ITUD980214A1 - DEVICE FOR THE DIRECT REDUCTION OF IRON OXIDES AND RELATED PROCEDURE - Google Patents
DEVICE FOR THE DIRECT REDUCTION OF IRON OXIDES AND RELATED PROCEDURE Download PDFInfo
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Description
CAMPO DI APPLICAZIONE FIELD OF APPLICATION
La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo per la produzione di ferro metallico a partire da minerale di ferro, in cui il ferro è presente in forma di ossidi, ed al relativo procedimento, in cui il dispositivo comprende un reattore definente una zona di riduzione di forma almeno parzialmente tronco-conica nella quale avviene il processo di riduzione diretta del ferro. The present invention refers to a device for the production of metallic iron starting from iron ore, in which iron is present in the form of oxides, and to the related process, in which the device comprises a reactor defining a reduction zone of at least partially truncated cone shape in which the process of direct iron reduction takes place.
Il ferro ridotto può uscire dal reattore sia freddo che caldo ed essere successivamente inviato in un forno fusorio per produrre l'acciaio liquido, oppure convertito in ferro bricchettato a caldo (HBI ), oppure ancora trasportato in una zona di raffreddamento e stoccaggio. The reduced iron can exit the reactor both cold and hot and be subsequently sent to a smelting furnace to produce liquid steel, or converted into hot briquetted iron (HBI), or transported to a cooling and storage area.
STATO DELLA TECNICA STATE OF THE TECHNIQUE
Nel settore siderurgico è sempre più accentuato l'utilizzo di ferro ridotto (D.R.I.) come materiale di carica per successivi processi di fusione o di conversione. In the steel industry, the use of reduced iron (D.R.I.) as filler material for subsequent smelting or conversion processes is increasingly accentuated.
Il processo di ottenimento del ferro ridotto prevede di far reagire il minerale di ferro con una corrente di gas riducente all'interno dì un apposito dispositivo o forno comprendente un contenitore di reazione, denominato reattore, definente almeno una zona di riduzione. The process of obtaining the reduced iron involves making the iron ore react with a stream of reducing gas inside a suitable device or furnace comprising a reaction container, called a reactor, defining at least one reduction zone.
Il reattore è associato superiormente a mezzi di introduzione del materiale da ridurre ed inferiormente a mezzi di estrazione del materiale ridotto. The reactor is associated at the top with means for introducing the material to be reduced and at the bottom with means for extracting the reduced material.
Sono note varie modalità per eseguire tali processi di reazione, le quali hanno trovato anche efficaci applicazioni operative. Various ways of carrying out such reaction processes are known, which have also found effective operational applications.
Tra queste applicazioni sono note quelle che utilizzano l'iniezione di idrocarburi nella corrente di gas riducente per consentire la reazione di riformazione o "reforming" del metano nel reattore con la 3⁄40 e la CO2 presente nel gas. Among these applications are known those which use the injection of hydrocarbons in the reducing gas stream to allow the methane reforming or "reforming" reaction in the reactor with the 3⁄40 and CO2 present in the gas.
Sono anche noti processi di riduzione diretta in cui si utilizza l'iniezione di idrocarburi aventi 05 direttamente nel reattore nella zona compresa tra l'iniezione del gas riducente e l'uscita dall'alto del gas esausto. Direct reduction processes are also known in which the injection of hydrocarbons having O directly into the reactor is used in the zone between the injection of the reducing gas and the exhaust gas outlet from the top.
Dai seguenti documenti brevettuali sono noti altri processi per la riduzione diretta del minerale di ferro: Other processes for the direct reduction of iron ore are known from the following patent documents:
Sono altresì noti processi in cui il ferro metallico caldo è prodotto in un forno di riduzione del tipo a "shaft", avente un flusso verticale e gravitazionale del materiale, inviato successivamente, con un sistema chiuso di trasporto pneumatico in atmosfera inerte, al forno di fusione. Processes are also known in which the hot metallic iron is produced in a "shaft" type reduction furnace, having a vertical and gravitational flow of the material, subsequently sent, with a closed pneumatic transport system in an inert atmosphere, to the furnace. merger.
La tecnica nota insegna in generale ad utilizzare reattori definenti zone di reazione cilindriche, all'interno delle quali viene introdotta, normalmente in una sola zona di introduzione, la corrente gassosa che realizza la reazione di riduzione. The known art generally teaches to use reactors defining cylindrical reaction zones, inside which the gaseous stream which carries out the reduction reaction is introduced, normally in a single introduction zone.
Queste soluzioni note presentano l'inconveniente di non garantire una buona efficienza di iniezione della corrente gassosa nel caso in cui la zona di reazione del reattore abbia un diametro troppo grande. These known solutions have the drawback of not guaranteeing a good injection efficiency of the gaseous stream if the reaction zone of the reactor has a too large diameter.
Inoltre, se la velocità del gas diventa troppo alta, in prossimità della sommità del reattore si verifica una ingente asportazione delle particelle di carica di granulometria minore che vengono evacuate insieme ai fumi esausti, con conseguenti problemi al sistema di filtraggio e rischio di inquinamento. Furthermore, if the gas velocity becomes too high, near the top of the reactor there is a large removal of the charge particles of smaller particle size which are evacuated together with the exhaust fumes, with consequent problems to the filtering system and risk of pollution.
Un altro inconveniente delle soluzioni note deriva dal fatto che la temperatura del gas si riduce progressivamente salendo verso la sommità del reattore, ciò comportando una riduzione della velocità con cui avviene la reazione di riduzione del minerale di ferro. Another drawback of the known solutions derives from the fact that the gas temperature progressively decreases as it rises towards the top of the reactor, this entailing a reduction in the speed with which the iron ore reduction reaction takes place.
Ancora, la forma dei reattori noti non garantisce una distribuzione omogenea del materiale, con una maggiore concentrazione delle particelle più fini nella zona centrale del reattore; ciò comporta una disuniformità nella reazione di riduzione. Furthermore, the shape of the known reactors does not guarantee a homogeneous distribution of the material, with a higher concentration of the finer particles in the central zone of the reactor; this leads to a non-uniformity in the reduction reaction.
Per risolvere tutti questi inconvenienti, migliorare l'efficienza del processo e la qualità del prodotto ottenuto, la proponente ha ideato e sperimentato il presente trovato. In order to solve all these drawbacks, to improve the efficiency of the process and the quality of the product obtained, the present applicant has devised and tested the present invention.
ESPOSIZIONE DEL TROVATO EXPOSURE OF THE FOUND
Il dispositivo per produrre ferro metallico dalla riduzione diretta di ossidi di ferro ed il relativo procedimento, di cui al presente trovato, sono espressi e caratterizzati nelle rispettive rivendicazioni principali. The device for producing metallic iron from the direct reduction of iron oxides and the related process, according to the present invention, are expressed and characterized in the respective main claims.
Altri aspetti innovativi del presente trovato sono espressi nelle rivendicazioni secondarie. Other innovative aspects of the present invention are expressed in the secondary claims.
Il presente trovato prevede di porre a contatto, all’interno di un reattore opportunamente conformato, il minerale di ferro di granulometria variabile con una corrente gassosa. The present invention provides for the contact, inside a suitably shaped reactor, of the iron ore of variable grain size with a gaseous stream.
L’alimentazione del minerale di ferro avviene dall'alto del dispositivo, e vantaggiosamente in modo continuo affinché si crei un flusso verticale e gravitazionale sostanzialmente continuo del materiale stesso dall’alto al basso che favorisce la riduzione diretta del minerale. The iron ore is fed from the top of the device, and advantageously continuously so that a substantially continuous vertical and gravitational flow of the material itself is created from top to bottom which favors the direct reduction of the mineral.
Secondo una soluzione del trovato, il reattore presenta la zona di riduzione avente conformazione almeno parzialmente conica, o tronco-conica, che si restringe progressivamente verso il basso. According to an embodiment of the invention, the reactor has a reduction zone having an at least partially conical or frusto-conical conformation, which narrows progressively downwards.
Lungo l’altezza di tale zona di riduzione sono presenti, secondo il trovato, almeno due sezioni fra loro indipendenti di introduzione di una rispettiva corrente gassosa idonea a provocare la reazione di riduzione. Along the height of this reduction zone there are, according to the invention, at least two independent sections for introducing a respective gaseous stream suitable for causing the reduction reaction.
I gas introdotti alle varie altezze della zona di riduzione possono essere anche fra loro diversi, in funzione del risultato da ottenere, del materiale di partenza utilizzato e del diametro del reattore nella sezione di introduzione. The gases introduced at the various heights of the reduction zone can also be different from each other, depending on the result to be obtained, the starting material used and the diameter of the reactor in the introduction section.
La combinazione fra la conformazione conica convergente verso il basso della zona di riduzione del reattore con 1<1 >introduzione multipla del gas eseguita a varie altezze dello stesso comporta una pluralità di vantaggi nel processo di riduzione. The combination of the conical conformation converging downwards of the reduction zone of the reactor with the multiple introduction of the gas carried out at various heights of the same entails a plurality of advantages in the reduction process.
Innanzi tutto, viene aumentata l’efficienza di iniezione del gas grazie alla riduzione di diametro della sezione del reattore ove detto gas viene introdotto, in particolare nella parte inferiore della zona di riduzione. First of all, the gas injection efficiency is increased thanks to the reduction in diameter of the reactor section where said gas is introduced, in particular in the lower part of the reduction area.
Inoltre, si ha un abbassamento della velocità del gas nella parte alta del reattore a causa del progressivo aumento di diametro, ciò riducendo il rischio di asportazione delle particelle di granulometria più piccola e di evacuazione delle stesse insieme ai gas esausti. Furthermore, there is a lowering of the gas velocity in the upper part of the reactor due to the progressive increase in diameter, this reducing the risk of removal of the particles of smaller particle size and of their evacuation together with the exhaust gases.
La forma conica della zona di reazione favorisce inoltre la distribuzione naturale all'interno dello stesso delle particelle di minerale di ferro aventi granulometria differente. The conical shape of the reaction zone also favors the natural distribution within it of the iron ore particles having different granulometry.
Inoltre, grazie all'introduzione multipla del gas eseguita a varie altezze della zona di riduzione reattore la temperatura della corrente ·gassosa rimane sostanzialmente costante su tutta l'altezza dello stesso, e lo scambio termico fra gas e minerale di ferro viene, grazie a ciò, ottimizzato. La possibilità di introdurre gas diversi, in diverse quantità e con concentrazioni diverse alle varie altezze del reattore, permette di ottimizzare il processo di riduzione in funzione del risultato finale che si vuole ottenere e della tipologia di minerale di ferro introdotto. Moreover, thanks to the multiple introduction of the gas carried out at various heights of the reactor reduction zone, the temperature of the gaseous stream remains substantially constant over the entire height of the same, and the heat exchange between gas and iron ore is, thanks to this, , optimized. The possibility of introducing different gases, in different quantities and with different concentrations at the various heights of the reactor, allows to optimize the reduction process according to the final result to be obtained and the type of iron ore introduced.
Inoltre, il numero e la reciproca distanza fra le zone di introduzione dei gas possono essere variati allo scopo di garantire il massimo rendimento e la massima flessibilità della reazione di riduzione. Furthermore, the number and the mutual distance between the gas introduction zones can be varied in order to ensure maximum efficiency and maximum flexibility of the reduction reaction.
Secondo una variante, il reattore presenta un primo tratto superiore sostanzialmente cilindrico, che serve ad evitare il pericolo di incastro del materiale di carica sulle pareti dello stesso quando detto materiale presenta caratteristica di elevata aderenza, ed il tratto inferiore conico ove sono presenti le zone di introduzione del gas. According to a variant, the reactor has a first substantially cylindrical upper section, which serves to avoid the danger of the filler material getting stuck on the walls of the same when said material has a characteristic of high adhesion, and the lower conical section where the areas of introduction of gas.
Secondo una variante , il reattore presenta inferiormente una zona terminale di scarico avente una conicità convergente verso il basso più accentuata rispetto alla zona di riduzione soprastante . According to a variant, the reactor has a lower discharge terminal area having a taper converging towards the bottom which is more pronounced than the reduction area above.
Secondo una variante del trovato, nella parte inferiore del reattore è presente un sistema atto a raffreddare il materiale prima della sua evacuazione dal reattore stesso . According to a variant of the invention, in the lower part of the reactor there is a system suitable for cooling the material before its evacuation from the reactor itself.
Secondo un ' ulteriore variante, l ' uscita inferiore del dispositivo di reazione è di tipo multiplo per consentire lo scarico contemporaneo di più tipologie di prodotto contemporaneamente. According to a further variant, the lower outlet of the reaction device is of the multiple type to allow simultaneous discharge of several types of product at the same time.
La multiuscita favorisce la distribuzione del gas di riduzione all'interno del forno ed una migliore distribuzione del materiale all'interno del forno stesso, evitando canalizzazioni preferenziali che avvengono nei forni con unica uscita. The multi-outlet favors the distribution of the reduction gas inside the kiln and a better distribution of the material inside the kiln itself, avoiding preferential channels that occur in kilns with a single outlet.
La flessibilità d'uso degli estrattori, variando le portate di uscita, impedisce formazioni di ponti nel forno. The flexibility of use of the extractors, by varying the output flow rates, prevents the formation of bridges in the furnace.
Il ferro metallico ridotto viene scaricato preferibilmente caldo tramite la multiuscita, preferibilmente a 3 o 4 coni, i quali sono abilitati a scaricare il materiale contemporaneamente o singolarmente. The reduced metallic iron is preferably discharged hot through the multi-outlet, preferably with 3 or 4 cones, which are enabled to discharge the material simultaneously or individually.
Ciò consente anche di regolare la portata materiale in uscita variando la velocità estrazione dei singoli sistemi di scarico. This also allows you to adjust the material output by varying the extraction speed of the individual unloading systems.
Inoltre, tale movimento aiuta a far scendere il materiale dalla zona alta in modo uniforme, con perfetta miscelazione delle particelle più grosse con quelle fini, creando sempre una continua movimentazione del materiale e riducendo la possibilità di incollaggi del materiale stesso. Furthermore, this movement helps to make the material descend from the upper area in a uniform way, with perfect mixing of the larger particles with the fine ones, always creating a continuous movement of the material and reducing the possibility of gluing of the material itself.
L'utilizzo di un sistema multiuscita permette inoltre di scaricare contemporaneamente materiale caldo da destinare a diversi usi: una parte può essere introdotta direttamente in un forno fusorio, per la fusione finale; una parte può essere bricchettata; ed una parte può essere raffreddata esternamente in un silo ed inviata allo stoccaggio. Un ulteriore vantaggio è quello di poter comunque scaricare tutto il materiale caldo in uscita nel forno fusorio per produrre acciaio riducendo al massimo i consumi di energia. The use of a multi-outlet system also allows the simultaneous unloading of hot material to be destined for different uses: a part can be introduced directly into a melting furnace, for the final melting; some can be briquetted; and a part can be cooled externally in a silo and sent to storage. A further advantage is that of being able to discharge all the hot material exiting the melting furnace to produce steel, reducing energy consumption to the maximum.
Il dispositivo di riduzione secondo il trovato è dotato, nella sua parte superiore, di mezzi di alimentazione del minerale di ferro e, nella sua parte inferiore, di mezzi per l'evacuazione del ferro metallico ridotto. The reduction device according to the invention is equipped, in its upper part, with means for feeding the iron ore and, in its lower part, with means for evacuating the reduced metallic iron.
Il minerale di ferro subisce, all'interno del i reattore, la riduzione a temperature generalmente comprese tra 550°C e 1100°C. The iron ore undergoes, inside the reactor, the reduction at temperatures generally between 550 ° C and 1100 ° C.
La riduzione segue i seguenti passi, procedendo dall'alto al basso del reattore: The reduction follows the following steps, proceeding from the top to the bottom of the reactor:
da ed infine da from and finally from
ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI ILLUSTRATION OF DRAWINGS
Queste ed altre caratteristiche del presente trovato saranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferita di realizzazione, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo con l'ausilio degli annessi disegni, in cui: These and other characteristics of the present invention will become clear from the following description of a preferred embodiment, made by way of non-limiting example with the aid of the attached drawings, in which:
- la fig. 1 è una sezione longitudinale del dispositivo per la riduzione diretta di ossidi di ferro secondo il presente trovato; - fig. 1 is a longitudinal section of the device for the direct reduction of iron oxides according to the present invention;
- le figg. 2a, 2b e 2c illustrano, rispettivamente, le sezioni secondo A-A, B-B e C-C di fig. - figs. 2a, 2b and 2c show, respectively, the sections according to A-A, B-B and C-C of fig.
1; 1;
- le figg. 3a, 3b e 3c illustrano schematicamente tre soluzioni realizzative del reattore del dispositivo di fig. 1; - figs. 3a, 3b and 3c schematically illustrate three embodiments of the reactor of the device of fig. 1;
- la fig. 4 illustra la sezione secondo D-D di fig. - fig. 4 shows the section according to D-D of fig.
3b; ' - la fig. 5 illustra una prima variante di fig. 1; - la fig. 6 illustra un'altra variante di fig. 1; - la fig. 7 illustra la sezione E-E di fig. 5 in una ulteriore variante del trovato; 3b; '- fig. 5 shows a first variant of fig. 1; - fig. 6 shows another variant of fig. 1; - fig. 7 shows the section E-E of fig. 5 in a further variant of the invention;
- la fig. 8 rappresenta, in sezione trasversale ingrandita, un'ulteriore variante del reattore secondo il trovato; e - la fig. 9 rappresenta una sezione trasversale, ingrandita, secondo la linea F-F fig. 8. - fig. 8 shows, in enlarged cross section, a further variant of the reactor according to the invention; and - fig. 9 shows an enlarged cross section along the line F-F fig. 8.
DESCRIZIONE DI ALCUNE FORME PREFERITE DI DESCRIPTION OF SOME FAVORITE FORMS OF
REALIZZAZIONE REALIZATION
Con riferimento alla fig. 1, un dispositivo 11 per la riduzione diretta di ossidi di ferro secondo il presente trovato comprende un reattore 10 definente almeno una zona di riduzione 110 disposta nella sua parte medio-superiore. With reference to fig. 1, a device 11 for the direct reduction of iron oxides according to the present invention comprises a reactor 10 defining at least one reduction zone 110 arranged in its middle-upper part.
Detto reattore 10 comprende una bocca superiore 12 di alimentazione dall'alto, dalla quale è atto ad essere introdotto il minerale (ossidi di ferro), ed un'apertura inferiore 13 per la fuoriuscita del ferro. Le pareti interne del reattore 10 sono rivestite totalmente o parzialmente con materiale refrattario 14. Said reactor 10 comprises an upper mouth 12 for feeding from above, from which the mineral (iron oxides) is introduced, and a lower opening 13 for the exit of the iron. The internal walls of the reactor 10 are totally or partially lined with refractory material 14.
Il reattore 10, nella sua parte alta, è provvisto di un'apertura circonferenziale 20 attraverso la quale fuoriesce il gas esausto. The reactor 10, in its upper part, is provided with a circumferential opening 20 through which the exhausted gas escapes.
La bocca superiore 12 del reattore 10 coopera con un dispositivo di introduzione 15 del minerale di ferro idoneo a distribuire uniformemente ed omogeneamente il materiale caricato. The upper mouth 12 of the reactor 10 cooperates with an iron ore introduction device 15 suitable for uniformly and homogeneously distributing the loaded material.
In particolare, detto dispositivo 15 comprende un sistema ad imbuto 16 nel quale il materiale viene scaricato mediante carri ponte, gru o simili, ed un sistema di distribuzione multiuscita 17 attraverso il quale il materiale si scarica uniformemente nella sezione d<1 >entrata del reattore 10. In particular, said device 15 comprises a funnel system 16 in which the material is discharged by means of bridge cranes, cranes or the like, and a multi-outlet distribution system 17 through which the material is uniformly discharged into the inlet section of the reactor. 10.
La bocca superiore 12 è coperta da un apposito coperchio 18. The upper mouth 12 is covered by a special lid 18.
Gli ossidi metallici a base di ferro vengono introdotti nel reattore 10 in forma di pellets o di minerale grezzo di pezzatura opportuna; il ferro in essi contenuto normalmente è compreso tra 63% e 68% in peso . The iron-based metal oxides are introduced into the reactor 10 in the form of pellets or raw mineral of suitable size; the iron contained in them is normally between 63% and 68% by weight.
Alla fine del procedimento secondo il trovato il ferro contenuto nel materiale ridotto in uscita dal reattore 10 è normalmente compreso tra 80% e 90% in peso. At the end of the process according to the invention, the iron contained in the reduced material leaving the reactor 10 is normally comprised between 80% and 90% by weight.
II reattore 10 illustrato in fig. 1 presenta almeno la zona di riduzione 110 di conformazione sostanzialmente tronco-conica convergente verso il basso, in cui il diametro si riduce progressivamente andando verso la bocca di uscita 13 The reactor 10 illustrated in FIG. 1 has at least the reduction area 110 with a substantially frusto-conical conformation converging downwards, in which the diameter is progressively reduced going towards the outlet 13
L ' angolo totale di apertura a della zona di riduzione 110 del reattore 10 è generalmente compreso tra 8° e 30°, vantaggiosamente tra 10° e 20° . The total opening angle a of the reduction zone 110 of the reactor 10 is generally comprised between 8 ° and 30 °, advantageously between 10 ° and 20 °.
In corrispondenza di tre distinte sezioni della zona di riduzione 110 , lungo la sua altezza, sono presenti , nel caso di specie, tre sistemi di introduzione di una corrente gassosa all ' interno del reattore 10 stesso . In correspondence with three distinct sections of the reduction zone 110, along its height, there are, in this case, three systems for introducing a gaseous stream into the reactor 10 itself.
Detti sis temi di introduz ione gassosa , rispettivamente 19a , 19b e 19c , sono fra loro indipendenti e sono idonei ad iniettare all ' interno del reattore 10 un rispettivo gas di tipologia e composizione differente dai gas iniettati dagli altri sistemi , in funzione della tipologia del processo in atto e del materiale ferroso da ridurre. Detti sistemi di introduzione gassosa 19a e 19b e 19c sono inoltre idonei a cooperare ciascuno con una sezione disposta ad una diversa altezza della zona di riduzione 110 , e quindi avente un diametro diverso dalle altre sezioni a causa della conformazione convergente verso il basso della zona di riduzione 110 stessa. Said gaseous introduction systems, 19a, 19b and 19c respectively, are independent of each other and are suitable for injecting into the reactor 10 a respective gas of a type and composition different from the gases injected by the other systems, depending on the type of process in progress and the ferrous material to be reduced. Said gaseous introduction systems 19a and 19b and 19c are also suitable to cooperate each with a section arranged at a different height of the reduction zone 110, and therefore having a different diameter from the other sections due to the downward converging conformation of the reduction zone. reduction 110 itself.
Ciò comporta un differente comportamento del gas, una volta iniettato, in termini di velocità, turbolenza e temperatura, di cui si deve tener conto nella preparazione del gas stesso da introdurre. This entails a different behavior of the gas, once injected, in terms of speed, turbulence and temperature, which must be taken into account when preparing the gas to be introduced.
I sistemi di introduzione 19a, 19b e 19c comprendono ciascuno un collettore di mandata 21 collegato ad un condotto circonferenziale 25 che alimenta rispettive tubiere 22, inserite nella parete in refrattario 14 del reattore 10 ed aventi una inclinazione, nel caso di specie, rivolta verso il basso allo scopo di favorire la tendenza a salire verso l'alto del gas stesso. The introduction systems 19a, 19b and 19c each comprise a delivery manifold 21 connected to a circumferential duct 25 which feeds respective tubes 22, inserted in the refractory wall 14 of the reactor 10 and having an inclination, in this case, facing the low in order to favor the upward tendency of the gas itself.
II gas introdotto dalle rispettive tubiere 22, salendo verso l'alto, entra a contatto nella zona di riduzione 110 del reattore 10 con il flusso continuo discendente del minerale di ferro, dando vita alle reazioni di riduzione fino ad ottenere, all'uscita del reattore 10 stesso, l'Fe che viene inviato ai successivi utilizzi. The gas introduced by the respective tubes 22, rising upwards, comes into contact in the reduction zone 110 of the reactor 10 with the continuous descending flow of the iron ore, giving rise to the reduction reactions until, at the outlet of the reactor 10 itself, the Fe that is sent to subsequent uses.
Dalle figg. 2a e 2b e 2c si vede come alle varie altezze del reattore 10 il gas riducente, indicato con 23, vada ad cooperare, via via che si scende verso la fine della zona di riduzione 110, con sezioni di diametro minore, andando sempre più ad avvolgere ed a racchiudere il materiale che scende. La posizione dei sistemi 19a, 19b e 19c sull'altezza della zona di riduzione 110 e la distanza fra gli stessi sono ottimizzati in funzione dei parametri del processo, tenendo anche conto dell’intensità dello scambio termico tra materiale ferroso e gas, nonché della resa delle reazioni nella varie sezioni della zona di riduzione 110. From figs. 2a and 2b and 2c it can be seen how at the various heights of the reactor 10 the reducing gas, indicated with 23, cooperates, as it descends towards the end of the reduction zone 110, with sections of smaller diameter, going more and more to wrap and enclose the material that descends. The position of the systems 19a, 19b and 19c on the height of the reduction zone 110 and the distance between them are optimized according to the process parameters, also taking into account the intensity of the heat exchange between ferrous material and gas, as well as the yield reactions in the various sections of the reduction zone 110.
Il gas di alimentazione al reattore 10 può essere costituito da una miscela di idrocarburi, ad esempio gas naturale, gas di ricircolo del reattore stesso e gas riformato. The feed gas to the reactor 10 can consist of a mixture of hydrocarbons, for example natural gas, recirculation gas from the reactor itself and reformed gas.
La presenza del gas naturale nella miscela del gas di riduzione, permette di realizzare reazioni di "reforming" all'interno del reattore 10 stesso. The presence of natural gas in the reduction gas mixture allows to carry out "reforming" reactions inside the reactor 10 itself.
La quantità di idrocarburi aggiunti alla miscela di gas riducente può essere, secondo il trovato, dosata in maniera differente in funzione della sezione di introduzione del gas all'interno del reattore 10. According to the invention, the quantity of hydrocarbons added to the reducing gas mixture can be dosed in a different way according to the section for introducing the gas into the reactor 10.
Il gas ricircolato viene preriscaldato ad una temperatura compresa tra 650°C e 850°C. The recirculated gas is preheated to a temperature between 650 ° C and 850 ° C.
Il gas uscente dal preriscaldatore viene a sua volta mescolato con gas riformato fresco e successivamente con aria, o con aria arricchita con ossigeno , o con ossigeno puro (O2 ) , per effettuare una parziale combustione del H2 e del CO presenti nel gas riducente al fine di innalzare la temperatura a valori compresi tra 850°C e 1150°C, preferibilmente tra 1050°C e 1150°C; ed il grado di ossidazione del gas risultante di alimentazione del forno risulta essere compreso tra 0,10 e 0,15. The gas leaving the preheater is in turn mixed with fresh reformed gas and subsequently with air, or with air enriched with oxygen, or with pure oxygen (O2), to carry out a partial combustion of the H2 and CO present in the reducing gas in order to to raise the temperature to values between 850 ° C and 1150 ° C, preferably between 1050 ° C and 1150 ° C; and the degree of oxidation of the resulting gas feeding the furnace is comprised between 0.10 and 0.15.
Dopo detto preriscaldamento, il gas viene vantaggiosamente miscelato con gli idrocarburi. After said preheating, the gas is advantageously mixed with the hydrocarbons.
La fig. 3a illustra schematicamente il flusso di materiale ferroso, indicato con 24, dall'alto verso il basso del reattore 10. Fig. 3a schematically illustrates the flow of ferrous material, indicated with 24, from top to bottom of the reactor 10.
Le figg. 3b e 4 illustrano schematicamente il sistema di introduzione del gas in un condotto circonferenziale 25 ricavato nel reattore 10 da cui, attraverso le tubiere 22, esso penetra all'interno del reattore 10 e quindi a contatto con il minerale di ferro da ridurre. Figs. 3b and 4 schematically illustrate the system for introducing the gas into a circumferential duct 25 obtained in the reactor 10 from which, through the tubes 22, it penetrates inside the reactor 10 and therefore in contact with the iron ore to be reduced.
Tale soluzione determina una distribuzione più omogenea del gas su tutta la sezione interessata del reattore 10 e quindi una migliore efficienza di reazione. This solution determines a more homogeneous distribution of the gas over the entire affected section of the reactor 10 and therefore a better reaction efficiency.
La fig. 7 illustra una variante in cui almeno un sistema di introduzione 19 del gas comprende prime tubiere 22a disposte a raggiera su un piano orizzontale lungo la circonferenza del reattore 10, seconde tubiere 22b disposte a raggiera che si prolungano fino ad una zona periferica del reattore 10, penetrando per circa 2/3 della loro lunghezza all'interno del reattore 10 stesso, e terze tubiere 22c disposte a raggiera che si prolungano, sostanzialmente per tutta la loro estensione, fino alla zona centrale del reattore 10, ovvero nel cuore del materiale 23. Fig. 7 illustrates a variant in which at least one gas introduction system 19 comprises first tubes 22a arranged in a radial pattern on a horizontal plane along the circumference of the reactor 10, second tubes 22b arranged in a radial pattern which extend up to a peripheral zone of the reactor 10, penetrating for about 2/3 of their length inside the reactor 10 itself, and third tubes 22c arranged in a radial pattern which extend, substantially for their entire extension, up to the central zone of the reactor 10, or in the heart of the material 23.
Un vantaggio di tale soluzione è dato dal fatto di poter introdurre gas di riduzione contemporaneamente da più punti con possibilità di regolare la portata di gas riducente. An advantage of this solution is given by the fact that it is possible to introduce reduction gas at the same time from several points with the possibility of regulating the reducing gas flow rate.
Un ulteriore e notevole vantaggio è quello di poter avere una riduzione degli ossidi uniforme su tutta la sezione trasversale del reattore 10, creando le condizioni fluodinamiche migliori per la distribuzione del gas riducente. A further and considerable advantage is that of being able to have a uniform reduction of oxides over the entire cross section of the reactor 10, creating the best flow-dynamic conditions for the distribution of the reducing gas.
Si ha così un'uniforme distribuzione di temperatura su tutta la sezione, a differenza dei reattori tradizionali in cui il gas caldo lambisce meglio il materiale posto verso la parte periferica ed entra con difficoltà nel cuore dal reattore 10. Altro vantaggio consiste nel fatto che la riduzione diretta diventa uniforme e quindi si possono avete sia una produttività più elevata che più bassi consumi di gas e di energia, in quanto il, gas stesso viene utilizzato nel migliore dei modi. This results in a uniform temperature distribution over the entire section, unlike traditional reactors in which the hot gas better touches the material placed towards the peripheral part and enters with difficulty into the core from the reactor 10. Another advantage is that the direct reduction becomes uniform and therefore you can have both a higher productivity and lower gas and energy consumption, as the gas itself is used in the best way.
Secondo l'ulteriore variante di fig. 3c, il reattore 10 presenta un primo breve tratto superiore IOa sostanzialmente cilindrico ed un secondo tratto inferiore 10b tronco-conico allo scopo di evitare che, nella parte superiore, si verifichi l'incastro della carica a causa della formazione di ponti quando il materiale grezzo presenta caratteristiche di elevata aderenza alle pareti del reattore 10. According to the further variant of fig. 3c, the reactor 10 has a first short upper portion 10a substantially cylindrical and a second lower truncated-conical portion 10b in order to avoid that, in the upper part, the interlocking of the charge occurs due to the formation of bridges when the raw material it has characteristics of high adhesion to the walls of the reactor 10.
Secondo la variante illustrata nelle figg. 8 e 9, il gas riducente viene distribuito mediante uno o più, preferibilmente tre, tubi orizzontali 28, in materiale resistente al calore ad agli agenti ossidanti e carburizzanti. According to the variant illustrated in figs. 8 and 9, the reducing gas is distributed by means of one or more, preferably three, horizontal pipes 28, made of a material resistant to heat and oxidizing and fueling agents.
I tubi 28 sono disposti trasversalmente al reattore 10 e sono provvisti ognuno di una pluralità di aperture periferiche o di tubiere radiali 29, dalle quali il gas stesso può fluire all'interno della zona di reazione 14. The tubes 28 are arranged transversely to the reactor 10 and are each provided with a plurality of peripheral openings or radial tubes 29, from which the gas itself can flow inside the reaction zone 14.
Ciascun tubo 28 è costituito da un tubo centrale 30 in materiale refrattario ed è raffreddato internamente con acqua di raffreddamento circolante in una cavità circonferenziale 26. Each tube 28 consists of a central tube 30 made of refractory material and is internally cooled with cooling water circulating in a circumferential cavity 26.
Ciascun tubo 28, inoltre, può essere passante e dotato di movimento rotatorio, in modo che le aperture periferiche 29 possano descrivere un angolo giro e distribuire al meglio ed in modo uniforme il gas riducente all'interno della zona di riduzione 14. Furthermore, each tube 28 can be passing through and provided with a rotary movement, so that the peripheral openings 29 can describe a rounded angle and distribute the reducing gas in the best possible way and uniformly inside the reduction zone 14.
La variante di fig. 5 illustra un reattore 10 che presenta andamento conico con un primo angolo a per un tratto sostanziale della sua lunghezza, ed un tratto terminale avente un andamento conico con un secondo angolo β più piccolo dell’angolo a. The variant of fig. 5 illustrates a reactor 10 which has a conical course with a first angle a for a substantial portion of its length, and a terminal section having a conical course with a second angle β smaller than the angle a.
Tale soluzione permette di favorire e velocizzare lo scarico del materiale attraverso la bocca di uscita 13. This solution allows to facilitate and speed up the discharge of the material through the outlet mouth 13.
In cooperazione con la parte inferiore del reattore 10 è presente un sistema di raffreddamento del materiale ferroso da evacuare, comprendente un collettore di entrata 27a ed un rispettivo collettore di uscita 27b di un flusso di gas freddo o gas idoneo ad attivare reazioni di tipo endotermico. In cooperation with the lower part of the reactor 10 there is a cooling system for the ferrous material to be evacuated, comprising an inlet manifold 27a and a respective outlet manifold 27b for a flow of cold gas or gas suitable for activating endothermic reactions.
Secondo l'ulteriore variante di fig. 6, il reattore 10 presenta, in corrispondenza della sua bocca di uscita 13, tre estremità inferiori di forma conica o troncoconica 13a, 13b e 13c, con conicità rivolta verso il basso . According to the further variant of fig. 6, the reactor 10 has, in correspondence with its outlet mouth 13, three lower ends of conical or truncated cone shape 13a, 13b and 13c, with taper facing downwards.
Dette estremità inferiore sono provviste ognuna rispettive aperture inferiori attraverso le qual in modo selettivo , il ferro metallico ridot dire ttamente ( DRI ) può essere scar icato singolarmente o contemporaneamente. Said lower ends are each provided with respective lower openings through which, in a selective manner, the directly reduced metal iron (DRI) can be discharged individually or simultaneously.
Il grande vantaggio di poter scar icare contemporaneamente il materiale da più punti è dato dal fatto che è possibile regolare la portata di materiale in uscita variando la velocità di estrazione dei singoli sistemi di scarico . The great advantage of being able to unload the material from several points at the same time is given by the fact that it is possible to regulate the flow rate of the outgoing material by varying the extraction speed of the individual unloading systems.
Un altro vantaggio sta nel fatto che tale movimento aiuta a far scendere il materiale dalla zona alta in modo unif orme , con perf etta miscelazione delle particelle più grosse con quelle fini , creando sempre una continua movimentazione del materiale e riducendo la possibilità di incollaggi del materiale stesso . Another advantage lies in the fact that this movement helps to make the material descend from the upper area in a uniform way, with perfect mixing of the larger particles with the fine ones, always creating a continuous movement of the material and reducing the possibility of gluing of the material. same .
Un ulteriore e notevole vantaggio è anche quello di poter scaricare contemporaneamente materiale caldo da destinare a diversi usi : una parte può essere introdotta direttamente in un forno fusorio, per la fusione f inale ; una parte può essere bricchettata; ed una parte può essere raf freddata esternamente in un silo ed inviata allo stoccaggio . A further and notable advantage is also that of being able to discharge hot material at the same time to be destined for different uses: a part can be introduced directly into a melting furnace, for the final melting; some can be briquetted; and a part can be cooled externally in a silo and sent to storage.
Un altro vantaggio è quello di poter comunque scaricare tutto il materiale caldo in uscita nel forno fusorio per produrre acciaio riducendo al massimo i consumi di energia. Another advantage is that of being able to discharge all the hot material exiting the melting furnace to produce steel, reducing energy consumption to the maximum.
Tutto il materiale può anche essere bricchettato a caldo o raffreddato e stoccato. All the material can also be hot briquetted or cooled and stored.
E' ovvio che al presente trovato possono essere apportate modifiche o aggiunte di parti, senza per questo uscire dall'ambito del presente trovato. It is obvious that modifications or additions of parts can be made to the present invention, without thereby departing from the scope of the present invention.
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