BRPI0815904B1 - Método para produção de pélete de ferro reduzido e métodos para produção de ferro gusa - Google Patents

Método para produção de pélete de ferro reduzido e métodos para produção de ferro gusa Download PDF

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Ibaraki Tetsuharu
Oda Hiroshi
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Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation
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Description

(54) Título: MÉTODO PARA PRODUÇÃO DE PÉLETE DE FERRO REDUZIDO E MÉTODOS PARA PRODUÇÃO DE FERRO GUSA (51) Int.CI.: C21B 13/10; C21B 5/00; C22B 1/16; C22B 1/248 (30) Prioridade Unionista: 04/09/2008 JP 2008-227163, 14/09/2007 JP 2007-239058 (73) Titular(es): NIPPON STEEL & SUMITOMO METAL CORPORATION (72) Inventor(es): TETSUHARU IBARAKI; HIROSHI ODA
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO PARA PRODUÇÃO DE PÉLETE DE FERRO REDUZIDO E MÉTODOS PARA PRODUÇÃO DE FERRO GUSA.
Campo Técnico
A presente invenção refere-se a um método para produção de péletes de ferro reduzido para produção parcial de ferro reduzido pela força de redução incluindo óxido de ferro e carbono usando-se um forno de soleira rotativa. Em adição, a presente invenção se refere a um método para produção de ferro gusa para produção de metal quente pela redução do ferro par10 cialmente reduzido (material contendo ferro reduzido) em um alto forno ou em um forno de cuba vertical.
É reivindicada prioridade sobre os Pedidos de Patente Japanesa n° 2007-239058 e 2008-227163, cujos teores estão aqui incorporados como referência.
Antecedentes da Técnica
Há muitos tipos de processos de redução de metal para produção de ferro reduzido ou liga de aço. Como um processo com baixo custo e alta produtividade entre os processos, foi executada uma operação usando um forno de soleira rotativa (doravante referido como RHF), e um esboço do processo está descrito, por exemplo, no Documento de Patente 1.
A FIG. 1 mostra uma seção de um RHF na direção do diâmetro. O RHF é um forno de queima (doravante referido como forno rotativo) no qual a soleira refratária 4 tendo a forma de um disco sem o centro em uma roda 3 gira a uma determinada taxa em um trilho 5 descrevendo um círculo, sob um teto 1 e uma parede lateral 2 em um refratário fixo. A parede lateral 2 é fornecida com uma pluralidade de maçaricos 6, pelos quais combustível e ar são alimentados no controle do componente gás da atmosfera e da temperatura do forno. Geralmente, o diâmetro da soleira do forno rotativo é de 10 a 50 metros, e sua largura é de 2 a 8 metros. Um produto formado por uma matéria-prima formada de pó incluindo óxido metálico e carbono é fornecido à soleira 4, e é aquecido por calor radiante por gás superior no forno, obtendo assim metal no produto formado pela reação do óxido metálico e do
Petição 870170011003, de 20/02/2017, pág. 8/15 carbono no produto formado.
A FIG. 2 mostra um exemplo do equipamento completo do RHF.
Óxido metálico tal como minério em pó e poeira de óxido metálico é usado como matéria-prima, e o carbono é usado como um agente redutor. Partículas de minério de ferro tal como péletes alimentadas como fonte de óxido metálico, ou um material subproduto produzido em um processo de produção de ferro tal como poeira do conversor, poeira sinterizada, e poeira do sopro de gás é usado na produção de ferro reduzido. Coque, óleo de coque, carvão, e similares são usados como carbono que é um agente redutor. É mais preferível que a razão do pó de carbono que não é volatilizado é mais preferível, até 1100°C como a temperatura na qual ocorre a reação de redução. Tal fonte de carbono é pó de coque ou antracito.
Em um moinho de bolas 11 que é o dispositivo de mistura mostrado na FIG. 2, pó incluindo óxido metálico e pó incluindo carbono são misturados, e a mistura é conformada em forma de grânulo em um dispositivo de granulação 12. O produto conformado é fornecido à soleira 4 do forno rotativo 13 para ser assentado uniformemente. No forno rotativo 13, o produto conformado é movido para cada porção do forno pela rotação da soleira 4.
O produto conformado é aquecido até 1.000°C a 1.500°C pela radiação de gás a alta temperatura, e o óxido metálico é reduzido pelo carbono no produto conformado. O gás de escape gerado no forno é coletado termicamente em uma caldeira 15 e um trocador de calor 16 através de um dueto de gás de escape 14, a poeira é removida do gás de escape em um coletor de poeira 17, e então o fás de escape é descarregado por uma chaminé 18 para o ar.
No forno rotativo 13, o produto formado é arrumado na soleira 4, e assim há a vantagem de que o produto formado dificilmente desmoronado no forno. Como resultado, há a vantagem de que não há problema provocado pela ligação da matéria-prima conformada em pó no refratário. Em adição, há a vantagem de que podem ser usados a matéria-prima em pó ou o agente redutor à base de carbono com alta produtividade e baixo preço.
A razão de metalização do ferro reduzido produzido por tal me3 todo é geralmente 90% ou menos, e seu máximo é cerca de 95%. A razão de metalização é relativamente baixa se comparada com o ferro reduzido diretamente (doravante referida como DRI) produzido por um método de redução a gás tal como o método MIDREX.
Na atmosfera gasosa do RHF, a concentração de dióxido de carbono é relativamente alta, e assim o forno não é substancialmente adequado para redução. Entretanto, uma vez que o óxido de ferro e o carbono são misturados no produto formado, uma reação ativa (FetO + C -> tFe + CO) ocorre no produto formado. Consequentemente, há capacidade de redução. Como resultado da reação, a razão de monóxido de carbono no produto formado e em torno do produto formado se torna maior, e a propriedade de redução é atmosfericamente alta em torno do produto formado. Consequentemente, a redução do óxido de ferro prossegue. Entretanto, quando a razão do ferro metálico no produto formado se torna maior, a taxa da reação de redução se torna menor pela diminuição da razão do óxido de ferro. Consequentemente, a razão do monóxido de carbono no produto formado e em torno do produto formado diminui. Portanto, quando a razão de metalização é alta, há o problema de que a redução é atrasada.
Por exemplo, conforme descrito no Documento de Patente 2, há um método para produzir ferro reduzido com alta resistência, no qual o ferro reduzido à alta resistência é fornecido a um alto forno juntamente com minério maciço ou minério sinterizado para produzir ferro gusa. Nesse método, uma vez que o óxido de ferro preliminarmente reduzido é finalmente reduzido em um alto forno, a carga térmica do sopro diminui. Consequentemente, há efeitos que o consumo de coque no alto forno diminui e a produção de ferro gusa aumenta.
Um método geral para operação de um alto forno usando-se ferro reduzido foi executado desde tempos antigos. Por exemplo, conforme descrito no Documento de Patente 3, é descrita uma técnica para usar uma grande quantidade de ferro reduzido. No caso de se usar uma grande quantidade de ferro reduzido com alta razão de redução ou sucata, é descrita uma técnica de controle da temperatura no forno pelo controle da temperatu4 ra do ar soprado ou de uma quantidade de sopro de poeira de carvão.
Em um forno vertical diferente de um alto forno tal como uma cúpula, foi executada a operação para fusão de ferro reduzido com sucata. Por exemplo, conforme descrito no Documento de Patente 4, coque maciço e sucata são alimentados em um forno, ar ou ar contendo oxigênio aquecido em uma parte inferior do forno é soprado para o interior, e o ferro reduzido maciço (Ferro em briquetes quente (HBI) ou DRI) é fundido juntamente com a sucata na produção da fusão da escória, produzindo assim ferro gusa.
Documento de Patente 1 - Pedido de Patente Japonesa NãoExaminado, Primeira Publicação n° 2001-303115
Documento de Patente 2 - Pedido de Patente Japonesa NãoExaminado, Primeira Publicação n° 2004-218019
Documento de Patente 3 - Pedido de Patente Japonesa NãoExaminado, Primeira Publicação n° 2001-234213
Documento de Patente 4 - Pedido de Patente Japonesa NãoExaminado, Primeira Publicação on n° H11-117010
Documento Não-Patente 1 - Dust Recycling Technology by the Rotary Hearth Furnace at Nippon Steels's Kimitsu Works, Revue de Metall. Cahiers d'lnf Tech. (2002) Vol. 99, (10), pp. 809 - 818, T. Ibaraki e H. Oda. Descrição da Invenção
Problemas que a Invenção deve resolver
Em uma operação de combinação de um RHF e um alto forno, por exemplo, como técnica descrita no Documento de Patente 2, péletes de ferro reduzido com razão de redução média e alta resistência são produzidas no RHF, e os péletes de ferro reduzido são reduzidos e fundidos no alto forno. Entretanto, em tal método conhecido, não há ponto de vista de melhoria da técnica para aumentar a razão de uso no forno. Por exemplo, conforme descrito no Documento de Não-Patente 1, o uso de péletes de ferro reduzido é de 2 a 3% (25 a 40 kg/t de ferro gusa produzido). Isto é, mesmo em um alto forno de grandes dimensões de 10.000 t por dia, o uso de péletes de ferro reduzido por dia é pequeno, da ordem de 250 a 4001.
Como resultado, a produção total de péletes de ferro reduzido por um processo de poeira de aço em uma usina de aço com uma quantidade de processo por dia de centenas de toneladas pode ser processada no alto forno. Entretanto, quando minério de ferro é processado no RHF para produzir uma grande quantidade de ferro reduzido, são produzidas centenas de toneladas a milhares de toneladas de ferro reduzido por dia. Quando o ferro gusa é produzido usando-se essa quantidade de péletes de ferro reduzido como matéria-prima em um alto forno, o uso de péletes de ferro reduzido é alto, da ordem de 60 a 200 kg por tonelada de ferro gusa produzido mesmo em um alto forno de tamanho grande.
Entretanto, na técnica conhecida tal como no Documento de Patente 2 e no Documento de Não-Patente 1, o uso de péletes de ferro reduzido é baixo. Por essa razão, o estado de redução final ou o estado de fusão dos péletes de ferro reduzido em um forno não é controlado apenas com o pensamento de somente carregar os péletes de ferro reduzido no forno. Na operação do RHF, não há técnica para reduzir facilmente óxidos residuais de péletes de ferro reduzido em um alto forno, com apenas o ponto de vista de somente carregar péletes de ferro reduzido de alta resistência. Como resultado, a redução do óxido de ferro remanescente nos péletes de ferro reduzido é postergado. Consequentemente, a redução não é terminada no meio da cuba do alto forno, e o óxido de ferro vai para um ponto na parte inferior do forno onde a escória é coletada. Nesse caso, a redução do óxido de ferro ocorre na escória, e assim há o problema de que se a temperatura da escória ou da parte inferior do forno diminuir, ou se houver um problema de que o FeO na escória aumente, e assim a performance de dessulfuração da escória diminui.
Quando se usa a técnica descrita no Documento de Patente 3, é possível usar adequadamente uma quantidade relativamente grande de ferro reduzido em um alto forno pelo controle das condições de operação do alto forno. Entretanto, nessa técnica, a pressuposição é usar ferro reduzido com uma alta razão de metalização produzido por um processo de redução tal como MIDREX que é uma técnica conhecida. Isto é, nessa técnica, não é considerado o uso de ferro reduzido com uma baixa razão de metalização produzido no RHF. No ferro reduzido com uma alta razão de metalização, há pouco óxido de ferro remanescente ali. Como resultado, é possível produzir ferro fundido apenas pelo aquecimento e fusão do ferro reduzido. Consequentemente, não há descrição de como reduzir o óxido de ferro no ferro reduzido com uma baixa razão de redução. O pélete de ferro reduzido produzido no RHF, cuja razão de metalização é de 50 a 85%, inclui uma grande quantidade de óxido metálico em si. Consequentemente, no pélete de ferro reduzido, a redução do óxido de ferro é importante. Mesmo na técnica descrita no Documento de Patente 3, a reação de redução é insuficiente, e assim há problemas técnicos conforme descrito acima.
Em uma técnica de fusão de ferro reduzido em um forno de cuba vertical, para reduzir e fundir péletes de ferro reduzido com uma baixa razão de metalização conforme descrito no Documento de Patente 4, é necessária uma operação especial. Isto é, quando se usa ferro reduzido com um baixo grau de redução, é necessário controlar com precisão a posição de entrada do coque e a fonte de ferro (sucata ou ferro reduzido) e assim é necessário um equipamento especial para o controle. Consequentemente, é difícil configurar em geral essa técnica. Mesmo quando se usa essa técnica especial, a redução do óxido de ferro no ferro reduzido é postergada. Portanto, ocorre facilmente um problema causado pelo aumento do FeO na escória. Por essa razão, há o problema de que é possível usar-se apenas ferro reduzido com baixa razão de redução e um diâmetro pequeno, da ordem de 5 milímetros ou menos, no qual a redução é rápida. Conforme descrito acima, é difícil usar uma grande quantidade de péletes de ferro reduzido com baixa razão de redução e um diâmetro relativamente grande.
Conforme descrito acima, na técnica conhecida, é difícil usar uma grande quantidade de péletes de ferro reduzido com uma baixa razão de redução produzidas no RHF, em um alto forno ou num forno vertical (cúpula). No RHF, é tecnicamente possível que o ferro reduzido com uma alta razão de redução (a razão de metalização é de 85% ou mais) seja produzido para usar uma grande quantidade de ferro reduzido em um alto forno ou em um forno vertical. Entretanto, conforme descrito acima, no RHF, há o pro7 blema de que a reação de redução seja postergada pela alta razão de metalização. Como resultado, no caso de alta metalização de 85% ou mais, é necessário adicionar-se carbono adicional e executar o processo a alta temperatura de 1.400°C ou mais. Consequentemente, há o problema de que o consumo de energia para produzir ferro reduzido deteriora, e assim a eficiência térmica é pobre.
Conforme descrito acima, há muitos problemas na produção de ferro reduzido e no processamento do ferro reduzido em um alto forno ou em um forno vertical em grandes quantidades para produzir ferro fundido. Portanto, foram necessárias novas técnicas para superar os problemas das técnicas conhecidas.
Meios para Resolver os Problemas
A invenção foi feita para resolver os problemas técnicos no momento da conformação a quente do material contendo ferro reduzido produzido no RHF descrito acima, e seus detalhes estão representados nos itens (1) a (16) a seguir.
(1) De acordo com a invenção, é fornecido um método para produção de péletes de ferro reduzido, onde quando um produto formado de pó incluindo óxido de ferro e carbono é aquecido e reduzido em um forno de soleira rotativa, o produto formado produzido usando-se uma matéria-prima na qual o diâmetro médio do óxido de ferro é 50 mícrons ou menos e uma razão de monóxido de carbono para dióxido de carbono na zona de redução é de 0,3 a 1, é reduzido a uma temperatura de 1.400°C ou menos, produzindo assim péletes de ferro reduzido nas quais a razão de metalização do ferro é de 50 a 85% e a razão de carbono residual é 2% ou menos. De acordo com o método para produção de péletes de ferro reduzido, é possível produzir um pélete de ferro reduzido tendo uma porosidade de 20 a 50% e uma resistência ao esmagamento de 5 MPa ou mais.
(2) No método para produção de um pélete de ferro reduzido conforme o item (1) acima, um tempo de residência temporária a 1.200°C ou mais no forno de soleira rotativa pode ser de 8 minutos ou mais, e um tempo representado por t0 = 69,5 - 0,035T ou menos, onde a unidade de t0 é minu8 to, e T é a temperatura média do gás (°C) no forno de soleira rotativa a 1.200°C ou mais. Nesse caso, tanto a porosidade adequada quanto a resistência ao esmagamento podem coexistir.
(3) No método para produção de péletes de ferro reduzido conforme o item (1) acima, uma taxa média de aquecimento no centro do produto formado pode ser de 400°C/min ou menos no momento do aquecimento de 100°C a 1.000°C. Nesse caso, no método conforme os itens (1) ou (2) acima, tanto a porosidade adequada quanto a resistência ao esmagamento podem também coexistir de forma confiável.
(4) No método para produção de péletes de ferro reduzido conforme o item (1) acima, a razão de massa de óxido de cálcio para óxido de silício no produto formado pode ser de 2,2 ou menos.
(5) No método para produção de péletes de ferro reduzido conforme o item (1) acima, o teor de flúor e cloro pode ser (% em massa de F) + 0,4(% em massa de Cl) < 0,25%.
(6) No método para produção de péletes de ferro reduzido conforme o item (1) acima, o teor total de ferro no óxido de magnésio, no óxido de cálcio, no óxido de silício e no óxido de ferro no produto formado pode ser {(% em massa de CaO) - (% em massa de MgO)}/(% em massa de T.Fe) < 0,1 e {(% em massa de CaO) - (% em massa de MgO)}/(% em massa de SiO2) < 2,0.
No caso dos itens (4) a (6) acima, tanto a porosidade adequada quanto a resistência ao esmagamento podem também coexistir de forma confiável mantendo-se o ponto de fusão do óxido no pélete ferro reduzido.
(7) De acordo com a invenção, é fornecido um método para produção de ferro gusa, onde uma pélete de ferro reduzido produzida pelo aquecimento de um produto formado de pó incluindo óxido de ferro e carbono em um forno de soleira rotativa, no qual o teor total de ferro é 55% em massa ou mais, a razão de metalização do ferro é 50 a 85%, partículas de ferro metálico com um tamanho médio de 35 mícrons ou menos são acoplados para formar uma malha de ferro entre o óxido de ferro e a mistura de outros óxidos, e a porosidade é de 20 a 50%, é alimentado em um alto forno de produção de ferro juntamente com minério e minério sinterizado em uma condição em que a razão de 5 a 20 mm é 80% ou mais, e é reduzido e fundido.
(8) No método para produção de ferro gusa conforme o item (7) acima, o pélete de ferro reduzido tendo uma estrutura interna na qual o diâmetro médio do óxido incluindo o óxido de ferro é de 5 a 100 mícrons e é restrito pela malha de ferro metálico, pode ser alimentado em um alto forno de produção de ferro juntamente com minério e minério sinterizado, e pode ser reduzido e fundido.
(9) No método para produção de ferro gusa conforme o item (7) acima, o pélete de ferro reduzido pode ser alimentado ao alto forno de produção de ferro a uma razão de 250 kg/t ou menos em relação à quantidade produzida de ferro gusa. Nesse caso, é possível produzir mais eficientemente ferro gusa fundido.
(10) No método para produção de ferro gusa conforme o item (7) acima, o pélete de ferro reduzido pode ser alimentado em uma posição a 2/3 do centro na direção do diâmetro do forno de produção de ferro, de forma que a razão do pélete de ferro reduzido no alto forno de produção de ferro seja 65% ou mais.
(11) De acordo com a invenção, é fornecido outro método para produção de ferro gusa, onde quando um produto formado de pó incluindo óxido de ferro e carbono é aquecido em um forno de soleira rotativa, o pélete de ferro reduzido pelo método conforme o item (1) acima, no qual o teor total de ferro é 55% em massa ou mais, a razão de metalização do ferro é de 50 a 85%, e a porosidade é 20 a 50%, é alimentado em um alto forno de produção de ferro juntamente com minério e minério sinterizado numa condição em que a razão de 5 a 20 mm é de 80% ou mais, e é reduzido e fundido.
(12) De acordo com a invenção, é fornecido outro método para produção de ferro gusa, onde o pélete de ferro reduzido produzido pelo aquecimento de um produto formado de pó incluindo óxido de ferro e carbono em um forno de soleira rotativa, no qual o teor total de ferro é de 55% em massa ou mais, a razão de metalização do ferro é 50 a 85%, partículas de ferro metálico com um tamanho médio de 35 mícrons ou menos são acopladas para formar uma malha de ferro metálico entre o óxido de ferro e a mistura dos outros óxidos, e a porosidade é de 20 a 50%, é alimentado a um forno vertical, no qual uma razão de enchimento do espaço dentro do forno de ferro maciço e de coque maciço é de 80% ou menos, em uma condição em que a razão de 5 a 20 mm é 80% ou mais, e é reduzido e fundido.
(13) No método para produção de ferro gusa conforme o item (12) acima, o pélete de ferro reduzido pode ser reduzido e fundido em uma condição em que a razão do pélete de ferro reduzido para o ferro maciço no forno vertical é de 100% ou menos.
(14) No método para produção de ferro gusa conforme o item (12) acima, o pélete de ferro reduzido pode ser alimentado em uma posição a 2/3 do centro na direção do diâmetro do forno vertical, de forma que a razão do pélete de ferro reduzido no alto forno de produção de ferro seja 70% ou mais.
(15) No método para produção de ferro gusa conforme o item (12) acima, o pélete de ferro reduzido produzida pelo aquecimento de um produto formado de pó incluindo pelo menos um entre zinco e chumbo, óxido de ferro, e carbono em um forno de soleira rotativa, no qual o teor total de zinco e chumbo é de 0,05% ou mais, pode ser alimentado ao forno vertical no qual a temperatura do gás na parte superior do forno é de 500°C ou mais, e é reduzido e fundido.
(16) De acordo com a invenção, é fornecido outro método para produção de ferro gusa, onde quando um produto formado de pó incluindo óxido de ferro e carbono é aquecido em um forno de soleira rotativa, o pélete de ferro reduzido produzida pelo método conforme o item (1) acima no qual o teor total de ferro é 55% em massa ou mais, a razão de metalização de ferro é 50 a 85%, uma malha de ferro metálico é formada entre o óxido de ferro e a mistura de outros óxidos, e a porosidade é de 20 a 50%, é alimentado ao forno vertical no qual uma razão de preenchimento do espaço interno do forno de ferro maciço e coque maciço é 80% ou menos, em uma condição em que a razão de 5 a 20 mm é 80% ou mais, e é reduzido e fundido.
Vantagem da Invenção
De acordo com a invenção, a poeira contendo óxido de ferro coletada do equipamento de produção de pó de óxido de ferro é adequadamente reduzida. O pélete de ferro reduzido é fornecido a um alto forno, e assim é possível produzir ferro fundido de forma econômica. Em adição, mesmo quando um, forno vertical tal como um forno cúpula é usado ao invés do alto forno, é também possível produzir ferro fundido de forma econômica. Breve Descrição dos Desenhos
A FIG. 1 é um diagrama ilustrando uma estrutura de um forno de soleira rotativa.
A FIG. 2 é um diagrama ilustrando o processo completo usando um forno de soleira rotativa.
A FIG. 3 é um diagrama ilustrando uma estrutura interna de um alto forno.
A FIG. 4 é um diagrama ilustrando o resultado obtido pela medição da razão de redução de óxido de ferro em um pélete de ferro reduzido em uma atmosfera de monóxido de carbono a 1.100°C em um reator do tipo coluna, e é um gráfico ilustrando a relação entre o índice (corrigindo um diâmetro de um pélete de ferro reduzida e o grau de redução) da taxa de reação e a porosidade do pélete de ferro reduzido (a taxa de redução de uma porosidade de 55% é 1).
Descrição de Numerais de Referência e Sinais
1: Teto
2: Parede lateral
3: Volante
4: Soleira
5: Trilho
6: Maçarico
11: Moinho de bolas
12: Equipamento de granulação
13: Forno rotativo
14: Dueto de gás de escape
15: Caldeira
16: Trocador de calor
17: Coletor de poeira
18: Chaminé
21: Topo do forno
22: Camada de minério
23: Camada de coque
24: Núcleo do forno
25: Ventaneira
26: Furo de corrida
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Uma configuração do método para produção de péletes de ferro reduzido e do método para produzir ferro gusa será descrito a seguir.
Na configuração, um pó incluindo óxido de ferro e carbono é usado como matéria-prima. Como óxido de ferro podem ser usados FeO (wustita), Fe3Ü4 (magnetita) e Fe2C>3 (hematita), ou uma mistura deles. Em adição pode ser misturado ferro metálico. Uma fonte de óxido de ferro é minério tal como ferro e oligisto, e poeira contendo óxido de ferro gerada nas usinas de aço ou similares. Uma fonte de carbono é pó de coque, pó de carvão, óleo de coque e similares. Em uma reação de redução, o carbono fixo (FC) que não é volatilizado a 1,000°C ou mais é contribuído, e assim é preferível que a razão do carbono fixo seja alta. Desse ponto de vista, pó de coque, óleo de coque, antracito, carvão médio volátil, e similares são preferíveis. Pode ser usada uma poeira incluindo uma grande quantidade de carbono em uma operação de produção de ferro.
Em uma matéria-prima, impurezas tais como minério de ferro, poeira contendo óxido de ferro, coque e carvão são misturados. Como eles, há óxidos metálicos que são facilmente reduzidos tais como óxido de níquel, óxido de manganês, óxido de cromo, e óxido de zinco; e óxidos metálicos que não são facilmente reduzidos como óxido de silício, óxido de cálcio, óxido de alumínio, óxido de magnésio e óxido de titânio. A razão do teor total de ferro no pó (razão do teor de (T.Fe)) é preferivelmente 50% ou mais.
Quando T.Fe é 50% ou menos, a razão de ferro metálico após a redução pode ser 55% ou menos. Consequentemente, há o problema de que a resistência do pélete de ferro reduzido diminui. Em adição, a razão do teor de T.Fe é um valor obtido pela soma do teor de ferro no óxido de ferro e a quantidade de ferro metálico pela a quantidade total de pó.
É usado o pó da matéria-prima no qual o diâmetro médio da partícula de óxido de ferro é 50 mícrons ou menos. Quando o diâmetro médio de partícula é 50 mícrons ou mais, matérias nas partículas se movem lentamente e assim é necessário um tempo muito longo para redução. Consequentemente, partículas de 50 mícrons ou mais não são preferíveis. Para controlar a porosidade do pélete de ferro reduzido, são preferíveis partículas finas, e partículas com um diâmetro médio de 25 mícrons ou menos são preferíveis quanto possível. Em uma operação de granulação, uma vez que o diâmetro de partícula se torna menor, é mais fácil produzir um produto conformado. Desse ponto de vista, partículas finas são preferíveis.
Matérias-primas são combinadas em uma condição de razão adequada de óxido de ferro e carbono. A reação no RHF é MO + C = M + CO e MO + CO = M + CO2. M é um símbolo representando um elemento metálico. O resultado obtido do estudo pelos inventores da reação no RHF é conforme descrito abaixo. Metais tais como óxido de ferro, óxido de níquel, óxido de manganês, óxido de cromo, e óxido de zinco reduzidos a 1.200°C pelo monóxido de carbono são metalizados no RHF. A sua razão de metalização é determinada pelas condições de operação do RHF. Metais tais como óxido de silício, óxido de cálcio, óxido de alumínio, óxido de magnésio e óxido de titânio que não são metalizados a 1.200°C pelo monóxido de carbono não são reduzidos no RHF e permanecem como óxidos.
A quantidade de combinação de carbono é determinada ela razão de oxigênio (doravante referido como oxigênio ativo) combinado com metais tais como óxido de ferro, óxido de níquel, óxido de manganês, óxido de cromo, e óxido de zinco que são facilmente reduzidos. Uma vez que a reação de redução do óxido de ferro e similares ocorre no ponto de tempo acima de 1.000°C, o carbono contribuiu para a reação de redução é carbono fixo. Consequentemente, quando a razão do oxigênio ativo e do carbono fixo é controlada, foi descoberto que uma reação satisfatória pode ocorrer no RHF. A condição é que a razão (C/O) da quantidade de mole de átomo de carbono fixo para a quantidade de mole de átomo de oxigênio ativo é 0,7 a 1,5. Quando a razão C/O é 0,7 ou menos, a redução é insuficiente no RHF independentemente da condição de redução no RHF. Consequentemente, em muitos casos, a razão de metalização do ferro é 50% ou menos, e uma parte do óxido de ferro permanece como óxido férrico. Num estado de excesso de carbono, uma grande quantidade de carbono permanece em um pélete de ferro reduzido após a redução. Quando a razão C/O é 1,5 ou mais, o carbono residual é 2% em massa ou mais. Consequentemente, há o problema de que a resistência ao esmagamento do pélete de ferro reduzido diminui.
Um método para reduzir o pó bruto pelo RHF será descrito em relação à FIG. 1 e à FIG. 2. Inicialmente, o pó bruto é misturado em um misturador (moinho de bolas 11 na FIG. 2), e então a mistura é formada em um produto formado em um equipamento de granulação 12. O misturador não é limitado a um moinho de bolas, e pode ser um meio tal como o tipo amassador, um tipo de leito fluidizado e um tipo de misturador subaquático. O equipamento de granulação pode ser um equipamento de granulação do tipo disco, um equipamento de conformação do tipo cilindro de compressão, um equipamento de conformação do tipo extração, e similares. O produto formado é deitado uniformemente em uma soleira 4 de um forno rotativo 13 a ser preenchida. O número de camadas do produto formado na soleira 4 é preferivelmente 2 ou menos. Esta é uma condição para tornar a transmissão de calor satisfatória. O tamanho do produto formado é preferivelmente um diâmetro médio de 8 a 25 milímetros em uma forma esférica, e é preferivelmente um diâmetro médio de conversão de 7 a 30 milímetros na outra forma. Quando o tamanho é muito pequeno, a espessura do produto formado na soleira 4 torna-se muito pequena e assim a produtividade diminui. Quando o tamanho é muito grande, a transmissão de calor no produto formado deteriora. No forno rotativo 13, o produto formado é movido de uma zona de aquecimento o forno para uma zona de redução pela rotação da soleira 4. O produto formado é aquecido até 1.200°C a 1.400°C pela radiação na zona de redução pela radiação de gás de alta temperatura, e o carbono e o óxido metálico reagem no produto formado, produzindo assim ferro reduzido. O tempo de permanência do produto formado no forno é de 10 a 25 minutos, e o tempo de redução exceto o tempo de aquecimento até 1.000°C é de cerca de 5 a 20 minutos. O diâmetro de conversão é representado por 1/3 da multiplicação do volume.
A taxa de aquecimento do produto formado é de 400°C/min ou menos no centro, preferivelmente 300°C/min ou menos. Para essa condição, a temperatura média do gás da zona de aquecimento é preferivelmente 1.200°C ou menos. Quando a taxa de aquecimento é muito alta, ocorre um grande declínio na temperatura do centro e da periferia externa. A temperatura da periferia externa é maior que 1,000°C, a reação de redução ocorre naquela parte. Quando a diferença de temperatura entre o centro e a periferia externa é grande, a reação do centro não prossegue substancialmente mesmo quando a reação da periferia externa é substancialmente completada. Então, a redução do centro prossegue. Nesse momento, uma camada de redução completada a qual dificilmente permite a passagem do gás é formada na periferia externa, e assim a resistência à passagem do gás se torna alta pela redução do centro. Como resultado, há o problema de que ocorre um defeito tal como fratura que ocorre na periferia externa. Quando a taxa de aquecimento do produto formado for 100°C/min ou menos, a produtividade do RHF diminui notavelmente. Consequentemente, a taxa de aquecimento do produto formado é de 100°C/min ou mais, e preferivelmente 150°C/min ou mais.
No pélete de ferro reduzido produzido por essa reação, a razão de redução (razão de remoção do oxigênio do metal reduzido) é de 65 a 90%, e a razão de metalização do ferro é de 50 a 85%. Nesse caso, é produzida um pélete de ferro reduzido tendo uma porosidade de 20 a 50%, e preferivelmente de20 a 45%. Como o produto formado que é uma matériaprima, é usado um produto formado tendo uma porosidade de 27 a 55%.
Entretanto, quando o oxigênio do óxido de ferro e o carbono são removidos na reação, os vãos de ar no produto formado aumentam, e assim a porosidade do pélete de ferro reduzido aumenta para 50 a 70% nesse estado. Simplesmente, o processo nesse estado é completado, a resistência ao esmagamento dos péletes de ferro reduzido torna-se 1 MPa (10kgf/cm2) ou menos. Nessa resistência ao esmagamento, quando o pélete de ferro reduzido é alimentada em um alto forno ou em um forno vertical, o pélete de ferro reduzido é facilmente pulverizada e assim a ventilação de gás no forno se deteriora.
Consequentemente, no forno do RHF, o óxido e o ferro metálico no pélete de ferro reduzido são sinterizados, aumentando assim a porosidade do pélete de ferro reduzido. Três condições para isso são de que a temperatura de redução seja 1.200°C ou mais, a razão de ferro metálico dos péletes de ferro reduzido seja 50% ou mais, e o carbono residual seja 2% em massa ou menos. Para garantir o tempo de sinterização, um tempo de permanência do produto formado a 1.200°C ou mais no forno é de 8 minutos ou mais. Nessas condições, é possível produzir um pélete de ferro reduzido tendo uma porosidade de 50% ou menos. Quando a temperatura de redução é de 1.400°C ou mais, o carbono e o ferro metálico no pélete de ferro reduzido reagem para formar cementita. Uma vez que a cementita tem um baixo ponto de fusão, o ferro fundido e o óxido são separados fisicamente pela fusão da cementita. Por esta razão, é difícil formar uma malha de partículas de ferro metálico adequada, e assim a resistência ao esmagamento dos péletes de ferro reduzido diminui. Consequentemente, a temperatura de redução é preferivelmente 1.200 a 1.400°C. Nessa condição, é possível produzir um pélete de ferro reduzido tendo uma porosidade de 50% ou menos. Nessa condição, a resistência ao esmagamento do pélete de ferro reduzido é 5 MPa ou mais, e assim é possível usá-la em um alto forno ou em um forno vertical. A porosidade é calculada a partir da razão da verdadeira gravidade específica e da gravidade específica aparente dos materiais incluídos no pélete de ferro reduzido. A porosidade é representada por (porosidade) = 100 - [(gravidade específica aparente) / (gravidade específica verdadeira) x
100(%)]. A gravidade específica aparente é o valor obtido em massa do pélete de ferro reduzido por volume.
O pélete de ferro reduzido produzida pelo método da invenção tem a estrutura de formação de uma malha de partículas de ferro metálico entre as misturas de óxido de ferro e dos demais óxidos. É importante que uma pequena quantidade de óxido de ferro permaneça e que o carbono não permaneça no produto formado. Consequentemente, o método da invenção tem a característica operacional de que a razão de redução não é extremamente aumentada, se comparado com o método conhecido. Por esta razão, a atmosfera da zona de redução no RHF é uma propriedade de baixa redução. Quando a atmosfera é uma propriedade de alta redução, a reação do monóxido de carbono e do óxido de ferro no gás prossegue em adição à redução do carbono e do óxido de ferro, e assim o carbono facilmente permanece no pélete de ferro reduzido. Nesse caso, a cementita é formada, o ponto de fusão do ferro metálico diminui, a malha de partículas de ferro metálico não é formada, e assim a resistência ao esmagamento do pélete de ferro reduzido diminui. Em adição, a malha de partículas de ferro reduzido significa que partículas de ferro reduzido de vários mícrons até cerca de 35 mícrons e geradas pela redução são acopladas para formar uma malha tridimensional.
Na experiência dos inventores, a razão (razão CO/CO2) de monóxido de carbono para dióxido de carbono no gás da zona de redução é 1 ou menos, e preferivelmente 0,8 ou menos. Quando a razão CO/CO2 é 0,3 ou menos, a redução do óxido de ferro não prossegue normalmente. Aqui a zona de redução é uma posição no forno onde a temperatura do centro do pélete de ferro reduzido é 1.000°C ou mais. O ingrediente gás é definido como um valor médio em um espaço do forno de 300 mm ou mais a partir do produto formado. Uma posição de 300 mm ou menos a partir do produto formado é influenciada pelo monóxido de carbono gerado pela reação de redução do óxido de ferro, e assim há 0 declínio da composição de todo o gás. Consequentemente, a composição do gás nessa parte se desvia da definição da composição do gás da invenção.
O tipo de óxido que permanece no pélete de ferro reduzido tem efeito na resistência e na porosidade do pélete de ferro reduzido. Quando o ponto de fusão do óxido é baixo e o óxido é fundido ou amolecido no forno, as partículas do óxido nos péletes de ferro reduzido após o resfriamento são embrutecidas. Como resultado, a malha de partículas de ferro reduzido e o óxido são separados, e assim todo o estado de acoplamento dos péletes de ferro reduzido deteriora. Como resultado, há o problema de que a resistência do pélete de ferro reduzido diminui. Em um caso extremo, os poros são bloqueados pelo óxido fundido. Na invenção, o tamanho das partículas de óxido é controlado na faixa de 5 a 100 microns. No caso de 5 microns ou menos, uma vez que o tamanho é menor que o vão de ar da malha de partículas de ferro metálico, e assim a estrutura não é densa. No caso de 100 microns ou mais, a malha de partícula de ferro metálico é introduzida no interior das partículas brutas de óxido, e assim a resistência do pélete de ferro reduzido diminui. Aqui, o tamanho do óxido significa esse tamanho no caso de existência independente, e significa um diâmetro de partícula no caso de um material sinterizado.
Para fazer o tamanho das partículas de óxido adequado evitando esse fenômeno, é preferível uma composição química da matéria-prima não gere um composto óxido com baixo ponto de fusão. No óxido com baixo ponto de fusão, impurezas podem ser misturadas com ferrita de cálcio ou silicato de cálcio. Estudando uma composição química de matéria-prima que não as gere, foi descoberto que é preferível controlar a razão de óxido de cálcio e de óxido de ferro, a razão de óxido de cálcio e de óxido de silício. Em adição, ficou claro que o óxido de magnésio suprime a geração de ferrita de cálcio ou silicato de cálcio. Em uma experiência, ficou claro que a razão de massa de óxido de cálcio para óxido de silício é preferivelmente 2,2 ou menos, como condição de que o óxido não é fundido ou amolecido a 1.200 a 1.400°C. Para maiores melhorias, são necessários {(% em massa de CaO) (% em massa de MgO)}/(% em massa de T.Fe) < 0,1 e {(% em massa de Cão) - (% em massa de MgO)}/(% em massa de SiO2) < 2,0. Uma vez que o flúor e o cloro são elementos que diminuem o ponto de fusão do óxido, (% em massa de F) + 0,4(% em massa de Cl) < 0,25% é preferível. Um coeficiente relativo à concentração de cloreto é considerar o efeito um efeito em relação ao amolecimento e a diferença de peso atômico do cloreto. Particularmente quando a poeira de produção de ferro ou similar é reciclada, um meio importante é limitar a composição do óxido.
Uma porosidade do pélete de ferro reduzido de 20% ou mais é necessária para melhorar a taxa de redução do pélete de ferro reduzido. Isto é para promover a redução final do pélete de ferro reduzido pela difusão e infiltração de gás de redução através do vão de ar, quando o pélete de ferro reduzido é reduzido em um alto forno ou um forno vertical. Para satisfazer essa porosidade, a temperatura de redução é 1,400°C ou menos, o carbono residual é 2% em massa ou menos, e o tempo de permanência a 1,200°C ou mais é um tempo representado por to = 69,5 - 0,035T ou menos. Aqui, T denota a temperatura média do gás (°C) no interior do forno a 1.200°C ou mais, e denota um tempo de permanência (minutos) no forno mais comprido, to é 27,5 minutos a 1.200°C, 24,0 minutos a 1.300°C, e 20,5 minutos a 1.400°C. Nessas condições, a sinterização excessiva é evitada, e assim é possível manter a porosidade em 20% ou mais. Como resultado, o pélete de ferro reduzido é contraído para sinterização e tem um diâmetro de conversão de 5 a 20 milímetros. O pélete de ferro reduzido inclui uma pequena quantidade de partículas de ferro metálico de 5 milímetros ou menos pelo fenômeno tal como fraturas do produto formado.
O pélete de ferro reduzido produzido nas condições anteriormente mencionadas é resfriada. A consideração no resfriamento é a reoxidação do pélete de ferro reduzido. Para evitar a re-oxidação, a 300°C ou mais, é preferível resfriar o pélete de ferro reduzido no gás de uma atmosfera de baixa oxidação com uma concentração de oxigênio de 5% em volume ou menos. Como equipamento de resfriamento, é adequado um refrigerador externo a água do tipo tambor. A razão de óxido férrico no pélete de ferro reduzido de uma temperatura normal após o resfriamento é feita 5% em massa ou menos. A razão para restringir a razão de óxido férrico é que ele é pulverizado no alto forno no momento da redução, diminuindo assim a resis20 tência do pélete de ferro reduzido.
O pélete de ferro reduzido acima descrito é reduzido e fundido no alto forno. Uma estrutura esquemática do alto forno está mostrada na FIG. 3. Coque metalúrgico e fontes de ferro tais como ferro maciço, minério sinterizado, e péletes queimados, e o pélete de ferro reduzido da invenção como matérias-primas do alto forno são fornecidas a uma soleira 21 no alto forno através do cone formado na porção superior do forno. O pélete de ferro reduzido é introduzido juntamente com minério, minério sinterizado, e similares para formar a camada de minério 22. O coque maciço é introduzido independentemente para formar uma camada de coque 23. Sopro quente de 1.100 a 1.200°C e poeira de carvão são soprados por uma ventaneira 25 para provocar a reação no forno. Essas matérias-primas reagem, se movem de cima para baixo no forno, tornam-se ferro fundido e escória fundida na vizinhança do núcleo do forno 24, e são coletados na parte inferior do forno. Então, são descarregados por um furo de corrida 26. Conforme descrito acima, no pélete de ferro reduzido fornecido ao alto forno, a razão de metalização de ferro é de 50 a 85%, o pélete de ferro reduzido com um diâmetro de conversão de 5 a 20 milímetros é 80% ou mais, e a porosidade é de 20 a 50%. A resistência ao esmagamento do pélete de ferro reduzido é preferivelmente 5 MPa ou mais. Quando o uso dos péletes de ferro reduzido no alto forno for pequeno, o problema do atraso na redução não se manifesta. Consequentemente, a vantagem da invenção é notável quando o uso dos péletes de ferro reduzido é de 40 kg/t ou mais por produtividade de metal quente.
As condições que os péletes de ferro reduzido com diâmetro de conversão de 5 a 20 milímetros são 80% ou mais e porosidade de 20 a 50% são determinadas pela reação de redução no alto forno e uma característica da transmissão de calor. Uma vez que o pélete de ferro reduzido produzido no RHF tem uma razão de metalização de 50 a 85%, uma grande quantidade de óxido de ferro é incluída ali. Consequentemente, quando a redução a gás na parte central do alto forno é insuficiente, o óxido de ferro permanece mesmo na parte inferior do forno, e assim a redução direta ocorre pelo co21 que coque na escória. Como resultado, a temperatura da escória diminui pela absorção de calor da reação de redução, e assim é difícil descarregar a escória do alto forno. A capacidade de dessulfuração da escória diminui pelo aumento de FeO na escória, e assim a concentração de enxofre do ferro gusa aumenta.
O tamanho do pélete de ferro reduzido é preferivelmente 20 milímetros ou menos a partir da condição de produção no RHF, e é preferivelmente 5 milímetros ou mais a partir do ponto de vista de que o fluxo de gás no alto forno não é disperso. Na experiência dos inventores,quando o pélete de ferro reduzido de 5 milímetros ou menos é 10 a 15% ou mais, foi descoberto que a perda de pressão do gás no alto forno aumenta. Consequentemente, o pélete de ferro reduzido com um diâmetro de conversão de 5 milímetros ou menos é alimentado no alto forno juntamente com os outros materiais, a perda de pressão da passagem de gás do enchimento aumenta, e assim há o problema de que o volume de sopro no forno diminui. Quando esse fenômeno ocorre, a produtividade (razão do furo de corrida (t/dia)) do alto forno diminui. Quando a quantidade de péletes de ferro reduzido de 20 milímetros ou mais aumenta, o FeO na escória provocado pelo atraso da transmissão de calor pode aumentar mesmo quando a condição de redução é boa. Em adição, uma vez que não há uniformidade no tamanho dos péletes de ferro reduzido, a razão dos péletes de ferro reduzido de 5 a 20 mm é preferivelmente 80% ou mais no gerenciamento real da granularidade.
Os inventores examinaram fatores que têm efeito na difusão de gás no pélete de ferro reduzido do ponto de vista de que é importante difundir a redução de gás no pélete de ferro reduzido, para reduzir o ferro residual no pélete de ferro reduzido. Fatores que têm o melhor efeito são a porosidade interna e o tamanho. Quanto ao tamanho, a experiência de redução foi executada em uma coluna de reação usando o pélete de ferro reduzido na faixa de 5 a 20 milímetros de diâmetro que é um item de restrição para transmissão de calor. A experiência foi medir a taxa de redução em uma atmosfera de monóxido de carbono a 1.100°C. O resultado da experiência está mostrado na FIG. 4 pela relação entre o índice da taxa de reação de redução (o diâmetro dos péletes de ferro reduzido são corrigidos pelo índice) e a porosidade dos péletes de ferro reduzido. Em adição, o diagrama é representado por um índice onde os dados de uma porosidade de 55% é 1. Quando o índice é 0,6 ou mais, a redução no alto forno prossegue a uma taxa suficiente e assim o fenômeno de atraso da redução não ocorre. Consequentemente, a porosidade é preferivelmente 20% ou mais. Conforme mostrado na figura, ficou claro que quando a porosidade é 25% ou mais, a taxa de reação de redução é estabilizada a um alto nível.
No pélete de ferro reduzido tendo um diâmetro de 5 a 20 milímetros e uma razão de metalização de 50 a 85% com uma porosidade de 20% ou mais, a difusão de gás monóxido de carbono no pélete de ferro reduzido prossegue rapidamente, e a metalização do óxido de ferro é substancialmente completada até uma zona de fusão formada na parte inferior da lança do alto forno. Quando o diâmetro médio do óxido incluindo óxido de ferro em uma estrutura interna [e de 5 a 100 mícrons, a resistência do pélete de ferro fundido é suficiente e é possível aumentar a taxa de redução. Isto é, quando as partículas têm 100 mícrons ou menos, a difusão em partículas é rápida e assim é possível executar a rápida redução. Quando as partículas têm 5 mícrons ou menos, a resistência do pélete de ferro reduzido pode diminuir, o que não é preferível. Por essa razão, a queima do pélete de ferro reduzido na zona de fusão se torna rápida, a perda de pressão de gás nessa parte é reduzida, e assim o fluxo de gás no forno é melhorado. Conforme descrito acima, o limite superior da porosidade é determinado pelo limite inferior da resistência do pélete de ferro reduzido, e é 50% na invenção.
Uma vez que o óxido de ferro permanece no pélete de ferro reduzido produzido no RHF, ocorre outro problema. Quando o pélete de ferro reduzido inclui óxido férrico, ocorre a expansão do cristal no processo de redução e assim há o problema de que o pélete de ferro reduzido é quebrado. Consequentemente, é necessário diminuir a razão de óxido férrico. Quando a razão é 5% em massa ou menos, esse fenômeno não ocorre. Para gerenciar a razão de óxido férrico, é importante tornar satisfatória a condição de redução e evitar a re-oxidação do pélete de ferro reduzido durante o resfriamento e manter. Na condição de redução, C/O é 0,7 ou mais, e uma temperatura de 1.200°C ou mais no RHF é mantida por 7 minutos ou mais. No resfriamento, é necessário que a concentração de oxigênio no estado de pélete de ferro reduzido de 300°C ou mais seja 5% em volume ou menos. Em adição, a reoxidação é evitada controlando-se adequadamente o período de manutenção.
Os inventores executaram a técnica acima descrita em um alto forno com 4,800 metros cúbicos. Até uma faixa de 100 kg/t de pélete de ferro reduzido, houve um efeito de redução da razão de agente redutor (coque + poeira de carvão) ou mais de acordo com o valor de cálculo de diminuição na carga térmica por um grau de redução do pélete de ferro reduzido. Em 100 a 250 kg/t, a redução e a fusão do pélete de ferro reduzido prosseguiu sem percalços, mas o efeito térmico foi relativamente menor que o valor do cálculo. Conforme descrito acima, quando a quantidade de péletes de ferro reduzido aumenta, o efeito térmico tende a diminuir. A razão pode ser que a razão do pélete de ferro reduzido no forno é muito alta, o estado de contato do gás e do minério é mudado e assim a razão do uso do gás é mudada. Esse fenômeno é evitado introduzindo-se o pélete de ferro reduzido de 65% ou mais até uma posição (razão de área de 44%) a 2/3 do centro na direção do diâmetro de um alto forno que produz ferro. Quando o pélete de ferro reduzido de 100 kg/t ou mais é usado, esse método é particularmente eficaz. Até o máximo de 250 kg/t, é possível executar uma operação a uma razão de redução igual a ou menor que a razão de um agente redutor (coque + poeira de carvão) conforme o valor de cálculo da diminuição na carga térmica do óxido de metal sendo usado ou do óxido de ferro (FeO) tendo baixo grau de oxidação.
Conforme descrito acima, quando uma grande quantidade de péletes de ferro reduzido é alimentada no lado periférico externo do alto forno, uma taxa decrescente de um enchedor periférico (acolchoamento) tornase muito alto uma vez que a taxa de redução e fusão do pélete de ferro fundido é maior que aquela do minério ou similar. Como resultado, o minério periférico externo reduzido lentamente alcança a parte inferior do forno em um estado de não-redução, e assim há o problema de que a parte inferior do forno é resfriada excessivamente. Quando uma grande quantidade de péletes de ferro reduzido é fornecida ao centro, é promovido o fluxo de gás no centro do forno e é promovido o decréscimo do enchimento. A razão é que pode ser evitado que a perda de pressão do gás do enchimento aumente e que a taxa de decréscimo do pélete de ferro reduzido seja maior que aquela do minério ou similar, uma vez que o pélete de ferro reduzido não é reduzido e pulverizado. Como resultado, o fluxo de gás no centro é promovido e é possível aumentar o volume do sopro. Em adição, o enchimento no centro é reduzido por um curto espaço de tempo. Portanto, a razão do agente redutor é também reduzida, e é possível melhorar a produtividade (produção t/dia) do ferro gusa.
Na invenção, o pélete de ferro reduzido produzida é alimentada em um forno vertical tal como cúpula, produzindo assim ferro fundido. Também nesse caso, é usada uma técnica similar à técnica usada no alto forno. O forno vertical é um forno em forma de garrafa de saquê tendo uma lança superior com um funil a ela anexado e uma porção inferior do forno para coletar o material fundido, e tem uma estrutura de forno de lança vertical similar ao alto forno. A razão da altura e do diâmetro máximo é de cerca de 4:1 a 8:1. Coque maciço e ferro maciço tal como sucata e ferro gusa são alimentados ao forno. Nesse caso, os péletes de ferro reduzido produzidos no RHF são introduzidos junto com a sucata e similares. Ar à temperatura normal ou ar aquecido de 200°C a 600°C são soprados de uma ventaneira fornecida na parede lateral da porção inferior do forno, e o coque é queimado para fundir a sucata e similar para finalmente reduzir e fundir o pélete de ferro reduzido. Em adição, o ar soprado pode ser enriquecido com oxigênio. Quando a ventaneira é formada de dois estágios superior e inferior, é possível promover a queima do coque.
Como condição de efetivamente usar o pélete de ferro reduzido no forno vertical, uma razão de espaço (razão de enchimento) para encher o forno com o ferro maciço e o coque maciço é preferivelmente 80% ou menos. Um pélete de ferro reduzido menor que o coque maciço ou que o ferro maciço é introduzido entre o coque maciço e o ferro maciço. Consequentemente, a uma razão de enchimento maior que aquela, o espaço para passagem de gás se torna menor, e assim é difícil descarregar o gás. Como condição mais satisfatória, a razão de enchimento do forno é preferivelmente 65% ou mais. Para garantir a ventilação entre enchimento de gás e para satisfazer a condição de que óxido de ferro não reduzido não seja introduzido na escória, a razão de massa do pélete de ferro reduzido para o ferro maciço no forno vertical é preferivelmente 100% ou menos. Quando a razão de fornecimento do pélete de ferro reduzido até uma posição a 2/3 do centro é 70% ou mais, são promovidas a redução e a fusão do pélete de ferro reduzido. Particularmente, quando a razão de massa do pélete de ferro reduzido para o ferro maciço é de 50 a 100%, o efeito é excelente.
No forno vertical, a temperatura da porção mais superior (topo do forno) do enchimento no forno é relativamente aumentada. Nessa condição, o aquecimento é iniciado imediatamente antes do pélete de ferro reduzido ser alimentado no forno, e assim o tempo de permanência do pélete de ferro reduzido no forno pode ser relativamente reduzido. No forno vertical com temperatura do topo do forno de 500°C ou mais, o tempo no forno do pélete de ferro reduzido pode ser no mínimo de 20 minutos. Mesmo quando o tempo de permanência for muito longo, não há vantagem. Economicamente o tempo máximo é preferivelmente de 2 horas.
No forno vertical, uma outra vantagem para aumentar a temperatura do topo do forno é que é possível usar uma matéria-prima incluindo um material volátil tal como zinco e chumbo. Zinco metalizado e chumbo são vaporizados a cerca de 1.000°C ou mais. O vapor é recondensado na forma de óxido ou cloreto a 500 a 800°C. Consequentemente, na operação de metalização e vaporização de zinco e chumbo no forno vertical, quando a temperatura interna do topo do forno é baixa, esses metais são recondensados na vizinhança do enchimento. O material recondensado (óxido de zinco, cloreto de zinco) pode ser anexado a uma parede do forno. Como resultado, o interior do forno nessa parte se torna estreito, e assim há o problema de que a produtividade do forno vertical diminui. No estudo dos inventores, quando a temperatura do topo do forno é de 500°C ou mais, a maior parte da água de vaporização é descarregada fora do forno e juntamente com gás, e dificilmente ocorre o material anexado da parede do forno. Consequentemente, no RHF, um produto em pó formado incluindo óxido de ferro e carbono e incluindo qualquer elemento entre zinco e chumbo é aquecido, removendo assim uma parte do zinco e do chumbo. Então, é produzida o pélete de ferro reduzido na qual o teor total de zinco e chumbo é 0,1% ou mais. Nessa concentração de zinco e chumbo, uma grande quantidade de zinco é gerada no forno vertical. Em uma operação geral, a concentração é a condição para a formação do resíduo anexado no interior do forno. O pélete de ferro reduzido é alimentado em um forno vertical em um estado onde a temperatura do gás da parte superior do forno é 500°C ou mais. Portanto, é possível produzir um ferro fundido usando-se um pó tendo uma alta razão de teor de zinco e chumbo como matéria-prima por esse método.
No caso da execução da invenção, no RHF, é preferível que seja produzido um material contendo ferro reduzido no qual a razão de metalização do ferro seja de 50 a 85%, e então o pélete de ferro reduzido conformada a quente é reduzida e fundida em um alto forno. O RHF é um processo capaz de reduzir óxido de ferro por um curto tempo porque sua taxa de r4edução é alta. Entretanto, conforme descrito no parágrafo [0005] da técnica anterior, como propriedade do processo, é executada a mistura a uma razão na qual o dióxido de carbono está no gás da atmosfera interna do forno. Como resultado, para executar alta redução de 85% ou mais como razão de metalização do ferro, é necessário que a temperatura do interior do forno seja 1,400°C ou mais e o carbono residual no material contendo ferro reduzido após a reação é 5% em massa ou mais. Para melhorar a razão de metalização do ferro para 80% a 90%, o consumo de energia aumenta em 30%, e por isso é difícil executar uma operação econômica. Consequentemente, a razão de metalização do ferro é 85% ou menos, e preferivelmente 80% ou menos para eficiência econômica de calor. A razão de o limite inferior da razão de metalização de ferro ser 50% é que é difícil produzir um pélete de ferro reduzido de alta resistência a uma razão de metalização menor que aquela. No estudo da invenção no RHF, o material contendo ferro reduzido com uma razão de metalização de 50 a 85% é produzido, e o consumo de energia para reduzir e fundir o material é menor que o consumo de energia para produzir ferro gusa com combinação de equipamento de sinterização e um alto forno. Consequentemente, a eficiência econômica foi claramente alcançada.
Exemplo
De acordo com o método da invenção, um processo de formação de redução de óxido de ferro foi executado usando-se o equipamento RHF mostrado na FIG. 2. O RHF tem um diâmetro externo da soleira de 24 metros, e uma capacidade de processo de 24 t/h. Os péletes de ferro reduzido produzidas pelo equipamento foram fornecidos a um alto forno de 4.800 metros cúbicos ou a um forno de cúpula tendo uma altura de 10 m e um diâmetro interno de 2,2 m, obtendo assim um resultado da operação. As matérias-primas usadas estão mostradas na Tabela 1, e os resultados da operação estão mostrados nas Tabelas 2 a 4.
As matérias-primas são de seis tipos mostrados na Tabela 1m e a matéria-prima 1 é óxido de ferro contendo poeira gerada nos equipamentos de produção de aço e coque pulverizado. A matéria-prima 2 é uma mistura de minério de hematita e antracito. A matéria-prima 3 é uma mistura de minério de magnetita e antracito. Todas as condições de C/O estavam dentro do escopo da invenção. A matéria-prima 4 é um material formado de poeira contendo óxido de ferro nos equipamentos de produção de aço e coque pulverizado. As razões dos teores de zinco e chumbo foram 2,1% em massa e 0,7% em massa, respectivamente. A matéria-prima 5 é um material formado de poeira contendo óxido de ferro e coque pulverizado, e tem um diâmetro menor. A matéria-prima 6 é um material formado de poeira contendo óxido de ferro e coque pulverizado, e tem uma quantidade relativamente grande de óxido de cálcio e similares.
Tabela 1, Condições das Matérias-primas
Diam. Médio Da Part. μ 52 38 68 24 CO σ>
o 0,15 0,09 0,11 0,09 co o o~ 0,11
ll. 80‘0 0,01 0,02 T— o V— o“ 0,15
MgO % 0,3 ô 0,3 - C\l 0,7
CN Q w CM r- co 4,9 2,5 σ> 2,3
CaO % 3,8 co o 0,9 4,9 4,8 6,9
% 0/0 1,28 o oo o' 0,92 1,22 86‘0 0,84
FC % 15,0 13,9 15,8 16,2 V CO 6*6
CN Q 1 80*0 0,05 2,3 1 1
MnO % 0.75 0,11 0,12 o' 0,10 0,15
Oxidação do Fe Razão O/Fe 1,42 1,33 1,21 I σ> 1,08
T.Fe % 49,2 56,7 60,2 48,8 I 52,3 50.8
Matériaprima 1 Matériaprima 2 Matériaprima 3 Matériaprima 4 Matériaprima 5 Matériaprima 6
O resultado obtido reduzindo-se os materiais anteriormente mencionados no RHF está mostrado na Tabela 2. RHF1, RHF3, RHF4, e RHF5 representam o valor médio do resultado do processo em uma condição preferível da invenção. Nesses níveis, toda a razão de metalização, porosidade, e resistência ao esmagamento caem dentro da condição de uso na qual o alto forno e o forno vertical na invenção são ótimos. O diâmetro médio de conversão é de 11 a 16 mm, e a razão do diâmetro de conversão de 5 a 20 milímetros estava na faixa de 83 a 96%. No nível do RHF 5, uma parte do zinco e do chumbo das matérias-primas foi removida, e assim as razões dos seus teores foram 0,18% em massa e 0,07% em massa, respectivamente. No nível do RHF6, uma vez que o diâmetro de partícula de Matéria-prima 5 foi pequeno, a porosidade foi relativamente alta da ordem de 40%, mas a resistência ao esmagamento foi muito satisfatória, de 15,3 MPa.
No nível do RHF2, é mostrado um exemplo de uma operação na qual o tempo de permanência de um produto formado em uma parte a 1,200°C ou mais é mais longo. Nesse nível, um produto formado tendo um grande diâmetro foi usado. Entretanto, a sinterização foi suficiente, e a resistência ao esmagamento foi muito satisfatória, de 19,6 MPa. Uma vez que o tempo de permanência do produto formado foi muito longo em uma parte a 1.200°C ou mais, a porosidade foi 22%. Do ponto de vista de resistência, é possível fornecer o produto formado a um alto forno, sem problemas, em uma pequena quantidade por vários kg de ferro gusa. Entretanto, uma vez que a porosidade é baixa, no caso de uma grande quantidade pode ocorrer um problema na propriedade de redução no alto forno.
No nível do RHF7, uma vez que a razão de óxido de cálcio das matérias-primas foi alta, {(CaO) - (MgO)}/(T.Fe foi 0,12, e {(CaO) - (MgO)}/ (S1O2) foi 2,7. Como resultado, a resistência ao esmagamento foi diminuída para 5,9 MPa. No nível de RHF8, a porosidade foi satisfatória, mas a taxa de aquecimento foi alta. Consequentemente, a resistência ao esmagamento foi diminuída para 5,1 MPa. No nível de RHF9, uma vez que a razão CO/CO2 na zona de redução foi 1 ou mais, a porosidade foi 50% ou mais, e a resistência ao esmagamento foi diminuída para 3,6 MPa. A resistência foi insufi30 ciente para uso em um forno de lança tal como um alto forno
Tabela 2. Condição de Redução no RHF
Diam. Médio de con- vers. mm CM V co co - CM τ— -ί 10 CM M·
Resist. Ao esmag. MPa 8‘9 19,6 12,2 05 C\í x— 8‘8 CO 10 6‘S in 3,6
Poro- sidade % 43 22 í 30 1 26 38 40 47 39 53
O CO N ® OJ T3 <D ° 0£ U. 2,7 2,2 _ 3,0 co T— 2,3 2,2 2,6 co
Razão de C residual % 0,9 0,3 0,2 CO 0' 0,3 co - 2,3
Razão de ferro metálico % 50 57 r- 77 53 52 9S ΙΛ 55
Razão de metalização % 89 77 08 82 69 78 69 78
Zona de Redu- ção CO/CO2 °C 0,55 I 0,68 0,78 0,93 0,46 0,72 r- o‘ 0,77 1,22
Temp. de Redução °C 1250 1300 1350 1400 1300 1350 1350 1250 1250
Tempo a 1.200°C ou mais min. 05 26 10 - C0 T“ co 0 05
Taxa de aquec. °C/min 330 240 380 320 260 250 250 420 330
Tem- po Total min CM T— 30 co 20 m 20 20 CM CM
Mat.- Prima Mat.- Primal Mat.- Primal Mat. Prima2 Mat.- Príma3 Mat.- Prima4 Mat.- Primaõ Mat. Prima6 Mat. Primai Mat.- Primal
φ _ E 0 £ RHF1 RHF2 RHF3 RHF4 RHF5 RHF6 RHF7 RHF8 RHF9
Os resultados obtidos pelo uso dos péletes de ferro reduzido mostrados na Tabela 2 em um alto forno estão mostrados na Tabela 3. O nível do alto forno 1 é o resultado de uma operação em uma condição (condição de comparação) onde o pélete de ferro reduzido não é usado. Os ní5 veis do alto forno 1 ao alto forno 4 são resultados usando-se matériasprimas que satisfazem as condições da invenção. Em todos os resultados, a razão de diminuição da redução por ferro metálico foi um valor satisfatório de 0,43 a 0,45 kg/kg. Além disso, o aumento da quantidade de produção de ferro gusa foi satisfatória de 7,7 a 9,1 t-hm/d/kg por ferro metálico. Mesmo no caso da condição do alto forno 4 tendo uma alta razão de entrada dos péletes de ferro reduzido, uma vez que a razão de entrada em uma posição a 2/3 do centro do alto forno foi 75%, todos os efeitos da razão de diminuição do agente de redução da quantidade de produção de ferro foram satisfatórios. Nesse meio tempo, no nível do alto forno 5 usando péletes de ferro reduzido tendo uma baixa porosidade como Exemplo Comparativo, a razão de diminuição do agente de redução e as razões de aumento da produtividade do ferro gusa por ferro metálico foram menores que as do outro nível. O aumento de FeO na escória foi reconhecido. Conforme descrito acima, no pélete de ferro reduzido tendo uma baixa porosidade, o resultado da operação satisfa20 tório não pode ser obtido.
Tabela 3 - Resultado da Operação do Alto Forno
Aumento da produção por ferro metálico (t- hm/d)/kg h- 8,6 σϊ 6‘S
Au- mento 174 601 CO σ> m· v— 414 I
Produção de ferro gusa thm/d 10,058 10,232 l 10,659 11,556 CM r- M· O~
Diminuição do agente de redução por ferro metálico kg/kg 0,45 0,44 0,43 ’Γ* co o
Diminu- ição o cõ 72 co
Razão de redução kg/t-hm 510 500 479 I 438 CM 00
Razão a 2/3 do centro do forno % 1 50 70 75 70
Razão DRI kg/t-hm o 45 100 220 o o
Razão de ferro metálico DRI % 1 50 77 57
Tipo de entrada DRI 1 RHF1 RHF3 RHF4 RHF2
Nome do nível ! 1 Alto for- no1 Alto for- no2 Alto for- noS Alto for- no4 Alto for- no5
Os resultados obtidos pelo uso de péletes de ferro reduzido mostrado na Tabela 2 em um forno vertical estão mostrados na Tabela 4. O nível do forno vertical 1 é o resultado de uma operação em uma condição (condição de comparação) onde o pélete de ferro reduzido não é usado. Os níveis do forno vertical 1 ao forno vertical 4 são resultados usando-se matérias-primas que satisfazem as condições da invenção. Nessas operações, fusão e redução estáveis são executadas, e assim a produtividade foi satisfatória. Como um índice para verificar se a redução do pélete de ferro reduzido prossegue estavelmente, a razão de FeO na escória foi comparada. Em todos os níveis do forno vertical 2 ao forno vertical 4, o FeO foi baixo da ordem de 2% ou menos. A razão é que o pélete de ferro reduzido é suficientemente reduzida na lança de um forno vertical. Foi usada o pélete de ferro reduzido incluindo um teor total de zinco e de chumbo de 0,25% em massa. Entretanto, uma vez que a temperatura do topo do forno foi alta, da ordem de 565°C, não há problema na operação. No nível do forno vertical 6 como Exemplo Comparativo, a produtividade foi levemente deteriorada, e o FeO na escória foi aumentado da ordem de 5,9% em massa. Isto sugere que a redução da pélete de ferro reduzida não foi executada suficientemente.
Tabela 4, Resultado da Operação do Forno Vertical
CO (0 C C 6*0
O o φ CZ5 cr* •st τ— h- 05 60 5,9
LL φ
> ã?
b υ Π “Π co co r- LO r-.
00 CM 00 o 05 LO
O CO co CO Ό co LO LO
x ·°
per- no min
Φ .22 σ o
01 CO LO r- co
Ο <φ LJ 00 IO CM co LO
c o
E co φ E c δ
1-
t zj o o
2 o ω TZ O o c o O io o LO o
05 o CM LO CO CM
E 42 CM σ) co LO LO co
φ ns o
i- Ό
co
cm 2 O**
to C Ο Φ OUJ LO LO o LO LO
.CO ° N O £ M- co 00 r- co
(0 T5 o
X T3
73 ro % 1
o E ICO c N O Ol LO CM o o o
Q CM LO 05 LO LO
CO t X φ O o
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Φ 'CO '-Ç
Φ
O C ICO c N O 01 o CO
o LO r>- LO LO
CO t o
X Φ o
Φ co TJ T3 co M LO CM
η 2J 0£ LL Ll Ll Ll LL
v-7 i— Π -*r* Q X X X X X
Η Φ X X X X X
O c 1 u 1 c 1 c Έ 1
TO _ Φ Φ φ CM Φ Cl) Φ
φ 9? > — > > > CO > M > LO
E ~ o Cü o o co o co o CO o CO o CO
o c c c o c o c O c O c υ
z o o o o o o
u_ LL Ll LL LL LL
Aplicabilidade Industrial
A invenção pode ser usada para uma operação para produção de ferro gusa pela combinação de um forno de soleira rotativa e um alto forno para produção de ferro ou um forno de fusão vertical. Em adição, a in5 venção pode ser usada para uma operação para produção de ferro gusa pela redução da carepa ou da poeira contendo óxido de ferro gerada nos equipamentos de produção de aço das fábricas de processamento de aço, ou similares.

Claims (13)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método para produção de pélete de ferro reduzido, caracterizado pelo fato de que quando um produto formado de pó incluindo óxido de ferro e 5 carbono é aquecido e reduzido em um forno de soleira rotativa, o produto formado produzido usando uma matéria-prima, na qual o diâmetro médio do óxido de ferro é 50 mícrons ou menos e uma razão de monóxido de carbono para dióxido de carbono em uma zona de redução é de 0,3 a 1, é reduzido a uma temperatura de 1.400°C ou menos,
    10 produzindo assim um pélete de ferro reduzido no qual uma razão de metalização de ferro é de 50 a 85% e uma razão de carbono residual é 2% ou menos.
  2. 2. Método para produção de pélete de ferro reduzido de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que
    15 o tempo de permanência a 1.200C ou mais no forno de soleira rotativa é 8 minutos ou mais, e o tempo representado por t0 = 69,5 - 0,035T ou menos, onde a unidade de t0 é minutos, e T é a temperatura média do gás (°C) no forno de soleira rotativa a 1.200°C ou mais.
  3. 3. Método para produção de pélete de ferro reduzido de acordo
    20 com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a taxa de aquecimento média no centro do produto formado é 400°C/min ou menos no momento do aquecimento de 100 a 1.000°C.
  4. 4. Método para produção de pélete de ferro reduzido de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que
    25 a razão de massa do óxido de cálcio para o óxido de silício no produto formado é 2,2 ou menos.
  5. 5. Método para produção de pélete de ferro reduzido de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o teor de flúor e cloro é (% em massa de F) + 0,4(% em massa
    30 de Cl) < 0,25%
  6. 6. Método para produção de pélete de ferro reduzido de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que
    Petição 870170011003, de 20/02/2017, pág. 9/15 o teor total de ferro no óxido de magnésio, óxido de cálcio, óxido de silício, e óxido de ferro no produto formado é {(% em massa de CaO) - (% em massa de MgO)}/(% em massa de T.Fe) < 0,1 e {(% em massa de CaO) - (% em massa de MgO)}/(% em massa de SiO2) < 2,0.
    5
  7. 7. Método para produção de um ferro gusa, caracterizado pelo fato de que o pélete de ferro reduzido produzido pelo método como definido na reivindicação 1 é alimentado ao alto forno de produção de ferro juntamente com minério e minério sinterizado numa condição em que uma razão do
    10 pélete de ferro reduzido tendo um diâmetro de 5 a 20 mm é 80% ou mais, e é reduzido e fundido.
  8. 8. Método para produção de ferro gusa de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o pélete de ferro reduzido é alimentado ao alto forno de produ15 ção de ferro a uma razão de 250 kg/t ou menos em relação à quantidade de ferro gusa produzido.
  9. 9. Método para produção de ferro gusa de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o pélete de ferro reduzido é alimentado em uma posição a 2/3 do 20 centro na direção do diâmetro do forno de produção de ferro, de modo que a razão da pélete de ferro reduzido no alto forno de produção de ferro seja
    65% ou mais.
  10. 10. Método para produção de um ferro gusa, caracterizado pelo fato de que
    25 o pélete de ferro reduzido produzido pelo método como definido na reivindicação 1 é alimentado a um forno vertical, no qual uma razão de enchimento do espaço no forno de ferro maciço e de coque maciço é 80% ou menos, na condição de que a razão do pélete de ferro reduzido tendo um diâmetro de 5 a 20 mm é 80% ou mais, e é reduzido e fundido.
    30
  11. 11. Método para produção de um ferro gusa de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o pélete de ferro reduzido é reduzido e fundido na condição de
    Petição 870170011003, de 20/02/2017, pág. 10/15 que a razão do pélete de ferro reduzido para o ferro maciço no forno vertical é 100% ou menos.
  12. 12. Método para produção de um ferro gusa de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o pélete de ferro reduzido é alimentado em uma posição a 2/3 do centro na direção do diâmetro do forno vertical, de forma que a razão do pélete de ferro reduzido no alto forno de produção de ferro é 70% ou mais.
  13. 13. Método para produção de um ferro gusa de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o pélete de ferro reduzido produzido pelo aquecimento de um produto formado de pó incluindo pelo menos um elemento entre zinco e chumbo, óxido de ferro, e carbono em um forno de soleira rotativa, no qual o teor total de zinco e chumbo é 0,05% ou mais, é alimentado no forno vertical no qual a temperatura do gás na parte superior do forno é 500°C ou mais, e é reduzi do e fundido.
    Petição 870170011003, de 20/02/2017, pág. 11/15
    1/2
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