%, em peso, de C, em ferrofundido, no banho;(b) uma temperatura média no banho depelo menos 1400°C e não mais do que 1650°C, com maiorpreferência não mais do que 1600°C;(c) não mais do que 15%, em peso, de FeOna escória fundida no banho.

3. - Método de acordo com qualquer umadas reivindicações precedentes, caracterizado pelofato de que a etapa (b) inclui fornecer os materiais dealimentação sólidos simultaneamente ao vaso.

4. - Método de acordo com a reivindica-ção 1 ou reivindicação 2, caracterizado pelo fato deque a etapa (b) inclui fornecer os materiais de alimen-tação sólidos em velocidades variáveis para o vaso duran-te diferentes estágios da etapa.

5. - Método de acordo com a reivindica-ção 4, caracterizado pelo fato de que a etapa (b) in-clui um primeiro estágio de formação escória fundida comouma parte principal; isto é, pelo menos 50% em peso, domaterial fundido no banho ao fornecer quantidades com-parativamente grandes de material de formação de es-cória e material carbonáceo para dentro do vaso e for-necer nenhuma ou uma quantidade comparativamente pe-quena de material de alimentação com algum teor deferro para dentro do vaso.

6. - Método de acordo com a reivindicação-5, caracterizado pelo fato de que o primeiro estágio daetapa (b) inclui a formação de escória fundida de uma ma-neira tal que o material fundido compreenda, pelo menossubstancialmente, isto é, pelo menos 80% em peso, deescória fundida.

7. - Método de acordo com a reivindicação 5ou reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que aetapa (b) inclui ainda: um segundo estágio de iniciaçãode formação de ferro fundido no material fundido no ba-nho ou aumentar a quantidade de ferro fundido no materialfundido ao começar a fornecer material com algum teor deferro para dentro do vaso ou aumentando o suprimento dematerial com algum teor de ferro para dentro do vaso.

8. - Método de acordo com a reivindica-ção 7, caracterizado pelo fato de que a etapa (b) in-clui a iniciação do segundo estágio quando existe su-ficiente escória fundida no material fundido no banho,de forma tal que a concentração de FeO na escória fundi-da é capaz de ser mantida inferior a 15%, em peso, pre-ferentemente inferior a 10%, em peso, e com maiorpreferência inferior a 8%, em peso, do material fundidoquando quantidades substanciais de materiais de alimen-tação que contêm ferro são alimentadas para dentro dobanho e o inventário de ferro fundido começa a ser for-mado no material fundido.

9. - Método de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato deque a etapa (b) inclui fornecer materiais de alimentaçãosólidos para dentro do vaso mediante injeção dos materi-ais de alimentação através de lanças de injeção de sóli-dos que se estendem para o interior do vaso.

10. - Método de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato deque a etapa (b) inclui fornecer materiais de alimentaçãosólidos para dentro do vaso, os quais formam pelo menos-80%, em peso, do banho fundido, pela injeção dos materiaisde alimentação por meio de lanças de injeção de sólidosque se estendem para o interior do vaso.

11. - Método de acordo com a reivindicação-9 ou reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que aetapa (b) inclui injetar cada um dos tipos de materiaisde alimentação sólidos através de lanças de injeção desólidos separadas.

12 - Método de acordo com a reivindicação-9 ou reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que aetapa (b) inclui misturar entre si dois ou mais de doisdos tipos de materiais de alimentação sólidos e depoisdisso injetar os materiais de alimentação sólidos mis-turados através de lanças de injeção de sólidos.

13. - Método de acordo com qualquer uma dasreivindicações 9 a 12, caracterizado pelo fato de que aetapa (b) inclui transportar materiais de alimentação só-lidos através de lanças de injeção de sólidos e dessa ma-neira injetar os materiais de alimentação sólidos paradentro do vaso com um gás transportador.

14. - Método de acordo com a reivindicação-13, caracterizado pelo fato de que o gás transportadorinclui (a) um gás não-oxidante, tal como nitrogênio ouargônio, e (b) um gás que contém oxigênio.

15. - Método de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato deque a etapa (b) inclui fornecer o gás que contém oxigêniopara dentro do vaso mediante injeção do gás que contémoxigênio através de pelo menos uma lança de injeção degás que se estende dentro do vaso.

16. - Método de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato deque o material de formação de escória inclui escória, talcomo escória em uma forma triturada ou granulada, produzidaem uma campanha anterior para produzir ferro fundido em umprocesso de redução direta no mesmo ou em um vaso diferente.

17. - Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o material de forma-ção de escória inclui um fundente, tal como pedra calcá-ria.

18. - Método de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato deque o material com algum teor de ferro inclui 100% de fi-nos de minério, uma mistura de minério e ferro, ou miné-rio de ferro parcialmente reduzido, tal como DRI.

19. - Método de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato deque o gás que contém oxigênio inclui ar ou ar enriquecidocom oxigênio.

20. - Método de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato deque o vaso inclui uma carcaça de aço externa e incluiuma soleira revestida de refratário para conter o banhofundido.

21. - Método de acordo com a reivindicação-20, caracterizado pelo fato de que a soleira inclui umrevestimento de material refratário de segurança no interiorda carcaça, um revestimento operacional de material re-fratário por dentro do revestimento de segurança; e umrevestimento anódico de material refratário por dentro dorevestimento operacional.

22. - Método de acordo com a reivindicação-20 ou reivindicação 21, caracterizado pelo fato de queo vaso é um vaso vertical e inclui uma pluralidade delanças de injeção de sólidos que ficam espaçadas cir-cunferencialmente em torno do vaso e que se estendemdescendentemente e para dentro do vaso (preferentementeatravés de uma parede lateral do vaso), pelo menos umalança de injeção que contém oxigênio estendendo-se des-cendentemente dentro do vaso (preferentemente atravésda abóbada do vaso), um conduto de gás de descarga parasaida do gás de descarga a partir do vaso, um meio paravazamento de ferro fundido a partir do vaso (preferen-temente uma ante-soleira) , e um meio para vazamento deescória fundida a partir do vaso.

23. - Método de acordo com a reivindicação-22, caracterizado pelo fato de que o método inclui in-jetar materiais de alimentação sólidos através das lan-ças de injeção de sólidos com um gás transportador não-oxidante, tal como nitrogênio, o método inclui tambéminjetar gás que contém oxigênio através de uma ou mais doque as outras lanças de injeção de sólidos.

24. - Método de acordo com qualquer uma dasreivindicações 20 a 23, caracterizado pelo fato de quea etapa (a) inclui o pré-aquecimento do vaso até que atemperatura de uma superfície voltada para dentro dos re-fratários da soleira seja pelo menos 1300°C.

25. - Método de acordo com qualquer uma dasreivindicações 21 a 24, caracterizado pelo fato de quea etapa (a) inclui pré-aquecer o vaso até que a tempera-tura de uma seção externa do revestimento operacional dasoleira seja pelo menos 500°C.

26. - Método de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato deque a etapa (a) inclui pré-aquecer o vaso em uma seriede estágios que progressivamente aumentam a temperatura novaso.

27. - Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a etapa (a) incluium primeiro estágio de injeção de ar quente ou ar enri-quecido com oxigênio no vaso, inicialmente a uma tempe-ratura da ordem de 200°C e depois disso aumentar a tem-peratura para uma temperatura em torno de 850°C; e pré-aquecer o vaso com o calor do ar quente ou ar enriquecidocom oxigênio.

28. - Método de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que a etapa (a) inclui umsegundo estágio de fornecimento de um gás combustível, talcomo gás natural, para o vaso depois que a temperaturado ar quente ou do gás enriquecido com oxigênio injetadoalcança a temperatura em torno de 850°C; e continuar a a-quecer o vaso utilizando-se o calor gerado no vaso porcombustão do gás natural.

29. - Processo de redução direta baseada embanho fundido que inclui o método de efetuar a partidaa frio do processo de redução direta para produzir Fer-ro fundido em um vaso de redução direta de acordo comqualquer uma das reivindicações precedentes e depoisdisso operar o processo sob condições de estado cons-tante no vaso e produzir metal fundido.