ES2962729T1 - Método y dispositivo para producir metal carburizado de reducción directa - Google Patents

Método y dispositivo para producir metal carburizado de reducción directa Download PDF

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Abstract

Método y sistema para producir material metálico reducido directamente, que comprende las etapas: a) cargar material metálico a reducir en un espacio de horno (120); b) evacuar una atmósfera existente del espacio del horno para lograr una presión de gas de menos de 1 bar en el mismo, c) proporcionar calor y gas hidrógeno al espacio del horno, de modo que el gas hidrógeno calentado caliente el material metálico cargado a una temperatura lo suficientemente alta como para que que los óxidos metálicos presentes en el material metálico se reducen, provocando a su vez que se forme vapor de agua, cuyo suministro de gas hidrógeno se realiza de manera que se acumula una presión de más de 1 bar dentro del espacio del horno; y d) antes de evacuar la sobrepresión acumulada, condensar y recoger el vapor de agua formado en la etapa c en un condensador (160) debajo del material metálico cargado. La invención se caracteriza porque comprende además la etapa e) antes de evacuar la sobrepresión acumulada, proporcionando un gas que contiene carbono al espacio del horno, de modo que el material metálico calentado y reducido sea carburizado por dicho gas que contiene carbono. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Claims (29)

REIVINDICACIONES
1. Método para producir material metálico de reducción directa, que comprende las etapas:
a) cargar material metálico a reducir en un espacio de horno (120);
b) evacuar una atmósfera existente del espacio de horno (120) para lograr una presión de gas menor que 1 bar dentro del espacio de horno (120);
c) proporcionar calor y gas hidrógeno al espacio de horno (120), de modo que el gas hidrógeno calentado caliente el material metálico cargado a una temperatura lo suficientemente alta como para que se reduzcan los óxidos metálicos presentes en el material metálico, provocando a su vez que se forme vapor de agua, suministro de gas hidrógeno que se realiza de manera que se acumule una presión de más de 1 bar dentro del espacio de horno (120); y
d) antes de una evacuación de gases desde el espacio de horno (120) de vuelta a la presión atmosférica, condensar y recoger el vapor de agua formado en la etapa c en un condensador (160) debajo del material metálico cargado; caracterizado por que el método comprende además la etapa
e) antes de una evacuación de gases desde el espacio de horno (120) de vuelta a la presión atmosférica, proporcionar un gas que contiene carbono al espacio de horno (120), de modo que el material metálico calentado y reducido sean carburizados por dicho gas que contiene carbono.
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que las etapas c y d se realizan al menos hasta que se haya alcanzado una presión parcial de hidrógeno de más de 1 bar dentro del espacio de horno (120), y por que no se evacúa gas hidrógeno desde el espacio de horno (120) hasta que se haya alcanzado dicha presión parcial de más de 1 bar.
3. Método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la etapa c comprende, además, en una etapa de calentamiento inicial, proporcionar calor y gas hidrógeno al espacio de horno (120), de modo que el gas hidrógeno calentado caliente el material metálico cargado a una temperatura por encima de la temperatura de ebullición del agua contenida en el material metálico, provocando que dicha agua contenida se evapore.
4. Método de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que el suministro de gas hidrógeno al espacio de horno (120) en dicha etapa de calentamiento inicial se controla para que sea tan lenta que se mantenga sustancialmente un equilibrio de presión a través de toda la realización de dicha etapa de calentamiento inicial.
5. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la evacuación en la etapa b se realiza de modo que se alcance una presión de como máximo 0,5 bar en el interior del espacio de horno (120).
6. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos una parte del calor proporcionado en la etapa c se proporciona directamente al gas hidrógeno también proporcionado en la etapa c.
7. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos una parte del calor proporcionado en la etapa c se proporciona directamente al gas que contiene carbono proporcionado en la etapa e.
8. Método de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, caracterizado por que dicho calor se proporciona al gas en cuestión mediante elementos de calentamiento (121) dispuestos en una parte superior del espacio de horno (120).
9. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el gas hidrógeno que va a proporcionarse en la etapa c se precalienta en un intercambiador de calor (160), intercambiador de calor (160) que está dispuesto para transferir energía térmica desde el agua evaporada al gas hidrógeno que va a proporcionarse en la etapa c.
10. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el gas que contiene carbono que va a proporcionarse en la etapa c se precalienta en un intercambiador de calor (160), intercambiador de calor (160) que está dispuesto para transferir energía térmica desde el agua evaporada al gas que contiene carbono que va a proporcionarse en la etapa e.
11. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el suministro de gas hidrógeno en la etapa c y/o el suministro del gas que contiene carbono en la etapa e se realizan hasta que se haya alcanzado una presión predeterminada.
12. Método de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado por que la presión predeterminada es una presión de al menos 2,3 bar, tal como al menos 2,5 bar, tal como al menos 3 bar.
13. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-10, caracterizado por que el suministro de gas hidrógeno y calor en la etapa c y la condensación en la etapa d se realizan hasta que se alcanza un estado estable, en términos de que ya no es necesario proporcionar más gas hidrógeno para mantener una presión de gas en estado estable alcanzada dentro del espacio de horno (120).
14. Método de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado por que la presión de gas de estado estable es una presión de al menos 2,3 bar, tal como al menos 2,5 bar, tal como al menos 3 bar.
15. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el suministro de calor en la etapa c y la etapa de condensación d se realizan hasta que el material metálico cargado a reducir haya alcanzado una temperatura predeterminada.
16. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que, durante la realización de la etapa c, hay un flujo neto hacia abajo de vapor de agua a través del material metálico cargado.
17. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las etapas c, d y e se realizan durante al menos 0,25 horas.
18. Método de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizado por que la etapa de reducción y carburación principal en la etapa c se realizan iterativamente, permitiendo en cada iteración que se alcance una presión de estado estable dentro del espacio de horno (120) antes de suministrar una cantidad adicional de calor y gas hidrógeno.
19. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el gas que contiene carbono es un hidrocarburo gaseoso, y por que no se suministra monóxido de carbono al espacio de horno (120) en la etapa e.
20. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la etapa e se realiza al menos parcialmente al mismo tiempo que las etapas c y d.
21. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho calor se proporciona en la etapa c hasta que el material metálico alcance una temperatura de al menos 500 °C, tal como al menos 600 °C, antes de que se inicie el suministro del gas que contiene carbono en la etapa e.
22. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-20, caracterizado por que la etapa e únicamente se inicia después de que el material metálico haya alcanzado una temperatura de entre 350 - 450 °C.
23. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-20, caracterizado por que la etapa e únicamente se inicia después de que el material metálico haya alcanzado una temperatura de entre 450-550 °C, por que la etapa c finaliza posteriormente, y por que la etapa e también comprende suministrar calor al espacio de horno (120).
24. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho calor se proporciona en la etapa c hasta que el material metálico alcanza una temperatura de entre 700 -1100 °C, tal como entre 800 - 1100 °C.
25. Método de acuerdo con la reivindicación 24, caracterizado por que la etapa d comprende proporcionar calor al espacio de horno (120) a presión constante, presión que se controla mediante un suministro controlado de gas que contiene carbono, que, al contener carbono, puede mezclarse con gas hidrógeno.
26. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el material metálico finalmente carburizado, después de la finalización de la etapa e, tiene un contenido en carbono de entre el 1 4 % en peso.
27. Sistema (100; 200) para la producción por lotes de material metálico de reducción directa, que comprende un espacio de horno cerrado (120) dispuesto para recibir material metálico cargado a reducir;
un medio de evacuación de la atmósfera (260) dispuesto para evacuar una atmósfera existente del espacio de horno (120) para lograr una presión de gas menor que 1 bar dentro del espacio de horno (120);
un medio de suministro de calor e hidrógeno (171; 280, 290) dispuesto para proporcionar calor y gas hidrógeno al espacio de horno (120);
un dispositivo de control (201) dispuesto para controlar el medio de suministro de calor e hidrógeno (171; 280, 290) de modo que el gas hidrógeno calentado caliente el material metálico cargado a una temperatura lo suficientemente alta como para que se reduzcan los óxidos metálicos presentes en el material metálico, provocando a su vez que se forme vapor de agua, suministro de gas hidrógeno que se realiza de manera que se acumule una presión de más de 1 bar dentro del espacio de horno (120); y
un medio de enfriamiento y recogida (160, 161) dispuesto por debajo del material metálico cargado, dispuesto para condensar y recoger el vapor de agua antes de una evacuación de gases del espacio de horno (120) de vuelta a la presión atmosférica,
caracterizado por que el sistema (100; 200) comprende además un medio de suministro de gas que contiene carbono (171; 310, 320) dispuesto para proporcionar un gas que contiene carbono al espacio de horno (120), y por que el dispositivo de control (201) está dispuesto para controlar el medio de suministro de gas que contiene carbono (171; 310, 320) para proporcionar gas que contiene carbono antes de una evacuación de gases desde el espacio de horno (120) de vuelta a la presión atmosférica, de modo que el material metálico calentado y reducido sea carburizado por dicho gas que contiene carbono.
28. Sistema (100; 200) de acuerdo con la reivindicación 27, caracterizado por que el dispositivo de control (201) está dispuesto para controlar el medio de suministro de calor e hidrógeno (171; 280, 290), en una etapa de calentamiento inicial, de modo que el gas hidrógeno calentado caliente el material metálico cargado a una temperatura por encima de la temperatura de ebullición del agua contenida en el material metálico, provocando que dicha agua contenida se evapore.
29. Sistema (100; 200) de acuerdo con la reivindicación 27 o 28, caracterizado por que el sistema (100; 200) comprende además un sensor de presión (123, 124) dispuesto para medir una presión dentro del espacio de horno (120), y por que el dispositivo de control (201) está dispuesto para controlar el medio de suministro de calor e hidrógeno (171; 280, 290) para proporcionar gas hidrógeno hasta que se haya alcanzado una presión de estado estable.
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