BRPI0816359B1

BRPI0816359B1 - Método de produção de um molde de ferro reduzido e método de produção de ferro-gusa

Info

Publication number: BRPI0816359B1
Application number: BRPI0816359-6A
Authority: BR
Inventors: Ibaraki Tetsuharu
Original assignee: Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation
Priority date: 2007-09-05
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2018-05-15
Also published as: AU2008294980B2; US20100199806A1; JP4317579B2; KR101138074B1; CA2698234A1; CA2698234C; TWI396744B; AU2008294980A1; US8092574B2; RU2010107663A; WO2009031537A1; TW200925283A; CN101796200B; KR20100039897A; EP2189546A1; EP2189546B2; EP2189546A4; CN101796200A; JP2009079292A; MX2010002466A

Description

(54) Título: MÉTODO DE PRODUÇÃO DE UM MOLDE DE FERRO REDUZIDO E MÉTODO DE PRODUÇÃO DE FERRO-GUSA (51) Int.CI.: C21B 13/10; C21B 5/00; C22B 1/16; C22B 1/248 (30) Prioridade Unionista: 05/09/2007 JP 2007-230193, 27/08/2008 JP 2008-218015 (73) Titular(es): NIPPON STEEL & SUMITOMO METAL CORPORATION (72) Inventor(es): TETSUHARU IBARAKI

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para

MÉTODO DE PRODUÇÃO DE UM MOLDE DE FERRO REDUZIDO E MÉTODO DE PRODUÇÃO DE FERRO-GUSA.

Campo Técnico [001] A presente invenção refere-se a um método de produção de um molde de ferro reduzido, incluindo: produzir um material contendo ferro reduzido pela redução de um pó incluindo ferro oxidado e carbono com o uso de um forno de soleira giratória; e moldar a quente o material contendo ferro reduzido. Em adição, a invenção refere-se a um método de produção de ferro-gusa, incluindo: moldar o ferro parcialmente reduzido produzido pelo forno de soleira giratória; e reduzir e fundir o ferro parcialmente reduzido em um alto-forno para produzir metal quente.

[002] O presente pedido é baseado no Pedido de Patente Japonês n° 2007-230193 e o Pedido de Patente Japonês n° 2008-218015, cujos teores integrais estão aqui incorporados.

Antecedentes da Técnica [003] Há vários processos de redução de metal de produção de ferro reduzido e liga de ferro, e, entre os processos, a operação de um forno de soleira giratória (doravante referido como RHF) é executada como um processo tendo boa produtividade com baixo custo. Por exemplo, um breve esboço do processo está descrito no Documento de Patente 1. A figura 1 mostra uma seção transversal na direção do diâmetro do forno de soleira giratória. Conforme mostrado na figura 1, o RHF é um forno de cozimento de soleira giratória (doravante referido como forno rotativo) no qual, sob um teto refratário fixo 1 e paredes laterais 2, uma soleira refratária em forma de disco 4 com uma porção central oca montada em rodas 3 giradas em um trilho 5 desenhando um círculo a uma taxa uniforme. As paredes laterais 2 têm uma pluralidade de maçaricos 6 nelas instalados. Combustível e ar são injetados

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2/38 pelos maçaricos para controlar o componente do gás da atmosfera e a temperatura do forno. Geralmente, o diâmetro da soleira do forno giratório está na faixa de 10 m a 50 m e a sua largura está na faixa de 2 m a 8 m. Um molde de pó incluindo metal oxidado e carbono, correspondendo a uma matéria-prima, é fornecida à soleira 4 e aquecida por calor de radiação do gás de uma porção superior no forno. Pela reação do metal oxidado com o carbono no molde, é obtido metal na fundição. [004] A figura 2 mostra um exemplo do equipamento completo do RHF. Como matéria-prima, são usados metal oxidado tal como pó de minério e poeira de metal oxidado e carbono agindo como redutor. Na produção de ferro reduzido, minério de ferro fino tal como alimentação de péletes ou um subproduto tal como poeira de um conversor, poeira sinterizada e poeira de gás de alto-forno obtidas a partir de um processo de produção de ferro são usados como fonte de ferro oxidado. Coque, óleo de coque, carvão ou similar é usado como o carbono que age como redutor. É preferível que o carbono que age como agente redutor tenha um alto teor de carbono (carbono fixo) que não seja volatilizado até uma temperatura de cerca de 1100°C na qual ocorre a reação de redução. Tal fonte de carbono é moinha de coque ou antracito. [005] Inicialmente, em um moinho de bolas 11 que é um dispositivo misturador da figura 2, um pó incluindo metal oxidado e um pó incluindo carbono são misturados e então a mistura é moldada para ser granulada por um granulador 12. O molde resultante é fornecido de forma a ser uniformemente espalhado na soleira 4 do forno giratório

13. No forno giratório 13, o molde se move através das partes do forno enquanto a soleira 4 gira. O molde é aquecido até 1000°C a 1500°C por radiação de gás quente de forma que o carbono no molde reduza o metal oxidado. O gás de escapamento gerado no forno passa através de um duto de gás de escapamento 14 e é submetido à recuperação de calor por uma caldeira 15 e um trocador de calor 16. Então,

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3/38 após ser submetido à remoção de poeira por um coletor de poeira 17, o gás é descarregado para o ar através de uma chaminé 18. No forno giratório 13, o molde se mantém na soleira 4 e assim há a vantagem de que o molde é difícil de ser quebrado no forno. Como resultado, há o mérito de que o problema provocado devido à adesão da matériaprima em pó ao refratário não ocorre. Em adição, há também a vantagem de que o redutor à base de carvão e a matéria-prima em pó que são econômicos e têm alta produtividade podem ser usados. A razão de metalização de ferro reduzido produzido dessa forma é 93% ou menos, e o ferro reduzido é levemente baixo em grau de redução se comparado com ferro diretamente reduzido (DRI: Ferro Diretamente Reduzido) produzido por redução a gás tal como um método MIDREX. [006] Por exemplo, conforme descrito no Documento de Patente 2, há também um método de produção de ferro reduzido de alta resistência. O ferro reduzido de alta resistência é fornecido juntamente com minério graúdo ou minério sinterizado a um alto-forno para produzir ferro-gusa. Nesse método ferro oxidado pré-reduzido é finalmente reduzido e fundido no alto-forno e assim a carga de calor do alto-forno é reduzida. Consequentemente, há efeitos na redução da unidade de fonte de coque do alto-forno e no aumento da quantidade de produção de ferro-gusa.

[007] Entretanto, o DRI produzido pela redução a gás tal como o método MIDREX, que é um método de produção de ferro oxidado diferente do RHF, tem alta porosidade, e como resultado, a reoxidação do ferro metálico ocorre como um problema. Para resolver o problema, o DRI é moldado a quente por um dispositivo mostrado na figura 3 conforme descrito, por exemplo, no Documento de Patente 3 e no Documento de Patente 4. Nesse método de moldagem, uma matéria-prima em pó ou granular incluindo grandemente ferro reduzido é deixada a uma temperatura relativamente alta de 1000°C ou menos e o ferro rePetição 870170010393, de 16/02/2017, pág. 6/48

4/38 duzido fornecido por uma calha de matéria-prima 21 é imprensado entre um par de cilindros 23 tendo moldes rebaixados 22 para produzir moldes de ferro reduzido 24 (briquetes de ferro quentes (HBI)). Os moldes de ferro reduzido 24 são resfriados até a temperatura ambiente em um dispositivo de resfriamento à água 25. No método dos briquetes quentes, uma vez que o ferro metálico é prensado para ser moldado, é preferível que a razão de ferro metálico no DRI seja alta para produzir moldes adequados. Geralmente, DRI tendo particularmente uma razão de metalização do ferro muito alta é moldado e a razão de ferro metálico na matéria-prima está na faixa de 90% a 98%. Quando a razão de ferro metálico é ajustada conforme descrito acima, um molde de alta resistência pode ser produzido sem uma técnica de moldagem particular.

[008] O HBI (molde de ferro reduzido) tem alta densidade e é caracterizado pelo fato de que tem em seu interior poucos poros. Consequentemente, o HBI é difícil de reoxidar e tem alta densidade de carga e assim sua armazenagem por longo prazo ou seu transporte podem ser executados. Em adição, devido à sua densa estrutura, há a vantagem de que a taxa de fundição em um forno de fundição tal como um forno elétrico de produção de aço é alta. Atualmente, um equipamento de briquete quente é instalado em muitas fábricas de redução de ferro. Em seu uso, o HBI é usado como uma matéria-prima do ferro reduzido em um forno de fusão vertical ou em um forno elétrico de produção de aço como no método descrito no Documento de Patente 5.

[009] Documento de Patente 1 Pedido de Patente Japonês nãoexaminado, primeira publicação N° 2001-303115 [0010] [Documento de Patente 2] Pedido de Patente Japonês nãoexaminado, primeira publicação N° 2004-218019 [0011] [Documento de Patente 3] Patente US, Publicação N°.

4,934,665

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5/38 [0012] [Documento de Patente 4] Patente US, Publicação N°. 5,547,357 [0013] [Documento de Patente 5] Pedido de Patente Japonês nãoexaminado, primeira publicação N° H11-117010 Descrição da Invenção

Problemas a serem resolvidos pela Invenção [0014] Uma vez que o ferro reduzido produzido em um RHF é processado a uma maior temperatura que o ferro reduzido produzido por um método MIDREX ou similar, uma alta densidade pode ser alcançada sinterizando-se o ferro metálico. Como resultado, há a vantagem de que a re-oxidação é difícil de ser executada. Quando é produzido pelo método descrito, por exemplo, no Documento de Patente 2 ou similar, o ferro reduzido não é completamente reoxidado ao ar livre por cerca de 1 mês. Entretanto, quando o ferro reduzido é armazenado por um longo período de 3 meses ou mais (particularmente quando o ferro reduzido é umedecido com chuva contínua), o ferro reduzido é consideravelmente re-oxidado. Como resultado, problemas de que o valor do ferro reduzido como produto é diminuído e que a temperatura do ferro reduzido aumenta devido à geração de calor ocorrem juntos quando ocorre a reoxidação.

[0015] Consequentemente, no passado, o ferro reduzido produzido pelo RHF era fornecido a altos-fornos adjacentes, conversores, fornos elétricos de produção de aço, e similares em geral, mas não era transportado para metalúrgicas remotas por embarque ou armazenado por um longo período de tempo. Entretanto, chama a atenção que produzindo-se o ferro reduzido a ser produzido pelo método MIDREX ou similar próximo de locais de escavação de minério ou em locais de portos de minério, é visado o efeito de que seja embarcado um minério com maior valor agregado. Para que o ferro reduzido produzido pelo RHF também possa ter uma característica química para ser facilmente

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6/38 transportado por longas distâncias como acima, é necessário não fornecer ferro reduzido convencional não moldado no estado, mas fornecer HBI.

[0016] O ferro reduzido produzido pelo RHF tem características como segue, mas não tem a propriedade de ser necessariamente adequado para o método de briquetes quentes. Inicialmente, uma vez que o grau de redução do ferro oxidado (incluindo óxido de níquel e similares) é baixo e o carbono como redutor inclui cinzas, o ferro reduzido mais amplamente inclui impurezas de óxidos (SiO₂, CaO, Al₂O₃ e similares) que o ferro reduzido produzido por outro método. Como resultado, o teor do ferro metálico incluído ali é baixo, em geral especificamente na faixa de cerca de 40% a 75% em massa. A seguir, o carbono usado para redução não é completamente consumido e permanece como pó de carbono ou carbono carburizado (ferro em fundição) no molde que inclui o ferro reduzido. O pó de carbono restante se torna a causa da inibição da aglutinação por pressão do ferro metálico durante a moldagem por compressão. A ductilidade do ferro carburizado é deteriorada e assim o desempenho da aglutinação por pressão do ferro metálico é diminuído.

[0017] O ferro reduzido produzido pelo RHF tem características como segue, mas não tem a propriedade de ser submetido facilmente ao processo de briquetes quentes. Em adição, um método de fundir a quente tal ferro reduzido incluindo grandemente componentes diferentes do ferro metálico não é ainda suficientemente estudado. Consequentemente, é necessária uma nova técnica para superar as desvantagens das técnicas anteriores descritas acima.

[0018] No passado, havia uma técnica usando ferro reduzido tal como HBI em um forno de fusão especializado ou em um forno elétrico de produção de aço, como no método descrito no Documento de Patente 5. Entretanto, nesse método, houve o problema que o custo do

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7/38 equipamento para o forno de fusão e o custo da operação aumentaram. Além disso, quando o forno elétrico para produção de aço foi usado, houve um problema como o aumento da unidade de fonte de energia do forno elétrico que ocorreu por efeito de ferro oxidado não reduzido. Consequentemente, conforme descrito acima, foi preferível que o ferro reduzido fosse usado em um alto-forno. Entretanto, nas técnicas descritas no Documento de patente 2 e similares, uma vez que a sua quantidade usada no alto-forno foi pequena, um problema quando o ferro reduzido foi usado não foi reconhecido e foi simplesmente apenas imaginado que era preferível fornecer o ferro reduzido ao alto-forno para ser fundido. Como resultado, as condições de operação para a redução e fusão adequadas não foram descobertas. Dessa forma, houve o problema de que as condições adequadas quando é usado o ferro reduzido ou HBI no alto-forno não foram descobertas. Em adição, a distribuição da taxa de redução mais adequada no RHF e no alto-forno em um método de produção de ferro fundido pela combinação de ambos os fornos não foi suficientemente analisada. Como resultado, o consumo de energia mais adequado em ambos os fornos não foi cumprido.

[0019] Conforme descrito acima, a técnica para moldagem a quente do ferro reduzido produzido no RHF não está ainda completa de modo a ser usada para o alto-forno. Consequentemente, é necessária uma nova técnica para resolver o problema.

Meios para Resolver os Problemas [0020] A invenção é planejada para resolver os problemas técnicos quando o material contendo ferro reduzido produzido pelo RHF descrito acima é moldado a quente e seus detalhes estão descritos nos itens (1) a (12) a seguir.

(1) Em um método de produção de um molde de ferro reduzido (briquete de ferro quente, HBI), um molde de um pó que inclui ferPetição 870170010393, de 16/02/2017, pág. 10/48

8/38 ro total de 40% ou mais e uma quantidade molar atômica de carbono fixo de 0,7 a 1,5 vezes a quantidade molar atômica de oxigênio combinado com óxido metálico reduzido em uma atmosfera de monóxido de carbono a 1200°C é reduzido em um forno de soleira rotativa. O método inclui: produção, em uma atmosfera a uma temperatura máxima de 1200°C a 1420°C a uma razão de monóxido de carbono para dióxido de carbono de 0,3 a 1,2 na zona reduzida, um material contendo ferro reduzido no qual a razão de ferro metálico é 50% em massa ou mais e a razão de carbono é 5% em massa ou menos; e moldagem por compressão do material contendo ferro reduzido a uma temperatura de 500°C a 800°C por um molde do tipo cilindro (“ roller-type mold”).

(2) No método do item (1), o material contendo ferro reduzido no qual o teor de carbono do ferro metálico contido é 2% em massa ou menos pode ser moldado por compressão. Isto é, ajustando-se adequadamente a mistura da matéria-prima e as condições de operação de um RHF, o teor de carbono do ferro metálico no material contendo ferro reduzido pode ser ajustado para 2% em massa ou menos, e pela moldagem por compressão a quente do material contendo ferro reduzido, pode ser produzido um molde de ferro reduzido.

(3) No método do item (2), quando a temperatura média do forno de 1200°C ou maior é representada por T (K), o tempo após o qual o molde do pó permanece em uma parte do forno a 1200°C no forno de soleira rotativa pode ser não mais que o tempo de máximo de carburização t obtido por t = 0,13*exp (7800/T), em que t: tempo (minutos) para uma temperatura do gás de 1200°C ou mais e T: temperatura média no forno (K) de 1200°C ou maior. Isto é, para suprimir a carburização para o ferro metálico, no método conforme o item (2), o tempo após o qual o molde do pó permanece em uma parte a 1200°C no forno de soleira rotativa pode ser de não mais que o tempo máximo de carburização (t = 0.13*exp (7800/T)).

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9/38 (4) No método do item (1), o material contendo ferro reduzido contendo as partículas de ferro um diâmetro médio de partícula de 70 mm ou menos ou as partículas de ferro sinterizado tendo um diâmetro médio de partícula de 70 mm ou menos pode ser moldados por compressão a frio.

(5) No método do item (1), a razão de massa de óxido de cálcio para óxido de silício no molde do pó incluindo carbono e ferro oxidado pode ser de 2,2 ou menos. Isto é, na operação do item (1), ajustando-se a razão de massa de óxido de cálcio para óxido de silício no molde do pó incluindo carbono e ferro oxidado para 2,2 ou menos, pode-se evitar que o óxido no forno seja fundido ou amolecido e pode ser produzido um material contendo ferro reduzido tendo boa capacidade de moldagem.

(6) No método do item (1), a relação de teores de óxido de magnésio, óxido de cálcio e óxido de silício e o ferro total no ferro oxidado no molde do pó incluindo carbono e ferro oxidado pode ser ajustado para {(CaO % em massa) - (MgO % em massa)} / (T.Fe % em massa) < 0,1 e {(CaO % em massa) - (MgO % em massa)} / (SiO₂ % em massa) < 2,0. Isto é, na operação do item (1), ajustando-se a relação de teores de óxido de magnésio, óxido de cálcio e óxido de silício e o ferro total no ferro oxidado no molde do pó incluindo carbono e ferro oxidado para {(CaO % em massa) - (MgO % em massa)} / (T.Fe % em massa) < 0,1 e {(CaO % em massa) - (MgO % em massa)} / (SiO2 % em massa) < 2,0, pode-se evitar que o óxido no forno seja fundido ou amolecido e pode ser produzido um material contendo ferro reduzido tendo boa capacidade de moldagem.

(7) No método do item (1), o material contendo ferro reduzido incluindo 5% em massa a 30% em massa de óxido e tendo uma densidade aparente de 1,4 g/cm³ a 2,8 g/cm³ pode ser moldado por compressão.

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10/38 (8) Um método de produção de ferro-gusa pode incluir o fornecimento de um molde de ferro reduzido produzido pelo método do item (1) a um alto-forno de produção de ferro para produzir ferro fundido. Isto é, no RHF, o molde do pó que inclui ferro total de 40% ou mais e uma quantidade molar atômica de carbono de 0,7 a 1,5 vezes a quantidade molar atômica de oxigênio combinado com óxido metálico reduzido em uma atmosfera de monóxido de carbono a 1200°C, tal como ferro, manganês, níquel, cromo, chumbo e zinco, é reduzido a uma temperatura máxima de 1200°C a 1420°C em uma at mosfera a uma razão de monóxido de carbono para dióxido de carbono de 0,3 a

1,1 em uma zona de redução. Com essas condições, é produzido um material contendo ferro reduzido no qual a razão do ferro metálico é 50% em massa ou mais e a razão de carbono é 5% em massa ou menos. O material contendo ferro reduzido é moldado por compressão por um molde do tipo cilindro para produzir um molde de ferro reduzido. Posteriormente, ele é fornecido a um alto-forno de produção de ferro juntamente com minério graúdo, minério sinterizado, péletes cozidos e similares para produzir ferro fundido.

(9) No método do item (8), pode ser produzido um material contendo ferro reduzido tendo uma razão de ferro metálico de 50% em massa ou mais e uma razão de carbono de 5% em massa ou menos; e um molde de ferro reduzido que é produzido por moldagem por compressão do material contendo ferro reduzido com um molde do tipo cilindro e tem um diâmetro de conversão de 7 mm a 45 mm e uma densidade aparente de 4,2 g/cm³ a 5,8 g/cm³ pode ser fornecido ao alto-forno de produção de ferro para produzir o ferro fundido. Isto é, no método do item (8) é produzido um material contendo ferro reduzido tendo uma razão de ferro metálico de 50% em massa ou mais e uma razão de carbono de 5% em massa ou menos, e um molde de ferro reduzido que é produzido por moldagem por compressão do material

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11/38 contendo ferro reduzido com um molde do tipo cilindro e tem um diâmetro de conversão de 7 mm a 45 mm e uma densidade aparente de

4,2 g/cm³ a 5,8 g/cm³ é fornecida ao alto-forno de produção de ferro para produzir ferro fundido. O diâmetro de conversão é definido por um valor de um terço do volume do molde de ferro reduzido.

(10) No método do item (8), o molde de ferro reduzido pode ser fornecido ao alto-forno de produção de ferro a uma razão de 150 kg ou menos para 1 t de metal quente para produzir o ferro fundido.

(11) No método do item (8), o molde de ferro reduzido de 65% ou mais pode ser fornecido a uma posição dentro de dois terços do diâmetro a partir do centro do alto-forno de produção de ferro para produzir o ferro fundido.

(12) No método do item (8), o material contendo ferro reduzido tendo uma razão de metalização de ferro de 55% a 85% pode ser produzido no forno de soleira rotativa; e um molde de ferro reduzido produzido por moldagem por compressão a quente do material contendo ferro reduzido pode ser colocado no alto-forno para produção de ferro. Isto é, no método do item (8) o material contendo ferro reduzido tendo uma razão de metalização do ferro de 55% a 85% é produzido no RHF, e o material contendo ferro reduzido é moldado por compressão a quente para produzir um molde de ferro reduzido. Ele pode ser fornecido ao alto-forno de produção de ferro para produzir o ferro fundido.

Vantagens da Invenção [0021] Quando a invenção é usada, pós de ferro oxidado e poeiras oxidadas contendo ferro recuperadas de equipamentos de produção de aço podem ser adequadamente reduzidos e moldados a quente e assim podem ser produzidos moldes de ferro reduzido (briquete de ferro quente) tendo uma forma apropriada. Além disso, os moldes de ferro reduzido que são produzidos por um RHF e um equipamento de

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12/38 moldagem a quente e têm uma forma adequada têm a propriedade de ser raramente desoxidados e podem ser armazenados por um longo período de tempo e transportados por longas distâncias. Fornecendose os moldes de ferro reduzido a um alto-forno com condições adequadas, a unidade de fonte de coque no alto-forno pode ser reduzida e a quantidade de produção por hora de ferro-gusa pode ser aumentada.24

Breve Descrição dos Desenhos [0022] [Figura 1] A figura 1 é um diagrama mostrando a estrutura de um forno de soleira rotativa.

[0023] [Figura 2] A figura 2 é um diagrama mostrando todo o processo de tratamento do forno de soleira rotativa.

[0024] [Figura 3] A figura 3 é um diagrama mostrando esquematicamente um equipamento de moldagem a quente (briquete quente). Melhor Forma de Executar a Invenção [0025] Daqui por diante, serão descritas modalidades de um método de produção de um molde de ferro reduzido e um método de produção de ferro-gusa conforme a invenção.

[0026] Nessa modalidade, um pó incluindo ferro oxidado e carbono é usado como matéria-prima. O ferro oxidado pode ser qualquer um dos [óxidos ferrosos (wustita, FeO), óxidos férrico-ferrosos (magnetita, Fe₃O₄), óxido férrico (hematita, Fe₂O₃) e misturas dos mesmos. Em adição, um pó de ferro metálico pode ser misturado ali. Como uma fonte de ferro oxidado, são usados minérios tais como minério de ferro ou areia de ferro ou poeira oxidada contendo ferro gerada em metalúrgicas ou similares. Como fonte de carbono, são usados moinho de coque, carvão em pó, coque de petróleo ou similares. Uma vez que o carbono fixo (FC) que não é volatilizado mesmo a uma temperatura não inferior a 1000°C contribui para a reação de re dução, é preferível que a razão do carbono fixo seja alta. De tal ponto de vista, é preferível

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13/38 usar moinha de coque, coque de petróleo, antracito, carvão fino médio volátil ou similares. Além disso, poeira incluindo grandemente um teor de carbono obtida na produção de ferro também pode ser usada.

[0027] Na matéria-prima, são misturadas impurezas tais como minério de ferro, poeira oxidada contendo ferro, coque e carvão. Esses são 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, tais como óxido de silício, óxido de cálcio, óxido de alumínio, óxido de magnésio e óxido de titânio. É preferível que, exceto para a fonte de carbono, um teor total de ferro (teor total de ferro (T.Fe)) no pó seja 40% ou mais. Quando o ferro total é 40% ou menos, a razão de ferro metálico após a redução pode se tornar 50% ou menos e assim as condições para executar preferivelmente um processo de briquete quente não podem ser satisfeitas. Aqui, o teor de ferro total é um valor obtido dividindo-se a soma da quantidade de ferro metálico e do teor de ferro no ferro oxidado pela quantidade total de pó.

[0028] Um pó tendo um diâmetro médio de partícula de 100 mícrons ou menos é usado com matéria-prima. Quando o diâmetro médio de partícula é 100 mícrons ou mais, a transferência de massa dentro das partículas se torna lenta e assim o tempo para redução se torna muito longo. Portanto, não é preferível usar-se partículas de 100 mícrons ou mais. Em adição, em uma operação de granulação, um molde é facilmente produzido uma vez que o tamanho de partícula é pequeno. Sob tal ponto de vista, é preferível usar partículas finas. [0029] A matéria-prima é misturada com uma razão adequada do ferro oxidado e de carbono na matéria-prima. A reação em um RHF é MO + C = M + CO e MO + CO = M + CO₂, em que M é um símbolo representando o elemento metálico. Os inventores examinaram a reação no RHF e os seus resultados são como segue. O metal que é reduzido

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14/38 por monóxido de carbono a 1300°C, tal como óxido de ferro, óxido de níquel, óxido de manganês, óxido de cromo e óxido de zinco, é metalizado no RHF. A sua razão de metalização é determinada pelas condições de operação do RHF e similares. Por outro lado, o metal que não é reduzido pelo monóxido de carbono a 1300°C, tal como óxido de silício, óxido de cálcio, óxido de alumínio, óxido de magnésio e óxido de titânio, não é reduzido no RHF e permanece como um óxido.

[0030] A quantidade misturada de carbono é determinada pela razão de oxigênio (doravante referido como o oxigênio ativo) combinado com o metal que é facilmente reduzido tal como óxido de ferro, óxido de níquel, óxido de manganês, óxido de cromo e óxido de zinco. Uma vez que a reação de redução do óxido de ferro e similares ocorre no momento em que a temperatura é maior que cerca de 1000°C, o carbono que contribui para a reação de redução é o carbono fixo. Consequentemente, pode ser mostrado que a reação adequada ocorre no RHF quando a razão do oxigênio ativo e do carbono fixo é ajustada. A sua condição é que a razão (C/O) da quantidade molar atômica do carbono fixo para a quantidade molar atômica do oxigênio ativo esteja na faixa de 0,7 a 1,5. Quando a C/O é 0,7 ou menos, independentemente das condições de redução no RHF, a redução não é suficientemente executada devido ao carbono insuficiente e assim a razão de metalização do ferro é 55% ou menos em muitos casos. Nessa condição, a razão de ferro metálico após a redução é 50% ou menos e assim condições para executar preferivelmente o processo de briquete quente não são satisfeitas. Em adição, quando o C/O é 1,5 ou mais, uma quantidade excessiva de carbono é misturada na reação de redução e assim uma grande quantidade de carbono, que é de cerca de 5% em massa para um produto reduzido, permanece após a redução. Esse carbono interfere com o contato das partículas de ferro entre si no processo de briquetes quentes e assim se torna a causa da inibição

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15/38 do processo de moldagem. Consequentemente, a razão C/O de 1,5 ou mais é evitada, a qual é uma condição para a geração de carbono residual de 5% em massa ou mais.

[0031] Um método de redução de matéria-prima pelo RHF será descrito usando-se as figuras 1 e 2. Inicialmente, a matéria-prima em pó é misturada por um equipamento misturador (moinho de bolas 11 da figura 2) e então um molde granular é produzido por um granulador

12. O equipamento de mistura não é limitado ao moinho de bolas e pode ser um equipamento do tipo amassador, um tipo de leito fluidizado, um misturador tipo subaquático ou similar. O granulador inclui um granulador do tipo disco (peletizador), um equipamento de moldagem por compressão do tipo cilindro (briquetador), um equipamento de moldagem do tipo extrusão e similares. O molde é fornecido em uma soleira 4 de um forno rotativo 13 de modo a ser espalhado uniformemente. É preferível que o número de camadas do molde na soleira 4 não seja maior que 2. Esta é uma condição para executar preferivelmente a transferência de calor. Em relação ao tamanho do molde, é preferível que o diâmetro médio de formas esféricas esteja na faixa de 8 mm a 20 mm e o diâmetro médio de conversão de outras formas esteja na faixa de 7 mm a 22 mm. Quando os diâmetros forem muito pequenos, a espessura do molde na soleira 4 é muito fina e assim a produtividade é diminuída. Em adição, quando os diâmetros são muito grandes, há o problema de que a transferência de calor dentro do molde é deteriorada. No forno rotativo 13, o molde se move de uma zona de aquecimento até uma zona de redução enquanto a soleira 4 gira. O molde é aquecido até 1200°C a 1420°C por radiação d e gás na zona de redução de forma que o carbono e o metal oxidado no molde reajam entre si, produzindo, assim, ferro reduzido. O tempo de permanência do molde no forno está na faixa de 10 minutos a 30 minutos e o tempo de redução excluindo o tempo de aquecimento está na faixa de

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16/38 minutos a 25 minutos.

[0032] O material contendo ferro reduzido gerado por essa reação tem uma razão de redução (taxa de remoção de átomo de oxigênio do metal reduzido) de 65% a 90%, e uma razão de metalização do ferro de 55% a 85%. A razão de ferro metálico do material contendo ferro reduzido é 50% em massa ou mais e a sua razão de carbono é de 5% em massa ou menos. A razão porque a temperatura de redução é 1200°C ou maior é que, quando a temperatura de redução é 1200°C ou menor, a reação de redução do ferro oxidado é muito lenta, o tempo de reação aumenta para 30 minutos ou mais, e, assim, o ferro reduzido não pode ser produzido com uma condição industrialmente econômica. Além disso, a razão porque a temperatura de redução é 1420°C ou menor é que, quando a temperatura de redução é 1420°C ou maior, o fenômeno de carburização no qual o carbono (misturado) remanescente invade os cristais de ferro metálico é acelerado mesmo se o carbono residual após a reação for 5% em massa ou menos, e, assim, a razão de carburização do ferro reduzido é 2% em massa ou mais. Quando a razão de carburização é 2% em massa ou mais, uma quantidade considerável de cementita (Fe3C) existe nas partículas de ferro e, assim, a ductilidade do ferro é deteriorada a uma temperatura que varia entre a temperatura ambiente e 800°C. Portanto, há o problema de que as partículas de ferro não são estiradas durante o processo de briquete quente. Uma vez que a temperatura no forno e o tempo de reação têm um efeito na quantidade de carburização, é preferível que a relação entre uma temperatura média de uma porção na qual a temperatura do gás é 1200°C ou maior no forn o e o tempo no qual o molde existe na porção na qual a temperatura do gás é 1200°C ou maior satisfaça a relação de uma desigualdade obtida por um teste executado pelos inventores, isto é, tempo máximo de carburização t < 0.13*exp (7800/T), quando a razão do carbono residual e do ferro mePetição 870170010393, de 16/02/2017, pág. 19/48

17/38 tálico no material contendo ferro reduzido estiver na faixa de 0.02 : 1 a 0.06 : 1 e a temperatura mais alta do gás no forno seja 1420°C ou menor (onde t: tempo em minutos) para temperatura do gás de 1200°C ou maior, T: temperatura média no forno (K) de 1200°C ou maior).

[0033] A estrutura dos péletes de ferro reduzido produzidos pelo método conforme a invenção é caracterizada pelo fato de que é formado um estado no qual as partículas de ferro metálico são dispersas adequadamente na mistura de óxido de ferro e outros óxidos. Além disso, é importante que o carbono não exista excessivamente no ferro metálico. Em alguns casos, é formada uma rede de partículas de ferro metálico. Consequentemente, o método conforme a invenção tem uma característica operacional de que a razão de redução não é muito alta, se comparado com os métodos de produção convencionais. Por causa disso, uma atmosfera fracamente redutora é formada na zona de redução no forno RHF. Quando a atmosfera é fortemente redutora, a reação de monóxido de carbono no gás e no ferro oxidado prossegue com a redução ocorrendo pela reação do carbono e do ferro oxidado, e, assim, o carbono facilmente permanece nos péletes de ferro reduzido. Nesse caso, é formada cementita.

[0034] Em um teste executado pelos inventores, é preferível que a razão de monóxido de carbono para dióxido de carbono (razão CO/CO₂) no gás na zona de redução seja 1,2 ou menos e é mais preferível que a razão seja 1,0 ou menos. Entretanto, quando a razão CO/CO₂ é 0,3 ou menos, a redução do ferro oxidado não prossegue normalmente. Aqui, a zona de redução é uma posição no forno, na qual a temperatura do centro do pélete de ferro reduzido é 1000°C ou maior e o componente gás é definido como um valor médio de um espaço no forno disposto afastado do molde por 300 mm ou mais. Em um espaço disposto afastado do molde por 300 mm ou menos, há a diferença da composição total do gás devido a um efeito do monóxido

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18/38 de carbono que ocorre pela reação de redução do ferro oxidado. Consequentemente, a composição do gás no espaço disposto afastado do molde por 300 mm ou menos não satisfaz a definição de composição do gás na invenção.

[0035] A quantidade total do ferro oxidado incluído no material contendo ferro reduzido produzido pelo RHF é determinada pela razão de mistura das impurezas na matéria-prima e pela razão de redução do ferro (razão de ferro oxidado residual). Quando as impurezas estão grandemente incluídas ou quando a razão de metalização do ferro é 85% ou menos, o ferro oxidado não-reduzido permanece em adição ao óxido metálico que não é facilmente reduzido como as impurezas. Por esta razão, a quantidade total do ferro oxidado no material contendo ferro reduzido está na faixa de 5% em massa a 30% em massa. Nesse caso, o óxido se torna a causa da inibição da adesão e assim é difícil executar o processo de briquete quente. Portanto, conforme descrito acima, o teor de carbono do ferro metálico no material contendo ferro reduzido é ajustado para 2% em massa ou menos. Além disso, para executar mais facilmente o processo de briquete quente, o material contendo ferro reduzido é aquele no qual as partículas de ferro têm 70 mm ou menos ou as partículas de ferro são constituintes da rede sinterizada.

[0036] Um aspecto do óxido residual nos péletes reduzidos tem efeitos na estrutura e na densidade do ferro metálico do material contendo ferro reduzido. Quando o óxido tem um baixo ponto de fusão e é fundido ou amolecido no forno, as partículas de óxido do material contendo ferro reduzido após o resfriamento são embrutecidas. Como resultado, as partículas de ferro reduzido e o óxido são separados um do outro e, assim, todo o estado de aglutinação do material contendo ferro reduzido é deteriorado. Como resultado, ocorre o problema de que a densidade do material contendo ferro reduzido é diminuída. Na invenPetição 870170010393, de 16/02/2017, pág. 21/48

19/38 ção, o tamanho das partículas de óxido é controlado para estar na faixa de 5 mícrons a 100 mícrons. Quando o tamanho é 5 mícrons ou menos, as partículas de óxido e as partículas de ferro metálico são separadas entre si e, assim, a estrutura densa não pode ser formada. Em adição, quando o tamanho é de 100 mícrons ou mais, as partículas de ferro metálico são introduzidas nas partículas de óxido embrutecido e assim a capacidade de moldagem a quente do material contendo ferro reduzido é diminuída. Aqui, o tamanho do óxido é esse tamanho quando ele existe só e é esse diâmetro de partícula quando é sinterizado.

[0037] Para evitar esse fenômeno e controlar adequadamente o tamanho das partículas de óxido, é preferível que a matéria-prima tenha uma composição química que não gere um composto óxido que tenha um ponto de fusão baixo. O óxido tendo um baixo ponto de fusão inclui ferrita de cálcio, silicato de cálcio, e similares tendo impurezas ali misturadas. Após exame da composição química da matériaprima para não gerar o óxido tendo um ponto de fusão baixo, é descoberto que é preferível controlar a razão de óxido de cálcio para óxido de ferro e a razão de óxido de cálcio para óxido de silício. Em adição, é também descoberto que o óxido de magnésio suprime a geração de ferrita de cálcio ou silicato de cálcio. Por um teste, é descoberto que é preferível que a razão de massa de óxido de cálcio para óxido de silício é 2,2 ou menos como a condição para que o óxido de cálcio não seja fundido ou amolecido a uma temperatura de 1200°C a 1400°C. Além disso, é descoberto que é preferível que o índice A {(% em massa de CaO) - (% em massa de MgO)} / (% em massa de T.Fe) < 0,1 e que o índice B {(% em massa de CaO) - (% em massa de MgO)} / (% em massa de SiO₂) < 2,0 para mais melhorias. Além disso, é preferível satisfazer a condição de (% em massa de F) + 0,4(% em massa de Cl) < 0,25%, uma vez que flúor e cloro são elementos que diminuem o

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20/38 ponto de fusão do óxido. Aqui, o coeficiente relativo à concentração de cloro é usado para considerar o grau de efeito no amolecimento e a diferença no peso atômico do cloro. Particularmente, quando é executada a reciclagem da poeira da produção de ferro ou similar, a limitação do composto óxido se torna um recurso importante.

[0038] O material contendo ferro reduzido produzido pelo método descrito acima é moldado a quente (processo de briquete quente). O princípio do método de moldagem a quente é o mesmo que o método geral de briquete quente e o processo de moldagem é executado por um equipamento mostrado na figura 3. Ferro reduzido (material contendo ferro reduzido de mistura de pó e granular) a uma temperatura de 500°C a 800°C, fornecido por uma rampa de transporte de matériaprima 21, é imprensado entre um par de cilindros 23 tendo moldes rebaixados 22 para ser comprimido nos moldes rebaixados 22 para, assim, produzir moldes de ferro reduzido de alta densidade 24. Os moldes de ferro reduzido 24 são resfriados até a temperatura ambiente em um equipamento de resfriamento a água 25. O pó que permanece sem ser moldado retorna à rampa de transporte de matéria-prima 21 através de um equipamento de retorno enquanto não está sendo resfriado. [0039] As condições para moldagem na invenção são como a seguir. A temperatura do material contendo ferro reduzido fornecido pelos cilindros 23 está na faixa de 500°C a 800°C. Particularmente, é preferível que a temperatura esteja na faixa de 500°C a 650°C. Em um teste executado pelos inventores, uma vez que o ferro reduzido a 500°C ou menos tem baixa ductibilidade, o ferro red uzido é menos mutuamente aglutinado por pressão durante a moldagem por compressão. Portanto, a produção do material contendo ferro reduzido não é executada com sucesso e são gerados os problemas de que a sua resistência é insuficiente e que uma parte do material contendo ferro reduzido é separada daí e é pulverizada. Além disso, no caso do materiPetição 870170010393, de 16/02/2017, pág. 23/48

21/38 al contendo ferro reduzido a 800°C ou mais produzido pelo RHF, uma parte do óxido é amolecido e entra em contato com as superfícies entre partículas de ferro metálico e, assim, ocorre o problema de que o seu efeito de adesão é reduzido. Isto é porque o material contendo incluindo grandemente óxido metálico faz com que o cloreto ou óxido de metal alcalino forme um composto inorgânico com o óxido metálico e tenha o efeito de diminuir o seu ponto de fusão. Em adição, quando a temperatura do ferro reduzido é 800°C ou maior, tam bém ocorre o problema de que o desgaste dos moldes rebaixados 22 se torna severo. Esses problemas são melhorados ajustando-se a temperatura do material contendo ferro reduzido para 650°C ou meno r.

[0040] Uma vez que a temperatura do material contendo ferro reduzido descarregado do RHF está na faixa de 1000°C a 1200°C, inicialmente o material contendo ferro reduzido é resfriado de 500°C a 800°C. É preferível formar uma atmosfera tendo uma baixa concentração de oxigênio de 5% em volume ou menos por um método tal como mistura com nitrogênio e resfriar o material contendo ferro reduzido descarregado do RHF nessa atmosfera, de forma que não ocorra a reoxidação durante o resfriamento. Quando água é aplicada diretamente ao material contendo ferro reduzido para resfriamento, não é preferível que seja gerado hidrogênio devido à redução da água. Consequentemente, é executado um método de resfriamento sem usar água. Como equipamento para o resfriamento, é preferível usar um equipamento que possa controlar a atmosfera interna, tal como um resfriador de tambor giratório para resfriamento a água externo.

[0041] A matéria-prima para moldagem a quente na invenção é como segue. É usado um material contendo ferro reduzido que inclua

50% em massa ou mais de ferro metálico e 5% em massa ou menos de carbono. Por vários testes executados pelos inventores, é mostrado que quando o material contendo ferro reduzido tendo 50% em massa

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22/38 ou menos de ferro metálico é moldado, o ferro metálico é deficiente como um aglutinador e, assim, a resistência do molde se torna insuficiente.

[0042] Uma vez que o material contendo ferro reduzido produzido pelo RHF tem muitos materiais contidos (impurezas que não têm ductilidade no momento da compressão) diferentes de ferro metálico, é difícil de apresentar a resistência do molde no momento da compressão. Os inventores descobriram que a taxa de redução de volume de um material maciço contendo ferro reduzido tem um grande efeito na resistência do molde. No material maciço contendo ferro reduzido tendo uma alta taxa de redução de volume, mesmo se as partículas de ferro forem desigualmente distribuídas, as partículas de ferro se movem para vãos entre os óxidos misturados durante a compressão e os vãos podem ser preenchidos com partículas de ferro. Como resultado, no material contendo ferro reduzido tendo alta porosidade, a resistência do molde de ferro reduzido é apresentada facilmente. Quando são dadas condições de moldagem insatisfatórias, tal como o caso onde a quantidade total de óxido está na faixa de 5% em massa a 30% em massa, é preferível que o material contendo ferro reduzido não seja denso. Em adição, é preferível que uma gravidade específica seja 3,0 g/cm³ ou menos e é mais preferível que a gravidade específica seja

2,8 g/cm³ ou menos. Quando a gravidade específica do material contendo ferro reduzido é reduzida, ocorre o problema de que os moldes rebaixados 22 não são enchidos suficientemente com o material contendo ferro reduzido e a densidade do molde de ferro reduzido é diminuída. Como resultado, a resistência do molde de ferro reduzido é reduzida. Isto é determinado pelo valor da gravidade específica e a gravidade específica de 1,4 g/cm³ ou menos é também uma condição importante. Aqui, a gravidade específica é o valor obtido dividindo-se a massa de um material que enche um recipiente de volume constante

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23/38 pelo volume do recipiente.

[0043] Conforme descrito acima, em tal material contendo ferro reduzido no qual a quantidade total do óxido é grande, é preferível que em relação ao ferro metálico, o carbono carburizado no ferro reduzido seja 2% em massa ou menos. Isto se dá porque pouca cementita (material tendo baixa ductibilidade) é detectada nas partículas de ferro tendo 2% em massa ou menos do teor de carbono e a ductibilidade é grandemente mantida a 800°C ou menos. Como resultado, a adesão do ferro metálico no momento da moldagem é melhorada.

[0044] Além disso, para ajustar uma condição de moldagem favorável, o material contendo ferro reduzido inclui um estado no qual as partículas metálicas são 70 pm ou menos ou um estado no qual as partículas metálicas são constituintes da rede sinterizada. Isto se dá porque, quando essa condição é satisfeita, existe um número de partículas finas de ferro no material contendo ferro reduzido e, assim, a chance de aglutinação das partículas entre si no momento da moldagem por compressão aumenta. Como resultado, podem ser produzidos moldes de alta densidade. Particularmente, quando é incluída uma grande quantidade de, especificamente, 5% em massa a 30% em massa do óxido não tendo ductibilidade no momento da compressão, é preferível usar o material contendo ferro reduzido incluindo as partículas de ferro com base nessa condição.

[0045] Nos moldes rebaixados 22, são produzidos moldes quadrados ou retangulares tendo uma forma na qual o seu centro do mesmo direção da espessura é aumentado. Basicamente, os moldes podem ter qualquer tamanho. Entretanto, eles são produzidos para não serem menores que um tamanho de 2 lados de 10 mm e uma espessura de cerca de 5 mm e não serem maiores que um tamanho de dois lados de 40 mm e 120 mm e uma espessura de cerca de 25 mm de modo a ser usado em um alto-forno. Quando sendo apresentado por um diâmetro

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24/38 de conversão, um molde de ferro reduzido de 7 mm a 45 mm é adequado para o alto-forno. Aqui, o diâmetro de conversão é definido por um valor de um terço do volume do molde de ferro reduzido.

[0046] É preferível que a densidade do molde de ferro reduzido seja de 4,2 g/cm³ ou mais em densidade aparente. Isto se dá porque, quando o molde de ferro reduzido produzido pelo RHF não é maior que essa densidade aparente, a resistência do molde de ferro reduzido é diminuída e, assim, não pode ser resistente à armazenagem por longo prazo ou ao transporte. Em adição, a razão porque essa densidade aparente é menor que a densidade aparente do HBI em geral é que o ferro reduzido produzido pelo RHF inclui grandemente o óxido residual e carbono menor na gravidade específica que o ferro metálico. Entretanto, quando a densidade aparente do molde de ferro reduzido para o alto-forno é muito alta, é gerado um problema. Isto é, uma vez que o molde de ferro reduzido conforme a invenção não é completamente reduzido, é necessário reduzir o ferro oxidado no molde de ferro reduzido no alto-forno. Para aumentar a taxa de redução do molde de ferro reduzido no alto-forno, é preferível que a densidade do mesmo não seja muito alta como uma condição preferível para a infiltração de gás no molde de ferro reduzido. Em um teste executado pelos inventores, foi descoberto que quando a densidade aparente do molde de ferro reduzido é de 5,8 g/cm³, o gás entra facilmente pelos poros e assim a redução prossegue facilmente. Além disso, é também mostrado que, quando a densidade aparente do molde de ferro reduzido é menor que 5,0 g/cm³, a redução prossegue mais facilmente. Consequentemente, quando o molde de ferro reduzido produzido no RHF é usado no altoforno, é preferível que a densidade aparente esteja na faixa de 4,2 g/cm³ a 5,8 g/cm³ e é mais preferível que a densidade aparente esteja na faixa de 4,2 g/cm³ a 5,0 g/cm³. Aqui, a densidade aparente é um valor obtido dividindo-se a massa do molde pelo volume do molde.

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25/38 [0047] O molde de ferro reduzido descrito acima é reduzido e fundido no alto-forno. Matérias-primas para o alto-forno, incluindo uma fonte de ferro, tal como o molde de ferro conforme a invenção, minério graúdo, minério sinterizado, e péletes cozidas e coque metalúrgico, são fornecidos ao alto-forno através de uma campânula na parte superior do forno. Conforme descrito acima, o molde de ferro reduzido fornecido ao alto-forno é obtido por moldagem por compressão do material contendo ferro reduzido tendo uma razão de ferro metálico de 50% em massa ou mais e uma razão de carbono de 5% em massa ou menos. O diâmetro de conversão do mesmo está na faixa de 7 mm a 45 mm. Em adição, é preferível que a sua densidade aparente esteja na faixa de 4,2 g/cm³ a 5,8 g/cm³ e é mais preferível que a densidade aparente esteja na faixa de 4,2 g/cm³ a 5,0 g/cm³. Quando o forno é enchido com o molde de ferro reduzido tendo um diâmetro de conversão de 7 mm ou menos em camadas em adição a outros materiais, a perda de pressão de passagem de gás dos materiais de enchimento aumenta e, assim, a sua operação é difícil de ser executada. Consequentemente, deve ser evitado. Além disso, uma vez que o molde de ferro reduzido tendo um diâmetro de conversão de 45 mm ou mais é baixo em taxa de redução e taxa de fusão, o molde de ferro reduzido em estado sólido cai para a parte de baixo do forno. Portanto, ocorre o problema de que a reação na porção inferior do forno se torna inativa. A condição da densidade aparente é ajustada conforme acima devido às razões descritas acima.

[0048] A posição de fornecimento do molde de ferro reduzido no alto-forno é também uma técnica importante. Os inventores descobriram que é preferível que o molde de ferro reduzido de 65% ou mais seja fornecido em uma posição dentro de dois terços do diâmetro a partir do centro do forno em um círculo obtido quando o alto-forno é visto de cima. Quando o molde de ferro reduzido é grandemente coloPetição 870170010393, de 16/02/2017, pág. 28/48

26/38 cado no lado periférico do alto-forno, o molde de ferro reduzido é reduzido e fundido mais rapidamente do que o minério e similares e, assim, a velocidade de queda dos materiais de enchimento (carga) na periferia aumenta excessivamente. Como resultado, o minério na periferia, que é reduzido lentamente, alcança a parte inferior do forno sem ser reduzido. Portanto, ocorre o problema de que a porção inferior do forno é superresfriada. Além disso, quando o molde de ferro reduzido é grandemente fornecido ao centro do forno, ocorrem efeitos que incluem a aceleração do fluxo de gás no centro do forno e a promoção da queda do material de enchimento. Isto se dá porque, uma vez que o fundido de ferro reduzido não é pulverizado na redução, a perda de pressão do gás nos materiais de enchimento pode ser reduzida e a velocidade de queda do molde de ferro reduzido aumenta. Como resultado, o fluxo de gás no centro é acelerado e o volume de sopro pode aumentar. Além disso, os materiais de enchimento no centro são reduzidos em um curto espaço de tempo. Como resultado, a produtividade do ferro-gusa (produção t/d) no alto-forno pode ser melhorada.

[0049] A quantidade do molde de ferro reduzido descrito acima a ser fornecido a um alto-forno de produção de ferroe ajustado de modo a ser uma razão de 150 kg ou menos por 1 tonelada de metal quente e essa razão ajustada se torna uma condição preferível para melhorar a produtividade do ferro-gusa no alto-forno. Obviamente, uma maior quantidade pode ser colocada no alto-forno. Entretanto, nesse caso, a posição de uma zona de fusão no alto-forno é muito baixa e, assim, o efeito de aumentar a produtividade do ferro-gusa que ocorre com a colocação do ferro reduzido é reduzido.

[0050] Quando a invenção é configurada, no RHF, é preferível que seja produzido o material contendo ferro reduzido tendo uma razão de metalização de ferro de 55% a 85% de forma que o molde de ferro reduzido produzido pela moldagem a quente do material contendo ferro

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27/38 reduzido seja reduzido e fundido no alto-forno. No RHF, o ferro oxidado pode ser reduzido a uma alta taxa de redução em um curto espaço de tempo. Entretanto, devido à característica do processo, o dióxido de carbono é misturado no gás da atmosfera no forno por uma certa razão. Consequentemente, para alcançar uma alta redução de uma razão e metalização de ferro de 85% ou mais, é necessário que a temperatura no forno seja de 1420°C ou maior e que o carbono residual no material contendo ferro reduzido após a reação seja de 5% em massa ou mais. Como resultado, o consumo de energia cresce em 30% para melhorar a razão de metalização do ferro de 80% para 90% e, assim, uma operação econômica não pode ser alcançada. Consequentemente, é preferível que a razão de metalização do ferro seja 85% ou menos e é mais preferível que a razão de metalização do ferro seja 80% ou menos.

[0051] Usando-se um equipamento no qual o equipamento RHF mostrado na figura 2 e o dispositivo de briquete quente mostrado na figura 3 são conectados entre si, os processos de redução e fusão do ferro oxidado foram executados com diferentes condições de matériaprima de acordo com o método conforme a invenção. O diâmetro externo da soleira do RHF foi de 24 m. As capacidades de processamento do RHF e do dispositivo de briquete quente foram 24 t/h e 16 t/h, respectivamente. Em adição, o molde de ferro reduzido produzido usando-se os equipamentos acima foi fornecido a um alto-forno de 4800 metros cúbicos e os resultados da sua operação foram examinados. Esses resultados estão mostrados nas tabelas 1 a 3.

[0052] Propriedades de pós como matérias-primas estão mostradas na tabela 1. A matéria-prima 1 é um subproduto tal como poeira e borra incluindo ferro oxidado recuperado de um processo de produção de aço. Ferro metálico e óxido ferroso estão incluídos ali. Em adição, metal oxidado e similares são grandemente incluídos ali como impurePetição 870170010393, de 16/02/2017, pág. 30/48

28/38 zas. Moinha de coque (89% em massa de FC) é usada como fonte de carbono. A matéria-prima 2 é uma mistura de um pó incluindo principalmente [oxido férrico e antracito (80% vem massa de FC, 8% em massa de voláteis). A matéria-prima 3 é uma mistura de pó de óxido férrico incluindo óxido férrico ferroso (magnetita) e moinha de coque (89% em massa de FC). O grau de oxidação de Fe (O/Fe) representa a razão do elemento oxigênio combinado com ferro oxidado e T.Fe.

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Índice A Índice B Tabela 1

Tabela 1 Condições da matéria-prima

T.Fe %

Grau de oxidação do Fe (razão O/Fe)

MnO %

NiO2 %

FC %

C/O·

CaO/SiO

F + 0.4 Cl Diâmetro médio da partícula

Matéria-prima 1 Matéria-prima 2 Matéria-prima 3

52,2

56,7

61,4

1,05

142

1,33

0,75 01 008

012 005

13,6

140

162

1,15

081

092

1,8

2,1

0,07

003

008

1,6

1,7

0,08

007

0ΪΓ mm

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30/38 [0053] RHF e as condições de operação da moldagem a quente e os resultados da produção de briquetes de ferro quente estão mostrados nas Tabelas 2-1 e 2-2. Todas as matérias-primas como péletes esféricas e de um tamanho médio de 14 mm foram fornecidas a RHFs. O RHF 1 até o RHF 3 nas tabelas 2-1 e 2-2 são os resultados de operações de RHF executadas usando-se a matéria-prima 1 com várias condições de temperatura. A razão de metalização de ferro está na faixa de 68% a 80%. Quanto maior a temperatura do gás na zona de redução, maior a razão de metalização do ferro. Em adição, a razão de carbono residual é diminuída. Qualquer razão de carbono no ferro não foi maior que 1% em massa. A densidade aparente dos moldes estava na faixa de 1,8 a 2,3. Essa faixa era uma faixa adequada de acordo com a invenção. Os moldes foram moldados a uma temperatura de moldagem de 510°C a 650°C de modo a serem briquetes tendo um tamanho de 12 mm de largura, 40 mm de comprimento e uma espessura de 7 mm. Os moldes tiveram uma densidade aparente de 4,5 g/cm³ a 5,3 g/cm³ e alta resistência de 10 MPa a 17 MPa. A resistência foi maior que um mínimo de 7 MPa para o uso em alto-forno.

[0054] O RHF 4 é o resultado da operação executada usando-se a matéria-prima 2 a uma temperatura máxima de 1350°C por um tempo de processamento de 20 minutos. A razão de metalização foi 62% e a razão de ferro metálico no material contendo ferro reduzido foi 56%. O material contendo ferro reduzido tendo uma gravidade específica aparente de 1,5 g/m³ foi produzido e moldado a uma temperatura de moldagem de 750°C de modo a ser um briquete grande ten do um tamanho de 40 mm de largura, um comprimento de 150 mm e uma espessura de 25 mm. Foi produzido o molde adequado tendo uma densidade aparente de 4,7 g/cm³ e resistência de 12 MPa.

[0055] RHF 5 e RHF 6 são os resultados de uma operação executada usando-se a matéria-prima 3 a uma temperatura máxima da zona

Petição 870170010393, de 16/02/2017, pág. 33/48

31/38 de redução de 1300°C por um tempo de processamento de 12 minutos e uma operação executada usando a matéria-prima 3 a uma temperatura máxima da zona de redução de 1410°C por um tem po de processamento de 12 minutos. No RHF 5, uma vez que o tempo de processamento é curto e a temperatura do gás na zona de redução é moderada, a razão de metalização foi 59%, a razão de ferro metálico no material contendo ferro reduzido foi 54%, e o ferro metálico foi pouco. No RHF 6, devido às condições adequadas de redução em adição ao tempo de processamento e à temperatura da zona de redução, a razão de metalização foi de 78% e a razão de ferro metálico no material contendo ferro reduzido foi 75%. Uma vez que a matéria-prima 3 tendo um diâmetro médio de partícula de 68 mícrons foi grande em tamanho de partículas, o seu tempo de redução foi maior que outras matériasprimas. A matéria-prima 3 foi moldada a temperaturas de moldagem de 550°C e 600°C de modo a ter um tamanho com uma largura de 30 mm, um comprimento de 120 mm, e uma espessura de 20 mm. Os moldes foram bons em densidade aparente e resistência. Particularmente, no RHF 6, foi produzido o molde de alta resistência tendo resistência de 18 MPa. Em qualquer caso dos RHFs 1 a 6, o diâmetro médio das partículas de ferro do material contendo ferro reduzido estava em uma condição adequada, especificamente 70 mícrons ou menos. Em qualquer condição de operação, o tempo de permanência dos moldes de matéria-prima em uma parte do qual a temperatura era 1200°C ou maior não foi mais longo que o tempo máximo de carburização. Como resultado, qualquer teor de carbono do ferro metálico foi 2% ou menos.

Petição 870170010393, de 16/02/2017, pág. 34/48 [Tabela 2-1]

Tabela 2-1 Condições e resultados do processo RHF

Tipo	Matéria-prima	Tempo total minuto	Tempo para 1200°C ou mais minuto	Temperatura da zona de redução °C	Razão CO/CO₂ da zona de redução -	Tempo máximo de carburização minuto	Razão de metaliza- ção do ferro %	Razão de ferro metálico %	Razão de carbono residual %
RHF 1	Matéria-prima 1	15	8,3	1220	1,06	25	68	53	3,2
RHF 2	Matéria-prima 1	15	12,3	1350	0,93	18	77	61	1,1
RHF 3	Matéria-prima 1	15	12,8	1400	0,78	17	80	68	0,4
RHF 4	Matéria-prima 2	20	15,8	1350	0,73	20	68	59	2,1
RHF 5	Matéria-prima 3	14	11,2	1300	0,49	20	59	50	1,9
RHF 6	Matéria-prima 3	20	15,5	1410	0,75	16	78	71	0,7

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Petição 870170010393, de 16/02/2017, pág. 35/48 [Tabela 2-2]

Tabela 2-2 Condições e resultados do processo RHF

Tipo	Razão de	Razão de	Diâmetro	da	Densidade
	carbono no	metal oxi-	partícula	de	aparente DRI
	ferro %	dado %	ferro pm		g/cm³
RHF 1	0,82	43	32		1,8
RHF 2	0,35	36	38		2,1
RHF 3	0,15	30	38		2,3
RHF 4	0,38	37	63		1,5
RHF 5	0,55	45	26		2,3
RHF 6	0,83	27	33		2,7

Temperatura	Tamanho do	Densidade	Resistência
de molda-	molde mm	do molde	do molde
gem °C		g/cm³	MPa
555	12407	4,5	10
510	12407	4,9	13
650	12407	5,3	17
750	4015025	4,7	12
600	3012020	4,4	10
550	3012020	5,7	18

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Petição 870170010393, de 16/02/2017, pág. 36/48

34/38 [0056] Uma avaliação da economia de calor da redução e fusão no alto-forno acima descritas foi executada para o molde de redução de ferro produzido pelos RHFs. Para obter dados comparativos, os resultados da operação quando um molde de ferro reduzido não é usado no alto-forno estão mostrados no alto-forno 1. A razão de material de redução (coque + carvão pulverizado) foi de 503 kg/t-hm e a quantidade de produção de ferro-gusa foi de 10,058 t/d. Os resultados da colocação de moldes de ferro reduzido com as mesmas condições de operação estão mostradas nos altos fornos 2 a 6 da Tabela 3. No alto-forno 2, o molde de 55% foi colocado em uma posição além de dois terços do centro do alto-forno. Uma vez que essa condição não satisfaz as condições preferíveis conforme a invenção nas quais o molde de ferro reduzido é mais amplamente colocado em torno do centro do altoforno, a redução no material de redução por quantidade de entrada de ferro metálico e o incremento na produção de ferro-gusa foram levemente pequenos. No alto-forno 3, a quantidade de molde de ferro reduzido fornecida ao alto-forno foi grande, isto é, 170 kg/t-hm, e assim essa condição não satisfez as condições preferíveis conforme a invenção. Consequentemente, a redução no material de redução por quantidade de entrada de ferro metálico e o incremento na produção de ferro-gusa foram também levemente pequenos. Nas operações dos altos fornos 4 a 6, uma vez que as melhores condições conforme a invenção foram satisfeitas, a razão de redução do material de redução e o incremento na produção de ferro-gusa tiveram resultados muito bons. Entretanto, no alto-forno 6, uma vez que a densidade do HBI foi próxima ao seu máximo, a redução foi levemente lenta.

Petição 870170010393, de 16/02/2017, pág. 37/48 [Tabela 3]

Tabela 3 Resultados da operação dos altos fornos

Tipo	Tipo de entrada HBI	razão de ferro metálico HBI %	razão HBI kg/t-hm	Razão de forneci- mento dentro de um terço do centro do forno %	Razão de redução do material kg/t-hm
Alto-forno 1	-	-	0	-	503
Alto-forno 2	RHF 2	61	40	55	493
Alto-forno 3	RHF 2	61	170	73	461
Alto-forno 4	RHF 4	59	85	80	480
Alto-forno 5	RHF 5	52	70	82	485
Alto-forno 6	RHF 6	75	70	82	483

Quanti-	Redução	Produ-	Quanti-	Aumento
dade de	no mate-	ção de	dade de	da produ-
redução	rial de	ferro-	aumento	ção por
	redução	gusa		ferro metá-
	por ferro	t-hm/d		lico
	metálico			(t-hm/d)/kg
	kg/kg	10,058
10	0,41	10,209	151	6,9
42	0,40	10,868	810	6,5
23	0,46	10,570	512	7,5
18	0,50	10,501	443	7,7
20	0,37	10,444	386	6,7

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36/38 [0057] A variação na quantidade de consumo de energia da operação do alto-forno no alto-forno 5 que foi boa na operação do altoforno e a energia usada no RHF tendo as condições do RHF 4 foram comparadas para serem avaliadas quanto à economia de calor. Uma vez que a unidade de energia de combustível (gás de coqueria + carvão) no RHF foi 13,1 GJ/kg-Fe e a recuperação de energia de vapor e a energia de consumo de energia em uma caldeira instalada foram quase compensadas, o consumo de energia no RHF foi de 13,1 GJ/kgFe. 0,85 kg de T.Fe por 1 kg de molde de ferro reduzido no alto-forno foi calculado a partir da variação na quantidade de produção de ferrogusa no alto-forno da Tabela 3 e o ferro-gusa de 0,59 kg de ferro metálico no T.Fe foi gerado quase sem incremento de energia. A quantidade de 0,26 kg requereu um valor resultante do consumo de energia de um alto-forno normal (14,8 GJ/kg-Fe). Consequentemente, o consumo de energia do alto-forno é 3,8 GJ/kg-Fe. Como resultado, o consumo total de energia no RHF e no alto-forno foi de 16,9 GJ/kg-Fe.

[0058] No processo da combinação do equipamento de sinterização e do alto-forno, a quantidade de consumo de energia do equipamento de sinterização foi de 1,9 GJ/kg-Fe e a operação foi executada a uma taxa de sinterização de 80%. Quando o consumo de energia do alto-forno de 14,8 GJ/kg-Fe foi aplicado ao sistema de sinterização, o consumo total de energia foi de 16,7 GJ/kg-Fe. Consequentemente, com as condições de operação do RHF 4, a quantidade de consumo de energia na combinação do RHF com o alto-forno e a quantidade de consumo de energia na combinação do equipamento de sinterização com o alto-forno foram quase as mesmas. Entretanto, em vista da energia da produção de coque em uma quantidade de consumo de coque (ferro-gusa de 350 kg/t) na combinação do equipamento de sinterização com o alto-forno, a combinação do equipamento de sinterização com o alto-forno foi grande em consumo de energia por 0,6

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GJ/kg-Fe. Isto é, quando a operação é executada usando-se a combinação do RHF com o alto-forno com a condição adequada do método conforme a invenção descrito acima, o consumo de energia pode ser reduzido em comparação com os métodos convencionais de produção de ferro-gusa. A condição é que a razão de metalização do ferro no RHF esteja na faixa de 55% a 85%. Quando a razão de metalização for maior que essa condição, o consumo de energia no RHF aumenta rapidamente e assim excede a quantidade de consumo de energia que pode ser economizada no alto-forno.

Aplicabilidade Industrial [0059] Quando a invenção é usada, pós de ferro oxidado e poeiras contendo ferro oxidado recuperados de fábricas de produção de aço podem ser reduzidas adequadamente e moldadas a quente e assim podem ser produzidos moldes de ferro reduzido (ferro em briquetes quentes) tendo uma forma adequada. Além disso, os moldes de ferro reduzido que são produzidos por um RHF e um equipamento de moldagem a quente e têm uma forma adequada têm a propriedade de ser raramente reoxidados e podem ser armazenados por um longo período de tempo e transportados por longas distâncias. Fornecendo-se os moldes de ferro reduzido a um alto-forno com condições adequadas, a unidade de fonte de coque no alto-forno pode ser reduzida e a quantidade de produção de ferro-gusa por hora pode ser aumentada. Descrição dos Numerais e Sinais de Referência

1:TETO

2: PAREDE LATERAL

3: RODA

4: SOLEIRA

5: TRILHO

6: MAÇARICO

11: MOINHO DE BOLAS

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12: GRANULADOR

13: FORNO ROTATIVO

14: DUTO DE GÁS DE ESCAPAMENTO

15: CALDEIRA

16: TROCADOR DE CALOR

17: COLETOR DE POEIRA

18: CHAMINÉ

21: CALHA DE MATÉRIA-PRIMA 22: MOLDE REBAIXADO 23: CILINDRO

24: MOLDE DE FERRO REDUZIDO

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de produção de um molde de ferro reduzido, caracterizado pelo fato de que compreende:

reduzir, em um forno de soleira rotativa, um molde de um pó que inclui ferro total de 40% ou mais e uma quantidade molar atômica de carbono fixo de 0,7 a 1,5 vezes a quantidade molar atômica do oxigênio composto com óxido metálico reduzido em uma atmosfera de monóxido de carbono a 1200°C;

produzir, em uma atmosfera a uma temperatura máxima de 1200°C a 1420°C a uma razão de monóxido de carbono para dióxido de carbono de 0,3 a 1,2 na zona reduzida, de um material contendo ferro reduzido no qual a razão de ferro metálico é 50% em massa ou mais e a razão de carbono é 5% em massa ou menos; e moldar por compressão o material contendo ferro reduzido a uma temperatura de 500°C a 800°C por um molde do tipo cilindro.
2. Método de produção de um molde de ferro reduzido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material contendo ferro reduzido no qual o teor de carbono do ferro metálico contido é 2% em massa ou menos é moldado por compressão.
3. Método de produção de um molde de ferro reduzido, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que, quando a temperatura média do forno de 1200°C ou maior rep resentada por T (K), o tempo no qual o molde do pó permanece em uma parte a 1200°C no forno de soleira rotativa não é maior que o tempo máximo de carburização t obtido por t = 0,13*exp (7800/T).
4. Método de produção de um molde de ferro reduzido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material contendo ferro reduzido que contém as partículas de ferro tendo um diâmetro médio de partícula de 70 mm ou menos ou as partículas de ferro sinterizado tendo um tamanho médio de partícula de 70 mm ou

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2/3 menos é moldado por compressão.
5. Método de produção de um molde de ferro reduzido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a razão mássica de óxido de cálcio para óxido de silício no molde do pó incluindo carbono e ferro oxidado é de 2,2 ou menos.
6. Método de produção de um molde de ferro reduzido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a relação dos teores de óxido de magnésio, óxido de cálcio e óxido de silício e o ferro total no ferro oxidado no molde do pó incluindo carbono e ferro oxidado é ajustado para {(CaO % em massa) - (MgO % em massa)} / (T.Fe % em massa) < 0,1 e {(CaO % em massa) - (MgO % em massa)} / (SiO₂ % em massa) < 2,0.
7. Método de produção de um molde de ferro reduzido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material contendo ferro reduzido incluindo 5% em massa a 30% em massa de óxido e tendo uma densidade aparente de 1,4 g/cm³ a 2,8 g/cm³ é moldado por compressão.
8. Método de produção de ferro-gusa, caracterizado pelo fato de que compreende o fornecimento de um molde de ferro reduzido produzido por um método de produção de molde de ferro reduzido, como definido na reivindicação 1, a um alto-forno de produção de ferro para produzir ferro fundido.
9. Método de produção de ferro-gusa, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que é produzido o material contendo ferro reduzido tendo uma razão de ferro metálico de 50% em massa ou mais e uma razão de carbono de 5% ou menos, e em que o molde de ferro reduzido que é produzido por moldagem por compressão do material contendo ferro reduzido com um molde do tipo cilindro e tem um diâmetro de conversão de 7 mm a 45 mm e uma densidade aparente de 4,2 g/cm³ a 5,8 g/cm³ é fornecido ao alto-forno de produPetição 870170010393, de 16/02/2017, pág. 43/48

3/3 ção de ferro para produzir ferro fundido.
10. Método de produção de ferro-gusa, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o molde de ferro reduzido é fornecido ao alto-forno de produção de ferro a uma razão de 150 kg ou menos por 1 tonelada de metal quente para produzir o ferro fundido.
11. Método de produção de ferro-gusa, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o molde de ferro reduzido de 65% ou mais é fornecido em uma posição dentro de dois terços do diâmetro a partir do centro do alto-forno de produção de ferro para produzir o ferro fundido.
12. Método de produção de ferro-gusa, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o material contendo ferro reduzido tendo uma razão de metalização de ferro de 55% a 85% é produzido no forno de soleira rotativa, e em que o molde de ferro reduzido produzido por moldagem por compressão a quente do material contendo ferro reduzido é colocado no alto-forno de produção de ferro para produzir ferro fundido.

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