ES2297001T3 - Metodo de produccion de hierro metalico. - Google Patents
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Abstract
Un método de producción de hierro metálico que comprende calentar una materia prima, que contiene un material un que contiene óxido de hierro y un agente reductor carbonoso, en un núcleo móvil, para reducir óxido de hierro en la materia prima, en el que la materia prima se suministra después de que un material carbonoso de control atmosférico en polvo y granular se extienda sobre el núcleo, y un material carbonoso no resolidificable que puede mantener un estado en polvo y granular sin resolidificarse, como se define por tener un grado de fluidez máxima por el definido por JIS M8801 de 0 (cero), incluso en una condición de calentamiento para reducción y fusión de la mezcla de materia prima, que tiene un diámetro de grano de 3, 35 mm o menor, que contiene el 20% en masa o mayor de granos que tienen un diámetro de grano en el intervalo de 0, 5 a 3, 35 mm, se usa como material carbonoso de control atmosférico.
Description
Método de producción de hierro metálico.
La presente invención se refiere a un método de
producción de hierro metálico y particularmente a un método
mejorado para permitir un funcionamiento continuo suave evitando un
fenómeno que en la producción de hierro metálico por reducción
térmica de una mezcla de un material que contiene óxido de hierro y
un agente reductor carbonoso en un núcleo móvil, material carbonoso
de control atmosférico, que se extiende sobre el núcleo para
aumentar el potencial de reducción atmosférica en el núcleo para la
reducción térmica, se resolidifica en una forma de lámina para
inhibir la operatividad.
Los métodos relativamente nuevos de producción
de hierro metálico por reducción térmica de una fuente de óxido de
hierro tal como mena de hierro o similares incluyen un método de
producción de hierro metálico que comprende reducir óxido de hierro
por calentamiento en un núcleo móvil, un polvo mixto que contiene
una fuente de óxido de hierro tal como mena de hierro y un agente
reductor carbonoso tal como un material carbonoso, o una materia
prima que contiene material carbonoso aglomerado por granulación de
la mezcla.
Llevando a cabo este método, se realiza un
método conocido en el que para aumentar un potencial de reducción
en el núcleo para reducción térmica para mejorar la eficacia de
reducción, se extiende un material carbonoso de control atmosférico
sobre el núcleo antes de que se cargue la materia prima (por
ejemplo, Publicación de Solicitud de Patente No Examinada Japonesa
Nº 11-106816, 11-106816,
11-172312, 11-335712,
2000-45008, etc.). Se confirma que el material
carbonoso de control atmosférico funciona eficazmente para evitar el
contacto directo entre un núcleo refractario y el hierro metálico y
la escoria generada, que se produce por reducción térmica, y para
suprimir la corrosión del núcleo refractario.
Como resultado del avance de la investigación
sobre un método de producción de hierro metálico usando material
carbonoso de control atmosférico, los inventores encontraron que los
métodos convencionales descritos anteriormente tienen los
siguientes problemas no resueltos.
El mayor problema señalado en los métodos
convencionales es que un material carbonoso en polvo y granular
usado para controlar una atmósfera se funde y solidifica en forma de
torta de arroz en la etapa de reducción térmica de la materia prima
que contiene óxido de hierro para provocar deformación, dependiendo
del tipo de material carbonoso en polvo o granular usado,
impidiendo de esta manera significativamente un funcionamiento
continuo. Cuando ocurre dicho fenómeno en el núcleo durante una
operación, se provocan los siguientes diversos problemas.
(1) El hierro metálico y la escoria generada
producida por reducción térmica, generalmente solidifican por
enfriamiento en el lado de la corriente más inferior de un aparato
de producción, y después se descargan desde el núcleo usando un
dispositivo rascador tal como un tornillo o similar. Sin embargo, el
material carbonoso deformado resolidifacado en forma de torta de
arroz se recoge mediante el dispositivo de rascado, inhibiendo de
esta manera significativamente la descarga del hierro metálico y la
escoria generada desde el núcleo.
(2) Cuando el material carbonoso resolidifica en
forma de torta de arroz se descarga de forma forzada del núcleo
usando el dispositivo rascador, aplicándose una gran carga al
dispositivo rascador para provocar un fallo en el dispositivo.
También el refractario del núcleo se daña por el material carbonoso
resolidificado para deteriorar significativamente la
durabilidad.
(3) El hierro metálico producido por reducción,
está contenido parcialmente en el material carbonoso resolidificado
deteriorando así una proporción de recuperación del hierro
metálico.
(4) Cuando un material carbonoso resolidificable
se extiende por todo el núcleo antes de cargar una materia prima,
el material carbonoso se resolidifica en forma de torta de arroz
para provocar la deformación. Por lo tanto, cuando se suministra
una materia prima sobre el material carbonoso resolidificado, la
materia prima fluye hacia la parte inferior o cae en una torta de
la capa de material carbonoso, fallando de esa manera para cargar
la materia prima en un espesor uniforme.
Adicionalmente, la mayor parte del material
carbonoso descargado del núcleo aún tiene una alta actividad
reductora. Sin embargo, en la técnica convencional, el material
carbonoso se rechaza, sustancialmente sin ningún tratamiento
adicional, dando lugar a mejoras desde el punto de vista de la
utilización eficaz de los recursos valiosos.
La presente invención se ha conseguido
considerando la situación descrita anteriormente, y un objeto de la
presente invención es resolver los diversos problemas anteriores
debido al material carbonoso de tipo torta de arroz producido por
resolidificación de un material carbonoso en polvo y granular, usado
para controlar una atmósfera. Otro objeto de la presente invención
es establecer una técnica para reciclar eficazmente el material
carbonoso usado que aún tiene actividad reductora como recurso
valioso, para disminuir el consumo del material carbonoso de
control atmosférico.
Para conseguir los objetos, un método para
producir hierro metálico de acuerdo con la presente invención
comprende calentar, en un núcleo móvil, una materia prima que
contiene un material que contiene óxido de hierro y un agente
reductor carbonoso para reducir el óxido de hierro contenido en la
materia prima, en el que la materia prima se suministra después de
que un material carbonoso de control atmosférico en polvo o granular
se haya extendido sobre el núcleo, y se usa un material carbonoso
no resolidificable como material carbonoso de control
atmosférico.
El material carbonoso de control atmosférico
usado en la presente invención tiene un diámetro de grano de 3,35
mm o menor, contiene el 20% en masa o mayor de granos que tienen un
diámetro de grano en el intervalo de 0,5 a 3,35 mm, y tiene un
grado de fluidez máxima de 0 (cero). Un ejemplo preferido del
material carbonoso de control atmosférico es un material carbonoso
no resolidificable obtenido por tratamiento térmico de un material
carbonoso resolidificable a una temperatura de aproximadamente 500ºC
o mayor.
También, un material carbonoso recuperado que se
ha calentado debido al uso como material carbonoso de control
atmosférico en un aparato de producción de hierro metálico pierde su
capacidad de resolidificación debido al tratamiento térmico, y se
hace no resolidificable. Por lo tanto, el material carbonoso
recuperado puede usarse también eficazmente como material carbonoso
no resolidificable, y un material carbonoso que es originalmente no
resolidificable, mantiene su no resolidificabilidad bajo el
tratamiento térmico y de esta manera puede recuperarse y
reciclarse.
reciclarse.
En la presente invención, otro material
carbonoso eficaz es un material carbonoso no resolidificable mixto
que contiene un material carbonoso resolidificable y un material
carbonoso no resolidificable. En este caso, puede usarse un
material carbonoso pulposo como material carbonoso resolidificable,
y puede usarse un material carbonoso tratado térmicamente a una
temperatura de aproximadamente 500ºC o mayor preferiblemente como el
material carbonoso no resolidificable. Particularmente, el material
carbonoso que se ha calentado en el aparato de producción de hierro
metálico pierde su resolidificabilidad debido al tratamiento térmico
y de esta manera el material carbonoso que se ha calentado se
recupera y se recicla para provocar la ventaja de que el consumo
del material carbonoso de control atmosférico puede disminuir en
cooperación con la utilización eficaz de materiales residuales.
Adicionalmente, usando el método de reciclado de
material carbonoso, hierro metálico en grano fino y escoria
generada, que se mezclan en el material carbonoso recuperado, puede
recuperarse por tratamiento en la siguiente etapa, de esta menara
la proporción de recuperación del hierro metálico puede aumentarse.
Cuando la escoria generada se usa eficazmente como subproducto, la
proporción de recuperación de la escoria, puede aumentarse
también.
Cuando se usa la mezcla de material carbonoso
resolidificable y material carbonoso no resolidificable, una
proporción de mezcla preferida depende de la fuerza de
resolidifiación del material carbonoso resolidificable usado,
aunque la proporción de mezcla del material carbonosos no
resolidificable está preferiblemente en el intervalo del 50 al 90%
en masa respecto al 50 al 10% en masa del material carbonoso
resolidificable.
Realizando este método, una parte del hierro
metálico, particularmente hierro metálico de grano fino, descargado
del núcleo del horno de núcleo móvil, preferiblemente se devuelve al
horno de núcleo móvil y el material carbonoso puede recuperarse
eficazmente usando electricidad estática.
La Figura 1 es un diagrama de flujo de la
reducción y fusión realizadas en un ejemplo de la presente
invención.
La Figura 2 es un diagrama de flujo de la
reducción y fusión realizadas en otro ejemplo de la presente
invención.
La Figura 3 es un diagrama de flujo de la
reducción y fusión realizadas en un ejemplo adicional de la presente
invención.
La Figura 4 es un diagrama de flujo de la
reducción y fusión realizadas en un ejemplo de referencia de la
presente invención.
La Figura 5 es un diagrama de flujo que muestra
una etapa de separación de hierro metálico, escoria generada, y
material carbonoso recuperado de acuerdo con la presente
invención.
La presente invención puede aplicarse a los
métodos descritos, por ejemplo, en la patente de Estado Unidos Nº
6.036.744, y en la publicación de solicitud de patente no examinada
japonesa Nº 9-256017, 2000-144224 y
11-13119, en las que un material que contiene óxido
de hierro tal como mena de hierro se mezcla con un agente reductor
carbonoso tal como un material carbonoso, y si fuera necesario la
mezcla resultante se aglomera o se forma en gránulos, se reduce,
por calor en un núcleo móvil y después se calienta adicionalmente
para fundir y agregar el hierro reducido producido y separar la
escoria generada, para producir hierro metálico granular o en grumos
de alta pureza.
Como se ha descrito anteriormente con respecto a
la técnica relacionada, ya se sabe que durante el uso práctico del
método descrito anteriormente de producción de hierro metálico, como
medio para hacer progresar eficazmente la reducción térmica de la
fuente de óxido de hierro en la mezcla de materia prima en el núcleo
móvil, un material carbonoso de control atmosférico en polvo y
granular se extiende sobre el núcleo antes de que se cargue la
materia prima, para mantener el potencial de reducción en el núcleo
a un alto nivel durante la reducción térmica. Por consiguiente, la
eficacia de reducción aumenta para mejorar la proporción de
recuperación de hierro metálico.
Sin embargo, la técnica convencional provoca los
diversos problemas descritos anteriormente durante el funcionamiento
debido al fenómeno de que el material carbonoso se resolidifica en
forma de lámina por calor para reducción y fusión, dependiendo del
tipo de material carbonoso de control atmosférico usado.
Por lo tanto, se avanza en la investigación para
resolver los problemas descritos anteriormente debido a la
resolidificación del material carbonoso de control atmosférico, y
para permitir una producción eficaz y suave de hierro metálico
desde diversos ángulos. Como resultado, se encontró que los
problemas anteriores pueden resolverse usando como material
carbonoso de control atmosférico, un material carbonoso que puede
mantener un estado en polvo y granular sin resolidificarse incluso
en condiciones de calentamiento para reducción y fusión de la
mezcla de materia prima. Esto dio como resultado la obtención de la
presente invención.
Por lo tanto, la presente invención se
caracteriza por usar un material carbonoso no resolidificable como
se define en la reivindicación 1, como material carbonoso de control
atmosférico. El ejemplo del material carbonoso no resolidificable
incluye lo siguiente.
(1) Material carbonoso que tiene un diámetro de
grano de sustancialmente de 3,35 mm o menor, que contiene el 20% en
masa o mayor, preferiblemente el 40% en masa o mayor de granos que
tienen un diámetro de grano en el intervalo de 0,5 a 3,35 mm y que
tienen un grado de fluidez máxima (que se describirá a continuación)
de cero (0):
El material carbonoso que satisface dicho patrón
de tamaño de grano y grado de fluidez máxima no es resolidificable
en un estado de alta temperatura básicamente reductor (generalmente
700 a 1600ºC, y más generalmente 900 a 1500ºC), y mantiene un
estado en polvo y granular. Sin embargo, como se describe en los
ejemplos a continuación, se confirmó que incluso con un grado de
fluidez máxima de cero, un material carbonoso en polvo y granular
que tiene un diámetro de grano de 3,35 mm o menor y que contiene
menos del 20% en masa de granos gruesos que tienen un diámetro de
grano en el intervalo de 0,5 a 3,35 mm provoca resolidificación en
el estado de temperatura de reducción y fusión. Aunque la razón
para esto no se conoce actualmente, se considera que el material
carbonoso contiene una gran cantidad de granos finos de menos de
0,5 mm, y los granos finos funcionan como aglutinante para promover
la resolidificación del material carbonoso. Adicionalmente, como la
proporción de granos finos de menos de 0,5 mm aumenta, la
dispersión debido al flujo de aire en el aparato de producción de
hierro metálico aumenta de forma indeseable.
Un material carbonoso grueso que tiene un
diámetro de grano mayor de 3,35 mm no provoca problemas debido a
resolidificación, sino que la mezcla del material grueso que tiene
un diámetro de grano mayor de 3,35 mm debe evitarse tanto como sea
posible porque el funcionamiento como material carbonoso de control
atmosférico se deteriora debido a la falta de área superficial.
Para mostrar eficazmente el funcionamiento como material carbonoso
de control atmosférico, se usa preferiblemente un material que
contiene el 60% en masa o menor de granos gruesos en el intervalo
de 0,5 a 3,5 mm.
(2) Material carbonoso tratado térmicamente a
una temperatura de aproximadamente 500ºC o mayor:
Los inventores confirmaron que un material
carbonoso resolidificable pierde su resolidificabilidad por
tratamiento térmico a una temperatura de aproximadamente 500ºC o
mayor en una atmósfera no oxidante y se hace no resolidificable.
Por lo tanto, cuando un material carbonoso resolidificable carente
de adecuabilidad se trata térmicamente a aproximadamente 500ºC o
mayor, preferiblemente aproximadamente de 600 a 1200ºC durante
aproximadamente de 5 a 15 minutos en una atmósfera no oxidante, el
material puede cambiarse a un material carbonoso que puede usarse
como material carbonoso no resolidificable sin ningún problema.
Durante la producción de hierro metálico usando
el horno de núcleo móvil, el material carbonoso recuperado separado
del hierro metálico y la escoria generada y recuperado después de
usarlo como material carbonoso de control atmosférico experimenta
un calentamiento correspondiente al tratamiento térmico y después se
convierte en un material carbonoso no resolidificable por
calentamiento en la atmósfera no oxidante. Por lo tanto, el
material carbonoso reciclado puede usarse eficazmente como material
carbonoso de control atmosférico con control de tamaño de grano
después de la recuperación de acuerdo con la demanda.
(3) Material carbonoso no resolidificable mixto
que contiene un material carbonoso resolidificable y una cantidad
apropiada de material carbonoso no resolidificable:
Como se observa a partir de los siguientes
ejemplos, cuando una cantidad apropiada de material carbonoso no
resolidificable se mezcla con un material carbonosos resolidificable
que tiene un grado de fluidez máximo de más de cero, el material
carbonoso mixto puede hacerse no resolidificable en su conjunto y de
esta manera puede usarse como material carbonoso de control
atmosférico no resolidificable. Como material carbonoso no
resolidificable puede usarse el material carbonoso no
resolidificable descrito anteriormente obtenido por tratamiento
térmico de un material carbonoso resolidificable, y el material
carbonoso descrito anteriormente recuperado después de experimentar
el calentamiento en el aparato de producción de hierro metálico.
La cantidad preferida del material carbonoso no
resolidificable mezclado con el material carbonoso resolidificable
depende del grado de resolidificabilidad del material carbonoso
resolidificable usado, por ejemplo, el valor del grado de fluidez
máxima. Como el material carbonoso resolidificable tiene
originalmente un bajo grado de fluidez, el material puede
convertirse en un material resolidificable mezclando solo una
pequeña cantidad de material carbonoso resolidificable mientras que
con el material carbonoso resolidificable que tiene un alto grado
de fluidez debe mezclarse una cantidad relativamente grande de
material carbonoso no resolidificable. Sin embargo, la cantidad
convencional de material carbonoso no resolidificable para hacer que
el material carbonoso resolidificable sea no resolidificable está
en el intervalo del 50 al 90% en masa respecto al 50 al 10% en masa
del material carbonoso resolidificable, más generalmente en el
intervalo del 40 al 90% en masa respecto al 60 a 10% en masa del
material carbonoso resolidificable.
De los materiales descritos anteriormente, los
materiales más preferibles para la presente invención incluyen el
material carbonoso recuperado modificado a no resolidificable por el
tratamiento térmico en el aparato de producción de hierro metálico
y el material carbonoso mixto que se ha hecho no resolidificable
mezclando el material carbonoso recuperado con el material
carbonoso resolidificable. En la técnica convencional usando el
material carbonoso de control atmosférico para mejorar la eficacia
de reducción el material carbonoso de control atmosférico
descargado junto con el hierro metálico y la escoria generada ni se
recupera ni se recicla, sino que en su mayor parte se rechaza para
recuperación junto con la escoria generada.
Sin embargo, el material carbonoso usado como
material carbonoso de control atmosférico debe mantener la actividad
de reducción para evitar la reoxidación de hierro metálico incluso
en la etapa final de calentamiento para reducción y fusión y de
esta manera el material carbonoso descargado tiene una actividad de
reducción significativa y puede usarse como agente reductor.
Adicionalmente, como se ha descrito anteriormente, el material
carbonoso recuperado se convierte en el material carbonoso no
resolidificable por calor para reducción y fusión de la fuente de
óxido de hierro. Por lo tanto, usando eficazmente el material
carbonoso no resolidificable recuperado como material carbonoso
reciclado, la resolidificación del material carbonoso puede evitarse
de forma segura para mejorar adicionalmente la estabilidad de la
operación comparada con el uso de material carbonoso reciente.
Adicionalmente, cuando el material carbonoso
recuperado se recicla como se ha descrito anteriormente, una
cantidad significativa del hierro metálico en grano fino contenido
en el material carbonoso recuperado se devuelve de nuevo al aparato
de producción de hierro metálico, contribuyendo así a una mejora en
la eficacia de reducción del hierro metálico. De forma similar,
cuando la escoria generada se recupera también como recurso
valioso, la escoria mezclada en forma de granos finos en el material
carbonoso recuperado se devuelve también al aparato de producción
de hierro metálico junto con el material carbonoso contribuyendo de
esta manera a una mejora en la eficacia de recuperación de la
escoria generada.
Haciendo un buen uso de la presente invención
como se ha descrito anteriormente, pueden obtenerse las siguientes
diversas ventajas.
1) Pueden resolverse los problemas de
resolidificación del material carbonoso.
2) El material carbonoso, que mantiene la
actividad reductora y que se rechaza convenientemente, puede usarse
eficazmente contribuyendo de esta manera disminuir el consumo del
material carbonoso.
3) Hierro metálico en granos finos que se
descarta y se pierde junto con el material carbonoso se recicla
junto con el material carbonoso, mejorando de esta manera, la
eficacia de recuperación del hierro metálico.
4) De forma similar, la escoria generada puede
recuperarse como recurso valioso, mejorando la eficacia de
recuperación.
Adicionalmente, la construcción de un aparato
usado para realizar la presente invención, es decir, un horno de
calentamiento de tipo con núcleo móvil para reducción y fusión, no
está limitada, y pueden usarse todos los hornos de fusión y
reducción descritos en por ejemplo, la patente de Estados Unidos Nº
6.036.744, y la publicación de solicitud de patente no examinada
japonesa Nº 9-256017, 2000-144244 y
11-131119. Sin embargo, como un aparato preferido,
se recomienda un horno de núcleo rotatorio para realizar de una
forma eficaz y continua una operación que comprende reducción
térmica de una materia prima, fusión del hierro reducido y agregar
el hierro fundido a un material granular, y separar la escoria
generada.
En la presente invención, el tipo de material
que contiene óxido de hierro usado como fuente de hierro no está
limitado, y a parte de la mena de hierro típica, puede usarse
material residual de la fabricación de hierro rechazado tal como
polvo de fabricación de hierro y fabricación de acero descargado de
una fábrica de fabricación de hierro, recortes de hierro
clasificados y recuperados y similares como materia prima. Estas
fuentes de hierro pueden usarse en una combinación de una pluralidad
de fuentes de acuerdo con la demanda.
También, el agente reductor carbonoso necesario
para reducir el material que contiene óxido de hierro no está
limitado y puede usarse cualquier material siempre y cuando
comprenda carbono como componente principal y libre monóxido de
carbono reductor por combustión o pirólisis. Adicionalmente, como el
material carbonoso de control atmosférico, puede usarse cualquier
material siempre y cuando pueda convertirse en material carbonoso
no resolidificable modificando mezclando con cualquiera de los
diversos tipos de carbón vegetal o coque que pueden adaptarse a los
objetos de la presente invención, de acuerdo con la demanda.
La condición especificada para reducción y
fusión no es particularmente específica y pueden usarse, por
ejemplo, las condiciones descritas en las patentes de Estados
Unidos Nº 6.036.744, y la publicación de solicitud de patente no
examinada japonesa Nº 9-256017,
2000-144244 y 11-131119. Sin
embargo, una condición estándar preferida se satisface mediante un
sistema de calentamiento en dos etapas en el que la reducción en
fase sólida progresa fundamentalmente a una temperatura de horno
mantenida a 1200 a 1500ºC, preferiblemente en el intervalo de 1200
a 1400ºC y después la temperatura del horno se aumenta de 1400 a
1500ºC para reducir el óxido restante y para fundir el hierro
metálico producido (hierro reducido) para agregar el hierro en
granos. Estableciendo esta condición, el hierro metálico granular
puede producirse de forma estable con un alto rendimiento. El
tiempo necesario es de aproximadamente 8 a 13 minutos. En esta
condición, la reducción en fase sólida del óxido de hierro, fusión
y coalescencia puede completarse en un corto tiempo.
Adicionalmente, en la presente invención como se
ha descrito anteriormente, el material carbonoso de control
atmosférico se extiende sobre el núcleo para reducir el óxido de
hierro para mantener el potencial de reducción en el núcleo a un
alto nivel, asegurando así de forma estable una alta eficacia de
reducción sin reoxidación del hierro reducido, particularmente en
la etapa final de la reducción térmica o en el momento de la fusión
del hierro reducido. El material carbonoso extendido sobre el núcleo
refractario puede evitar también un fenómeno de que el hierro
fundido y la escoria producida por reducción y fusión entren en
contacto directo con el núcleo refractario para deteriorar el
refractario, contribuyendo de esta manera a prolongar la vida del
núcleo refractario. Para mostrar eficazmente estas funciones, el
espesor del material carbonoso de control atmosférico extendido
sobre la superficie del núcleo está preferiblemente en el intervalo
de 1 a 10 mm.
En general, el hierro metálico, la escoria
generada y el material carbonoso de control atmosférico se descargan
en un estado mixto desde el aparato de producción de hierro
metálico. De estos materiales descargados, el hierro metálico puede
recuperarse mediante fuerza magnética o similar. Una parte del
hierro metálico, particularmente granos finos, se devuelve
preferiblemente al horno del núcleo móvil y se vuelve a agregar en
su interior, aumentando de esta manera preferiblemente el
rendimiento de hierro metálico en grano grueso que puede manejarse
fácilmente como producto y que provoca menos deterioro oxidativo.
Además la escoria generada y el material carbonoso de control
atmosférico pueden separarse sustancialmente mediante una operación
de tamizado, aunque ambos materiales se separan preferiblemente
usando electricidad estática, porque los granos que tienen
sustancialmente el mismo tamaño o granos finos que no pueden
separase en el tamiz pueden separase fácilmente. Una combinación de
una operación de separación usando un tamiz o fuerza magnética y una
operación de separación es eficaz de acuerdo con la demanda.
Aunque la construcción de la presente invención
y el funcionamiento se describirán con detalle a continuación con
referencia a los ejemplos, la presente invención no se limita a
estos ejemplos y puede realizarse de acuerdo con las modificaciones
apropiadas dentro del alcance de lo esencial de la presente
invención descrita anteriormente y a continuación. Estas
modificaciones se incluyen en el campo técnico de la presente
invención.
Cada uno de los materiales carbonosos que tienen
las composiciones químicas mostradas a la Tabla 1 a continuación se
sometió independientemente al ensayo térmico descrito a
continuación. El tamaño de grano de cada material carbonoso se
controló en el intervalo de 0,5 a 1,0 mm. Cada material carbonoso se
calentó a 1000ºC durante 90 segundos en atmósfera de nitrógeno en
un horno eléctrico tubular, se enfrió y después se observó con
respecto a la apariencia para examinar la presencia de
resolidificación. También se midió el grado de fluidez máxima de
cada material carbonoso. El grado de fluidez máxima se define por
JIS M8801, y puede determinarse usando un plastómetro Gieseler. El
grado de fluidez máxima es un valor representado por el logaritmo
DDPM.
Los resultados son como se muestran en la Tabla
1. Los materiales carbonoso A a F que tienen un grado de fluidez
máxima 0 (cero) no presentaron resolidificabilidad y se mantuvieron
en un estado en polvo y granular después del tratamiento térmico.
Por otro lado, los materiales carbonoso G a J que tienen un grado de
fluidez máxima mayor de 0 se resolidificaron en un estado carbonoso
en el horno de tubo eléctrico. Se confirmó también que los
materiales carbonosos K y L obtenidos por los materiales carbonosos
tratados térmicamente I y J respectivamente a 1000ºC durante 8
minutos en una atmósfera de nitrógeno se hicieron no
resolidificables por tratamiento térmico.
\newpage
De los materiales carbonosos mostrados en la
Tabla 1, cada uno de los materiales carbonosos que presenta
resolidificabilidad se mezcló con un material no resolidificable y
la mezcla resultante se calentó a 1000ºC durante 90 segundos en una
atmósfera de nitrógeno para examinar la resolidificabilidad. Los
resultados se muestran en la Tabla 2. La Tabla 2 indica que un
material carbonoso no resolidificable mixto puede obtenerse
mezclando una cantidad apropiada de material carbonoso no
resolidificable con un material carbonoso resolidificable. En este
caso, se reconoce que con un material carbonoso resolidificable que
tiene un alto grado de fluidez máxima, la proporción de mezcla del
material carbonoso no resolidificable para eliminar la
resolidificabilidad debe aumentarse.
\vskip1.000000\baselineskip
En la producción de hierro metálico reduciendo y
fundiendo un gránulo de mena de hierro que contiene material
carbonoso (diámetro de grano: 16 a 20 mm) mediante un aparato de
fusión por reducción de tipo núcleo rotatorio usando el material
carbonoso H (diámetro de grano: 3 mm o menor) mostrado en la Tabla 1
como un material carbonoso de control atmosférico de acuerdo con el
diagrama de flujo de la Figura 1, se realizó el experimento sobre
el reciclado del material carbonoso de control atmosférico. En
concreto, el material carbonoso de control atmosférico (mezcla de
material fresco de material carbonoso H y un material reciclado del
mismo) se extendió a un espesor de aproximadamente 3 a 6 mm sobre
un núcleo de una parte de suministro de materia prima de horno de
núcleo rotatorio y los gránulos de materia prima se suministraron al
núcleo con calentamiento para reducir y fundir los gránulos de
materia prima. Después, el hierro reducido producido y la escoria
generada se emplearon junto con el material carbonoso de control
atmosférico restante en el núcleo y se descargaron del núcleo
mediante un dispositivo de rascado. El material descargado se puso
en un separador magnético y a través de un tamiz para separar el
hierro reducido, la escoria generada y el material carbonoso
restante. El material carbonoso restante separado se recuperó, se
devolvió como material carbonoso reciclado a la parte de suministro
de materia prima y después se usó de nuevo. Las condiciones de
operación para reducción y fusión fueron las siguientes:
Gránulo de materia prima: una materia prima de
mena de hierro que tiene la siguiente composición se mezcló con un
material carbonoso en polvo a una proporción en masa de 78:22, y una
pequeña cantidad de aglutinante se añadió a la mezcla resultante.
La mezcla se granuló después y se secó para obtener gránulos
granulares que tienen un diámetro de grano medio de 18 mm.
La composición de la materia prima de mena de
hierro (% en masa): T. Fe; 68,1%, SiO_{2}: 1,4%, Al_{2}O_{3}:
0,5%.
Condiciones de operación:
Zona de reducción térmica; temperatura ...
aproximadamente 1650ºC, tiempo de retención ... 10 minutos.
Zona de fusión; temperatura ... aproximadamente
1450ºC, tiempo de retención ... 5 minutos.
Se realizó una operación continua por este
método usando una mezcla de 40 partes en masa de material carbonoso
reciente y una mezcla de 60 partes en masa de material carbonoso
reciclado. Como resultado, el material carbonoso mixto no se
resolidificó en la etapa de fusión por reducción, y de esta manera
la descarga del núcleo del horno mediante un dispositivo de rascado
y reciclado pudo realizarse de forma suave, permitiendo de esta
manera un funcionamiento continuo sin problemas.
Se realizó otro experimento de acuerdo con el
diagrama de flujo de la Figura 2 usando el mismo aparato de fusión
de reducción y tipo de horno de núcleo rotatorio descrito
anteriormente. En este aparato, un material reciente de material
carbonoso I (resolidificable) mostrado en la Tabla 1, un material
reciente de material carbonoso F (no resolidificable) mostrado en
la Tabla 1, y material reciclado recuperado después de calentarlo
en el aparato se mezclaron en una proporción en partes de 22:20:60,
y la mezcla resultante se usó en una operación continua similar.
Los gránulos de materia prima usados en las condiciones de operación
fueron las mismas que en el ejemplo 1.
Como resultado, el material carbonoso de control
atmosférico no se resolidificó en la posición de descarga del
producto solidificado en frío después de la reducción y fusión,
permitiendo de esta manera una descarga suave del producto mediante
el dispositivo de rascado. También, el producto descargado se puso
en un separador magnético y a través de un tamiz para recuperar el
hierro metálico granular y para separar la escoria generada,
obteniendo el material carbonoso residual. El material carbonoso
residual recuperado (diámetro de grano: 3 mm o menor) puede usarse
repetidamente como material carbonoso no resolidificable sin ningún
problema.
El grado de trituración del material carbonoso F
mostrado en la Tabla 1 se cambia para preparar dos tipos de
materiales carbonosos que tienen respectivamente los patrones de
tamaño de grano mostrados en la Tabla 3 y cada uno de los dos
materiales carbonosos se usó en el mismo ensayo de calentamiento que
en el ejemplo 1 para comparar la presencia de resolidificación. Los
resultados son como se muestran en la Tabla 3. Incluso con los
materiales carbonosos que tienen la misma composición, la
resolidificabilidad depende del patrón de tamaño de grano y el
material carbonoso que contiene el 20% en masa o más de granos que
tienen un tamaño de grano en el intervalo de 0,5 a 3,25 mm no se
resolidifica mientras que el material carbonoso que contienen menos
del 20% en masa de granos que tienen un tamaño de grano en el mismo
intervalo (es decir que contienen más del 80% en masa de granos
finos de menos de 0,5 mm) se resolidifica ligeramente. Se encuentra
de esta manera que el control apropiado del patrón de tamaño de
grano de un material carbonoso es eficaz también para evitar la
resolidificación.
\vskip1.000000\baselineskip
50 g material carbonoso C mostrado en la Tabla 1
se extendieron sobre una bandeja refractaria de un horno de
calentamiento experimental, y aproximadamente 170 g de gránulos
secos (diámetro de grano: de 9,5 a 13,2 mm) que tenían la misma
composición de materia prima que el Ejemplo 1, se cargó en una capa
de material carbonoso C. Después se realizaron reducción y fusión a
una temperatura del horno de 1450ºC durante 20 minutos en una
atmósfera de nitrógeno para producir hierro granular y escoria
generada. Se examinaron la distribución del tamaño de grano del
hierro producido y la escoria generada (experimentos 1 y 2).
También, la reducción y fusión se realizaron por
el mismo método descrito anteriormente, excepto que una mezcla de
50 g del mismo material carbonoso, 20 g de hierro granular que tenía
un diámetro de grano de 1 a 3,35 mm, y 1 g de escoria se extendió
sobre la bandeja refractaria para producir hierro granular y escoria
generada. Se examinaron las distribuciones del tamaño de grano del
hierro producido y escoria generada (experimentos 3 y 4). Los
resultados se muestran en la Tabla 4.
Estos experimentos se realizaron para confirmar
el grado de recuperación del hierro granular y escoria mezclados en
el material carbonoso reciclado durante el reciclado del material
carbonoso usado como material carbonoso de control atmosférico. Los
Experimentos 1 y 2 son ejemplos experimentales suponiendo que el
material carbonoso no se recicla, los Experimentos 3 y 4 son
ejemplos experimentales suponiendo que el material carbonoso se
recicla.
Una comparación entre los Experimentos 1 y 2 y
los Experimentos 3 y 4 mostrados en la Tabla 4 indica que en los
Experimentos 3 y 4 suponiendo que el material carbonoso se recicla,
las cantidades de hierro granular producido y escoria que tiene un
diámetro de 1 a 3,35 mm disminuye comparado con el total de las
cantidades en los experimentos 1 y 2 y las cantidades del hierro
granular y escoria mezcladas inicialmente con el material carbonoso
mientras que las cantidades de los productos producidos que tienen
un diámetro de 3,35 a 6,7 mm aumenta en consecuencia. Por lo tanto
se encuentra que el hierro granular y la escoria mezclados
previamente en el material carbonoso (correspondiente al material
carbonoso reciclado que contiene hierro granular y escoria)
coalesce en el proceso de reducción y fusión.
Como se muestra en la Figura 3, el material
carbonoso no resolidificable A (40 partes en masa) y el material
carbonoso reciclado (60 partes en masa) se mezclaron para preparar
un material carbonoso mixto (100 partes en masa). El material
carbonoso mixto preparado de esta manera se extendió sobre el núcleo
de un horno de núcleo rotatorio por el mismo método que en el
Ejemplo 1, y los gránulos secos que contienen material carbonoso se
cargaron en el material carbonoso mixto. Después se realizaron
reducción y fusión, y el producto obtenido se enfrió, se descargó y
después se tamizó para recuperar hierro granular y generar escoria
que tiene un diámetro de grano de aproximadamente 3 mm o mayor
adecuado para utilización industrial. Por consiguiente, se recuperó
un material carbonoso de aproximadamente 3 mm o menor que contiene
hierro granular fino y escoria. Por lo tanto, la cantidad total de
material carbonoso recuperado se usó cíclicamente como material
carbonoso reciclado y se añadieron 40 partes en masa de material
carbonoso fresco al material reciclado para equilibrar la línea de
producción en su conjunto, permitiendo un funcionamiento continuo
suave.
Ejemplo de
Referencia
Se realizaron reducción y fusión por el mismo
descrito anteriormente excepto que los gránulos secos y el material
carbonoso no resolidificable A se usaron sin un reciclado del
material carbonoso de acuerdo con el diagrama de flujo de la Figura
4. El hierro granular producido y la escoria generada y el material
carbonoso recuperado se tamizaron con un diámetro de grano de
aproximadamente 3 mm. En este caso, aproximadamente el 9% en masa
de todo el hierro metálico descargado del horno estaba contenido
como hierro de grano fino en el material carbonoso recuperado,
provocando una pérdida de producto correspondiente al hierro de
grano fino. De forma similar, como en un caso en el que el material
carbonoso no se recicla, aproximadamente el 70% en masa de toda la
escoria generada descargada del horno se descarga como escoria de
grano fino junto con el material carbonoso recuperado, provocando
de esta manera la pérdida correspondiente a la escoria de grano fino
descargada en la recuperación de la escoria como un recurso
valioso.
En cada una de las operaciones de separación del
Ejemplo 1 (Figura 1) y Ejemplo 2 (Figura 2), una mezcla de hierro
metálico y escoria generada descargados del horno, y el material
carbonoso de control atmosférico se sometieron a separación
magnética para recuperar hierro metálico como se muestra en la
Figura 5. Después, una mezcla de la escoria generada restante y el
material carbonoso de control atmosférico se cargaron
triboeléctricamente y después se suministraron a un separador
electroestático provisto con electrodos positivo y negativo. Para
separar la escoria generada (cargada negativamente) y el material
carbonoso de control atmosférico (cargado positivamente). El
material carbonoso de control atmosférico separado puede reciclarse
de la misma manera mostrada en las Figuras 1 y 2.
Como método de carga eléctrica, pueden usarse
métodos de carga eléctrica distintos del método de carga
triboeléctrica, por ejemplo un método de carga eléctrica que usa un
generador de iones, un método de carga eléctrica por corona y
similares.
En la presente invención que tiene la
construcción descrita anteriormente, una materia prima que contiene
un material que contiene óxido de hierro y un agente reductor
carbonoso se calienta en un núcleo móvil para reducir el óxido de
hierro en la materia prima, para producir hierro metálico. Durante
la producción, la materia prima se suministra después de que un
material carbonoso de control atmosférico en polvo y granular se
haya extendido sobre el núcleo. Cuando un material carbonoso no
resolidificable se usa como material carbonoso de control
atmosférico, puede evitarse que el material carbonoso que se
resolidifique en forma de torta de arroz provocando un fallo en la
descarga, permitiendo de esta manera un funcionamiento continuo
suave y suprimiendo el daño a un refractario del núcleo para
prolongar la vida del mismo.
Adicionalmente, usando un método de reciclado
del material carbonoso recuperado del aparato de producción del
hierro metálico y usando el material carbonoso reciclado como
material carbonoso de control atmosférico, el consumo de material
carbonoso puede disminuir significativamente y el hierro metálico y
escoria generada contenidos en el material carbonoso recuperado,
que convencionalmente se descarta, pueden recuperase mejorando de
esta manera la proporción de recuperación. Por lo tanto, puede
obtenerse un efecto funcional adicional de "matar dos pájaros de
un tiro con una sola piedra".
Claims (10)
1. Un método de producción de hierro metálico
que comprende calentar una materia prima, que contiene un material
un que contiene óxido de hierro y un agente reductor carbonoso, en
un núcleo móvil, para reducir óxido de hierro en la materia prima,
en el que la materia prima se suministra después de que un material
carbonoso de control atmosférico en polvo y granular se extienda
sobre el núcleo, y un material carbonoso no resolidificable que
puede mantener un estado en polvo y granular sin resolidificarse,
como se define por tener un grado de fluidez máxima por el definido
por JIS M8801 de 0 (cero), incluso en una condición de calentamiento
para reducción y fusión de la mezcla de materia prima, que tiene un
diámetro de grano de 3,35 mm o menor, que contiene el 20% en masa o
mayor de granos que tienen un diámetro de grano en el intervalo de
0,5 a 3,35 mm, se usa como material carbonoso de control
atmosférico.
2. El método de producción de acuerdo con al
reivindicación 1, en el que un producto tratado térmicamente de un
material carbonoso resolidificable se usa como material carbonoso de
control atmosférico.
3. El método de producción de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, en el que un material carbonoso recuperado
que se ha calentado en un aparato de producción de hierro metálico
se usa como material carbonoso de control atmosférico.
4. El método de producción de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que una mezcla de
un material carbonoso no resolidificable y el material carbonoso
recuperado que se ha calentado en el aparato de producción de
hierro metálico se usa como material carbonoso de control
atmosférico.
5. El método de producción de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que un material carbonoso no resolidificable
mixto formado mezclando un material carbonoso no resolidificable
con un material carbonoso resolidificable se usa como material
carbonoso de control atmosférico.
6. El método de producción de acuerdo con la
reivindicación 5, en el que un material carbonoso reciente se usa
como un material carbonoso resolidificable, y un material carbonoso
tratado térmicamente se usa como un material carbonoso no
resolidificable.
7. El método de producción de acuerdo con la
reivindicación 6, en el que un material carbonoso recuperado que se
ha calentado en el aparato de fabricación de hierro metálico se usa
como material carbonoso tratado térmicamente.
8. El método de producción de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en el que la proporción
de mezcla del material carbonoso no resolidificable es del 50 al 90%
en masa respecto al 50 al 10% en masa de material carbonoso
resolidificable.
9. El método de producción de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que una parte del
hierro metálico descargado del horno de núcleo móvil se devuelve al
horno de núcleo móvil.
10. El método de producción de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 3, 4 y 7, en el que el material
carbonoso se recupera usando electricidad estática.
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