BRPI0708458A2 - unidade de redução direta para produzir metal fundido a partir de um material de alimentação metalìfero - Google Patents

Abstract

UNIDADE DE REDUãO DIRETA PARA PRODUZIR METAL FUNDIDO A PARTIR DE UM MATERIAL DE ALIMENTAçAO METALìFERO Uma unidade de redução direta para produzir metal fundido a partir de um material de alimentação metalífero utilizando um processo de redução direta baseado em banho fundido é revelada. A unidade inclui uma instalação de duto de descarga de gás para facilitar o fluxo de gás de saída do vaso, a instalação de gás incluindo dois dutos de descarga de gás de diâmetros compatíveis estendendo-se para fora do vaso.

Description

"UNIDADE DE REDUÇÃO DIRETA PARA PRODUZIR METAL FUNDIDO APARTIR DE UM MATERIAL DE ALIMENTAÇÃO METALIFERO".

CAMPO DA TÉCNICA

Refere-se a presente invenção a uma unidade deredução direta para produzir metal fundido a partir de ummaterial de alimentação metalifero, tais como minérios,minérios parcialmente reduzidos e correntes de refugo quecontêm metal.

Um processo de redução direta conhecido, o qualse baseia principalmente em um banho fundido como um meiode reação, e é geralmente chamado de processo HIsmelt,encontra-se descrito no pedido Internacional PCT/AU96/00197(WO 96/31627) em nome da mesma requerente da presenteinvenção. A invenção do pedido Internacional é incorporadaaqui através de referências destacadas.

0 processo HIsmelt conforme descrito no pedidoInternacional, no contexto de produção de ferro fundido,inclui:

(a) formar um banho de ferro fundido e deescória em um vaso;

(b) injetar no banho: (i) um material dealimentação metalifero, tipicamente óxidos de ferro; e (ii)um material carbonáceo sólido, tipicamente carvão, o qualfunciona como um redutor dos óxidos de ferro e como umafonte de energia; e

(c) reduzir o material de alimentaçãometalifero para ferro na camada de metal.

0 termo "redução" é compreendido neste contextocomo significando processamento térmico em que ocorremreações químicas que reduzem material de alimentaçãometalífero para produzir metal fundido.

0 processo HIsmelt também inclui a pós-combustãode gases de reação, tais como CO e H2, os quais sãodesprendidos a partir do banho para a região acima do banhocom gás contendo oxigênio e transferindo o calor geradopela pós-combustão para o banho para contribuir para aenergia térmica requerida para reduzir os materiais dealimentação metalíferos.

O processo HIsmelt também inclui a formação deuma zona de transição no espaço acima da superfíciequiescente do banho, no qual existe uma massa favorávelascendente e posteriormente descendente de respingos ougotículas ou correntes de metal fundido e/ou escória queproporciona um meio efetivo para transferir para o banhopara o banho a energia térmica gerada pela pós-combustãodos gases de combustão para o banho.

No processo HIsmelt o material de alimentaçãometalífero e o material carbonáceo sólido são injetados nobanho fundido através de uma quantidade de lanças, as quaissão inclinadas em relação à vertical de maneira aestenderem-se descendentemente e para dentro através daparede lateral do vaso de redução direta e em uma regiãoinferior do vaso de maneira a distribuir pelo menos partedo material sólido para dentro da camada de metal no fundodo vaso. Para promover a pós-combustão dos gases de reaçãona parte superior do vaso, um jorro de ar quente, o qualpode ser enriquecido com oxigênio, é injetado em uma regiãosuperior do vaso através de uma lança de injeção de arquente que se estende descendentemente. Os gases dedescarga resultantes da pós-combustão dos gases de reaçãono vaso são retirados a partir de uma região superior dovaso através de um condutor de gás de descarga. 0 vasoinclui painéis refrigerados à água, revestidos derefratário na parede lateral e no teto do vaso, e faz-secircular água continuamente através dos painéis em umcircuito continuo.

O processo HIsmelt possibilita que grandesquantidades de metal fundido, tal como ferro fundido, sejamproduzidas mediante redução direta em um único vasocompacto. A fim de que isto seja conseguido é necessáriotransportar grandes quantidades de ar quente para e apartir do vaso de redução direta, transportar grandesquantidades de materiais de alimentação metaliferos, taiscomo materiais de alimentação que contêm ferro, para ovaso, transportar grandes quantidades de produto metálicofundido e escória produzida em um processo fora do vaso, ecircular grandes quantidades de água através dos painéis deágua fria - tudo dentro de uma área relativamenteconfinada. Material carbonáceo e fundentes, às lanças deinjeção de sólidos. Essas funções devem prosseguir durantetoda a operação de redução, que desejavelmente se estendepor pelo menos 12 meses. Também é necessário proverfacilidades de acesso e manuseio para que seja possível oacesso ao vaso e manutenção de equipamentos entre asoperações de redução.

Uma unidade comercial de redução direta HIsmeltbaseado em um vaso de 6 m de diâmetro (diâmetro interno dasoleira refratária) foi construída em Kwinana, Austráliaocidental. A unidade foi desenhada para operar o processoHIsmelt e produzir 800.000 toneladas por ano de ferrofundido no vaso.

O depositante agora desenvolveu um trabalho depesquisa e desenvolvimento para desenhar uma unidadecomercial de redução direta HIsmelt de larga escala, paraproduzir em excesso 1 milhão de toneladas par ano de ferrofundido através do processo HIsmelt.

O depositante foi confrontado com uma série deproblemas ao aumentar a escala do processo HIsmelt eproduziu um design alternativo para uma unidade de reduçãodireta HIsmelt.

A presente invenção está relacionada a umaunidade de redução direta que é um design alternativo paraa unidade de redução direta HIsmelt acima mencionada.

A unidade de redução direta da presente invençãotambém pode ser usada para outros processos de reduçãodireta.

EXPOSIÇÃO DA INVENÇÃO

De acordo com a presente invenção é proporcionadauma unidade de redução direta para produzir metal fundido apartir de um material de alimentação metalífero utilizandoum processo de redução direta baseado em banho fundido queinclui:

(a) Um vaso de redução direta fixo para suportarum banho de metal fundido e escória, e um espaço de gás5/28

acima do banho, o vaso incluindo uma soleira e uma paredelateral;

(b) Uma instalação de alimentação de sólidos parafornecer material de alimentação sólida, incluindo materialde alimentação metalifero e material carbonifero, a partirde um local de suprimento de material de alimentaçãosólida, de fora do vaso para dentro do vaso;

(c) Uma instalação de alimentação de gás quecontém oxigênio para fornecer um gás que contém oxigênio apartir de um local de suprimento de gás que contém oxigêniode fora do vaso para dentro do vaso;

(d) Uma instalação de duto descarga de gás parafacilitar o fluxo de saida de gás do vaso, a instalação deduto descarga de gás incluindo dois dutos descarga de gásde diâmetro compatível, estendendo-se para fora do vaso;

(e) Uma instalação de corrida de metal parasangrar metal fundido do banho durante uma operação deredução;

(f) Uma instalação de corrida de escória parasangrar escória do banho durante uma operação de redução.

O requerente identificou que um único duto de gásde saída para taxa de fluxo de gás de saída produzida porum processo HIsmelt produzindo 2 milhões de toneladas oumais de metal fundido ou mais não é uma opção desejável doponto de vista de engenharia estrutural e tal não pode serimediatamente construído fora do local e transportado parao local para montagem.Preferivelmente os dutos de gás de saídaestendem-se para fora a partir de uma seção superior daparede lateral do vaso.

Preferivelmente a seção superior da paredelateral é cilíndrica.

Preferivelmente a parede lateral do vaso inclui:

(a) Uma seção cilíndrica inferior;

(b) Uma seção cilíndrica superior que possui umdiâmetro menor do que o da seção inferior;

(c) Uma seção de transição que interliga asseções superior e inferior.

Preferivelmente a instalação de dutos de gás desaída inclui dois dutos de gás de saída compatíveis decompatibilidade de tamanho. 0 termo "compatibilidade" éaqui entendido como significando que o tamanho dos dutos éo mesmo.

Preferivelmente os dutos de gás de saída definemum formato em V quando vistos de cima do vaso.

Preferivelmente o ângulo entre os dutos de gás desaída que estão descritos pelos eixos dos dutos de gás desaída é de 50-90°, mais preferivelmente 55-80°, ainda maispreferivelmente 60-80°.

Preferivelmente os dutos de gás de saída sãoinclinados para cima a um ângulo de 5-10° em relação ahorizontal.

Preferivelmente os dutos de gás de saída sãoposicionados em relação à seção superior cilíndrica daparede lateral, de modo que o eixo central dos dutosinterseccionem um ao outro e uma linha radial que seestende a partir de um eixo vertical central do vaso longedos dutos. Em outras palavras, os eixos dos dutos de gás desaida não são radiais a partir do eixo vertical central dovaso.

0 requerente identificou que posicionando osdutos de gás de saida conforme descrito no parágrafoprecedente é preferível do que posicionando os dutos deforma que os eixos dos dutos se estendem radialmente apartir do eixo vertical central do vaso. A razão para essapreferência é que a seção da parede lateral que está entreos dutos de gás de saída é uma seção maior, em termos doarco descrito pela seção, e essa é uma vantagem a partir doponto de vista estrutural dessa seção da parede lateral.

Preferivelmente a instalação de alimentação degás contendo oxigênio inclui (i) uma instalação de injeçãode gás, incluindo uma pluralidade de lanças de injeção degás para injetar gás contendo oxigênio dentro do vaso, quese estende através das aberturas no vaso e (ii) umainstalação de dutos de distribuição de gás estendendo-se apartir da localização de fornecimento de gás longe do vaso,para distribuir gás contendo oxigênio para instalação deinjeção de gás, a instalação de dutos de distribuição degás incluindo uma única tubulação de fornecimento de gásconectado às lanças de injeção de gás, para fornecer o gáscontendo oxigênio, a partir da localização de fornecimentode gás, para as lanças e os dutos de gás de saída sendoposicionados a uma altura intermediária à tubulação defornecimento de gás e à seção de transição da paredelateral do vaso.Preferivelmente a seção de transição da paredelateral do vaso inclui as aberturas para as lanças deinjeção de gás e as lanças estendem-se através dasaberturas para dentro do vaso e pelo menos algumas dasaberturas na seção de transição são posicionadas, pelomenos parcialmente, abaixo dos dutos de gás de saida ondeas lanças estão espaçadas equi-radialmente em volta dovaso.

Preferivelmente a instalação de dutos dedistribuição de gás inclui uma pluralidade de membros queconectam a tubulação de fornecimento de gás e as lanças deinjeção de gás e cada membro conector inclui um cilindroque se estende a partir da uma entrada final de uma daslanças de injeção de gás e uma junta expansora, que éconectada a um terminal do cilindro e ao outro extremo, atéuma das saídas da tubulação de distribuição de gás e oseixos dos dutos de gás de saída são espaçados radialmente,de modo que as aberturas na seção de transição sãolocalizadas em uma posição em baixo dos dutos de gás desaída, de modo que os cilindros de injeção de gás e/oulanças que se estendem para baixo e para dentro dasaberturas dos dutos de fornecimento de gás tenham aberturasuficiente, a partir dos dutos, para instalação e remoçãodos cilindros e/ou lanças.

Preferivelmente os dutos de gás de saída incluemao menos uma válvula de controle de fluxo, para controlar ofluxo de gás de saída do vaso.

Preferivelmente a unidade inclui ao menos umadita válvula de controle de fluxo conectada a cada duto degás de saída para controlar o fluxo de gás de saída atravésdo duto.

Preferivelmente o material metalífero incluiminério de ferro.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Na presente invenção encontram-se descritasadiante de forma mais detalhada com referência aos desenhosanexos, dos quais:

As Figuras 1 e 2 representam uma vista emperspectiva de duas direções diferentes que ilustram o vasode redução direta e uma parte do sistema de duto dedescarga que faz parte de uma modalidade da unidade deredução direta de acordo com a presente invenção;

A Figura 3 representa uma vista em perspectiva dovaso;

A Figura 4 representa uma elevação lateral dovaso;

A Figura 5 representa uma elevação lateral dovaso, que ilustra o layout dos ladrilhos refratários nointerior do vaso;

A Figura 6 representa uma elevação lateral dovaso que ilustra o arranjo de lanças de injeção de sólidose as lanças de injeção de gás quente do vaso;

A Figura 7 é uma seção em corte transversal nalinha A-A na Figura 6;

A Figura 8 é uma seção em corte transversal nalinha A-A na Figura 6;

A Figura 9 é um diagrama que ilustra o arranjo delanças de injeção de sólidos do vaso;

A Figura 10 é uma vista frontal diagramática decomponentes selecionados do vaso, que ilustram os envelopesde extração e inserção das lanças de injeção de sólidos elanças de injeção de ar quente do vaso;

A Figura 11 é uma vista frontal do vaso; e

A Figura 12 é uma vista frontal do caso com oduto de descarga e o sistema BLAST de distribuição de arquente removidos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES

A unidade de redução direta mostrada nas figurasé adequada particularmente para redução de materialmetalífero de acordo com o processo Hismelt conformedescrito no Pedido internacional de patente PCT/AU96/00197(WO 96/00197).

A unidade não está confinada a redução dematerial metalifero de acordo com o processo Hismelt.

A descrição seguinte está no contexto de reduçãode minério de ferro purificado para produzir ferro fundidode acordo com o processo Hismelt.

A presente invenção não está restrita a produçãode ferro fundido e se estende a redução de qualquermaterial metalifero.

A descrição seguinte se foca em um vaso deredução direta de uma unidade de redução direta eaparelhagens, tais como lanças de injeção de sólidos e gás,que são diretamente associadas ao vaso.

A unidade de redução direta também inclui outrasaparelhagens, incluindo aparelhagens para processamento demateriais alimentados para o vaso contra o fluxo do vaso eaparelhagens para processamento de produtos (metal fundido,escórea fundida e gás de saida) produzidos no vaso. Taisoutras aparelhagens não são aqui descritas em detalhesporque este não é o foco da presente invenção, mas estasentretanto formam parte da unidade. Tais outrasaparelhagens são descritas em outros pedidos de patente emnome do requerente e a descoberta nesses pedidos de patenteé aqui incorporada através de referência remissiva.

Com referência às figuras, no contexto dapresente invenção, as características principais dasconcretizações da unidade de redução direta mostrados nasfiguras são:

(a) um vaso de redução direta fixo 3 parasuportar um banho fundido 41 de metal e escórea e um espaçogasoso 43 acima do banho;

(b) uma instalação de alimentação de sólidos queinclui 12 lanças de injeção de sólidos 5a, 5b para fornecermaterial de alimentação sólida, incluindo material dealimentação metalífera e material carbonífero, dentro dovaso;

(c) uma instalação de alimentação de gás quecontém oxigênio para fornecer um gás que contém oxigênio aovaso, que inclui:

(c) (i) uma instalação de injeção de gás naforma de 4 lanças de injeção 7 para injetar o gás contendooxigênio dentro do espaço gasoso e/ou do banho dentro dovaso; e

(c) (ii) uma instalação de dutos de distribuiçãoque inclui uma tubulação circular 9 e uma pluralidade demembros 49, o qual associado a cada lança de injeção gasosa7, que conecta a tubulação circular 9 e as lanças deinjeção de gás 7 para distribuir o gás contendo oxigênio,tipicamente ar ou ar enriquecido de oxigênio, às lanças deinjeção de gás 7; e

(d) um duto de gás de saída que inclui doisdutos de gás de saída 11 para facilitar a vazão de gás desaída do vaso para fora do vaso;

Com referência às Figuras 1, 2 e 10, érelevante observar, a esse ponto, que unidade de reduçãodireta também inclui uma superestrutura 8 9 formada de vigasde aço conectadas para definir uma forma octogonal externaao perímetro 91, uma forma octogonal interna ao perímetro93 e uma série de membros conectados 95 interconectando asvigas perimetrais. A superestrutura 89 suporta a tubulaçãocircular 9 da instalação de dutos de distribuição de gásatravés de ganchos (não demonstrados). A superestruturatambém inclui uma pluralidade de plataformas (nãodemonstradas) que provêm acesso a operários no vaso 3 emdiferentes alturas do vaso 3.

O vaso 3 inclui (a) uma soleira que inclui umabase 21 e laterais 23 formadas de ladrilhos refratários,(b) uma parede lateral 25 que se estende para cima a partirda soleira, e (c) uma cobertura torisférica 27. De modo acolocar o tamanho do vaso 3 em contexto, um vaso 3 que édesignado a produzir 2 milhões de toneladas por ano deferro fundido necessita de um diâmetro de soleira (interno)de aproximadamente 8m.

A parede lateral 25 do vaso 3 é formada de modoque o vaso inclui (a) uma seção cilíndrica inferior 29, (b)uma seção cilíndrica superior 31 que possui um diâmetromenor que a seção 29, e (c) uma seção frustocônica 33 queinterconecta as duas seções 29, 31.

É evidente a partir da seguinte descrição edesenhos que as 3 seções 29, 31, 33 da parede lateral 25 dovaso dividem a parede lateral 25 em 3 zonas separadas. Aseção inferior 29 suporta lanças de injeção de sólidos 7.Finalmente a seção superior 33 em vigor, é uma câmera degás de exaustão a partir do qual o gás de exaustão deixa ovaso.

A parede lateral 25 e a cobertura 27 do vaso 3suportam a pluralidade de painéis de água refrigerada (nãodemonstrados) e a unidade inclui um circuito de águarefrigerada. Com referência a Figura 5, a seção superior 33inclui painéis de aço simples e a seção inferior 29 incluipainéis de aço duplos. 0 circuito de água refrigeradafornece e remove água aquecida dos painéis de águarefrigerada e, portanto, extrai calor da água aquecidaantes de retornar a água aos painéis de água refrigerada.

A seção frustocônica 33 da parede lateral 25 dovaso 3 inclui aberturas 35 para lanças de injeção de gás 7.As lanças 7 se estendem através das aberturas 35. Aaberturas das lanças 25 incluem flanges de montagem 37, eas lanças 7 são montadas era cima e sustentadas pelosflanges 37. As aberturas das lanças 35 são na mesma alturado vaso 3 e são posicionadas em intervalos iguais em tornodo perímetro da parede lateral 25 do vaso 3.

Com referência a figura 5, no caso de uso do vaso3 para reduzir minério de ferro purificado para produção deferro fundido de acordo com o processo Hismelt, o vaso 3contém um banho fundido 41 de ferro e escórea que incluiuma camada (não demonstrada) de ferro fundido contido nasoleira do vaso 3 e uma camada (não mostrada) de escóreafundida na camada de metal 22. 0 banho fundido 41demonstrado na Figura 5 está sob condições quiescentes -ex: sob condições em que não há injeção de sólidos ou gásno vaso 3. Tipicamente, quando o processo Hismelt estáoperando no vaso 3 para produzir 2 milhões de toneladas porano de ferro fundido, o vaso 3 contém 500 toneladas deferro fundido e 700 toneladas de escórea fundida.

Com referência às figuras 3 e 4, o vaso 3 tambéminclui 2 portas de acesso 45 na lateral da soleira parapermitir acesso ao interior do vaso 11 para novorevestimento ou outro trabalho de manutenção no interior dovaso.

As portas de acesso 45 são na forma de placas deaço que são soldadas às laterais 23. Quando o acesso aointerior do vaso é necessário, as placas são eliminadas dalateral 23 da soleira e placas de reposição são soldadas naposição após o trabalho no vaso 3 ter sido completado. Asportas de acesso 45 são dispostas à pelo menos 90° em voltada circunferência do vaso 3. Esse espaçamento faz com queseja possível a demolição da parede refratária paraestender através das portas 45 dentro do vaso e demolir umaparte substancial dos refratores de uma parede lateralalinhada refratária enquanto o vaso está quente. Alémdisso, as portas de acesso 45 são suficientemente largas,tipicamente 2.5m de diâmetro, para permitir que equipamentobob-cat ou similar acesse o interior do vaso 3.

Com referência a Figura 3, o vaso 3 também incluiuma porta de acesso similar 47 na cobertura 27 do vaso 3para permitir acesso ao interior do vaso 11 pararevestimento ou outro trabalho de manutenção no interior dovaso 3.

Em funcionamento, as quatro lanças de injeção degás 7 da instalação de injeção de gás injeta uma explosãode ar quente enriquecido de oxigênio a partir de umaestação de abastecimento de gás quente (não demonstrada)situada a alguma distância do vazo de redução 11. A estaçãode abastecimento de gás quente inclui uma série de fornosde gás (não demonstrados) e uma unidade de oxigênio (nãodemonstrada) para permitir que uma corrente de arenriquecido de oxigênio possa passar através dos fornos degás quente e para dentro de um duto de distribuição gasosa51 (figura 2 e 11) o qual é conectado à tubulação circular9. Alternativamente, oxigênio pode ser adicionado a umacorrente de ar após a corrente de ar ter sido aquecidapelos fornos.

o propósito das lanças de injeção de gás 7 éinjetar uma taxa de fluxo suficiente de ar quenteenriquecido de oxigênio a uma velocidade suficiente paraque o ar quente penetre uma fonte, tipicamente uma fonteanular, de metal fundido e escórea que é projetada paraacima, para dentro do vaso 3 como parte do processo HIsmelte o ar quente enriquecido de oxigênio queima gásinflamável, tal como dióxido de carbono e hidrogênioliberados do banho, que está na fonte. Queima de gáscombustível produz calor que é transferido ao banho fundidoquando o metal fundido e escórea se movem de volta parabaixo dentro do banho.

As lanças de injeção de gás 7 são lanças deinjeção diretas avançadas em termos de construção básica enão incluem turbinas para transmissão de turbilhão para oar enriquecido de oxigênio fluindo através das lanças. Comoindicado acima, trabalho de pesquisa do requerentedescobriu que lanças de injeção de gás 7 operando semturbinas podem alcançar performance comparável a lanças queoperam sem turbinas.

As lanças de injeção de gás 7 estendem-se parabaixo através da seção frusto-cônica 33 da parede lateral25 do vaso 3 dentro da região superior do vaso 3. As lanças7 são equi-espaçadas em volta da seção frusto-cônica 33 eestão na mesma altura. As lanças 7 são posicionadas paraestenderem-se para baixo e para fora para injetar ar quentepela seção inferior 29 da parede lateral 25. É importantenotar que é indesejável que o gás contendo oxigênio tenhacontato com a parede lateral 25 do vaso - altastemperaturas geradas pela combustão na parede lateral sãoindesejáveis a partir do ponto de vista da vida útil dovaso. Conseqüentemente, as lanças 7 são dispostas de modoque as pontas 53 das lanças 7 são apontadas em um circulohorizontal.

A acima descrita injeção para cima e para fora degás de saida contendo oxigênio é também desejável a partirdo ponto de vista de evitar combustão de gases de reação,tal como CO, em um núcleo central vertical do vaso,geralmente identificado pelo numerai 139, na Figura 5, eperda resultante de calor com gás de saida dos dutos de gásde saida 11.

Como pode ser mais bem visto na Figura 3, atubulação circular 9 da instalação de dutos de distribuiçãoé um duto circular que é posicionado acima do vaso 3.Conforme descrito acima, a tubulação circular 9 é conectadaao duto de distribuição de gás quente 51 e recebe arenriquecido de oxigênio a partir do duto 51.

A tubulação circular 9 inclui 4 saídas 65.

Os membros conectores 4 9 da instalação de duto dedistribuição de gás conecta a tubulação circular 9 àslanças de injeção de gás 7.

Os membros conectores de calor 4 9 para cada lançade injeção de gás 7 incluem um cilindro que se estende deuma entrada final da lança 7 e uma conexão de expansão 63que é conectada a uma terminação do cilindro 61 e a outraterminação a uma saída 65 da tubulação circular 9.

Em funcionamento, as lanças de injeção de gás 7recebem ar quente enriquecido de oxigênio através atubulação circular 9 e os membros conectores 4 9 queconectam as lanças 7 à tubulação circular 9. A tubulaçãocircular 9 distribui a mesma taxa de fluxo de ar quente acada lança 7.

Com referência às Figuras 6 e 8, a localização decada lança de gás 7 dentro do vaso 3 pode ser estabelecidateoricamente por:

(a) posicionamento da lança 7 verticalmente emrelação ao bico ponta 53 da lança 7 em uma posição exigida- indicada pelos ícones circulares 55 nas Figuras 6 e 8 - eentão,

(b) com o bico da lança 53 fixado, pivotando alança 35° em um plano vertical que intersecciona o bico dalança 53 e está perpendicular a um plano radial queintersecciona o bico da lança 35 e então,

(c) com um bico da lança 53 fixado, rotacionandoa lança 30° para fora em direção ao plano radial.

As lanças de injeção de gás 7 são dispostaspara serem removíveis do vaso 3.

Especificamente, cada lança 7 pode ser extraídaatravés do desencaixe do cilindro 61 e a junta expansora 63do membro de conexão associado 4 9 de cada lança 7 e datubulação circular 9, posteriormente desprendendo a lança 7do flange de montagem 37 da abertura da lança 35 na seçãofrusto-cônica 33 da parede lateral 25, e posteriormenteconectando a lança 7 a uma grua superposta (nãodemonstrada) e levantando a lança 7 para cima a partir daabertura 35.

Lanças de reposição 7 podem ser inseridas no vaso3 através do procedimento inverso ao descrito no parágrafoanterior.

As 12 lanças de injeção de sólidos 5a, 5b dainstalação de alimentação de sólidos se estende para baixoe para dentro através das aberturas (não demonstradas) naparede lateral 25 da seção inferior 29 da parede lateral 25do vaso 3 e dentro da camada de escórea (não demonstrada)do banho fundido 41. As lanças 5a, 5b são dispostas de modoque os bicos das lanças sejam pontas de um circulohorizontal imaginário. A parede lateral 25 inclui flangesde montagem 69 e as lanças 5a, 5b são montadas nestas esuportadas pelos flanges 69.

Com referência às Figuras 7 e 9, as lanças deinjeção de sólidos 5a, 5b incluem (a) 8 lanças 5a parainjetar minérios de ferro purificados e fluir para dentrodo vaso 3 e (b) 4 lanças 5b para injeção de materialcarbonáceo sólido e fluir para dentro do vaso 3.

Os materiais sólidos são carregados em umtransportador de gás desprovido de oxigênio. Tudo sobre aslanças 5a, 5b é o mesmo diâmetro externo e são posicionadasà mesma altura do vaso 3. As lanças 5a, 5b são equi-espaçadas em volta da circuferência da seção inferior 29 daparede lateral 25 e são dispostas de modo que as lanças deinjeção de minério de ferro 5a são dispostas em pares e háuma lança de injeção de carvão 5b separando cada paradjacente das lanças de injeção de minério de ferro 5a. 0pareamento das lanças de minério de ferro 5a para injeçãode minério de ferro quente dentro do vaso reduz problemascom acesso de tubulações em volta do vaso.

Em funcionamento, as lanças de injeção de minériode ferro 5a recebem minério de ferro purificado quente efluem através de um sistema de injeção de minério quente elanças de injeção de carvão 5b recebem carvão e fluematravés da injeção de um sistema de material carbonáceodurante uma operação de redução.

Com referência a Figura 9, o sistema de injeçãode minério quente inclui um pré-aquecedor (não demonstrado)para aquecer o minério de ferro purificado e um sistema detransferência de minério aquecido que inclui uma série delinhas de tubulação de reposição 73 e pares de série dereposição ramificados 75 para cada par de lanças de injeçãode minério de ferro 5a e um fornecimento de transportadorgasoso para transportar de minério purificado quente naslinhas de fornecimento 71, 73 e para injetar o minériopurificado dentro do vaso 3 a uma temperatura da ordem de68 0 0C.

Com referência a Figura 9, o sistema de injeçãode material/fluxo carbonáceo inclui uma linha defornecimento simples 77 para cada lança de injeção decarvão 5b.

O diâmetro exterior das linhas de fornecimento decarvão 75 é menor que, tipicamente 40-60% menor, o diâmetroexterior das linhas ramificadas de minério quente 75.

Enquanto o diâmetro interno das lanças 5a, 5b épreferivelmente o mesmo, a necessidade de isolar as linhasde fornecimento de minério quente 75 e as linhasramificadas de minério quente 77 aumenta significantementeo diâmetro exterior das lanças. Tipicamente, as linhasramificadas de minério quente 75 têm o mesmo diâmetroexterior em uma variação de 400-600mm e as linhas defornecimento de carvão 77 têm o mesmo diâmetro exterior emuma variação de 100-300mm. Em um exemplo particular, aslinhas ramificadas de minério quente 75 têm um diâmetro de500mm e as linhas de suprimento de carvão 77 tem umdiâmetro exterior de 200mm.

As lanças de injeção de sólidos 5a, 5b sãodispostas para serem removíveis do vaso 3.

Especificamente, a instalação de alimentação desólidos inclui uma instalação para suportar cada lança deinjeção de sólidos, 5a, 5b durante a remoção da lança dovaso e inserção de uma lança de reposição dentro do vaso 3.A instalação de suporte para cada lança 5a, 5b inclui umtrilho alongado (não demonstrado) se estendendo para cima epara fora da parede lateral 25 do vaso 3, um carregadorremovível ao longo do trilho, e um carregador dirigível(não demonstrada) operacional para mover o carregador aolongo do trilho, com o carregador sendo conectado às lanças5a, 5b para permitir que a lança seja suportada no trilho emovimentada para cima e para baixo através de execução dooperador do carregador e através disso extraída do vaso 3.A instalação de suporte é descrita em Pedidosinternacionais PCT/2005/001101 e PCT/AU2005/01103 no nomedo requerente e a descoberta em Pedidos internacionais éaqui incorporado por referência remissiva.

Como será evidente a partir da descrição acima, aunidade de redução direta acomoda retirada e reposição de16 lanças compreendendo as 4 lanças de injeção de gás 7 eas 12 lanças de injeção de sólidos 5a, 5b. 0 vaso 3 é umvaso relativamente compacto. Esse tamanho compacto do vasoe a posição da tubulação circular 9 e os dutos de gás 11 emrelação ao vaso 3 estabelece um espaço apertado restrito naremoção e reposição das lanças 7, 5a, 5b.

Com referência a Figura 10, para facilitar aremoção e reposição das lanças 7, 5a, 5b, ai unidade deredução direta inclui uma pluralidade de zonas de acesso agruas superiores se estendendo verticalmente 97a, 97b.

As zonas de acesso 97a são externas à tubulaçãocircular 9 e internas ao perímetro exterior 91 dasuperestrutura 89. Existem 12 zonas de acesso 97a no total,correspondendo a 12 lanças de injeção de sólidos 5a, 5b. Aszonas de acesso 97a permitem remoção e reposição de lançasde injeção de sólidos 5a, 5b.

As zonas de acesso 97b são internas à tubulaçãocircular 9. Existem 4 zonas de acesso 97b no total,correspondendo as 4 lanças de injeção de gás 7. As zonas deacesso 97b permitem remoção e reposição das lanças deinjeção de gás.

O par de dutos de gás de saída 11 da instalaçãodo duto de gás de saída permite que o gás de saídaproduzido em um processo de HIsmelt operando no vaso 3 parafluir a partir vaso 3 para processamento em direção acorrente antes de ser liberado para a atmosfera.

Conforme indicado acima, o processo Hismeltfunciona preferivelmente com ar ou ar enriquecido deoxigênio e, portanto, gera um volume substancial de gás desaída e requer um duto de gás de saída com diâmetrorelativamente grande 11.

Os dutos de gás de saída 11 se estendem a partirda seção superior 31 da parede lateral 25 a um ângulo de 7oem relação ao plano horizontal.

Como pode ser mais bem visto na Figura 11 e 12,os dutos de gás de saída descrevem uma forma em "V" quandovistos de cima do vaso 3. Os eixos longitudinais "X" dosdutos de gás de saída 11 descrevem um ângulo de 66,32°. Osdutos de gás de saída são posicionados de forma que oseixos centrais "X" dos dutos 11 interseccionam um ao outroe um ponto 101 em uma linha radial "L" que se estende doeixo vertical central 105 do vaso 3. Em outras palavras, oseixos "X" dos dutos de gás de saída 11 não são radiais apartir do eixo vertical central 105 do vaso 3.

Com referência a Figura 1 e 2, a unidade deredução direta inclui uma tampa de gás de saída separada107 conectada a cada duto de gás de saída 11 para esfriar ogás de saída do vaso 3. As tampas de gás de saída 107 seestendem verticalmente e para cima a partir dos terminaisde saída dos dutos de gás de saída 11. As tampas de gás desaída 107 esfriam o gás de saída do vaso 3 através de trocade calor com água/evaporação que passa através das tampas auma temperatura da ordem de 900°-1100°C.

Com mais uma referência às Figuras 1 e 2, aunidade de redução direta também inclui esfregadores de gásde saida separados 109 conectados a cada tampa de gás desaída 107 para remover partículas do gás de saídaresfriado. Em adição, cada tampa de gás de saída 107 éconectada a uma válvula de controle de fluxo (nãodemonstrada) que controla o fluxo de gás de saída do vaso eatravés da tampa de gás de saída 107. As válvulas decontrole de fluxo podem ser incorporadas aos esfregadoresde gás de saída 109.

Com mais uma referência às Figuras 1 e 2, aunidade de redução direta também inclui um únicorefrigerador de gás de saída 111 conectado a ambosesfregadores de gás de saída 109. Em funcionamento, orefrigerador de gás de saída 111 recebe correntes de gás desaída lavados de ambos os esfregadores de gás de saída 109e resfria o gás de saída a uma temperatura da ordem de 25o-40 0C.

Em funcionamento, o gás de saída esfriado dorefrigerador de gás de saída 111 é um processo necessário,por exemplo, ao ser utilizado como um combustível gasoso emfornos (não demonstrados) ou boiler de dissipação de calor(não demonstrado) para recuperar energia química do gás desaída e posteriormente ser liberado na atmosfera como umgás limpo.

A unidade de redução direta também inclui umainstalação de corrida de metal que inclui uma soleirafrontal 13 para sangrar ferro fundido continuamente do vaso3. Metal quente produzido durante uma operação de redução édescarregado do vaso 3 através da soleira frontal 13 e umlavador de metal quente (não demonstrado) conectado àsoleira frontal 13. O terminal de saida do lavador de metalquente é posicionado acima da estação da concha de metalquente (não demonstrado) para fornecer metal fundido parabaixo em direção às conchas localizadas na estação.

A unidade de redução direta também inclui umainstalação de corrimento de metal final para sangrar metalfundido do vaso 3 no final da operação de redução fora daparte inferior do vaso 3 e para transportar o ferro fundidopara longe do vaso 3. A instalação de corrimento de metalfinal inclui uma pluralidade de metais e buracos desangramento 15 no vaso 3.

A unidade de redução direta também inclui umainstalação de corrimento de escórea para sangrar escóreafundida do vaso 3 periodicamente da parte inferior do vasoe transportar a escórea para longe do vaso 3 durante umaoperação de redução. A instalação de corrimento de escóreainclui uma pluralidade de fendas de escórea 17 no vaso 3.

A unidade de redução direta também inclui umainstalação de corrimento de escórea para drenar escórea dovaso 3 no final de uma operação de redução. A instalaçãofinal de corrimento de escórea inclui uma pluralidade deburacos de sangramento de escórea 19 no vaso 3.

Em uma operação de redução de acordo com oprocesso HIsmelt, metais de ferro purificados etransportador apropriado de gás e carvão e transportadoradequado de gás são injetados dentro do banho fundidoatravés das lanças 5a, 5b. 0 momento dos materiais sólidose transportadores de gases faz com que os materiais sólidospenetrem a camada de metal do banho fundido 41. 0 carvão édesvolatilizado através disso produz gás na camada demetal. 0 carbono parcialmente dissolve no metal eparticularmente resta na forma de carbono sólido.

Os minerais de ferro purificados são reduzidos aferro fundido a reação de redução gera monóxido de carbono.0 metal fundido é removido continuamente do vaso 3 atravésda soleira frontal 13.

Escórea fundida é removida periodicamente do vaso3 através das fendas de escórea 17.

Os gases que são transportados para dentro dacamada de metal e gerados por desvolatilização e reações deredução produzem levantamento significativo de metalfundido flutuante, carbono sólido e escórea (extraído paraa camada de metal como conseqüência da injeção degás/sólido) Da camada de metal que gera um movimento paracima de respingos e gotas e fluxos de metal fundido eescórea e esses respingos, gotas e fluxos adentram aescórea enquanto se movem através da camada de escórea. 0levantamento de metal fundido flutuante, carbono sólido eescórea causa uma agitação substancial da camada deescórea, com resultado de que a camada de escórea seexpande em volume. Adicionalmente, o movimento para cimados respingos, gotas e fluxos de metal fundido e escórea -causados pelo levantamento de metal fundido flutuante,carbono sólido e escórea - se estendem ao espaço acima dobanho fundido e forma a fonte acima descrita.

A injeção de gás contendo oxigênio na fonteatravés de lanças de injeção de gás 7 pós-queima gases dereação, tais como monóxido de carbono e hidrogênio no vaso3. Calor gerado pela pós-combustão é transferido para obanho de fundição quando o material cai dentro do banho.

0 gás de saida resultante da pós queima de gasesde reação no vaso 3 é tirada do vaso 3 através de dutos degás de saida 11.

Muitas modificações podem ser feitas àsconcretizações da presente invenção acima descrita sem sairdo espirito e escopo da invenção.

Como forma de exemplo, enquanto que aconcretização acima descrita inclui 2 dutos de gás de saida11, a presente invenção não está limitada a esse número dedutos de gás de saida 11 e se estende a qualquer númeroadequado de dutos de gás de saida 11.

Em adição, enquanto a concretização acimadescrita inclui uma tubulação circular 9 para distribuiçãode gás contendo oxigênio para as lanças de injeção gasosas7, a presente invenção não está limitada a essa disposiçãoe se estende a qualquer instalação de distribuição de gásadequada.

Em adição, enquanto a concretização acimadescrita inclui 4 lanças de injeção de gás 7, a presenteinvenção não está limitada ao número e disposição de lanças7 e se estende a qualquer número e disposição de lanças 7.

Em adição, enquanto a concretização acimadescrita inclui 12 lanças de injeção de sólidos 5a, 5b com8 lanças 5a sendo lanças de injeção de minérios dispostasem pares e as 4 lanças restantes 5b sendo lanças de injeçãode carvão, a presente invenção não está limitada ao númeroe disposição das lanças 5a, 5b.

Em adição, enquanto a concretização acimadescrita inclui uma soleira frontal, 13 para sangrar ferrofundido continuamente a partir do vaso 3, a presenteinvenção não está limitada ao uso de soleira frontal e aocorrimento continuo de ferro fundido.

Claims (16)

1. Unidade de redução direta para produzirmetal fundido a partir de um material de alimentaçãometalifero utilizando um processo de redução direta baseadoem banho fundido, caracterizada por incluir:(a) Um vaso de redução direta fixo para suportar umbanho de metal fundido e escória, e um espaço de gás acimado banho, o vaso incluindo uma soleira e uma paredelateral;(b) Uma instalação de alimentação de sólidos parafornecer material de alimentação sólida, incluindo materialde alimentação metalifero e material carbonifero, a partirde um local de suprimento de material de alimentaçãosólida, de fora do vaso para dentro do vaso;(c) Uma instalação de alimentação de gás quecontém oxigênio para fornecer um gás que contém oxigênio apartir de um local de suprimento de gás que contém oxigêniode fora do vaso para dentro do vaso;(d) Uma instalação de duto descarga de gás parafacilitar o fluxo de saida de gás do vaso, a instalação deduto descarga de gás incluindo dois dutos descarga de gásde diâmetro compatível, estendendo-se para fora do vaso;(e) Uma instalação de corrida de metal parasangrar metal fundido do banho durante uma operação deredução;(f) Uma instalação de corrida de escória parasangrar escória do banho durante uma operação de redução.

2. Unidade, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que os dutos descarga de gásestendem-se para fora de uma seção superior da paredelateral do vaso.

3. Unidade, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que a seção superior da paredelateral do vaso é cilíndrica.

4. Unidade, de acordo com a reivindicação 3,caracterizada pelo fato de que a parede lateral do vasoinclui:(a) Uma seção cilíndrica inferior;(b) Uma seção cilíndrica superior que possui umdiâmetro menor do que o da seção inferior; e(c) Uma seção de transição que interliga as seçõessuperior e inferior.

5. Unidade, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que ainstalação de duto descarga de gás inclui dois dutosdescarga de gás compatíveis, de comprimentos compatíveis.

6. Unidade, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de quepelo fato de que os dutos descarga de gás definem uma formaem "v" quando vistos de cima do vaso.

7. Unidade, de acordo com a reivindicação 6,caracterizada pelo fato de que o ângulo entre os dutosdescarga de gás que é definido pelos eixos dos dutosdescarga de gás é de 50-90°, preferivelmente 55-80°, e maispreferivelmente 60-80°.

8. Unidade, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de queos dutos descarga de gás são inclinados para cima a umângulo de 5-10° da horizontal.

9. Unidade, de acordo com a reivindicação 3, 4,- 5, 6, 7 ou 8, caracterizada pelo fato de que os dutosdescarga de gás são posicionados, em relação a seçãosuperior cilíndrica da parede lateral, de maneira que oseixos centrais dos dutos se cruzam entre si e uma linharadial se estende de um eixo central vertical do vaso parafora dos dutos.

10. Unidade, de acordo com as reivindicações 4,- 5, 6, 7, 8 ou 9, caracterizada pelo fato de que ainstalação de alimentação de gás contendo oxigênio inclui(i) uma instalação de injeção de gás contendo umapluralidade de lanças de injeção gasosas para injetar o gásque contém oxigênio para dentro do vaso que se estendeatravés de aberturas no vaso, e (ii) uma instalação dedutos de distribuição de gás estendendo-se de um local desuprimento de gás de fora do vaso para levar o gás quecontém oxigênio para a instalação de injeção de gás, ainstalação de dutos de distribuição de gás incluindo umaúnica tubulação de fornecimento de gás conectada às lançasde injeção de gás para fornecer o gás contendo oxigênio deum local de suprimento de gás para as lanças, e os dutosdescarga de gás estando posicionados a uma alturaintermediária da tubulação de fornecimento de gás e daseção de transição da parede lateral do vaso.

11. Unidade, de acordo com a reivindicação 10,caracterizada pelo fato de que a seção de transição daparede lateral do vaso inclui as aberturas para as lançasde injeção de gás e as lanças se estendem através dasaberturas para dentro do vaso, e pelo menos algumas dasaberturas na seção de transição são posicionadas pelo menosparcialmente abaixo dos dutos descarga de gás, por onde aslanças são espaçadas equi-radialmente em volta do vaso.

12. Unidade, de acordo com a reivindicação 11,caracterizada pelo fato de que a instalação de duto dedistribuição de gás inclui uma pluralidade de membros queconectam a tubulação de fornecimento de gás e as lanças deinjeção de gás, e cada membro de conexão inclui uma bobinaque se estende da extremidade de entrada de uma lança deinjeção de gás e uma junta de expansão que é conectada auma extremidade da bobina e a outra extremidade a uma dassaídas da tubulação de distribuição de gás, e os eixos dosdutos descarga de gás são radialmente espaçados, de maneiraque as aberturas na seção transversal são localizadas a umaposição diretamente abaixo dos dutos descarga de gás, deforma que as bobinas e/ou lanças de injeção de gás que seestendem para baixo e para dentro das aberturas do duto defornecimento de gás tendo um espaçamento suficiente entreos dutos para a instalação e remoção das bobinas e/oulanças.

13. Unidade, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que ainstalação de dutos de descarga de gás inclui pelo menosuma válvula de controle de fluxo para controlar o fluxo degás de saída do vaso.

14. Unidade, de acordo com a reivindicação 13,caracterizada pelo fato de que inclui pelo menos uma ditaválvula de controle de fluxo conectada a cada duto dedescarga de gás para controlar o fluxo de gás de saídaatravés do duto.

15. Unidade, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que omaterial metalífero inclui minério de ferro.

16. Unidade, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que omaterial carbonífero inclui carvão.