BRPI0920547B1

BRPI0920547B1 - Método para operar alto forno usando péletes não cozidos contendo carvão

Info

Publication number: BRPI0920547B1
Application number: BRPI0920547-0A
Authority: BR
Inventors: Takashi Shinohara; Takeshi Noda; Kenichi Higuchi
Original assignee: Nippon Steel Corporation
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2021-09-28
Also published as: KR20110051292A; KR101211302B1; EP2336371B8; WO2010041770A1; CN102177256B; EP2336371A1; JP4603628B2; BRPI0920547A2; EP2336371A4; EP2336371B1; UA97916C2; RU2011117324A; CN102177256A; JPWO2010041770A1

Abstract

método para operar alto forno usando péletes não cozidos contendo carvão. a presente invenção refere-se a um método de operação de um alto forno, na operação de um alto forno usando uma grande quantidade de péletes cozidos como material contendo ferro, que mistura péletes não cozidos contendo carbono com os péletes cozidos para carregá-los nas proximidades com os péletes cozidos com sua capacidade de redução inferior de modo a eliminar locais de redução atrasada na vizinhança de uma zona de fusão no forno e obter uma estrutura de zona de fusão fina para assim alcançar um grande efeito de redução do consumo específico de combustível durante a operação do alto forno, isto é, um método de operação de um alto forno que use péletes não cozidos contendo carbono que carregue alternadamente um material contendo ferro e coque em camadas a partir do topo do alto forno, compreendendo (i) misturar previamente péletes não cozidos contendo carbono e péletes cozidos e carregar a mistura de péletes não cozidos contendo carbono e péletes cozidos de modo a substituir parte da camada do material contendo ferro, e (ii) ajustar a razão da mistura dos péletes não cozidos contendo carbono e dos péletes cozidos de forma que a razão r (kg/tp) / p(kg/tp) de um consumo específico r dos péletes não cozidos contendo carbono (kg/tp) e o consumo específico p dos péletes cozidos (kg/tp) se torne 0,09 a 0,31.

Description

Campo Técnico

A presente invenção refere-se a um método para operar um alto forno compreendendo produzir péletes não cozidos contendo carbono que são aumentados em autor redutibilidade pelo carbono contido e carregando- os no alto forno juntamente com outros materiais principais do topo do forno de modo a melhorar seletivamente os locais de baixa reatividade no forno e 10 diminuir a razão do agente redutor do alto forno.

Antecedentes da Técnica

Em operação geral de alto forno, como materiais contendo ferro estão sendo usados minério de sinter, péletes cozidos, e torrões de minério. No Japão, a razão de uso de minério de sinter é a mais alta - com a razão 15 sendo 70 a 90%. Por outro lado, péletes cozidos estão também sendo usados em razões de 5 a 20%. Esses materiais contendo ferro são alimentados por caleiras de minério e carregados pelo topo do alto forno para o interior. Nessa etapa, uma ação de segregação ocorre devido às diferenças no tamanho de partícula, na gravidade específica aparente e na forma. 20 Esses materiais contendo ferro são sucessivamente carregados pelo topo do forno de modo a ser colocado em camadas com torrões de minério dentro do alto forno. Além disso, nesse momento, para promover a redução dos materiais contendo ferro no forno e reduzir a resistência à perme- ação de gás no estado de fundição a alta temperatura, a prática geral foi 25 misturar pequenos grãos ou grãos médios de pequenos torrões de coque com materiais contendo carbono.

No processo de redução dos materiais contendo ferro em um alto forno, a velocidade de redução é a menor na etapa de redução de wustita (FeO) para ferro (Fe). Essa reação ocorre na região de temperatura de 30 800°C ou maior do eixo do alto forno. Essa reação é regida em velocidade pelo tamanho da reação de gaseificação do coque, onde o efeito da composição do gás é grande e que ocorre a uma temperatura próxima de 1000°C

(reação de perda de solução).

Péletes não cozidos contendo carbono compreendidos de grãos finos de materiais carbonáceos e óxido de ferro em sua proximidade não são apenas superiores em redutibilidade como os próprios péletes contendo carbono, mas também contêm uma certa quantidade ou mais de teor de carbono, então é sabido que a alta reatividade do coque permite que os materiais contendo ferro sejam visivelmente melhorados em redutibilidade.

Materiais contendo ferro para uso em alto forno usa minério de ferro em pó de cerca de 2 a 3 mm de tamanho médio de partícula como principal material contendo ferro. Para isso, calcário, sílica e outros materiais secundários coque pulverizado, antracita, e outros materiais carbonáceos são misturados. Além disso, é adicionada água e o resultado misturado e granulado para formar pseudopartículas. Após isto, uma máquina de sinteri- zação é usada para aquecer e sinterizar as partículas, usando o material carbonáceo nas matérias primas, para obter minério sinterizado, Esse é agora o objetivo final.

As pseudo partículas dos materiais sinterizados nesse método são principalmente material granulado compreendido de partículas brutas de um tamanho particular de cerca de 1 mm ou mais como núcleos e partículas finas com um tamanho de partícula de cerca de 0,5 a menos de 1 mm aderidas em torno delas. Essas pseudopartículas mantêm a permeabilidade do gás da camada carregada com materiais de sinterização na máquina de sin- terização e promovem uma boa reação de sinterização. Para isso, é necessária uma resistência a frio suficiente de modo a não ser triturada quando os materiais de sinterização forem carregados e, além disso, enquanto estiverem sendo aquecidos, secos e sinterizados.

Geralmente, para formar materiais de sinterização nas pseudo-partículas é usado um misturador a tambor para misturar os materiais de sinterização e formá-los em partículas.

Por outro lado, a poeira contendo ferro obtida ao coletar-se a poeira da sinterização, poeira de alto forno, etc. produzida em grandes quantidades no processo de produção de ferro e, além disso, os sedimentos, a carepa e outras poeiras de pó fino (estas, em geral, chamadas de "poeira de produção de ferro") e de alimentação de péletes ou outros materiais de pós finos são também usados como materiais contendo ferro.

Entretanto, nesses materiais de pó fino, partículas de pó fino com um tamanho de partícula de 0,25 mm ou menos respondem por 80% ou mais do total, então, quando se usam esses materiais sinterizados, surgem facilmente problemas tais como redução da permeabilidade de gás da camada de material carregado devido às partículas de pó fino e redução da produtividade.

Para executar a sinterização usando tais materiais de pós finos como principais materiais contendo ferro e materiais secundários, com a adição de água, então é usado um peletizador a disco ou outra máquina de granulação tendo uma força de granulação maior comparado com um misturador a tambor para produzir péletes brutos esféricos compreendidos principalmente de partículas de pó fino com um tamanho de partícula de 0,25 mm ou menos, após isto uma máquina de sinterização do tipo de aquecimento externo usando gás combustível, etc. como fonte de aquecimento é usada para sinterizar para produzir os péletes cozidos.

Por outro lado, é de há muito conhecido transformar um material de pó fino em péletes brutos, e então curá-los (por uma reação de hidratação de cal virgem, etc. ou tratamento de carbonação) para aumentar a resistência do material granulado, e então usá-los como estão como material de ferro para uso em alto forno, isto é, péletes não cozidos.

Como método de produção de péletes não cozidos, é conhecido o método de produção de formação de cinzas secundárias de alto forno, poeira de conversor, poeira de sinterização, lama, e outras poeiras da produção de ferro produzidas em usinas de fundição de ferro em péletes brutos durante o que ajusta a distribuição de tamanho de partícula da poeira para uma faixa adequada, adicionando cal virgem, cimento, ou outro aglutinante e 5 a 15% de água, usando um peletizador de disco etc. para produzir péletes brutos, curar as péletes empilhando em um pátio, etc. por vários dias (promoção de uma reação de hidratação do aglutinante à base de CaO ou uma reação de carbonação) para fazê-las endurecer e assim produzir péletes aglutinados a frio (por exemplo, vide PLT 1).

Além disso, em anos recentes, com o propósito de diminuir a razão do agente de redução na operação do alto forno, foi proposto o método de usar o processo de pélete não cozido não cozido acima para produzir péletes não cozidos com alto teor de carbono (por exemplo, vide PLTs 2 a).

Por exemplo, péletes não cozidos contendo carbono para uso em alto forno que são obtidos misturando-se materiais contendo óxido de ferro e materiais carbonáceos à base de carbono, adicionando-se um aglutinante, e então misturando-se, conformando e curando o resultado, que contém de 80% a 120% da quantidade teórica de carbono necessária para reduzir o óxido de ferro do minério de ferro para obter ferro metálico, e que são selecionadas em aglutinante, conformada, e curada de modo a dar uma resistência à trituração à temperatura comum de 7850 kN/m2 (80 kg/cm2) ou mais e um método de produção das mesmas foi proposto (por exemplo, vide PLT 2).

De acordo com esse método, em geral, da relação entre a tem-peratura do gás de redução e a composição do gás (T|CO=CO2/(CO+CO2)), mesmo na zona de armazenamento de calor e na zona de equilíbrio da reação de redução do eixo do alto forno onde o avanço da reação de redução do óxido de ferro é restrito, na região de temperatura de 900 a 1100°C, o óxido de ferro nos péletes não cozidos sofre uma reação de redução devido ao carbono contido ali. Como resultado a taxa de redução é melhorada, de modo que um efeito de diminuição da razão do agente de redução no momento da operação do alto forno pode ser esperado. Entretanto, com esses métodos, o teor de C contido nos péletes não cozidos é limitado a não mais que 120% da quantidade teórica de carbono necessária para reduzir o óxido de ferro para ferro metálico (abaixo chamado algumas vezes de "C equivalente") (pelo teor total de carbono (TC), não mais que 120% correspondentes a não mais que 15% em massa). Se aumentar o teor de C acima disso, houve o problema de a resistência à trituração a frio e a resistência a quente dos péletes não cozidos serem prejudicados.

Além disso, com esses métodos, para manter a resistência à tri-turação a frio dos péletes não cozidos contendo o material carbonáceo, ao invés de cal virgem, é usado cimento Portland de endurecimento rápido ou outro aglutinante à base de cimento, então se aumentar-se a quantidade de adição de aglutinante, haveria o problema de que não apenas a reação en- dotérmica da reação de desidratação do cimento provocasse uma queda na taxa de aumento da temperatura no eixo do alto forno, mas também uma região de redução lenta a baixa temperatura (zona de armazenagem de calor de baixa temperatura) seria ocasionada e a pulverização pela redução do minério sinterizado carregado como material de ferro para uso em altos fornos no alto forno acabou sendo agravada.

Além disso, foram propostos os péletes não cozidos contendo material carbonáceo que são compreendidos de um material carbonáceo e minério de ferro e que são definidos na relação entre a fluidez máxima no momento do amolecimento e fusão do material carbonáceo e a razão das partículas de óxido de ferro de tamanho de 10 μm ou menos no minério de ferro de modo a obter uma capacidade de redução e resistência superiores após a redução nos péletes não cozidos contendo material carbonáceo (por exemplo, vide PLT 3).

De acordo com esse método, é possível utilizar o fato de que o material carbonáceo nos péletes não cozidos contendo material carbonáceo amolece e se funde na região de temperatura de 260 a 550°C, e então solidifica de modo a fazer o material carbonáceo fundido penetrar e solidificar nos espaços entre as partículas de óxido de ferro, aumentar a área de contato do material carbonáceo o do óxido de ferro, e melhora a condutividade térmica e aumenta a eficiência da redução e também de modo a reforçar as aglutinações entre partículas de óxido de ferro para melhorar a resistência após a redução (resistência a quente).

Entretanto, com esse método, para melhorar a capacidade de redução e a resistência após a redução (resistência a quente) dos péletes não cozidos contendo material carbonáceo, é necessário usar carvão com uma alta fluidez máxima como material carbonáceo. Então esse não pode ser dito ser um método preferível do ponto de vista do objetivo de reduzir a razão do agente de redução no momento da operação do alto forno designado para conservação de energia e conservação dos recursos.

Além disso, foram também propostos briquetes para produzir ferro reduzido tendo uma densidade aparente de 2,3 g/cm2 ou mais obtidos misturando-se minério pulverizado e carvão betuminoso tendo 16% ou mais voláteis e uma fluidez Gieseler de 20 DDPM ou mais (material carbonáceo), conformando a mistura a quente em uma região de temperatura de 260 a 550°C por uma pressão de conformação de 20 a 150 Mpa, e então executando a desgaseificação na faixa de temperatura da conformação por 5 minutos ou mais (por exemplo, vide PLT 4).

De acordo com esse método, a mistura é conformada a quente na região de temperatura de 260 a 550°C na qual o material carbonáceo amolece e funde, e então solidifica, as partículas de óxido de ferro são fortemente conectadas pelo material carbonáceo para obter briquetes de uma densidade aparente de 2,3 g/cm2 ou mais, então eles são desgaseificados para expulsar os voláteis do material carbonáceo, onde a resistência dos briquetes é aumentada e é evitada a fratura devido á inchação dos briquetes durante a redução.

Entretanto, esse método requer briquelagem e tratamento de desgaseificação, então esse consumo de energia no momento da produção é alto e os custos de produção aumentam. Nesse ponto, esse é um método economicamente desvantajoso. Além disso, comparado com o método de granulação, a densidade dos briquetes se torna maior, então os briquetes se rompem facilmente devido à gaseificação do material carbonáceo neles existente ou do gás CO ou CO2 produzido na reação de redução do óxido de ferro.

Além disso, foram propostos péletes não cozidos contendo material carbonáceo de estrutura de duas camadas compreendido de um núcleo de um material carbonáceo de um tamanho de partícula de 3 a 25 mm e uma camada circunferencial externa envolvendo o núcleo de uma mistura de um material de ferro com tamanho de partícula de 1 mm ou menos e um ma terial carbonáceo, onde a porcentagem de volume do material carbonáceo do núcleo é 0,2 a 30% em volume dos péletes como um todo, o teor do material carbonáceo na camada circunferencial externa é de 5 a 25% em peso, e o teor total de carbono nos péletes como um todo é alto, na ordem de 25 a 35% em massa (por exemplo, vide PLT5).

De acordo com essa técnica, o material carbonáceo de tamanho de partícula de 1 mm ou menos contido na camada circunferencial externa é usado para reduzir o óxido de ferro. Quando a camada circunferencial externa funde, o material carbonáceo do núcleo é feito funcionar como uma fonte de carburização. Devido a isso, é possível melhorar a capacidade de redução no alto forno e também melhorar o comportamento de gotejamento do ferro gusa fundido devido à ação de carburação e diminuir a razão de combustível no momento da operação do alto forno e reduzir a resistência à permeação do gás na zona de fundição.

Entretanto, tais péletes que são compreendidos de uma estrutura de duas camadas de diferentes tamanhos de partícula e composições de materiais carbonáceos e óxidos e que têm um teor total de carbono alto, da ordem de 25% em massa ou mais têm o problema de uma menor resistência ao desgaste a frio. Além disso, para produzir péletes que tenham tal estrutura especial de duas camadas, o processo de produção se torna complicado, uma grande quantidade de aglutinante se torna necessária para manter a resistência, etc. Esse método foi desvantajoso do ponto de vista da produtividade e do custo no momento da produção.

Da forma acima, os péletes convencionais não cozidos contendo carbono tiveram que ser limitados em teor de carbono para 15% em massa (em carbono equivalente, correspondendo a 1,2) de modo a manter a resistência à trituração a frio de 50 kg/cm2 ou mais demandada como material para uso em alto forno, então mesmo se a redução direta do óxido de ferro nos péletes acima não cozidos contendo carbono foi suficientemente promovida, não foi possível promover suficientemente a redução do minério sinteri- zado ou outros materiais principais contendo ferro para uso em alto forno diferentes dos péletes não cozidos contendo carbono acima.

Além disso, usando-se o método convencional de adição de uma grande quantidade de cimento Portland ou outro aglutinante de endurecimento com água, os péletes não cozidos contendo carbono podem ser melhoradas quanto à resistência à trituração a frio até uma certa extensão, mas na região de temperatura de redução do alto forno, o aglutinante acima sofre uma reação de desidratação, então uma resistência a quente suficiente não pode ser mantida.

Portanto, o desenvolvimento de um método de produção de péletes não cozidos contendo material carbonáceo que use um método simples e relativamente econômico de produção para produzir péletes que tenham um teor de carbono suficiente e sejam superiores tanto em resistência a frio quanto em resistência a quente na região da temperatura de redução (resistência na redução) tem sido desejado de modo a melhorar as taxas de redução dos péletes não cozidos contendo carbono e material contendo ferro para uso em alto forno e diminua grandemente a razão do agente de redução no momento da operação do alto forno.

Por outro lado, entre os materiais contendo ferro para uso em altos fornos, os péletes cozidos formam conchas metálicas (camadas densas de ferro formadas por sinterização ou ferro reduzido na superfície) devido à forte reação topochemical durante o processo de redução onde o gás de redução provoca redução a partir da superfície dos péletes, então, comparado com o minério sinterizado, são mais duras de reduzir na região de alta temperatura de 1000°C ou mais. Uma grande quantidade de fundido é descarregada no início da fusão.

Além disso, devido à forma (esférica), comparado com o minério sinterizado ou minério de ferro, a segregação ocorre facilmente no momento de carga no forno. Em particular, se uma grande quantidade segrega na vizinhança de uma carga de alta redução, é sabido que ocorre um atraso parcial na redução, a espessura da zona de fusão do alto forno compreendida do minério sinterizado e dos péletes cozidos aumenta, a permeabilidade do gás no forno se deteriora, e também o fundido não reduzido goteja, então a razão do agente de redução aumenta.

Na atual operação em geral do alto forno, é principalmente usado o minério sinterizado. A razão está na faixa de 70 a 90%. A razão dos péletes cozidos é de 5 a 20% ou algo assim; Entretanto, devido ao esgotamento de leitos de minério, a qualidade do minério de ferro está se tornando menor. Devido à classificação do minério, o minério de ferro está crescentemente sendo fornecido como um pó fino. A queda no rendimento e na produtividade do produto devido à baixa permeabilidade do gás quando se produz minério sinterizado usando minério de ferro em pó fino está se tornando um problema.

Portanto, a tecnologia para utilização de péletes não cozidos, que podem ser produzidos usando-se um material contendo ferro incluindo um minério em pó fino sem provocar uma redução no rendimento do produto e a produtividade comparada com o minério sinterizado, está crescendo em importância no alto forno. Além disso, vários métodos usando péletes não cozidos contendo carbono em lugar de parte dos péletes cozidos foram propostos (por exemplo, vide PLTs 5 a 7).

Quando se mistura péletes não cozidos contendo carbono em uma camada de material contendo ferro contendo uma grande quantidade de péletes cozidos para uso em um alto forno, mesmo se a redução do principal material da camada de material contendo ferro, isto é, o minério sinterizado, puder ser promovida, não foi possível promover seletivamente a reação de redução em muitos locais onde as péletes cozidos segregaram na camada de material contendo ferro. No final, ocorreu um atraso na redução nesses locais e um efeito suficiente de redução da razão do agente de redução não pode ser desfrutado.

Para promover suficientemente a redução dos locais de péletes cozidos concentradas na camada de material contendo ferro por esse método, foi necessário o uso de uma grande quantidade de péletes não cozidos contendo carbono. Usando-se uma grande quantidade de péletes não cozidos contendo carbono, entretanto, houve o problema de que a reação de desidratação do aglutinante contido nos péletes não cozidos contendo carbono não apenas provocou uma queda na taxa de aumento de temperatura no eixo no alto forno, mas também provocou a formação de uma região de redução lenta a baixa temperatura (zona de armazenagem de calor a baixa temperatura) e agravou a pulverização pela redução do minério sinterizado na camada de material contendo ferro para uso em alto forno.

Além disso, o efeito de promoção da redução dos péletes cozidos pelos péletes não cozidos contendo carbono foi baixo e a quantidade de uso de péletes não cozidos contidos foi maior que a necessária, então isto foi responsável para levar à pulverização pela redução do minério sinterizado no alto forno (vide, por exemplo, a PLT 7).

Portanto, na operação de alto forno usando uma grande quantidade de péletes cozidos como material contendo ferro, foi desejado o desenvolvimento de um método de uso de péletes não cozidos contendo carbono em um alto forno que permita o efeito de promoção de redução de péletes cozidos pelas péletes não cozidos contendo carbono seja apresentado eficientemente e que promete um grande efeito de diminuição da razão do agente de redução. Lista de Citações Literatura da Patente PLT 1 Japanese Patent Publication (A) n° 53-130202 PLT2 Japanese Patent Publication (A) n° 2003-342646 PLT3 Japanese Patent Publication (A) n° 2000-160219 PLT4 Japanese Patent Publication (A) n° 11-92833 PLT5 Japanese Patent Publication (A) n° 8-199249 PLT6 Japanese Patent Publication (A) n° 2003-301205 PLT7 Japanese Patent Publication (A) n° 6-145729

Sumário da Invenção Problema Técnico

A presente invenção, em consideração do estado acima da técnica anterior, tem como seu objetivo fornecer um método de operar um alto forno, em uma operação de um alto forno usado uma grande quantidade de péletes cozidos como um material contendo ferro, que mistura péletes não cozidos contendo carbono com os péletes cozidos para carregá-las na pro- ximidade dos com os péletes cozidos com sua capacidade de redução inferior de modo a eliminar locais de redução atrasada na vizinhança de uma zona de fusão no forno e obter uma estrutura de zona de fusão fina, para assim alcançar um grande efeito de diminuição do consumo específico de combustível durante a operação do alto forno.

Solução para o Problema

Os inventores mediram os ingredientes que formam os materiais contendo ferro para uso em altos fornos tais como minério sinterizado, péletes cozidos, e torrões de minério quanto ao comportamento a alta temperatura e se engajaram em um estudo intensivo, por experiências, etc., nas mudanças de comportamento a alta temperatura quando se misturam quantidades predeterminadas de péletes não cozidos contendo carbono nesses ingredientes.

Como resultado, eles descobriram que quando misturados, entre o minério de ferro, péletes cozidos, e torrões de minério que formam os materiais contendo ferro para uso em altos fornos, em particular os péletes cozidos com péletes não cozidos contendo carbono, o efeito de melhoria da capacidade de redução a alta temperatura foi particularmente grande.

Além disso, eles aprenderam da relação das quantidades de uso de péletes cozidos e péletes não cozidos contendo carbono que, pela otimização da quantidade de uso de péletes não cozidos contendo carbono, é possível prolongar o efeito de melhoria da redução dos péletes cozidos pelos péletes não cozidos contendo carbono até a extensão máxima.

A presente invenção foi feita para resolver o problema acima e tem como sua essência o seguinte: (1) Um método de operar um alto forno em uma operação de alto forno usando péletes não cozidos contendo carbono que carrega alterna-damente um material contendo ferro e coque em camadas a partir do topo do alto forno, o método caracterizado por (i) misturar previamente péletes não cozidos contendo carbono e péletes cozidos e carregar a mistura de péletes não cozidos contendo carbono e péletes cozidos de modo a substituir parte da camada de material contendo ferro e (ii) ajustar a razão de mistura dos péletes não cozidos contendo carbono e dos péletes cozidos de forma que a razão R (kg/tp) / P(kg/tp) do consumo específico R (quantidade consumida para uma tonelada de produto de aço) dos péletes não cozidos contendo carbono (kg/tp) e o consumo específico P (quantidade consumida para uma tonelada de produto de aço) dos péletes cozidos (kg/tp) se torne 0,09 a 0,31. (2) Um método de operação de um alto forno usando péletes não cozidos contendo carbono conforme apresentado no item (1) caracterizado pelo fato de que o consumo específico P (quantidade consumida para uma tonelada de produto de aço) dos péletes cozidos seja 150 kg/tp a 650 kg/tp.

Efeitos Vantajosos da Invenção

De acordo com apresente invenção, na operação de um alto forno que use materiais contendo ferro nos quais uma grande quantidade de péletes cozidos é misturada, é possível obter uma melhoria maior na razão do agente de redução pelo uso de uma quantidade menor de péletes não cozidos contendo carbono comparado com o passado.

Portanto, pela aplicação da presente invenção, é possível usar minério de ferro em pó, que é econômico mas é inferior em qualidade, como material para produzir eficientemente péletes cozidos e reduzir grandemente a razão do agente de redução (razão de coque) no momento da operação do alto forno quando se usam péletes cozidos. Isto permite a utilização efetiva de recursos, conservação de energia e menor produção de CO2.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 é uma vista mostrando esquematicamente um equi-pamento de teste de amolecimento de carga para medir propriedades de redução de vários tipos de cargas de altos fornos.

A figura 2 é um gráfico mostrando mudanças na taxa de redução a 1200°C de minério sinterizado e péletes cozidos devido à mistura uniforme com péletes não cozidos contendo carbono.

A figura 3 é um gráfico mostrando o C/O consumido para calcu- lar a quantidade necessária de péletes não cozidos contendo carbono em um processo de redução de péletes cozidos.

A figura 4 é um gráfico mostrando a relação entre o consumo específico R de péletes não cozidos contendo carbono, o teor C de péletes não cozidos contendo carbono, e o consumo específico P de péletes cozidos.

A figura 5 é um gráfico mostrando a relação entre o teor de C e a resistência após a reação de péletes não cozidos contendo carbono.

A figura 6 é um gráfico mostrando a relação de uma razão A (=R/P) do consumo específico R dos péletes não cozidos contendo carbono, o consumo específico P dos péletes cozidos e a razão de agente de redução do alto forno.

Descrição da ModalidadeSerão explicados detalhes da presente invenção.

Inicialmente, os inventores usaram um equipamento de teste de amolecimento da carga capaz de simular essa reação dentro de um alto forno de modo a estudar as mudanças na razão de péletes não cozidos contendo carbono com capacidade de redução em vários tipos de cargas contendo ferro.

O método de medição da taxa de redução que usa um equipamento de teste de amolecimento de carga será explicado abaixo. A figura 1 é uma vista de seção transversal de um equipamento de teste de amolecimento de carga. Um forno elétrico inferior 6 e um forno elétrico superior 5 são conectados por um flange para formar uma estrutura integral.

O forno elétrico inferior 6 é fornecido para preaquecer o gás de redução, enquanto o forno elétrico superior 5 é usado para aquecer uma amostra 3. Minério de ferro ou outra amostra 3 é carregado em um cadinho, e então colocado dentro de um tubo de reação. A amostra 3 é carregada entre uma camada superior e uma camada inferior de coque no cadinho.

O gás de redução que foi ajustado previamente para uma com-posição e taxa de fluxo predeterminadas é introduzido por uma entrada de gás de redução 7 no tubo de reação, é preaquecido no forno elétrico inferior 6, e então e introduzido na amostra 3 no cadinho. O gás após a reação é expelido pela saída de gás de reação 2. Parte desse gás expelido é amostrada e analisada quanto aos ingredientes por um analisador de gás. A taxa de redução é calculada a partir dos valores de análise desse gás expelido.

Ao mesmo tempo, um par termelétrico 4 é usado para medir a temperatura da parte direita acima da amostra 3. As pressões de gás na entrada de gás de redução 7 e na saída de gás de reação 2 são também medidas. Da diferença de pressão é medida a resistência à permeação do gás da amostra 3. Além disso, no processo da amostra 3 ter a temperatura aumentada e reduzida, o equipamento de aplicação de carga 1 é usado para aplicar qualquer carga à amostra 3 para simular as condições de carga em um forno atual. É medido o comportamento de encolhimento da amostra 3 obtido como resultado. Note que, na figura, 8 indica um recipiente de queda de líquido, enquanto 9 indica um detector de queda de líquido.

A figura 2 mostra os resultados da medição. O minério sinterizado e os péletes cozidos usados em um forno atual foram peneirados para um tamanho médio dé partícula de 10 a 15 mm, e então foram respectivamente misturados uniformemente com péletes não cozidos contendo carbono para uso como amostras.

Os péletes não cozidos contendo carbono foram produzidos mis-turando-se poeira contendo ferro, poeira contendo carbono e cimento Portland de endurecimento rápido em quantidades predeterminadas, e então granulando-se a mistura por uma panela granuladora, após isto, curando-se por duas semanas ao ar livre. Os péletes não cozidos contendo carbono foram compreendidos de carbono 255 e T.Fe 45% e tiveram um carbono equivalente de 2,0.

Misturando-se nos péletes não cozidos contendo carbono as taxas de pico de redução do minério sinterizado e os péletes cozidos a 1200°C foram melhoradas. Comparando-se as duas, inicialmente, os péletes cozidos são menores em taxa de redução.

Isto é devido à seguinte razão: No caso de péletes cozidos, a distribuição de tamanho de poros é uniforme, então a redução prossegue por uma reação topoquímica, é formada uma forte concha metálica na região de baixa temperatura, e a difusão do gás para o interior é suprimida. Como re-sultado, dentro dos péletes cozidos, está contido o fundido contendo uma grande quantidade de FeO não reduzido. Este flui para fora e é perdido de uma vez na região de alta temperatura, então a redução se torna notavelmente lenta devido ao entupimento dos poros na região de alta temperatura.

Por outro lado, o minério sinterizado tem uma estrutura de poros desigual, então a redução prossegue rapidamente e uniformemente para o interior resultando na metalização. Portanto, há relativamente pouco fundido contendo uma grande quantidade de FeO não reagido e a redução também é promovida na região de alta temperatura.

Comparando-se os efeitos dos péletes não cozidos contendo carbono, descobriu-se que a mistura uniforme de péletes não cozidos contendo carbono com os péletes cozidos tem um efeito maior de melhoria da taxa de redução. Isto é porque os próprios péletes cozidos contendo carbono são extremamente altos em taxa de redução e, antes da formação da concha metálica acima, é promovida a redução pelo gás CO formado pela gaseificação dos péletes não cozidos contendo carbono, então a quantidade de fundido que permanece dentro é reduzida e a diminuição da velocidade da redução na região de alta temperatura é suavizada.

Dos resultados acima, os inventores pensaram que misturando- se os péletes não cozidos contendo carbono com os péletes cozidos ao invés de próximo ao minério sinterizado, e sim fazendo-se os péletes não cozidos contendo carbono próximos aos péletes cozidos, e efeito poderia ser grandemente apresentado.

Além disso, os inventores se engajaram em um estudo em pro-fundidade da razão de mistura dos péletes não cozidos contendo carbono para os péletes cozidos para reduzir o consumo específico de combustível no momento da operação do alto forno.

Antes disso, calculou-se o carbono equivalente (mol) derivado dos péletes não cozidos contendo carbono próximos necessários para a redução dos péletes cozidos. A etapa de redução dos péletes cozidos e dos péletes não cozidos contendo carbono carregados como parte da camada de material contendo ferro em um alto forno é geralmente dividida nas três etapas ((1) a (3)) a seguir. Foi calculado o C/O consumido nas diferentes etapas.

Aqui, 0 é o total (mol) da quantidade de oxigênio reduzido dos péletes cozidos e dos péletes não cozidos contendo carbono, C é a quantidade de C (mol) derivada dos péletes não cozidos contendo carbono, e C/O expressa a quantidade de carbono derivada dos péletes não cozidos contendo carbono necessária para a redução da quantidade de oxigênio derivada dos péletes cozidos a ser reduzida. (1) Taxa de redução dos péletes cozidos < 30% (região de baixa temperatura)

Os péletes cozidos são reduzidos pelo gás de redução derivado do coque comum sem o envolvimento dos péletes não cozidos contendo carbono. (2) Taxa de redução das péletes cozidos: 30 a 50% (região de redução indireta)

Os péletes cozidos são reduzidos pelo gás de redução derivado dos péletes não cozidos contendo carbono.

(início da gaseificação do C derivado dos péletes não cozidos contendo carbono)

(região indireta de péletes cozidos) Das fórmulas (1) e (2) acima

Razão molar: C/O = 0,5 (3) Taxa de redução de péletes cozidos: 50 a 100% (região de redução (direta) de fusão)

Os péletes cozidos começam a amolecer e fundir e são reduzidos por redução (direta) de fusão.

Razão molar: C/O = 1,0

Os resultados acima são como mostrado na figura 3. O efeito de promoção da redução pelos péletes não cozidos contendo carbono é exibido na região de (2). Em torno dos péletes cozidos, é suficiente dar uma razão molar C/O de 0,2 x 0,5 = 0,1.

Por outro lado, o oxigênio a ser reduzido nos péletes não cozidos contendo carbono é reduzido nas regiões de (2) e (3) pelo carbono nos péletes não cozidos contendo carbono, então em torno das péletes não cozidos contendo carbono a razão molar C/O tem que ser 0,6.

Com base nos resultados do estudo acima, os inventores des-cobriram o consumo específico R dos péletes não cozidos contendo carbono (kg/tp) de acordo com o consumo específico P dos péletes cozidos (kg/tp).

Por exemplo, quando se usa o consumo específico P de péletes cozidos (kg/tp) para misturar péletes cozidos de O: 28,1% (T.Fe = 65,7%, FeO = 0,9%) e péletes não cozidos contendo carbono com uma quantidade de oxigênio a ser reduzida de 0% e carregando-se a mistura em um alto forno, o consumo específico R dos péletes não cozidos contendo carbono para reduzir os péletes cozidos e péletes não cozidos contendo carbono (kg/tp) é expresso pela fórmula a seguir, onde C: teor de carbono nos péletes não cozidos contendo carbono (%) e O: quantidade de oxigênio a ser reduzida nos péletes não cozidos contendo carbono,

Será explicada aqui a relação entre o teor de carbono e a quantidade de oxigênio a ser reduzida nos péletes não cozidos contendo carbono. Os péletes não cozidos contendo carbono são compreendidos principalmente de carbono C e óxido de ferro Fe2O3, mas contém um teor de cinzas derivado da poeira contendo ferro e da poeira contendo carbono, ingredientes de ganga derivados do cimento, e água de cristalização devido à reação de hidratação do cimento até uma extensão total de 20 a 30%. Aqui, os ingredientes dos péletes não cozidos contendo carbono estão expressos por [C/O] (razão molar).

Agora, fazendo-se o ingrediente de ganga das péletes não cozidos contendo carbono 25%,

então a relação de oxigênio a ser reduzido O (%mol) e o teor de carbono C (% em massa) se torna

Aplicando-se essa relação à fórmula (4), então

Portanto, ajustando-se o consumo específico R das péletes não cozidos contendo carbono (kg/tp) de acordo com o consumo específico P dos péletes cozidos (kg/tp) e o teor de C dos péletes não cozidos contendo carbono com base na relação da fórmula (7) acima, é possível os péletes cozidos próximos.

A relação entre o consumo específico R dos péletes não cozidos contendo carbono (kg/tp) e o consumo específico P das péletes cozidos (kg/tp) está mostrada na figura 4.

Além disso, expressando-se os ingredientes dos péletes não cozidos contendo carbono por C/O (razão molar), da fórmula (6),

e

Dessa relação, por exemplo, [C/O] = 1,0, 2,0, 3,0 respectivamente corresponde ao C (% em massa) = 14%, 23% e 30%.

Se o teor de C aumenta, a resistência a frio e a quente dos péletes não cozidos contendo carbono cai, então há um limite superior. Portanto, os inventores investigaram os efeitos do teor de C na resistência após a reação das péletes não cozidos contendo carbono.

Os inventores investigaram a resistência à trituração após aquecer os péletes não cozidos contendo carbono tendo vários teores de C sob condições de 900°C e 00/002=7/3 por 1 hora. Conforme mostrado na figura 5, juntamente com o aumento no teor de C, a resistência após a reação cai. Da NPLT "Tetsu to Hagane 72 (1986), S98", no alto forno, os péletes contendo carbono têm que ser mantidos a 10 kg/peça ou mais, mas os inventores descobriram que se o teor de C for maior que 30%, 10 kg/peça não po dem ser mantidos. Consequentemente, o limite superior do teor de C na presente invenção é feito 30%.

A seguir os inventores estudaram intensivamente a faixa ótima do consumo específico R das péletes não cozidos contendo carbono (kg/tp) para diminuir a razão do agente de redução. Se o teor de carbono Y dos péletes não cozidos contendo carbono for menor que 15% (C/O corresponde a 1,0), o efeito de melhoria da eficiência da reação de redução indireta e redução (direta) por fusão da fórmula (2) acima se torna menor. Como resultado, comparado com o uso de coque comum, torna-se difícil diminuir suficientemente a razão do agente de redução.

Além disso, se o teor de carbono C dos péletes não cozidos con-tendo carbono exceder 30% (C/O correspondendo a 3,0), a resistência à trituração cai e a permeabilidade do gás no alto forno é inibida, então a pro-gressão da reação de redução indireta da fórmula (1) acima para a fórmula (2) é inibida. Como resultado, comparado com o uso de coque comum, tor- na-se difícil diminuir suficientemente a razão do agente de redução.

Por essa razão, o teor de C dos péletes não cozidos contendo carbono é preferivelmente feito 15 a 30%. Se baseado nessa quantidade preferível de C dos péletes não cozidos contendo carbono de 15 a 30% e na fórmula (7) acima, os limites superior e inferior do consumo específico R dos péletes não cozidos contendo carbono (kg/tp) para diminuir a razão do agente de redução se torna conforme a seguir.

Portanto, na presente invenção, para diminuir a razão do agente de redução no momento da operação do alto forno, a razão de mistura dos péletes não cozidos contendo carbono e dos péletes cozidos é ajustada de forma que a razão R (kg/tp) / P(kg/tp) do consumo específico R dos péletes não cozidos contendo carbono (kg/tp) e o consumo específico P dos péletes cozidos (kg/tp) satisfaçam a fórmula (9) acima.

A seguir os inventores estudaram em profundidade a faixa de consumo específico P dos péletes cozidos. Se o consumo específico P dos péletes cozidos for menor que 150 kg/tp, a carga do alto forno se torna prin cipalmente minério sinterizado e torrões de minério. Suas características da reação acabam dominando os resultados da operação do alto forno. Mesmo se a capacidade de redução dos péletes cozidos carregados for melhorada pelos péletes não cozidos contendo carbono carregados, a contribuição para a operação total acaba se tornando relativamente pequena.

Além disso, se o consumo específico P dos péletes cozidos for acima de 650 kg/tp, o grau de segregação dos péletes cozidos no momento da carga se torna maior e mesmo os péletes não cozidos contendo carbono não são suficientes para cobrir os defeitos prejudiciais.

Do exposto acima, na presente invenção, o consumo específico P dos péletes cozidos (kg/tp) é feito 150 a 650 kg/tp. Isso corresponde a uma razão de péletes cozidos de 10 a 40%. A faixa do consumo específico R dos péletes não cozidos contendo carbono corresponde a 14 a 202 kg/tp.

A figura 6 mostra a relação da razão A (=R/P) entre o consumo específico R dos péletes não cozidos contendo carbono (kg/tp) e o consumo específico P dos péletes cozidos (kg/tp) com a razão do agente de redução.

Os inventores investigaram a mudança na razão do agente de redução devido às quantidades de uso de péletes cozidos e de péletes não cozidos contendo carbono em um alto forno de um volume efetivo de 5500 m3. Durante o período de inspeção, a qualidade do minério sinterizado foi substancialmente constante. A operação foi executada para dar uma razão de esvaziamento de 2,1 a 2,2 (t/d/m3). Quando nenhum pélete não cozido contendo carbono foi misturado, a razão do agente de redução sobe juntamente com o aumento no consumo específico P dos péletes cozidos.

Por outro lado, misturando-se os péletes não cozidos contendo carbono e os péletes cozidos de forma que a razão A (=R/P) do consumo específico R dos péletes não cozidos contendo carbono (kg/tp) e do consumo específico P dos péletes cozidos (kg/tp) se torne 0,9 a 0,31, a razão do agente de redução foi mantida em 485 (kg/tp) ou menos.

Entretanto, se o consumo específico P dos péletes cozidos exceder 650 kg/tp, mesmo usando-se péletes não cozidos contendo carbono, operar-se com uma razão de agente de redução de 495 (kg/tp) ou menos foi difícil. Além disso, mesmo se o consumo específico P dos péletes cozidos for menor que 150 kg/tp, mesmo usando-se péletes não cozidos contendo carbono, a operação com uma razão de agente de redução de 485 (kg/tp) ou menos foi difícil.

Se a razão A (=R/P) do consumo específico R dos péletes não cozidos contendo carbono e do consumo específico P dos péletes cozidos excedeu 0,31, juntamente com o aumento do consumo específico P dos péletes cozidos, a quantidade de uso de péletes não cozidos contendo carbono se tornou insuficiente e a razão do agente de redução aumentou.

Por outro lado, mesmo se a razão A (R/P) do consumo específico R dos péletes não cozidos contendo carbono e do consumo específico P dos péletes cozidos se tornou menor que 0,09, juntamente como aumento do consumo específico P dos péletes cozidos, a razão do agente de redução aumentou.

Isto foi porque, conforme explicado acima, uma quantidade de péletes não cozidos contendo carbono mais que necessária para reduzir os péletes cozidos foi misturada - resultando em um aumento dos péletes não cozidos contendo carbono com uma menor resistência à trituração que péletes cozidos e acompanhada de uma queda na permeabilidade do gás e, a- lém disso, o gás CO produzido pela gaseificação rápida dos péletes não cozidos contendo carbono não foi efetivamente utilizado mas acabou escapando para o topo do forno.

Note -se que a mesma coisa não permanece mesmo se aplicado a coque comum (pequenos torrões de coque). O coque comum é lento na velocidade da reação de gaseificação (C+CO2=2CO), de modo que uma grande quantidade do coque se torna necessária.

Além disso, o tamanho de partículas dos péletes não cozidos contendo carbono na é particularmente limitado na presente invenção, mas para promover a mistura uniforme com os péletes cozidos e suprimir uma queda na permeabilidade do gás doas péletes não cozidos contendo carbono devido à trituração, o tamanho médio de partícula é preferivelmente feito 20 mm ou menos.

Além disso, o método de carregar os péletes não cozidos contendo carbono no alto forno compreende preferivelmente carregar alternadamente material contendo ferro e coque em camadas pelo topo do alto forno durante o que a mistura de péletes cozidos e de péletes não cozidos contendo carbono previamente antes de carregar a mistura dos acima mencionados péletes não cozidos contendo carbono e péletes cozidos de modo a substituir parte da camada de material contendo ferro acima mencionada.

Como método para misturar os péletes cozidos e os péletes não cozidos contendo carbono antes do carregamento, efeitos similares podem ser obtidos mesmo ajustando-se a caleira de péletes cozidos e a caleira de péletes não cozidos contendo carbono próximas uma da outra e alimentando-se os péletes através delas.

Além disso, os péletes não cozidos contendo carbono da presente invenção não são particularmente limitadas em forma ou método de produção. Em geral, é usado um método de formação de péletes brutos usando uma panela granuladora, mas efeitos similares podem ser obtidos mesmo usando-se o método de conformar briquetes permitindo a conformação por pressão.

Além disso, os péletes não cozidos contendo carbono da presente invenção não são particularmente limitadas também em condições materiais. Em geral, poeira contendo ferro, poeira contendo coque, etc. são principalmente usadas, mas mesmo se misturadas em minério de ferro, carepa, etc. contanto que a faixa de ingredientes esteja dentro do escopo da presente invenção, efeitos substancialmente similares podem ser obtidos.

Exemplos

Abaixo serão explicados exemplos da presente invenção, mas as condições dos exemplos são uma ilustração das condições empregadas para confirmar a capacidade de trabalho e os efeitos vantajosos da presente invenção. A presente invenção não é limitada a essa ilustração de condições. A presente invenção pode usar várias condições contanto que não saiam da essência da presente invenção e alcancem o objetivo da presente invenção.

[Exemplo 1]

Poeira contendo ferro, poeira contendo carbono, e cimento Portland de cura rápida foram usados como materiais para produzir dois tipos de péletes não cozidos contendo carbono P1 e P2. P1 teve um teor de C de 23%, um C/O de 2,0, e um ingrediente ganga de 25%. P2 teve um teor de C de 28%, um C/O de 2,8, e um ingrediente ganga de 25%.

Esses péletes não cozidos contendo carbono foram carregados em um alto forno com volume efetivo de 5500 m3 juntamente com os péletes cozidos pelo topo do forno para uso. Durante o período de uso, a qualidade do minério sinterizado foi substancialmente constante, e a operação foi executada para dar uma razão de esvaziamento de 2,1 a 2,2 (t/d/m3).

A Tabela 1 mostra as condições de uso dos péletes não cozidos contendo carbono e dos péletes cozidos e os resultados da avaliação da operação do alto forno. Como será entendido da Tabela 1, quando se usam péletes não cozidos contendo carbono P1, com o Exemplo Comparativo 1 com uma quantidade de uso de péletes não cozidos contendo carbono menor que a quantidade de uso de péletes cozidos, a operação com uma razão de agente de redução de 485 (kg/tp) ou menos não foi possível.

O Exemplo Comparativo 2, ao contrário, teve uma quantidade de uso de péletes não cozidos contendo carbono muito maior que a quantidade de uso de péletes cozidos, então a razão de agente de redução de 485 (kg/tp) ou menos não foi possível.

Os inventores conduziram um estudo do caso de usar os péletes não cozidos contendo carbono P2 sob condições de uma grande quantidade de uso de péletes cozidos. O Exemplo Comparativo 3 teve uma quantidade de uso de péletes não cozidos contendo carbono de 45 (kg/tp) ou uma quantidade de uso conforme o Exemplo da Invenção 1, ainda foi insuficiente em quantidade de péletes cozidos e não pode diminuir a razão do agente de redução. O Exemplo Comparativo 4, ao contrário, teve uma razão excessivamente grande de péletes não cozidos contendo carbono, então novamente a razão do agente de redução teve tendência a ser alta. Tabela 1

Aplicabilidade Industrial

Conforme explicado acima, de acordo com apresente invenção na operação de um alto forno que use um material contendo ferro no qual uma grande quantidade de péletes cozidos é misturada, é possível obter uma maior melhoria na razão do agente de redução pelo uso de uma quantidade menor de péletes não cozidos contendo carbono comparado com o passado.

Portanto, pela aplicação da presente invenção, é possível usar um minério de ferro em pó, que é econômico mas é inferior em qualidade, como material para produzir eficientemente péletes cozidos e reduzir grandemente a razão do agente de redução (razão de coque) no momento da operação do alto forno quando se usam péletes cozidos. Isto permite a utili- zação efetiva de recursos, conservação de energia, e diminuir a saída de CO2. Consequentemente, a presente invenção contribui grandemente para a indústria e a sociedade.

Listagem de Referência de Sinais 1. equipamento de aplicação de carga 2. saída do gás da reação 3. amostra 4. par termelétrico 5. forno elétrico superior 6. forno elétrico inferior 7. entrada do gás de redução 8. recipiente de gotejamento de líquido 9. detector de gotejamento de líquido

Claims

1. Método de operar um alto forno usando péletes não cozidos contendo carbono em que um material contendo ferro e coque são carregados alternadamente em camadas a partir do topo do alto forno, o menciona- 5 do método caracterizado por (i) misturar previamente péletes não cozidos contendo carbono e péletes cozidos e carregar a mistura dos mencionados péletes não cozidos contendo carbono e péletes cozidos de modo a substituir parte da mencionada camada de material contendo ferro e (ii) ajustar a razão de mistura das mencionadas péletes não co zidos contendo carbono e dos péletes cozidos de forma que a razão R (kg/tp) / P(kg/tp) do consumo específico R das mencionadas péletes não cozidos contendo carbono (kg/tp) e o consumo específico P dos mencionados péletes cozidos (kg/tp) se torne 0,09 a 0,31.

2. Método de operação de um alto forno usando péletes não co zidos contendo carbono de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mencionado consumo específico P dos péletes cozidos seja 150 kg/tp a 650 kg/tp.