ES2909147T3 - Procedimiento para producir coque metalúrgico a partir de carbón no coquizable - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para producir coque metalúrgico únicamente a partir de carbón no coquizable, comprendiendo el procedimiento: densificar el carbón no coquizable para formar gránulos (11); colocar los gránulos (11) en un horno de microondas (1) dentro de una pluralidad de ladrillos (4); calentar los gránulos (11) en el horno de microondas (1) a una temperatura predeterminada bajo una atmósfera inerte a presión atmosférica, en el que los gránulos (11) experimentan pirólisis durante el calentamiento; y enfriar los gránulos (11) en el horno de microondas (1) bajo la atmósfera inerte, para convertir los gránulos (11) del carbón no coquizable en el coque metalúrgico; en el que el calentamiento de los gránulos (11) en el horno de microondas (1) se lleva a cabo sin susceptores.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento para producir coque metalúrgico a partir de carbón no coquizable
SECTOR TÉCNICO
La presente invención se refiere, en general, a la producción de coque metalúrgico a partir de carbón no coquizable.
ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR
Los altos hornos u hornos metalúrgicos se utilizan ampliamente en diversos procesos metalúrgicos. Uno de estos procesos metalúrgicos ampliamente utilizados en los altos hornos es la fundición. La fundición en altos hornos implica la utilización de coque o coque metalúrgico para extraer metal a partir de su mineral. El coque en los altos hornos proporciona calor para los requisitos endotérmicos de las reacciones químicas. El coque también ayuda a fundir la escoria y el metal a la vez que actúa como agente reductor. El coque también proporciona un soporte permeable a la matriz que es necesario para que la escoria y el metal pasen a través del crisol, ayudando de este modo al paso del gas hacia arriba, hacia la chimenea del alto horno.
Convencionalmente, el coque metalúrgico se ha producido en hornos que pueden utilizar fuentes de calor externas para cocer el coque. El factor de formación de coque, o coquización, de dicho coque metalúrgico ha ayudado en los cambios elementales cuando se exponía al calor. Específicamente, el carbón que se ha utilizado para producir coque metalúrgico se ha clasificado en carbón coquizable y carbón no coquizable. Por lo general, el carbón coquizable tiene la propiedad de ablandarse y volverse fluido cuando se calienta y, posteriormente, volver a solidificarse tras el calentamiento. De este modo, los carbones que no tenían las propiedades mencionadas anteriormente se han denominado carbones no coquizables. Sin embargo, los carbones coquizables son un producto escaso y, por lo tanto, difíciles de obtener y convertir en coque metalúrgico. Además, los productores de coque, por otro lado, tienen una gran cantidad de carbón no coquizable. Debido a su alto contenido en cenizas, estos carbones no coquizables pueden no ser fácilmente adecuados para su utilización en procesos metalúrgicos en los altos hornos.
A lo largo de los años, el coque metalúrgico se ha producido comercialmente para su utilización en altos hornos. Dicho coque metalúrgico se ha obtenido exponiendo los carbones coquizables o no coquizables a radiación de microondas a temperaturas del núcleo aumentadas. Dado que el carbón no contiene redes de grafeno de gran tamaño, son transparentes a las microondas. Debido a esto, los electrones n deslocalizados no pueden moverse libremente y acoplarse con el campo electromagnético de las microondas. Por lo tanto, los productores de coque utilizan una matriz de carbón de mayor constante dieléctrica, tal como humedad y pirita, para aumentar la reacción con las microondas. Esto ha sido posible solo con la adición de sustancias receptoras a la matriz de carbón para mejorar la pirólisis.
Con los esfuerzos en curso para convertir el carbón no coquizable en coque metalúrgico, se han propuesto y utilizado muchos procedimientos en las industrias. Entre estos procedimientos se pueden incluir la utilización de susceptores para coquizar el carbón en el horno de microondas. Sin embargo, estos susceptores se utilizan para aumentar la absorción de la radiación de microondas y, de esta manera, aumentar las temperaturas de funcionamiento de los susceptores por encima de los 1.100 °C, lo que ayuda a producir coque metalúrgico.
De manera similar, en algunos de los procesos de producción de coque, se ha utilizado carbón de bajo grado [es decir, carbón bituminoso de alta volatilidad] para producir coque metalúrgico. Sin embargo, la producción de este coque metalúrgico implicó calentar carbón de bajo grado durante largos períodos superiores a una hora, a la vez que se utilizaba energía de microondas en el intervalo superior a 8 kW a 2,45 GHz.
Otros procesos de producción de coque metalúrgico implican someter las muestras de carbón no coquizable a un calentamiento rápido con microondas a una velocidad de, aproximadamente, 30 °C/min a, aproximadamente, 35 °C/min. Junto con el calentamiento rápido, las muestras de carbón no coquizable se sometieron a cargas superiores a 600 KN/m2 durante, aproximadamente, 30 minutos. De nuevo, esta muestra se sometió a carbonización en un horno a, aproximadamente, 900 °C a una velocidad de 5 °C/min y se mantuvo a esta temperatura durante unas 2 horas. Este proceso implicó una pluralidad de etapas de proceso para obtener las propiedades deseadas en el coque metalúrgico producido de este modo.
En algunos otros procesos convencionales, el coque metalúrgico producido comercialmente ha requerido calentar las muestras de carbón entre 70 y 80 minutos, lo que exigía enormes requisitos de energía en el intervalo de 13.600 kW/t, lo que era un proceso costoso y antieconómico. De este modo, parte del proceso de producción de coque convencional utiliza susceptores para mejorar la absorción de microondas y, en varios otros casos, la utilización de carbón no coquizable para producir coque metalúrgico implica un tiempo de proceso y un consumo de energía excesivos, lo que no resulta económico. La Patente WO 2009/047682 A2 muestra un ejemplo de un proceso de la técnica anterior.
La presente invención se refiere a superar una o más limitaciones establecidas anteriormente y cualquier otra limitación asociada con las técnicas anteriores.
CARACTERÍSTICAS DE LA INVENCIÓN
Mediante un procedimiento, según se reivindica en la presente invención, se superan uno o más inconvenientes de los procedimientos convencionales de producción de coque metalúrgico a partir de carbones no coquizables, y se dan a conocer ventajas adicionales. Las características y ventajas adicionales se materializan a través de los aspectos técnicos de la presente invención. Se dan a conocer otras realizaciones y aspectos de la presente invención en detalle en la presente memoria descriptiva y se consideran parte de la presente invención reivindicada. En la presente invención, se da a conocer un procedimiento para producir coque metalúrgico a partir de carbón no coquizable. El procedimiento comprende densificar el carbón no coquizable para formar gránulos. A continuación, los gránulos se colocan en un horno de microondas dentro de una pluralidad de ladrillos, seguido de calentamiento de los gránulos en un horno de microondas a una temperatura predeterminada bajo una atmósfera inerte a presión atmosférica, en el que los gránulos experimentan pirólisis durante el calentamiento. Enfriamiento de los gránulos en el horno de microondas bajo la atmósfera inerte, para convertir los gránulos del carbón no coquizable en el coque metalúrgico.
El calentamiento de los gránulos en el horno de microondas se lleva a cabo sin susceptores.
En una realización, la densificación del carbón no coquizable incluye triturar el carbón no coquizable para formar carbón no coquizable triturado y compactar el carbón no coquizable triturado para formar los gránulos.
En una realización, la densificación del carbón no coquizable incluye triturar el carbón no coquizable y compactar el carbón no coquizable triturado para formar los gránulos. Además, la trituración del carbón no coquizable se lleva a cabo en un molino de martillos, un molino pulverizador o cualquier otro molino, de manera que el carbón no coquizable triturado tenga entre un 80 % y un 90 % de finura.
En una realización, la compactación del carbón no coquizable triturado se lleva a cabo en una prensa, de manera que la densidad compactada de los gránulos está en el intervalo de, aproximadamente, 1.100 kg/m3 a, aproximadamente, 1.150 kg/m3.
En una realización, se utiliza un aglutinante en la compactación del carbón no coquizable triturado para formar los gránulos.
En una realización, la atmósfera inerte se crea purgando gas inerte dentro del horno de microondas.
En una realización, la atmósfera inerte se crea purgando gas inerte dentro del horno de microondas. El gas inerte se purga dentro del horno de microondas antes de calentar los gránulos y durante el calentamiento de los gránulos, a un caudal que varía de, aproximadamente, 60 litros/minuto a, aproximadamente, 90 litros/minuto durante un período de tiempo que varía de, aproximadamente, 3 minutos a, aproximadamente, 8 minutos.
En una realización, los gránulos se someten a enfriamiento en el horno de microondas bajo la atmósfera inerte a una velocidad de, aproximadamente, 5 l/min a, aproximadamente, 20 l/min.
En una realización, el calentamiento se lleva a cabo a una intensidad de potencia de microondas en el intervalo de, aproximadamente, 2 kW a, aproximadamente, 8 kW durante un período de tiempo que varía de, aproximadamente, 10 minutos a, aproximadamente, 40 minutos. En una realización, la temperatura predeterminada varía de, aproximadamente, 900 °C a, aproximadamente, 1.100 °C, aumentando a una velocidad de, aproximadamente, 40 °C a 60 °C por minuto.
La densidad del coque metalúrgico producido mediante el procedimiento está en el intervalo de, aproximadamente, 380 kg/m3 a, aproximadamente, 440 kg/m3.
Debe entenderse que los aspectos y realizaciones de la presente invención descrita anteriormente se pueden utilizar en cualquier combinación entre sí. Varios de los aspectos y realizaciones se pueden combinar conjuntamente tal como se estipula en las reivindicaciones adjuntas, para formar una realización adicional de la presente invención. El resumen anterior es solo ilustrativo y no pretende de ninguna manera constituir limitación. Además de los aspectos, realizaciones y características ilustrativos descritos anteriormente, otros aspectos, realizaciones y características resultarán evidentes con referencia a los dibujos y la siguiente descripción detallada.
DESCRIPCIÓN BREVE DE LOS DIBUJOS ADJUNTOS
Los aspectos y características novedosos de la presente invención se exponen en la descripción adjunta y el alcance se define en las reivindicaciones. Sin embargo, la presente invención en sí misma, así como un modo de utilización preferente, otros objetivos y ventajas de la misma, se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción detallada de una realización ilustrativa cuando se lea junto con las figuras adjuntas. Ahora, se describen una o más realizaciones, solo a modo de ejemplo, con referencia a las figuras adjuntas, en las que números de referencia similares representan elementos similares y en las que:
La figura 1 ilustra una vista esquemática de un sistema para producir coque metalúrgico a partir de carbón no coquizable, según una realización de la presente invención.
La figura 2 ilustra una vista esquemática de ladrillos refractarios para colocar gránulos de carbón no coquizable, según una realización de la presente invención.
La figura 3 ilustra la pluralidad de ladrillos refractarios de la figura 2, mostrando la pirólisis de los gránulos de carbón no coquizable después del tratamiento en el horno de microondas durante un primer intervalo de tiempo predefinido, según una realización de la presente invención.
La figura 4 ilustra la pluralidad de ladrillos refractarios de la figura 2, mostrando la pirólisis de los gránulos de carbón no coquizable después del tratamiento en el horno de microondas durante un segundo intervalo de tiempo predefinido, según una realización de la presente invención.
La figura 5 ilustra un gráfico de formación de textura circular en el coque metalúrgico con variación en el tiempo de exposición en el horno de microondas, según una realización de la presente invención.
La figura 6 ilustra una imagen microscópica de una formación de textura lenticular en el coque metalúrgico producido, según una realización de la presente invención.
La figura 7 ilustra un gráfico de comparación en porcentaje de reflectancia entre un coque producido comercialmente con el coque metalúrgico producido, según una realización de la presente invención.
Las figuras representan realizaciones de la presente invención únicamente con fines ilustrativos. Un experto en la materia reconocerá fácilmente a partir de la siguiente descripción que se pueden utilizar realizaciones alternativas de las estructuras y procedimientos ilustrados en la presente memoria descriptiva sin apartarse de los principios de la presente invención descrita en la presente memoria descriptiva, tal como se define en las reivindicaciones.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Lo anterior ha esbozado en términos generales las características y ventajas técnicas de la presente invención para que la siguiente descripción detallada de la presente invención pueda entenderse mejor. A continuación se describirán características y ventajas adicionales de la presente invención que forman el objeto de la descripción de la presente invención. Los expertos en la materia también deberían darse cuenta de que estos procedimientos equivalentes no se apartan del alcance de la presente invención. Los aspectos novedosos que se cree que son característicos de la presente invención, en cuanto al procedimiento de funcionamiento, junto con otros objetos y ventajas, se entenderán mejor a partir de la siguiente descripción cuando se considere en relación con las figuras adjuntas. Sin embargo, se debe entender expresamente que cada una de las figuras se proporciona únicamente con el propósito de ilustración y descripción y no pretende ser una definición de los límites de la presente invención. En la presente memoria descriptiva, la palabra "ejemplar" se utiliza para significar "que sirve como ejemplo o ilustración". Cualquier realización o implementación del presente objeto descrito en la presente memoria descriptiva como "ejemplar" no se debe interpretar necesariamente como preferente o ventajosa sobre otras realizaciones. Los términos "comprende", "que comprende", o cualquier otra variación de los mismos, pretenden cubrir una inclusión no exclusiva, de modo que un procedimiento que comprende una lista de actos no incluye solo esos actos, sino que puede incluir otros actos no enumerados expresamente o inherentes a dicho procedimiento. En otras palabras, uno o más actos en un procedimiento precedido por "comprende... un" no excluye, sin más restricciones, la existencia de otros actos o actos adicionales en el procedimiento. Las realizaciones de la presente invención se refieren a un procedimiento para producir coque metalúrgico a partir de carbón no coquizable. El carbón no coquizable conocido en la técnica tendría normalmente un contenido elevado de cenizas y, por lo tanto, puede no ser adecuado para su utilización en procesos metalúrgicos, tales como la fundición. Sin embargo, los carbones no coquizables están ampliamente disponibles a un coste menor en comparación con los carbones coquizables. Por lo tanto, convencionalmente, se han utilizado diversas técnicas o procedimientos para producir coque metalúrgico a partir de carbones no coquizables de bajo grado. Uno de estos procedimientos comunes ha sido someter el carbón no coquizable a temperaturas elevadas, ya sea mediante la utilización de radiaciones u hornos de microondas. Someter estos carbones no coquizables a temperaturas elevadas alteraba la estructura elemental, lo que conducía a la formación de cambios microestructurales y, por lo tanto, a la formación de coque metalúrgico. Sin embargo, la utilización de radiación de microondas en la producción de coque metalúrgico a partir de carbón no coquizable es un proceso bien conocido. La producción de dicho coque metalúrgico ha requerido la utilización de susceptores para aumentar la absorción de radiación de microondas, para inducir cambios en la matriz del carbón no coquizable. Además, en algunos procesos convencionales discutidos en la sección del estado de la técnica anterior, la utilización
de dichos susceptores aumentaba el consumo de energía para producir calor durante períodos más prolongados para obtener coque metalúrgico, lo cual no es deseable.
El procedimiento para producir coque metalúrgico, según realizaciones de la presente invención, no utiliza susceptores para tratar el carbón no coquizable. El procedimiento, según realizaciones de la presente invención, implica densificar el carbón no coquizable como una primera etapa para densificar la composición elemental del carbón no coquizable. Esta densificación ayuda a la absorción de la radiación de microondas. Además, esta densificación evita la utilización de susceptores de microondas para ayudar en la absorción de la radiación de microondas para aumentar la temperatura del carbón no coquizable. El carbón no coquizable densificado puede someterse, a continuación, a pirólisis en el horno de microondas que convierte el carbón no coquizable en coque metalúrgico en menos tiempo de espera y con una utilización mínima de energía.
En la siguiente descripción detallada de las realizaciones de la presente invención, se hace referencia a los dibujos adjuntos que forman parte de la misma, y en los que se muestran, a modo de ilustración, realizaciones específicas en las que puede ponerse en práctica la presente invención. Estas realizaciones se describen con suficiente detalle para permitir que los expertos en la materia pongan en práctica la presente invención, y se debe entender que pueden utilizarse otras realizaciones, tal como se definen en las reivindicaciones. La siguiente descripción, por lo tanto, no debe tomarse en un sentido limitativo.
La presente invención se refiere a un procedimiento para producir coque metalúrgico a partir de carbón no coquizable. El carbón no coquizable para producir coque metalúrgico se selecciona en función de los requisitos de utilización en los altos hornos para la fundición de minerales. El carbón no coquizable utilizado en el procedimiento de la presente invención tiene un alto contenido de cenizas con un bajo poder calorífico. Los carbones no coquizables se someten, además, a ensayos de selección, tales como el índice de hinchamiento en crisol (CSN, crucible swelling number) y las propiedades de apelmazamiento. En una realización, el índice de hinchamiento en crisol (CSN) para el carbón no coquizable puede estar en el intervalo de 1 a 4. En una realización, las propiedades de apelmazamiento del carbón no coquizable tras calentarlo lo ablandan y forman una masa plástica que se hincha y solidifica en un sólido poroso. Los carbones no coquizables seleccionados se pueden someter a trituración o molienda, en las que los carbones no coquizables se reducen de tamaño a la dimensión requerida. En una realización ejemplar, la trituración del carbón no coquizable se puede llevar a cabo en un molino hasta que el carbón no coquizable esté en forma de polvo. A modo de ejemplo y con fines de ensayo, el carbón no coquizable triturado se redujo a gránulos que no superaban los 3,50 mm. El carbón no coquizable en polvo se sometió a continuación a un proceso de densificación. El proceso de densificación consiste en compactar el carbón no coquizable en polvo en un compactador.
En una realización, la compactación del carbón no coquizable ayuda a densificar la composición elemental del carbón no coquizable aumentando de esta manera la densidad del carbón no coquizable. Esta densificación da como resultado la absorción de la radiación de microondas (MR, microwave radiation) que incide sobre el carbón no coquizable y evita la utilización de susceptores o la adición de sustancias receptoras. Tras la compactación, el carbón no coquizable se conforma en gránulos (11) denominados en la presente memoria descriptiva gránulos de carbón no coquizable (11) adecuados para propósitos de ensayo. Para los requisitos de ensayo, los gránulos de carbón no coquizable (11) pueden conformarse compactando el carbón no coquizable en polvo. Como un ejemplo, los gránulos de carbón no coquizable (11) se pueden compactar a una dimensión que varía de, aproximadamente, 30 mm a, aproximadamente, 50 mm, en los que el carbón no coquizable se muele hasta una finura de, aproximadamente, el 80 % a, aproximadamente, el 90 %. Además, durante la compactación del carbón no coquizable molido, se utiliza un aglutinante que sirve para unir el carbón no coquizable molido para formar los gránulos de carbón no coquizable (11).
En una realización, el aglutinante utilizado en la producción de gránulos no coquizables (11) es agua, pero no se limita a ella.
En una realización, la trituración del carbón no coquizable se lleva a cabo en un molino de martillos, un molino pulverizador o cualquier otro molino que sirva para este propósito.
En una realización y para requisitos de ensayo, los gránulos de carbón no coquizable compactados (11) tienen una densidad en el intervalo de, aproximadamente, 1.100 kg/m3 a, aproximadamente, 1.180 kg/m3.
En una realización, el carbón no coquizable molido se compacta en un compactador, una prensa de gránulos o cualquier otro dispositivo compactador que sirva para este propósito.
Los gránulos de carbón no coquizable (11) a los que se hace referencia en esta descripción se compactan en gránulos para ensayos de laboratorio; sin embargo, estos gránulos pueden tener cualquier forma y tamaño, basándose en los requisitos.
La figura 1 es una realización ejemplar de la presente invención que ilustra un sistema de ensayo (100), para producir el coque metalúrgico a partir de carbón no coquizable. El sistema de ensayo (100) incluye un horno de
microondas (1) que tiene una cámara (1a). La cámara (1a) provista en el horno de microondas (1) se puede utilizar para colocar los gránulos de carbón no coquizable (11). El horno de microondas (1) se puede conectar a un generador de microondas (2) de modo que la radiación de microondas (MR) se transmita desde el generador de microondas (2) hacia la cámara (1a) del horno de microondas (1). Se puede proporcionar, como mínimo, una guía de ondas (7) entre el horno de microondas (1) y el generador de microondas (2). La, como mínimo, una guía de ondas (7) recibe y transmite la radiación de microondas (MR) generada desde el generador de microondas (2) al horno de microondas (1). Se puede utilizar una pluralidad de ladrillos refractarios (4) para contener los gránulos de carbón no coquizable (11). En una realización, la pluralidad de ladrillos refractarios (4) puede incluir un ladrillo refractario de base (4b) y un ladrillo refractario de cubierta (4a). El ladrillo refractario de base (4b) está definido con un orificio para contener los gránulos de carbón no coquizable (11). Del mismo modo, el ladrillo refractario de cubierta (4a) también puede estar definido con el orificio que coincide con el orificio presente en el ladrillo refractario de base (4b). Además, los orificios definidos en el ladrillo refractario de base (4b) y el ladrillo refractario de cubierta (4a) están untados con lechada para juntas (12) que es resistente térmicamente para atrapar el calor generado, para una pirólisis eficiente.
El sistema de ensayo (100) comprende además, como mínimo, un dispositivo sintonizador (5) conectado a la, como mínimo, una guía de ondas (7). El, como mínimo, un dispositivo sintonizador (5) sintoniza la cantidad de radiación de microondas (MR) que ingresa al horno de microondas (1). El, como mínimo, un dispositivo sintonizador (5) puede ser controlado mediante una unidad de control (10) asociada con el sistema. Además, como mínimo, un sistema de purga (3) está conectado al horno de microondas (1), en el que el, como mínimo, un sistema de purga (3) suministra gases inertes a la cámara (1a) del horno de microondas (1). También se dispone una unidad extractora (6) en comunicación fluida con la cámara (1a), que extrae aire atmosférico de la cámara (1a) durante el proceso de pirólisis de los gránulos de carbón no coquizable (11) a coque metalúrgico. En una realización, la unidad extractora (6) puede estar conectada al horno de microondas (1) mediante, como mínimo, un conducto de salida (9) para extraer el aire atmosférico y los gases formados debido a la pirólisis.
En una realización, el generador de microondas (2) es, como mínimo, uno de un generador de microondas de grado industrial 30 (2) utilizado para generar grandes volúmenes de microondas con una intensidad de potencia de microondas en el intervalo de, aproximadamente, 2 kW a, aproximadamente, 8 kW.
En una realización, la pluralidad de ladrillos refractarios (4) se puede seleccionar entre un ladrillo refractario aislante de grado 30 (Norma ASTM C155-97 Clasificación C 30). La pluralidad de ladrillos refractarios utilizados en el sistema de ensayo (100) se considera transparente a la radiación de microondas (MR).
En una realización, el horno de microondas (1) es, como mínimo, uno de los hornos de microondas de grado industrial 30 (1) revestido con ladrillos refractarios [no mostrados en las figuras] para aislar térmicamente el calor generado dentro del horno de microondas (1). El horno de microondas (1) utilizado en el sistema de ensayo (100) se limita a un sistema multimodo a escala de laboratorio en el que la cámara (1a) del microondas experimenta campos eléctricos altos y bajos.
En una realización el, como mínimo, un dispositivo sintonizador (5) es, como mínimo, uno de un sintonizador de microondas controlado por ordenador. El, como mínimo, un dispositivo sintonizador (5) está programado para transmitir frecuencia en el intervalo de, aproximadamente, 2.000 MHz a, aproximadamente, 4.000 MHz.
En una realización el, como mínimo, un sistema de purga (3) es un sistema de purga de nitrógeno gaseoso. El nitrógeno gaseoso se puede purgar dentro de la cámara (1a) del horno de microondas (1) para formar una atmósfera inerte. La purga del nitrógeno gaseoso dentro de la cámara (1a) del horno de microondas (1) se puede llevar a cabo a un caudal que oscila entre, aproximadamente, 60 litros/minuto y, aproximadamente, 90 litros/minuto. Durante el funcionamiento del sistema de ensayo (100), el nitrógeno gaseoso se purga dentro de la cámara (1a) antes de someter los gránulos de carbón no coquizable (11) a la radiación de microondas (MR), durante la exposición de los gránulos de carbón no coquizable (11) a la radiación de microondas (MR) y después de la exposición a la radiación de microondas (MR). Además, para los requisitos del ensayo, la purga de nitrógeno gaseoso dentro de la cámara (1 a) del horno de microondas (1) tiene un intervalo de tiempo que oscila entre, aproximadamente, 3 minutos y, aproximadamente, 8 minutos.
En una realización, el nitrógeno gaseoso se puede purgar dentro del horno de microondas (1) con la ayuda de, como mínimo, un conducto de entrada (8).
En una realización, la atmósfera inerte evita la oxidación del coque metalúrgico antes, durante y después de la exposición a la radiación de microondas (MR).
En una realización, la lechada (12) utilizada para untar los orificios definidos es, como mínimo, una de hormigón fluido utilizada para aislar térmicamente los orificios definidos en los que se colocan los gránulos de carbón no coquizable (11).
Preparación del sistema de ensayo
El carbón no coquizable compactado que se conforma en gránulos de carbón no coquizable (11) se puede colocar dentro de la cámara (1a) del horno de microondas (1). Los gránulos de carbón no coquizable (11) se colocan en orificios definidos en la pluralidad de ladrillos refractarios. Después de colocar los gránulos de carbón no coquizable (11), la cámara (1a) del horno de microondas (1) puede ser drenada del aire atmosférico con la ayuda de la unidad extractora (6). A continuación, la cámara (1a) del horno de microondas (1) se purga con nitrógeno gaseoso para crear una atmósfera inerte.
Carbón no coquizable sometido a radiación de microondas en el sistema de ensayo
La radiación de microondas (MR) generada desde el generador de microondas (2) incide sobre la pluralidad de ladrillos refractarios (4). La unidad extractora (6) extrae continuamente los gases de combustión durante el impacto de la radiación de microondas (MR) sobre los gránulos de carbón no coquizable (11). Simultáneamente el, como mínimo, un sistema de purga (3) purga nitrógeno gaseoso en la cámara (1a) del horno de microondas (1) manteniendo de este modo la atmósfera inerte. Cuando la radiación de microondas (MR) incide sobre los gránulos de carbón no coquizable (11), se produce la pirólisis de los gránulos de carbón no coquizable (11) en la que la energía de microondas es absorbida por los gránulos de carbón no coquizable (11). La unidad de control (10) supervisa continuamente la energía absorbida y la carga de radiación de microondas (MR). Los gránulos de carbón no coquizable (11) se exponen a radiación de microondas (MR) durante un intervalo de tiempo predeterminado. Según los requisitos del ensayo, la temperatura dentro de la cámara (1a) del horno de microondas (1) se mantuvo en el intervalo de, aproximadamente, 900 °C a, aproximadamente, 1.100 °C, en el que la temperatura se incrementó gradualmente en el intervalo de, aproximadamente, 40 °C a, aproximadamente, 60 °C. Además, la intensidad de potencia del horno de microondas (1) está en el intervalo de, aproximadamente, 2 kW a, aproximadamente, 8 kW durante un período de tiempo que varía de, aproximadamente, 10 minutos a, aproximadamente, 40 minutos.
Los gránulos de carbón no coquizable (11) tras la exposición a la radiación de microondas (MR) proporcionan cambios en las formas de carbono del coque que dan como resultado el coque metalúrgico.
Por último, los gránulos de carbón no coquizable (11) expuestos, que ahora son coque metalúrgico, se enfrían en la cámara (1a) en la atmósfera inerte durante un período de tiempo predeterminado. Este enfriamiento del coque metalúrgico evita la oxidación del coque metalúrgico.
Procesamiento posterior
Una vez que se enfría el coque metalúrgico, se extrae la masa, se pesa y se mide, seguido de una evaluación proximal y petrográfica del carbón no coquizable. El análisis proximal se llevó a cabo según las normas ASTM respectivas.
La tabla 1 muestra la evaluación roximal etro ráfica del carbón no coquizable:
L l 2 il r l n i l r n n iz l n l x i i n r i i n mi r n MR.
A partir de la tabla 2 anterior, resulta evidente que la densidad de los gránulos de carbón no coquizable (11) cuando se compactan antes de someterlos a radiación de microondas (MR) está en el intervalo de, aproximadamente, 1.100 kg/m3 a, aproximadamente, 1.180 kg/m3. Además, a partir de la tabla 2 anterior, la liberación de la composición volátil de los gránulos de carbón no coquizable (11) está en el intervalo inicial de, aproximadamente, 0,3 min a, aproximadamente, 0,6 min. La liberación de la composición volátil de los gránulos de carbón no coquizable (11) está en el intervalo final de, aproximadamente, 8,0 min a, aproximadamente, 9,0 min. Tal como se observa, al aumentar la exposición a la radiación de microondas (MR), la densidad del carbón no coquizable se reduce hasta de, aproximadamente, 380 kg/m3 a, aproximadamente, 440 kg/m3, lo que da como resultado coque metalúrgico.
La tabla 3 ilustra la textura del coque metalúrgico producido a partir de carbón no coquizable para intervalos de tiem o variables.
A partir de la tabla 3 anterior, resulta evidente que la mayor exposición a radiación de microondas (MR) aumentó el porcentaje volumétrico de la textura de coque circular. El material isotrópico cambia su textura a la textura deseable de coque circular. Esta textura de coque circular es esencial en la gasificación del coque dentro del alto horno y controla la reactividad y la resistencia posterior a la reacción del coque.
La figura 2 ilustra la pluralidad de ladrillos refractarios (4) que comprenden el ladrillo refractario de base (4b) definido con un orificio, en el que el orificio está untado con lechada (12) para aislamiento térmico. Del mismo modo, el ladrillo refractario de cubierta (4a) también está definido con un orificio coincidente con el orificio del ladrillo refractario de base (4b) y está untado con lechada (12) para aislamiento térmico. Al colocar los gránulos de carbón no coquizable (11) en el ladrillo refractario de base (4b), el ladrillo refractario de cubierta (4a) cubre el ladrillo refractario de base (4b).
Para los requisitos de los ensayos de laboratorio, el diámetro del orificio definido está en el intervalo de 30 mm a, aproximadamente, 40 mm y el índice de hinchamiento en crisol (CSN) del carbón no coquizable está en el intervalo de 1 a 4.
La figura 3 ilustra la pluralidad de ladrillos refractarios (4) expuestos a radiación de microondas (MR) con una intensidad nominal de potencia de microondas de 6 kW y un tiempo de exposición de, aproximadamente, 15 minutos. La pluralidad de ladrillos refractarios (4) que, en efecto, son transparentes a la radiación de microondas (MR) permite el paso de la radiación de microondas (MR) para ser absorbida por los gránulos de carbón no coquizable (11). Tal como se muestra en la figura 3, los gránulos de carbón no coquizable (11) han sufrido pirólisis durante el proceso de calentamiento y enfriamiento en la cámara (1a) del horno de microondas (1). Esto muestra que los gránulos de carbón no coquizable (11) se convierten en coque metalúrgico en 15 minutos y sin la utilización de componentes adicionales, tales como susceptores.
La figura 4 ilustra la pluralidad de ladrillos refractarios (4) expuestos a radiación de microondas (MR) con una intensidad nominal de potencia de microondas de 6 kW y un tiempo de exposición de, aproximadamente, 20 minutos. Los gránulos de carbón no coquizable (11) sometidos a un mayor tiempo de exposición, aumentan la formación de textura circular en la superficie del coque metalúrgico. La lechada (12) untada a la pluralidad de ladrillos refractarios (4) retiene el calor generado cuando el horno de microondas (1) está en funcionamiento.
La figura 5 ilustra el gráfico trazado con la variación de volumen de textura circular frente al tiempo de exposición mientras se convierte el carbón no coquizable en coque metalúrgico. Basándose en los resultados del ensayo, los gránulos de carbón no coquizable (11) se someten a exposición a radiación de microondas (MR) en el intervalo de 10 min, 15 min y 20 min. Se dedujo de los resultados del ensayo que, basándose en los tiempos de exposición aumentados, la formación de textura circular del coque metalúrgico aumentó con el volumen aumentado. Esto significa que el coque metalúrgico que se produce a partir de carbón no coquizable utilizando el procedimiento de la presente invención tendrá las propiedades requeridas para su utilización en altos hornos para fundición.
La figura 6 ilustra una imagen microscópica de la textura lenticular en el coque metalúrgico (los carbones en fase aglutinante producidos a partir de carbones de volatilidad media que contienen vitrinoides de tipo V 12, 13 y 14 tienen forma lenticular con anchuras que varían de 1,0 a 12,0 micras, con una proporción de longitud (L) respecto a anchura (W) de 2 a 4. Algunos sistemas se refieren a los dominios lenticulares como láminas. Las categorías fina, media y gruesa se corresponden estrechamente con la formación del tipo V 12, 13 y 14). La formación de textura circular es esencial en la gasificación del coque dentro del alto horno y controla la reactividad y la resistencia posterior a la reacción del coque.
La figura 7 ilustra un gráfico de comparación en porcentaje de reflectancia (medida a través de un microscopio de luz polarizada) entre un coque producido comercialmente con el coque metalúrgico producido. A partir del gráfico, resulta evidente que el porcentaje de reflectancia del coque metalúrgico producido utilizando el procedimiento de la presente invención tiene un porcentaje de reflectancia más bajo y una frecuencia más elevada en comparación con el coque producido comercialmente.
Si bien en la presente memoria descriptiva se han dado a conocer diversos aspectos y realizaciones, otros aspectos y realizaciones resultarán evidentes para los expertos en la materia. Los diversos aspectos y realizaciones dados a conocer en la presente memoria descriptiva tienen fines ilustrativos y no pretenden ser limitativos, tal como se indica en las siguientes reivindicaciones.
N MER DE REFEREN IA:
Claims (10)
1. Procedimiento para producir coque metalúrgico únicamente a partir de carbón no coquizable, comprendiendo el procedimiento:
densificar el carbón no coquizable para formar gránulos (11);
colocar los gránulos (11) en un horno de microondas (1) dentro de una pluralidad de ladrillos (4);
calentar los gránulos (11) en el horno de microondas (1) a una temperatura predeterminada bajo una atmósfera inerte a presión atmosférica, en el que los gránulos (11) experimentan pirólisis durante el calentamiento; y enfriar los gránulos (11) en el horno de microondas (1) bajo la atmósfera inerte, para convertir los gránulos (11) del carbón no coquizable en el coque metalúrgico; en el que el calentamiento de los gránulos (11) en el horno de microondas (1) se lleva a cabo sin susceptores.
2. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que la densificación del carbón no coquizable incluye:
triturar el carbón no coquizable para formar carbón no coquizable triturado; y
compactar el carbón no coquizable triturado para formar los gránulos (11).
3. Procedimiento, según la reivindicación 2, en el que la trituración del carbón no coquizable se lleva a cabo en un molino de martillos o un molino pulverizador, de manera que el carbón no coquizable triturado tiene una finura del 80 % al 90 %.
4. Procedimiento, según la reivindicación 2, en el que la compactación del carbón no coquizable triturado se lleva a cabo en una prensa, de manera que la densidad compactada de los gránulos (11) está en el intervalo de 1.100 kg/m3 a 1.150 kg/m3.
5. Procedimiento, según la reivindicación 3, en el que se utiliza un aglutinante en la compactación del carbón no coquizable triturado para formar los gránulos (11).
6. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que la atmósfera inerte se crea purgando gas inerte dentro del horno de microondas (1).
7. Procedimiento, según la reivindicación 6, en el que el gas inerte se purga dentro del horno de microondas (1) antes del calentamiento de los gránulos (11) y durante el calentamiento de los gránulos (11), a un caudal que varía de 60 litros/minuto a 90 litros/minuto durante un período de tiempo que varía de 3 minutos a 8 minutos.
8. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que los gránulos (11) se someten a enfriamiento en el horno de microondas (1) bajo la atmósfera inerte a una velocidad de 5 l/min a 20 l/min.
9. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que el calentamiento se lleva a cabo a una intensidad de potencia de microondas en el intervalo de 2 kW a 8 kW, durante un período de tiempo que varía de 10 minutos a 40 minutos.
10. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que la temperatura predeterminada varía de 900 °C a 1.100 °C, aumentando a una velocidad de 40 °C a 60 °C por minuto.
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