MX2007006786A

MX2007006786A - Metodo y sistema para producir trozos de hierro metalicos.

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Publication number: MX2007006786A
Application number: MX2007006786A
Authority: MX
Inventors: Iwao Iwasaki; Rodney L Bleifuss; Robert C Beaudin; Michael C Lalich; Richard F Kiesel; Andrew L Lindgren
Original assignee: Nu Iron Technology Llc
Priority date: 2004-12-07
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2008-02-11
Also published as: TWI411686B; BRPI0515750A; US20100164150A1; AU2005312999B2; US7632335B2; US7628839B2; JP5388450B2; JP2008523247A; CN101151380B; WO2006061790A1; AU2005313001B2; AU2010202010B2; EP1844168B1; CN101133169B; US20060150773A1; MX2007006785A; EP1844167A1; BRPI0515812A; JP2013040407A; WO2006061788A1

Abstract

Metodo y sistema para producir trozos metalicos incluye proporcionar mezcla reducible (por ejemplo, micro-aglomerados reducibles; material reductor y material que lleva hierro reducible; la mezcla reducible incluyendo aditivos tales como un agente de flujo; compactos, etc.), en al menos una porcion de una capa de material de ladrillo. En una modalidad, una pluralidad de aberturas de canal se extiende al menos parcialmente a traves de una capa de la mezcla reducible para definir una pluralidad de regiones de material reducible que forma trozos. Tales aberturas de canal pueden al menos llenarse parcialmente con material de relleno de separacion de trozos (por ejemplo, material carbonaceo). El tratar termicamente la capa de mezcla reducible resulta en la formacion de uno o mas trozos de hierro metalicos. En otras modalidades, varias composiciones de la mezcla reducible y la formacion de la mezcla reducible proporcionan una o mas caracteristicas beneficas.

Description

METODO Y SISTEMA PARA PRODUCIR TROZOS DE HIERRO METÁLICOS Intereses Gubernamentales La presente invención se hace con apoyo de la Administración de Desarrollo Económico, No. de Permiso 06-69-04501. El Gobierno de Estados Unidos de América puede tener ciertos derechos en la invención.

Antecedentes de la Invención La presente invención se refiere a la reducción de material que lleva metal (por ejemplo, la reducción de material que lleva hierro tal como mineral de hierro) . Se han descrito y/o utilizado en el pasado muchos procesos de reducción de mineral de hierro diferentes. Los procesos pueden clasificarse tradicionalmente en procesos de reducción directa y procesos de reducción por fundición. Generalmente, los procesos de reducción directa convierten las menas de hierro en una forma metálica de estado sólido con, por ejemplo, uso de hornos de cuba (por ejemplo, hornos de cuba a base de gas natural), mientras que la reducción por fundición convierte las menas de hierro en metal caliente fundido sin el uso de altos hornos. Muchos de los procesos de reducción convencionales para producción de hierro reducido directo (DRI) son ya sea procesos a base de gas o procesos a base de carbón. Por ejemplo, en el proceso a base de gas, la reducción directa de óxido de hierro (por ejemplo, menas de hierro o pellas de óxido de hierro) emplea el uso de un gas reductor (por ejemplo, gas natural reformado) para reducir el óxido de hierro y obtener DRI . Métodos para hacer DRI han empleado el uso de materiales que incluyen carbono • (por ejemplo, carbón, carboncillo, etc.) como un agente reductor. Por ejemplo, los métodos a base de carbón incluyen método SL-RN descrito en, por ejemplo, la referencia titulada "Direct reduction down underrthe New Zealand story", D.A. Bold, et a l . , Iron Steel International, Vol. 50, 3, pp . 145 y 147-52 (1997), o el método FASTMET® descrito en, por ejemplo, la referencia titulada "Development of FASTMET® as a New Direct Reduction Process", por Miyagawa et a l . , 1998 ICSTI/IRONMAKING Conference Proceedings, pp . 877-881.

Otro proceso de reducción en entre procesamiento de reducción directa a base de carbón o a base de gas y procesamiento de reducción por fundición puede referirse como una reducción por fusión. Los procesos de reducción por fusión se han descrito en, por ejemplo, la referencia titulada "A new process to produce iron directly from fine ore and coal", por Kobayashi et al . , I&SM, pp. 19-22 (Sept. 2001) y, por ejemplo, en la referencia titulada "New coal-based process, Hi-QIP, to produce high quality DRI for the EAF", por Sawa et al . , ISIJ International, Vol. 41 (2001), Supplement, pp . S17-S21. Tales procesos de reducción por fusión, generalmente, por ejemplo, incluyen las siguientes etapas de procesamiento generalizadas: preparación de alimentación, secado, carga al horno, precalentamiento, reducción, fusión/ fundición, enfriamiento, descarga del producto, y separación del producto. Varios tipos de hornos de solera se han descrito y/o utilizado para procesamiento de reducción directa. Un tipo de horno de solera, referido como un horno de solera giratorio (RHF) , se ha utilizado como un horno para producción a base de carbón. Por ejemplo, en una modalidad, el horno de solera giratorio tiene una solera anular dividida en una zona de precalentamiento, una zona de reducción, una zona de fusión, y una zona de enfriamiento, ubicadas a lo largo del lado de suministro y el lado de descarga del horno. La solera anular se soporta en el horno para moverse de manera rotacional. En operación, por ejemplo, materia prima comprendiendo una mezcla, por ejemplo, de mineral de hierro y material de reducción se carga en la solera anular y se proporciona a la zona de precalentamiento. Después del precalentamiento, a través de rotación, la mezcla de mineral de hierro en la solera se mueve a la zona de reducción donde el mineral de hierro se reduce en la presencia de material de reducción en hierro fusionado y reducido (por ejemplo, trozos de hierro metálicos) con el uso de una o más fuentes de calor (por ejemplo, quemadores de gas) . El producto fusionado y reducido, después de la terminación del proceso de reducción, se enfria en la zona de enfriamiento en la solera giratoria para prevenir la oxidación y facilitar la descarga del horno. Varios hornos de solera giratorios para utilizarse en los procesos de reducción directa se han descrito. Por ejemplo, una o más modalidades de tales hornos se describen en la Patente de EE.UU. No. 6,126,718 para Sawa et al . , emitida el 3 de Octubre de 2000 y titulada "Method of Producing a Reduced Metal, and Traveling Hearth Furnace for Producing Same". Además, por ejemplo, otros tipos de hornos de solera también se han descrito. Por ejemplo, un horno de solera recto en par (PSH) se describe en la Patente de EE.UU.

No. 6,257,879B1 para Lu et al . , emitida el 10 de Julio de 2001, titulada "Paired straight hearth (PSH) furnaces for metal oxide reduction", asi como también un horno de solera lineal (LHF) descrito en la Solicitud de Patente Provisional de EE.UU. No. 60/558,197, presentada el 31 de Marzo de 2004, publicada como US 2005-0229748A1 , y titulada, "Linear hearth furnance system and methods regarding same". Hierro reducido directo a base de gas natural responde a arriba del 90% de la producción de DRI del mundo. Los procesos a base de carbón se utilizan generalmente para producir la cantidad restante de hierro reducido directo. Sin embargo, en muchas regiones geográficas, el uso de carbón puede ser más deseable debido a que los precios del carbón pueden ser más estables que los precios del gas natural. Además, muchas regiones geográficas se encuentran lejos de los molinos de acero que utilizan el producto procesado. Por lo tanto, el envió de unidades de hierro en la forma de trozos de hierro metalizados producidos por un proceso de reducción por fusión a base de carbón puede ser más deseable que el uso de un proceso de reducción por fundición. Generalmente, los trozos de hierro metálicos se caracterizan por alto grado, esencialmente 100% metal (por ejemplo, aproximadamente 96% a aproximadamente 97% de Fe metálico) . Tales trozos de hierro metálicos son deseables en muchas circunstancias, por ejemplo, al menos relativas a pellas de taconita, que pueden, contener 30% oxígeno y 5% ganga. Los trozos de hierro metálicos son bajos en ganga debido a que el dióxido de silicón se ha removido como escoria. Como tal, con trozos de hierro metálicos, hay menos peso que transportar. Además, de una manera diferente al hierro reducido directo convencional, los trozos de hierro metálicos tienen bajas tasas de oxidación debido a que son metal sólido y tienen poca o nada de porosidad. Además, generalmente, tales trozos de hierro metálicos son simplemente fáciles de manejar como pellas de mineral de hierro. Un proceso de fusión de trozo de hierro metálico ejemplificativo para producir trozos de hierro metálico se refiere como ITmk3. Por ejemplo, en tal proceso, bolas secas formadas utilizando mineral de hierro, carbón, y un aglutinante, se alimentan al horno (por ejemplo, un horno de solera giratorio) . A medida que la temperatura incrementa en el horno, el concentrado de mineral de hierro se reduce y fusiona cuando la temperatura alcanza entre 1450°C a 1500°C. Los productos resultantes se enfrían y después se descargan. Los productos enfriados generalmente incluyen trozos de hierro metálicos de tamaño de una pella y escoria que se rompen y separan. Por ejemplo, tales trozos de hierro metálicos producidos en tal proceso son típicamente de aproximadamente un cuarto (6.4 mm) a tres-octavos de pulgada (9.5 mm) en tamaño y se analizan según se informa para incluir aproximadamente 96 por ciento a aproximadamente 97 por ciento de Fe metálico y aproximadamente 2.5 por ciento a aproximadamente 3.5 por ciento de carbono. Por ejemplo, una o más modalidades de tal método se describe en la Patente de EE.UU. No. 6,036,744 para Negami et a l . , titulada "Meted and apparatus for making metallic iron", emitida el 14 de Marzo del 2000 y Patente de EE.UU. No. 6,506,231 para Negami et al . , titulada "Method and apparatus for making metallic iron", emitida el 14 de Enero de 2003. Además, otro proceso de trozo de hierro metálico también se ha utilizado según se informa para producir hierro metálico. Por ejemplo, en este proceso, una capa de antracita pulverizada se difunde sobre una solera y un patrón regular de hendiduras se hace en la misma. Después, una capa de mezcla de carbón y mineral de hierro se coloca y calienta a 1500°C. El mineral de hierro se reduce a hierro metálico, fusiona, y recolecta en las hendiduras como granulos de hierro y escoria. Entonces, los granulos de hierro y escoria se rompen y separan. Una o más modalidades de tal proceso se describen en la Patente de EE.UU. No. 6,270,552 para Takeda et a l . , titulada "Rotary hearth furnace for reducing oxides, and method of operating the furnace", emitida el 7 de Agosto de 2001. Además, por ejemplo, varias modalidades de este proceso (referido como el proceso Hi-QIP) que utilizan la formación de depresiones en forma de taza en un material reductor sólido para obtener un metal reducido se describen en la Patente de EE.UU. No. 6,126,718 para Sawa et al . , Tales procesos de formación de trozo de hierro metálico, por lo tanto, incluyen mezclar materiales que llevan hierro y carbón pulverizado (por ejemplo, un reductor carbonoso) . Por ejemplo, ya sea con o sin formación de bolas, la mezcla de mena de hierra/carbón se alimenta a un horno de solera (por ejemplo, un horno de solera giratorio) y calienta a una temperatura según se informa de 1450°C a aproximadamente 1500°C para formar hierro reducido directo fusionado (es decir, trozos de hierro metálicos) y escoria. Hierro metálico y escoria pueden entonces separarse, por ejemplo, con el uso de técnicas de separación magnética y acción mecánica suave. Otros procesos de reducción para producir hierro reducido se describe en, por ejemplo, Patente de EE.UU. No. 6,210,462 para Kikuchi e t a l . , titulada "Method and apparatus for making metallic iron", emitida el 3 de Abril de 2001 y Solicitud de Patente de EE.UU. No. US2001/0037703 Al para Fuji et al . , titulada "Method for producing reduced iron", publicada el 8 de Noviembre de 2001. Por ejemplo, Patente de EE.UU. No. 6,210,462 para Kikuchi et al . , describe un método donde el moldeo preliminar de bolas no se requiere para formar hierro metálico. Sin embargo, existen varias inquietudes considerando tales procesos de trozo de hierro. Por ejemplo, una inquietud principal de uno o más de tales procesos incluye la prevención de escoria al reaccionar con el refractario de solera durante tal procesamiento. Tal inquietud puede resolverse al colocar una capa de coque pulverizada u otro material carbonoso en el refractario de solera para prevenir la penetración de escoria al reaccionar con el refractario de solera. Otra inquietud con respecto a tales procesos de producción de trozo de hierro metálico es que son necesarias temperaturas muy altas para completar el proceso. Por ejemplo, como se reporta, tales temperaturas están en el rango de 1450°C aproximadamente 1500°C Esto se considera generalmente de manera clara alto cuando se compara con la formación de pellas de taconita llevada a cabo a temperaturas en el rango de aproximadamente 1288°C a aproximadamente 1316°C. Tales altas temperaturas afectan de manera adversa los refractarios de horno, costos de mantenimiento, y requerimientos de energía. Todavía otro problema es que azufre es una impureza indeseable principal en acero. Sin embargo, los reductores carbonosos utilizados en los procesos de formación de trozo de hierro metálico generalmente incluyen azufre resultando en tal una impureza en los trozos formados. Además, al menos en los procesos ITmk3, un proceso de formación de bola anterior utilizando un aglutinante se emplea. Por ejemplo, el mineral de hierro se mezcla con carbón pulverizado y un aglutinante, se forma en bolas y después se calienta. Tal una etapa de preprocesamiento (por ejemplo, formación de bola) que utiliza aglutinantes agrega costo indeseable a un proceso de producción de trozo de hierro metálico . Además todavía, varios procesos de producción de acero prefieren trozos de cierto tamaño. Por ejemplo, operaciones del horno que emplean prácticas de carga de desperdicios convencionales parecen ser mejor alimentadas con trozos de hierro de tamaño grande. Otras operaciones que emplean sistemas de inyección directa para materiales de hierro indican que una combinación de tamaños puede ser importante para sus operaciones . Un método de producción de trozo de hierro metálico previamente descrito que inicia con alimentación en bolas utiliza mineral de hierro en bola con un tamaño máximo de aproximadamente bolas secas de tres cuartos de pulgada (14.0 mm) en diámetro. Estas bolas se encogen a trozos de hierro de aproximadamente tres-octavos de pulgada (9.5 mm) en tamaño a través de pérdidas de oxígeno de hierro durante el proceso de reducción, por la pérdida de carbón por gasificación, con pérdida de peso debido a excoriación de ganga y ceniza, y con pérdida de porosidad. Los trozos de tal tamaño, en muchas circunstancias, pueden no proporcionar las ventajas asociadas con trozos más grandes que son deseables en ciertas operaciones del horno.

Breve Descripción de la Invención Los métodos y sistemas de acuerdo a la presente invención proporcionan varias ventajas en los procesos de reducción, por ejemplo, producción de trozos de hierro metálicos. Por ejemplo, tales métodos y sistemas pueden proporcionar control del tamaño del trozo de hierro (por ejemplo, utilizando montones de mezcla de alimentación con canales llenados al menos parcialmente con material carbonoso), pueden proporcionar control de la formación de micro-trozos (por ejemplo, con el tratamiento de capas de material de solera), pueden proporcionar control de azufre en los trozos de hierro (por ejemplo, con la adición de un agente de flujo a la mezcla de alimentación), etc . Una modalidad de un método para utilizar en la producción de trozos de hierro metálicos de acuerdo a la presente invención incluye proporcionar una solera incluyendo material refractario y proporcionar una capa de material de solera en el material refractario (por ejemplo, la capa de material de solera incluye al menos material carbonoso o material carbonoso revestido con Al(OH)3, CaF2 o la combinación de Ca(OH)3 y CaF2). Una capa de una mezcla reducible se proporciona en al menos una porción de la capa de material de solera (por ejemplo, la mezcla reducible incluye al menos material reductor y material que lleva hierro reducible) . Una pluralidad de aberturas de canal se extiende al menos parcialmente en la capa de la mezcla reducible para definir una pluralidad de regiones de material reducible que forma trozos (por ejemplo, una o más de la pluralidad de regiones de material reducible que forma trozos puede incluir un montón de la mezcla reducible que incluye al menos una porción curva o ranurada, tal como un montón en forma de domo o un montón en forma de pirámide de la mezcla reducible). La pluralidad de aberturas de canal son al menos parcialmente llenadas con material de relleno de separación de trozos (por ejemplo, el material de relleno de separación de trozos incluye al menos material carbonoso) . La capa de mezcla reducible se trata térmicamente para formar uno o más trozos de hierro metálicos (por ejemplo, trozos de hierro metálicos que incluyen una longitud máxima a través de la sección transversal máxima que es mayor que aproximadamente 0.25 pulgadas (6.4 mm) y menor de aproximadamente 4.0 pulgadas (102 mm) ) en una o más de la pluralidad de las regiones de material reducible que forma trozos (por ejemplo, formando un trozo de hierro metálico único en cada una de una o más de la pluralidad de las regiones de material reducible que forma trozos). En varias modalidades, la capa de una mezcla reducible puede ser una capa de micro-aglomerados reducibles (por ejemplo, donde al menos 50 por ciento de la capa de mezcla reducible comprende micro-aglomerados teniendo un tamaño promedio de aproximadamente 2 milímetros o menos) o puede ser una capa de compactos (por ejemplo, briquetas, briquetas parciales, montones compactados, perfiles de compactación formados en la capa de material reducible, etc.) . Todavía además, la capa de una mezcla reducible en la capa de material de solera puede incluir múltiples capas donde el tamaño promedio de los micro-aglomerados reducibles de al menos una capa proporcionada es diferente relativa al tamaño promedio de micro-aglomerados previamente proporcionados (por ejemplo, el tamaño promedio de los micro-aglomerados reducibles de al menos una de las capas proporcionadas es menor que el tamaño promedio de micro-aglomerados de una primer capa proporcionada en la capa de material de solera) .

Además, una cantidad estoiquiométrica de material reductor es la cantidad necesaria para completar la metalización y formación de trozos de hierro metálicos de una cantidad predeterminada de material que lleva hierro reducible. En una o más modalidades del método, proporcionar la capa de una mezcla reducible en la capa de material de solera puede incluir proporcionar una primer capa de mezcla reducible en la capa de material de solera que incluye una cantidad predeterminada de material que lleva hierro reducible y entre aproximadamente 70 por ciento y aproximadamente 90 por ciento de dicha cantidad estoiquiométrica de material reductor necesario para completar la metalización del mismo, y proporcionar una o más capas adicionales de mezcla reducible que incluye una cantidad predeterminada de material que lleva hierro reducible y entre aproximadamente 105 por ciento y aproximadamente 140 por ciento de dicha cantidad estoiquiométrica de material reductor necesario para completar la metalización del mismo . En todavía otra modalidad del método, el tratar térmicamente la capa de mezcla reducible incluye tratar térmicamente la capa de mezcla 1 reducible a una temperatura menor a 1450 grados centígrados de manera que se causa que la mezcla reducible en las regiones de material reducible que forma trozos se encoja y separe de otras regiones de material reducible que forma trozos adyacentes. Más preferentemente, la temperatura es menor a 1400°C; aún más preferentemente, la temperatura está por debajo de 1390°C; aún más preferentemente, la temperatura está por debajo de 1375°C; y más preferentemente, la temperatura está por debajo de 1350°C. Aún todavía, en una o más modalidades del método, la mezcla reducible puede incluir además al menos un aditivo seleccionado del grupo que consiste de óxido de calcio, uno o más compuestos capaces de producir óxido de calcio en la descomposición térmica del mismo (por ejemplo, caliza), óxido de sodio, y uno o más compuestos capaces de producir óxido de sodio en la descomposición térmica del mismo. Además, en una o más modalidades, la mezcla reducible puede incluir ceniza de soda, Na2C03, NaHC03, NaOH, bórax, NaF, y/o escoria industrial de fundición de aluminio. Aún además, una o más modalidades de la mezcla reducible pueden incluir al menos un agente de flujo seleccionado del grupo que consiste de fluorita, CaF2, bórax, NaF, y escoria industrial de fundición de aluminio. Otro método para utilizar en la producción de trozos de hierro metálicos de acuerdo a la presente invención incluye proporcionar una solera que incluye material refractario y proporcionar una capa de material de solera en el material refractario (por ejemplo, la capa de material de solera puede incluir al menos material carbonoso) . Una capa de micro-aglomerados reducibles se proporciona en al menos una porción de la capa de material de solera, donde al menos 50 por ciento de la capa de micro-aglomerados reducibles comprende micro-aglomerados teniendo un tamaño promedio de aproximadamente 2 milímetros o menos. Los micro-aglomerados reducibles se forman de al menos material reductor y material que lleva hierro reducible. La capa de micro-aglomerados reducibles se trata térmicamente para formar uno o más trozos de hierro metálicos. En una o más modalidades del método, la capa de micro-aglomerados reducibles se proporciona por una primer capa de micro-aglomerados reducibles en la capa de material de solera y al proporcionar una o más capas adicionales de micro-aglomerados reducibles en la primer capa. El tamaño promedio de los micro-aglomerados reducibles de al menos una de las capas adicionales proporcionadas es diferente relativo al tamaño promedio de micro-aglomerados previamente proporcionados (por ejemplo, el tamaño promedio de los micro-aglomerados reducibles de al menos una de las capas adicionales proporcionadas es menor que el tamaño promedio de micro-aglomerados de la primer capa) . Además, en una o más modalidades del método, la primer capa de micro-aglomerados reducibles en la capa de material de solera incluye una cantidad predeterminada de material que lleva hierro reducible y entre aproximadamente 70 por ciento y aproximadamente 90 por ciento de dicha cantidad estoiquiométrica de material reductor necesario para completar la metalización del mismo, y las capas adicionales proporcionadas de micro-aglomerados reducibles incluyen una cantidad predeterminada de material que lleva hierro reducible y entre aproximadamente 105 y aproximadamente 140 por ciento de dicha cantidad estoiquiométrica de material reductor necesario para completar la metalización del mismo. Aún además, en una o más modalidades del método, proporcionar la capa de micro-aglomerados reducibles incluye formar los micro-aglomerados reducibles utilizando al menos agua, material reductor, material que lleva hierro reducible, y uno o más aditivos seleccionados del grupo que consiste de óxido de calcio, uno o más compuestos capaces de producir óxido de calcio en descomposición térmica de los mismos, óxido de sodio, y uno o más compuestos capaces de producir óxido de sodio en descomposición térmica de los mismos. Además, los micro-aglomerados reducibles pueden incluir al menos un aditivo seleccionado del grupo que consiste de ceniza de soda, Na2C03, NaHC03, NaOH, bórax, NaF, y escoria industrial de fundición de aluminio o al menos un agente de flujo seleccionado del grupo que consiste de fluorita, CaF2, bórax, NaF, y escoria industrial de fundición de aluminio. En una modalidad preferida, se proporciona un método para utilizar en la producción de trozos de hierro metálicos comprendiendo las etapas de proporcionar una solera comprendiendo material refractario; proporciona una capa de material de solera en el material refractario, la capa de material de solera comprendiendo al menos material carbonoso revestido con uno de A1(0H)3, CaF2 o la combinación de Ca(0H)3 y CaF2; proporcionar una capa de una mezcla reducible en al menos una porción de la capa de material de solera, al menos una porción de la mezcla reducible comprendiendo al menos material reductor y material que lleva hierro reducible; la mezcla reducible comprendiendo al menos un aditivo seleccionado del grupo que consiste de óxido de calcio, uno o más compuestos capaces de producir óxido de calcio en la descomposición térmica de los mismos, óxido de sodio, y uno o más compuestos capaces de producir óxido de sodio en descomposición térmica de los mismos; formar una pluralidad de aberturas de canal extendiéndose al menos parcialmente en la capa de la mezcla reducible para definir una pluralidad de regiones de material reducible que forma trozos teniendo una densidad menor a aproximadamente 2.4; al menos parcialmente llenar la pluralidad de aberturas de canal con material de relleno de separación de trozos comprendiendo al menos material carbonoso; y tratar térmicamente la capa de mezcla reducible a una temperatura menor a 1450°C para formar uno o más trozos de hierro metálicos en una o más de la pluralidad de las regiones de material reducible que forma trozos . Todavía otro método para utilizarse en la producción de trozos de hierro metálicos de acuerdo a la presente invención incluye proporcionar una solera que incluye material refractario y proporcionar una capa de material de solera en al menos una porción del material refractario (por ejemplo, la capa de material de solera puede incluir al menos material carbonoso) . Se proporciona una mezcla reducible en al menos una porción de la capa de material de solera (por ejemplo, la mezcla reducible incluye al menos material reductor y material que lleva hierro reducible). Una cantidad estoiquiométrica de material reductor es la cantidad necesaria para metalización completa y formación de trozos de hierro metálicos de una cantidad predeterminada de material que lleva hierro reducible. En una modalidad, proporcionar la mezcla reducible en la capa de material de solera incluye proporcionar una primer porción de mezcla reducible en la capa de material de solera que incluye una cantidad predeterminada de material que lleva hierro reducible y entre aproximadamente 70 por ciento y aproximadamente 90 por ciento de dicha cantidad estoiquiométrica de material reductor necesario para metalización completa del mismo, y proporcionar una o más porciones adicionales de mezcla reducible que comprenden una cantidad predeterminada de material que lleva hierro reducible y entre aproximadamente 105 por ciento y aproximadamente 140 por ciento de dicha cantidad estoiquiométrica de material reductor necesario para metalización completa del mismo. La mezcla reducible se trata térmicamente para formar uno o más trozos de hierro metálicos. Para ciertas aplicaciones, la capa de solera puede no utilizarse, o la capa de solera puede no contener ningún material carbonoso. En una modalidad del método, una pluralidad de aberturas de canal se extiende al menos parcialmente en la mezcla reducible y definen una pluralidad de regiones de material reducible que forma trozos, y además donde las aberturas de canal se llena al menos parcialmente con material de relleno de separación de trozos.

En todavía otra modalidad del método, proporcionar la primer porción de una mezcla reducible en la capa de material de solera incluye proporcionar una primer capa de micro-aglomerados reducibles en la capa de material de solera y en donde proporcionar una o más porciones adicionales incluye proporcionar una o más capas adicionales de micro-aglomerados reducibles en la primer capa, donde el tamaño promedio de los micro-aglomerados reducibles de al menos una de las capas adicionales proporcionadas es diferente relativa al tamaño promedio de micro-aglomerados previamente proporcionados. En otra modalidad, proporcionar mezcla reducible en la capa de material de solera incluye proporcionar compactos de la mezcla reducible. Por ejemplo, una primer porción de cada uno de uno o más compactos incluye una cantidad predeterminada de material que lleva hierro reducible y entre aproximadamente 70 por ciento y aproximadamente 90 por ciento de dicha cantidad estoiquiométrica de material reductor necesario para completar metalización del mismo, y una o más porciones adicionales de cada uno de uno o más compactos incluye una cantidad predeterminada de material que lleva hierro reducible y entre aproximadamente 105 por ciento y aproximadamente 140 por ciento de dicha cantidad estoiquiométrica de material reductor necesario para metalización completa del mismo. Además todavía, en otra modalidad del método, los compactos pueden incluir al menos una de briquetas (por ejemplo, briquetas de tres capas), briquetas parciales (por ejemplo, dos capas de mezcla reducible compactada), bolas, montones compactados de la mezcla reducible comprendiendo al menos una porción ranurada o curva, montones en forma de domo compactados de la mezcla reducible, y montones en forma de pirámide compactados de la mezcla reducible. En una modalidad preferida, las briquetas parciales comprenden briquetas completas cortadas en la mitad. La mezcla reducible puede aún estar en bolas de múltiples capas de mezcla reducible. En una modalidad, los montones tienen una densidad de aproximadamente 1.9-2, las bolas tienen una densidad de aproximadamente 2.1 y las briquetas tienen una densidad de aproximadamente 2.1. En una modalidad, el material reducible tiene una densidad menor a aproximadamente 2.4. En una modalidad preferida, el material reducible tiene una densidad entre aproximadamente 1.4 y 2.2. Todavía además, aún otro método para utilizar en la producción de trozos de hierro metálicos se describe en la presente. El método incluye proporcionar una solera que incluye material refractario y proporcionar una capa de material de solera en al menos una porción del material refractario. La capa de material de solera incluye al menos material carbonoso. La mezcla reducible se proporciona en al menos una porción de la capa de material de solera. La mezcla reducible incluye: material reductor; material que lleva hierro reducible; uno o más aditivos seleccionados del grupo que consiste de óxido de calcio, uno o más compuestos capaces de producir óxido de calcio en la descomposición térmica de los mismos, óxido de sodio, y uno o más compuestos capaces de producir óxido de sodio en la descomposición térmica de los mismos; y al menos un agente de flujo seleccionado del grupo que consiste de fluorita, CaF2, bórax, NaF, y escoria industrial de fundición de aluminio. La mezcla reducible se trata térmicamente (por ejemplo, a una temperatura menor a aproximadamente 1450 grados centígrados) para formar uno o más trozos de hierro metálicos. En una o más modalidades del método, la mezcla reducible puede incluir al menos un aditivo seleccionado del grupo que consiste de óxido de calcio y caliza. En otras modalidades del método, la mezcla reducible puede incluir al menos un aditivo seleccionado del grupo que consiste de ceniza de soda, Na2C03, NaHC03, NaOH, bórax, NaF, y escoria industrial de fundición de aluminio. Aún además, la capa de material de solera puede incluir material carbonoso revestido con Al(OH)3, CaF2 o la combinación de Ca(OH)3 y CaF2) . Todavía además, en una o más modalidades del método, la mezcla reducible puede incluir uno o más montones de mezcla reducible incluyendo al menos una porción ranurada o curva; puede incluir micro-aglomerados reducibles o múltiples capas de los mismos teniendo diferente composición; puede incluir compactos tales como una de briquetas, briquetas parciales, bolas, montones compactados de la mezcla reducible comprendiendo al menos una porción ranurada o curva, montones en forma de domo compactados de la mezcla reducible, y montones en forma de pirámide compactados de la mezcla reducible; o pueden incluir bolas (por ejemplo, bolas secas) o bolas de múltiples capas. Un sistema para utilizarse en la producción de trozos de hierro metálicos también se describe en la presente. Por ejemplo, una modalidad de un sistema de acuerdo a la presente invención puede incluir una solera comprendiendo material refractario para recibir una capa de material de solera en la misma (por ejemplo, la capa de material de solera puede incluir al menos material carbonoso) y un aparato cargador operable para proporcionar una capa de una mezcla reducible en al menos una porción de la capa de material de solera. La mezcla reducible puede incluir al menos material reductor y material que lleva hierro reducible. El sistema incluye además un dispositivo de definición de canal operable para crear una pluralidad de aberturas de canal que se extienden al menos parcialmente en la capa de la mezcla reducible para definir una pluralidad de regiones de material reducible que forma trozos y un aparato rellenador del canal operable para al menos llenar parcialmente la pluralidad de aberturas de canal con material de relleno de separación de trozos (por ejemplo, el material de relleno de separación de trozos puede incluir al menos material carbonoso) . Un horno también se proporciona que es operable para tratar térmicamente la capa de mezcla reducible para formar uno o más trozos de hierro metálicos en una o más de la pluralidad de las regiones de material reducible que forma trozos. En una o más modalidades del sistema, el dispositivo de definición de canal puede ser operable para crear montones de la mezcla reducible que incluyen al menos una porción curva o ranurada (por ejemplo, crear montones en forma de domo o montones en forma de pirámide de la mezcla reducible) . En todavía otro método para utilizarse en la producción de trozos de hierro metálicos, el método incluye proporcionar una solera incluyendo material refractario y proporcionar una capa de material de solera (por ejemplo, al menos material carbonoso) en al menos una porción del material refractario. La mezcla reducible se proporciona en al menos una porción de la capa de material de solera. La mezcla reducible incluye al menos material reductor y material que lleva hierro reducible. Una cantidad estoiquiométrica de material reductor es la cantidad necesaria para completar la metalización y formación de trozos de hierro metálicos de una cantidad predeterminada de material que lleva hierro reducible. Al menos una porción de la mezcla reducible incluye la cantidad predeterminada de material que lleva hierro reducible y entre aproximadamente 70 por ciento y aproximadamente 90 por ciento de dicha cantidad estoiquiométrica de material reductor necesario para completar la metalización del mismo. El método incluye además tratar térmicamente la mezcla reducible para formar uno o más trozos de hierro metálicos. En una modalidad del método, proporcionar mezcla reducible en al menos una porción de la capa de material de solera incluye proporcionar una o más capas de mezcla reducible en la capa de material de solera. Una pluralidad de aberturas de canal se definen que se extienden al menos parcialmente en la capa de la mezcla reducible y definen una pluralidad de regiones de material reducible que forma trozos. Además, las aberturas de canal son al menos parcialmente llenadas con material de relleno de separación de trozos (por ejemplo, material carbonoso) .

Todavía además, en una o más modalidades del método, la mezcla reducible puede incluir uno o más montones de mezcla reducible incluyendo al menos una porción ranurada o curva; puede incluir micro-aglomerados reducibles o múltiples capas de los mismos teniendo diferente composición; puede incluir compactos tales como una de briquetas (por ejemplo, briquetas de una sola capa o múltiples capas), briquetas parciales, bolas, montones compactados de la mezcla reducible comprendiendo al menos una porción ranurada o curva, montones en forma de domo compactados de la mezcla reducible, y montones en forma de pirámide compactados de la mezcla reducible; o puede incluir bolas (por ejemplo, bolas secas) o bolas de múltiples capas. Todavía además, en una o más modalidades del método, la mezcla reducible puede incluir uno o más aditivos seleccionados del grupo que consiste de óxido de calcio, uno o más compuestos capaces de producir óxido de calcio en la descomposición térmica de los mismos, óxido de sodio, y uno o más compuestos capaces de producir óxido de sodio en la descomposición térmica de los mismos. Además, la mezcla reducible puede incluir al menos un aditivo seleccionado del grupo que consiste de ceniza de soda, Na2C03, NaHC03, NaOH, bórax, NaF, y escoria industrial de fundición de aluminio o al menos un agente de flujo seleccionado del grupo que consiste de fluorita, CaF2, bórax, NaF, y escoria industrial de fundición de aluminio. Aún además, una modalidad del método puede incluir proporcionar compactos, y además todavía proporcionar material reductor adicional adyacente a al menos una porción de los compactos. En una modalidad adicional de la invención, se proporciona una mezcla reducible comprendiendo: material reductor; material que lleva hierro reducible; uno o más aditivos seleccionados del grupo que consiste de óxido de calcio, uno o más compuestos capaces de producir óxido de calcio en la descomposición térmica de los mismos, óxido de sodio, y uno o más compuestos capaces de producir óxido de sodio en la descomposición térmica de los mismos; y al menos un agente de flujo seleccionado del grupo que consiste de fluorita, CaF2, bórax, NaF, y escoria industrial de fundición de aluminio. La breve descripción de la presente invención anterior no se propone describir cada modalidad o cada implementación de la presente invención. Ventajas, junto con un entendimiento más completo de la invención, serán aparentes y se apreciarán al referirse a la siguiente descripción detallada y reivindicaciones tomadas junto con los dibujos acompañantes.

Breve Descripción de los Dibujos Figura 1 muestra un diagrama de bloques de una o más modalidades generales de un proceso de trozos de hierro metálicos de acuerdo a la presente invención. Figura 2A es un diagrama de bloques generalizado de un sistema de horno para implementar un proceso de trozos de hierro metálicos tal como aquel mostrado generalmente en la Figura 1 de acuerdo a la presente invención. Figuras 2B-2D son diagramas de dos hornos de laboratorio (por ejemplo, un horno de tubo y un horno tipo caja, respectivamente) y un horno de solera lineal que puede utilizarse para llevar a cabo uno o más procesos descritos en la presente, tal como el procesamiento empleado en uno o más ejemplos descritos en la presente. Figuras 3A-3C son vistas en sección transversal generalizadas y Figuras 3D-3E son vistas superiores generalizadas mostrando etapas de una modalidad de un proceso de trozos de hierro metálicos tal como se muestra generalmente en la Figura 1 de acuerdo a la presente invención. Figuras 4A-4D muestran ilustraciones del efecto del tiempo en la formación de trozos metálicos en un proceso de trozos de hierro metálicos tal como aquel mostrado generalmente en la Figura 1. Figuras 5A-5B muestran una vista superior y vista lateral en sección transversal, respectivamente, de una modalidad de aberturas de canal en una capa de mezcla reducible para un proceso de trozos de hierro metálicos tal como aquel mostrado generalmente en la Figura 1. Figuras 6A-6B muestran una vista superior y una vista lateral en sección transversal, respectivamente, de una modalidad alterna de aberturas de canal en una capa de mezcla reducible para utilizarse en un proceso de trozos de hierro metálicos tal como aquel mostrado generalmente en la Figura 1. Figuras 7A-7B muestran una vista superior y una vista lateral en sección transversal, respectivamente, de una modalidad todavía alterna de aberturas de canal en una capa de mezcla reducible para utilizarse en un proceso de trozos de hierro metálicos tal como aquel mostrado generalmente en la Figura 1. Figuras 8A-8B muestran una vista superior y una vista lateral en sección transversal, respectivamente, de una modalidad de un dispositivo de formación de canal para utilizarse en un proceso de trozos de hierro metálicos tal como aquel mostrado generalmente en la Figura 1. Figuras 9A-9B muestran una vista superior y una vista lateral en sección transversal, respectivamente, de otra modalidad de un dispositivo de formación de canal para utilizarse en un proceso de trozos de hierro metálicos tal como aquel mostrado generalmente en la Figura 1. Figuras 10A-10B muestran vistas laterales en sección transversal de todavía otras modalidades de un dispositivo de formación de canal para utilizarse en un proceso de trozos de hierro metálicos tal como aquel mostrado generalmente en la Figura 1. Figuras 10C-10E muestran vistas laterales en sección transversal de todavía otras modalidades de las técnicas de formación de mezcla reducible para utilizarse en una o más modalidades de un proceso de trozos de hierro metálicos. Figuras 11A-11B muestran bolas preformadas de mezcla reducible para utilizarse en una o más modalidades de un proceso de trozos de hierro metálicos, en donde la Figura 1 ÍA muestra una bola de múltiples capas de mezcla reducible y además en donde la Figura 11B muestra una sección transversal de la bola de múltiples capas .teniendo capas de diferentes composiciones. Figuras 11C-11D muestran modalidades ejemplificativas de dispositivos de formación para utilizarse en proporcionar compactos (por ejemplo, briquetas) de mezcla reducible para utilizarse en una o más modalidades de un proceso de trozos de hierro metálicos, en donde la Figura 11C muestra la formación de compactos de tres capas, y además en donde la Figura 11D muestra la formación de compactos de dos capas. Figuras 11E-11F muestran modalidades ejemplificativas de otros dispositivos de formación para utilizarse en proporcionar compactos (por ejemplo, briquetas) de mezcla reducible para utilizarse en una o más modalidades de un proceso de trozos de hierro metálicos, en donde la Figura HE muestra la formación de compactos de dos capas, y además en donde la Figura 11F muestra la formación de compactos de tres capas. Figuras 12A-12C muestran un molde en forma de domo equi-dimensional de 12 segmentos, y también mezclas reducibles en bandejas de grafito de acuerdo a una o más modalidades ejemplificativas de un proceso de trozos de hierro metálicos de acuerdo a la presente invención. La Figura 12A muestra el molde, la Figura 12B muestra un patrón de canal de 12 segmentos formado por el molde de la Figura 12A, y Figura 12C muestra un patrón de canal de 12 segmentos con ranuras al menos parcialmente llenadas con material de relleno de separación de trozos pulverizado (por ejemplo, coque) . Figuras 13A-13D muestran el efecto de material de relleno de separación de trozos en canales de acuerdo a una o más modalidades ejemplificativas de un proceso de trozos de hierro metálicos de acuerdo a la presente invención. Figuras 14A-14D y Figuras 15A-15D ilustran el efecto de los niveles de material de relleno de separación de trozos (por ejemplo, coque) en canales de acuerdo a una o más modalidades ejemplificativas de un proceso de trozos de hierro metálicos de acuerdo a la presente invención. Figura 16 muestra una tabla de las cantidades relativas de micro-trozos generados en varios procesos de trozos de hierro metálicos para utilizarse para describir el tratamiento de la capa de material de solera en una o más modalidades ejemplificativas de un proceso de trozos de hierro metálicos tal como aquel descrito generalmente en la Figura 1. Figura 17 muestra un diagrama de bloques de una modalidad ejemplificativa de un método de provisión de mezcla reducible para utilizarse en un proceso de trozos de hierro metálicos tal como aquel mostrado generalmente en la Figura 1, y/o para utilizarse en otros procesos que forman trozos de hierro metálicos. Figuras 18-19 muestran el efecto de uso de varios niveles de adición de carbón en una o más modalidades ejemplificativas de un proceso de trozos de hierro metálicos tal como aquel mostrado generalmente en la Figura 1 de acuerdo a la presente invención, y/o para utilizarse en otros procesos que forman trozos de hierro metálicos. Figuras 20A-20B muestran ilustraciones para utilizarse para describir el efecto de varios niveles de adición de carbón en un proceso de trozos de hierro metálicos tal como aquel mostrado generalmente en la Figura 1 de acuerdo a la presente invención, y/o para utilizarse en otros procesos que forman trozos de hierro metálicos. Figuras 21A-21B muestran un diagrama de fase CaO-Si02-Al203 y una tabla, respectivamente, mostrando varias composiciones de escoria para utilizarse para describir el uso de uno o más aditivos para una mezcla reducible en un proceso de trozos de hierro metálicos tal como aquel mostrado generalmente en la Figura 1, y/o para utilizarse en otros procesos que forman trozos de hierro metálicos. Figuras 22-24 muestran tablas para utilizarse para describir el efecto de agregar fluoruro de calcio o fluorita a una mezcla reducible en un proceso de trozos de hierro metálicos tal como aquel mostrado generalmente en la Figura 1, y/o para utilizarse en otros procesos que forman trozos de hierro metálicos.

Figuras 25A-25C, 26 y 27 muestran ilustraciones, una tabla, y otra tabla, respectivamente, para utilizarse para mostrar el efecto de aditivos de CaF2 y Na2C03 a una mezcla reducible con respecto al control de niveles de azufre en una o más modalidades ejemplificativas de un proceso de trozos de hierro metálicos tal como aquel mostrado generalmente en la Figura 1, y/o para utilizarse en otros procesos que forman trozos de hierro metálicos. Figura 28 muestra un diagrama de bloques de una modalidad de un proceso de formación de micro-aglomerado para utilizarse para proporcionar una mezcla reducible para un proceso de trozos de hierro metálicos tal como aquel mostrado generalmente en la Figura 1, y/o para utilizarse en otros procesos que forman trozos de hierro metálicos . Figura 29 es una gráfica que muestra el efecto de contenido de humedad en la distribución de tamaño de micro-aglomerados tales como aquellos formados de acuerdo al proceso de la Figura 28. Figura 30 muestra una tabla describiendo las velocidades terminales de micro-aglomerados tales como aquellos formados de acuerdo al proceso mostrado en la Figura 28 como funciones de tamaño y velocidad del aire. Figuras 31A-31B muestran ilustraciones del efecto de utilizar mezcla reducible micro-aglomerada en una o más modalidades de un proceso de trozos de hierro metálicos tal como aquel descrito generalmente en la Figura 1. Figuras 32A-32C muestran tablas dando el análisis de varios materiales reductores carbonosos que pueden utilizarse en una o más modalidades de un proceso de trozos de hierro metálicos tal como aquel descrito generalmente en la Figura 1, y/o para utilizarse en otros procesos que forman trozos de hierro metálicos. Figura 32D muestra una tabla dando análisis de ceniza de varios materiales reductores carbonosos que pueden utilizarse en una o más modalidades de un proceso de trozos de hierro metálicos tal como aquel mostrado generalmente en la Figura 1, y/o para utilizarse en otros procesos que forman trozos de hierro metálicos. Figura 33 muestra una tabla dando composiciones químicas de uno o más minerales de hierro que pueden utilizarse en una o más modalidades de un proceso de trozos de hierro metálicos tal como aquel descrito generalmente en la Figura 1, y/o para utilizarse en otros procesos que forman trozos de hierro metálicos. Figura 34 muestra una tabla dando composiciones químicas de uno o más aditivos que pueden utilizarse en una o más modalidades de un proceso de trozos de hierro metálicos tal como aquel descrito generalmente en la Figura 1, y/o para utilizarse en otros procesos que forman trozos de hierro metálicos. Figuras 35A y 35B muestran una pella con una instalación de diferentes mezclas de alimentación en la misma para utilizarse para describir una o más pruebas empleando un horno de solera lineal tal como aquel mostrado en la Figura 2D, y el producto resultante de una prueba típica. Figura 36 es una tabla mostrando resultados analíticos de gases de horno para utilizarse para describir una o más pruebas empleando un horno de solera lineal tal como aquel mostrado en la Figura 2D. Figura 37 es una gráfica que muestra concentraciones de CO en varias zonas de un horno de solera lineal tal como aquel mostrado en la Figura 2D para utilizarse para describir una o más pruebas empleando tal horno. Figura 38 es una tabla mostrando el efecto de composición de escoria en un proceso de reducción para utilizarse para describir una o más pruebas empleando un horno de solera lineal tal como aquel mostrado en la Figura 2D. Figura 39 es una tabla mostrando resultados analíticos de trozos de hierro y escoria para utilizarse para describir una o más pruebas empleando un horno de solera lineal tal como aquel mostrado en la Figura 2D. Figura 40 es una tabla mostrando el efecto de temperatura en un proceso de reducción para utilizarse para describir una o más pruebas empleando un horno de solera lineal tal como aquel mostrado en la Figura 2D. Figura 41 es una tabla mostrando los efectos de adiciones de fluorita y carbón, y también la temperatura del horno, en la formación de micro-trozos en el proceso de reducción para utilizarse para describir una o más- pruebas empleando un horno de solera lineal tal como aquel mostrado en la Figura 2D.

Descripción Detallada de las Modalidades Una o más modalidades de la presente invención deben describirse generalmente con referencia a las Figuras 1-4. Varias otras modalidades de la presente invención y ejemplos soportando tales diversas modalidades deben entonces describirse con referencia a las Figuras 5-41. Será aparente para aquellos expertos en la materia que los elementos o etapas del proceso de una o más modalidades descritas en la presente pueden utilizarse en combinación con elementos o etapas del proceso de una o más otras modalidades descritas en la presente, y que la presente invención no se limita a las modalidades específicas proporcionadas en la presente pero solamente como se establece en las reivindicaciones acompañantes. Por ejemplo, y no para considerarse como limitante a la presente invención, la adición de uno o más aditivos (por ejemplo, fluorita) a la mezcla reducible puede utilizarse en combinación con la provisión de la mezcla reducible como micro-aglomerados, el material de relleno de separación de trozos en los canales puede utilizarse en combinación con la provisión de la mezcla reducible como micro- aglomerados, el proceso de moldeo para formar los canales y montones de mezcla reducible puede utilizarse en combinación con material de relleno de separación de trozos en los canales y/o con la provisión de la mezcla reducible como micro-aglomerados, etc. Además, varios procesos de trozos de hierro metálicos se conocen y/o se han descrito en una o más referencias. Por ejemplo, tales procesos incluyen el proceso ITmk3 como se presenta en, por ejemplo, la Patente de EE.UU. No. 6,036,744 para Negami et al . , y/o la Patente de EE.UU. No. 6,506,231 para Negami et al . , el proceso Hi-QIP como se presenta en, por ejemplo, la Patente de EE.UU. No. 6,270,552 para Takeda et al . , y/o Patente de EE.UU. No. 6,126,718 para Sawa et a l . , u otros procesos de trozos metálicos como se describe en, por ejemplo, Patente de EE.UU. No. 6,210,462 para Kikuchi e t al . , Solicitud de Patente de EE.UU. No. US2001/0037703 Al para Fuji et a l . , Patente de EE.UU. No. 6,210,462 para Kikuchi et al . Una o más modalidades descritas en la presente pueden utilizarse en combinación con elementos y/o etapas del proceso de una o más modalidades de tal proceso de trozos metálicos.

Por ejemplo, y no para considerarse como limitante a la presente invención, la adición de uno o más aditivos (por ejemplo, fluorita) a la mezcla reducible y/o cualquier mezcla reducible descrita en la presente puede utilizarse en combinación con la provisión de la mezcla reducible como una bola preformada, como la mezcla reducible utilizada para llenar hendiduras en una capa carbonosa pulverizada, como parte de uno o más compactos (por ejemplo, briquetas), o puede utilizarse en una o más otras diversas técnicas de moldeo .corno parte de tales procesos de formación de trozos de hierro metálicos. Como tales, los conceptos y técnicas descritos (as ) en una o más modalidades en la presente no se limitan para utilizarse con solamente el proceso de trozos de hierro metálicos descrito generalmente en la presente con referencia a la Figura , pero puede ser aplicable a varios otros procesos también. La Figura 1 muestra un diagrama de bloques de una o más modalidades ilustrativas generalizadas de un proceso de trozos de hierro metálicos 10 de acuerdo a la presente invención. El proceso de trozos de hierro metálicos 10 mostrado en el diagrama de bloques debe describirse con referencia adicional a una modalidad más detallada mostrada en las Figuras 3A-3E y Figuras 4A-4D. Un experto en la materia reconocerá que una o más de las etapas del proceso descritas con referencia al proceso de trozos de hierro metálicos 10 pueden ser opcionales. Por ejemplo, los bloques 16, 20, y 26 se marcan como proporcionándose opcionalmente. Sin embargo, otras etapas del proceso descritas en la presente, por ejemplo, la provisión de aberturas de canal como se describe con referencia al bloque 22, también puede ser opcional en una o más modalidades. Como tal, se reconocerá que el proceso de hierro de trozos metálicos 10 es una modalidad ilustrativa generalizada y la presente invención no se limita a ninguna modalidad del proceso específico descrito en la presente, pero solamente como se describe en las reivindicaciones acompañantes . La presente invención como se describirá en mayor detalle en la presente puede utilizarse, por ejemplo, para proporcionar uno o más de los siguientes beneficios o características. Por ejemplo, la presente invención puede utilizarse para controlar el tamaño de los trozos de hierro metálicos como se describe en la presente. Las bolas secas convencionales como mezclas de alimentación conducen a trozos de hierro de tamaños pequeños en el orden de 3/8 de pulgada (9.5 mm) . Uso de los montones de mezcla reducible (por ejemplo, montones en forma de domo o trapezoide con canales llenados parcialmente con material carbonoso) puede incrementar el tamaño del trozo de hierro tan grande como 4 pulgadas (102 mm) a lo largo. Varias formas de montones (por ejemplo, montones trapezoidales) pueden requerir un tiempo más largo para formar completamente trozos de hierro fusionados que los montones en forma de domo de igual tamaño. Además, por ejemplo, la micro-aglomeración puede utilizarse para minimizar las pérdidas de polvo en hornos de alimentación (por ejemplo, hornos de solera lineales o giratorios) ; micro-aglomerados pueden colocarse en capas sobre una capa de solera con respecto al tamaño, composición de alimentación (por ejemplo, porcentaje estoiquiométrico de carbón puede variar) , etc; y compactación de mezclas de alimentación después de colocarlas en una capa de solera (o, en una o más modalidades, la compactación antes de la colocación en la solera, tal como, para formar briquetas incluyendo una o más capas) puede ser deseable en vista de las atmósferas de gas del horno altamente turbulentas y alto C02, particularmente en un horno de solera lineal como se describe en la presente. Aún además, por ejemplo, la presente invención puede utilizarse para controlar la formación de micro-trozos. Como se describe en la presente, el uso de carbón en exceso más allá del requerimiento es toiquioraétrico para metalización de una mezcla de alimentación reducible, y uso de cal en exceso más allá de una composición de escoria predeterminada (por ejemplo, una Composición de Escoria (L) ) para la mezcla de alimentación, ha conducido a una cantidad incrementada de micro-trozos. Como se describe además en la presente, por ejemplo, Composición de Escoria (L), como se muestra en el diagrama de fase CaO-Si02-Al203 de la Figura 21A y la tabla de la Figura 21B, se ubica en la baja temperatura de fusión a través de la misma. Además, otras composiciones de escoria se muestran en el diagrama de fase CaO-Si02-Al203 de la Figura 21A que indica las composiciones de escoria de (A), (L) , (L3) y (L2) . Sin embargo, la presente invención no se limita a ninguna composición de escoria particular. Para simplicidad, la descripción en la presente utiliza la Composición de Escoria definida (L) en muchos casos, y las abreviaciones relacionándose a la misma, para definir los conceptos inventivos generales . Las composiciones de escoria se abrevian al indicar las cantidades de cal adicional utilizada en por ciento como un sufijo, por ejemplo, (Li) y (L2) que representan que 1% y 2% en peso de cal se agrega a la mezcla de alimentación, respectivamente, arriba de aquella de la Composición de Escoria (L) . En otras palabras, la mezcla de alimentación incluye un adicional de 1% y 2% en peso de cal, respectivamente, que la mezcla de alimentación en la Composición de Escoria (L) . Además, por ejemplo, las composiciones de escoria se abrevian además en la presente para indicar la existencia de otros elementos o compuestos en la mezcla de alimentación. Por ejemplo, la cantidad de CaF2 químico (abreviado como CF) agregada en por ciento se indica como un sufijo, por ejemplo, (L0.5CF0.--5) representa que la mezcla de alimentación incluye 0.25% en peso de CaF2 con la Composición de Escoria de (L0.5) • El uso de capas de solera, incluyendo mezclas de coque-alúmina así como también coque revestida con Al(OH)3, puede utilizarse para reducir tal formación de micro-trozo como se describe en la presente. Además, por ejemplo, la adición de ciertos aditivos, tal como fluorita a la mezcla de alimentación puede reducir la cantidad de micro-trozos producidos durante el procesamiento de la mezcla de alimentación. Aún además, por ejemplo, como se describe en la presente, la presente invención puede utilizarse para controlar la cantidad de azufre en trozos de hierro producidos de acuerdo a la presente invención. Es de práctica común en la industria de acero incrementar la basicidad de la escoria al agregar cal a la escoria bajo atmósfera reductora para remover azufre del hierro metálico, por ejemplo, en altos hornos. La cal creciente de la Composición de Escoria (L) a (L1.5) y (L2) puede disminuir azufre (por ejemplo, de 0.084% a solamente 0.058% y 0.050% respectivamente), como se describe en la presente) pero incrementa la temperatura de fusión así como también la cantidad de micro-trozos generados, como se describe en la presente. El uso de aditivos de flujo que disminuyen la temperatura de fusión de la escoria, tal como fluorita, se encuentra que disminuye no solamente la temperatura de formación de trozos de hierro, sino que también disminuye azufre en los trozos de hierro, y, en particular, ser efectivo en la disminución de la cantidad de micro-trozos. Con la adición de fluorita (FS) creciente, por ejemplo, azufre en trozos de hierro en las Composiciones de Escoria (L1.5FS0.5- . ) y (L2FSo.5-4) se disminuye de manera fija tan bajo como 0.013% y 0.009%, respectivamente, en la adición de fluorita de 4%, como se describe además en la presente. El uso de ceniza de soda, particularmente en combinación con fluorita, fue efectivo en disminuir azufre en trozos de hierro, pero el uso de ceniza de soda tiende a incrementar la cantidad de micro-trozos también como se describe además en la presente. Como se muestra en el bloque 12 de la Figura 1, una solera 42 se proporciona (ver Figura 3A) . La solera 42, como se muestra en la Figura 3A, puede ser cualquier solera adecuada para utilizarse con un sistema de horno 30 (por ejemplo, tal como aquel mostrado generalmente en la Figura 2A) operable para utilizarse para llevar a cabo el proceso de trozos de hierro metálicos 10 como se describirá más en la presente, o uno. o más procesos de trozos metálicos que incorporan una o más características descritas en la presente. por ejemplo, la solera 42 puede ser una solera adecuada para utilizarse en un horno de solera giratorio, un horno de solera lineal (por ejemplo, tal como una pella dimensionada para tal horno como se muestra en la Figura 35A) , o cualquier otro sistema de horno operable para implementación de proceso de trozos de hierro metálicos. Generalmente, la solera 42 incluye un material refractario en el cual el material a procesarse (por ejemplo, material de alimentación) se recibe. Por ejemplo, en una o más modalidades, el material refractario puede utilizarse para formar la solera (por ejemplo, la solera puede ser un contenedor formado de un material refractario) y/o la solera puede incluir, por ejemplo, una subestructura de soporte que lleva un material refractario (por ejemplo, una solera forrada refractaria) .

En una modalidad, por ejemplo, la subestructura de soporte puede formarse de uno o más materiales diferentes, tales como, por ejemplo, acero inoxidable, acero de carbono, u otros metales, aleaciones, o combinaciones de los mismos que tienen las características de alta temperatura requeridas para el procesamiento de horno. Además, el material refractario puede ser, por ejemplo, tablero refractario, ladrillo refractario, ladrillo cerámico, o un refractario fundible. Todavía además, por ejemplo, una combinación de tablero refractario y ladrillo refractario puede seleccionarse para proporcionar protección térmica máxima para una subestructura subyacente . En una modalidad de la presente invención, por ejemplo, un sistema de horno de solera lineal se utiliza para procesamiento de horno tal como se describe en la Solicitud de Patente Provisional de EE.UU. No. 60/558,197 presentada el 31 de Marzo de 2004, publicada como US 20050229748A1, y la solera 42 es un contenedor tal como una bandeja (por ejemplo, tal como se muestra en la Figura 35A) . Por ejemplo, tal contenedor puede incluir un lecho refractario de peso ligero, relativamente delgado que se soporta en un contenedor de metal (por ejemplo, una bandeja) . Sin embargo, cualquier solera adecuada 42 capaz de proporcionar la funcionalidad necesaria para procesamiento de horno puede utilizarse de acuerdo a la presente invención. Con referencia adicional al bloque 14 de la Figura 1 y Figura 3A, una capa de material de solera 44 se proporciona en la solera 42. La capa de material de solera 44 incluye al menos un material carbonoso. Como se utiliza en la presente, el material carbonoso se refiere a cualquier material que contiene carbono adecuado para utilizarse como un reductor carbonoso. Por ejemplo, material carbonoso puede incluir carbón, carbón de leña, o coque. Además, por ejemplo, tales reductores carbonosos pueden incluir aquellos listados y analizados en las tablas (en términos de % en peso) mostradas en las Figuras 32A-32C. Por ejemplo, como se muestra en las Figuras 32A-32C, una o más de antracita, reductor carbonoso bituminoso volátil bajo, reductor carbonoso bituminoso volátil medio, reductor carbonoso bituminoso volátil alto, reductor carbonoso sub-bituminoso, coque, grafito, y otros materiales reductores carbonosos de carbón de leña sub-bituminoso pueden utilizarse para la capa de solera 44. Figura 32D proporciona además un análisis de ceniza para reductores carbonosos mostrados en las tablas de las Figuras 32A-32C. Algunos carbones bituminosos volátiles bajos, medios y altos pueden no ser adecuados para utilizarse como capas de solera por ellos mismos, pero pueden utilizarse como materiales de elaboración para carbones bituminosos pulverizados . La capa de material de solera 44 incluye un espesor necesario para prevenir que la escoria penetre la capa de material de solera 44 y contacte el material refractario de solera 42. Por ejemplo, el material carbonoso puede pulverizarse a un grado de manera que es lo suficientemente fino para prevenir a la escoria de tal penetración. Como se reconoce por un experto en la materia, el contacto de escoria durante el proceso de trozos de hierro metálicos 10 produce daño indeseable al material refractario de solera 42 si no se previene el contacto. Como se muestra por el bloque 16 de la Figura 1, el material carbonoso utilizado como parte de la capa de material de solera 44 puede tratarse opcionalmente, o de otra manera modificarse, para proporcionar una o más ventajas como debe tratarse además en la presente. Por ejemplo, el material carbonoso de la capa de material de solera 44 puede revestirse con hidróxido de aluminio (o CaF2 o la combinación de Ca(OH)3 y CaF2) para reducir la formación de micro-trozos como se describe además en la presente. De acuerdo a una o más modalidades particularmente ventajosas, la capa de material de solera 44 incluye antracita, coque, carbón de leña o mezclas de los mismos. En una modalidad, la capa de material de solera 44 tiene un espesor de más de .25 pulgadas (6.4 mm) y menos de 1.0 pulgada (25.4 mm) .

Además, en todavía capa de material de solera 44 menos de .75 pulgadas (19.0 mm) y más de .375 pulgadas (9.5 mm) . Además, con referencia al bloque 18 de la Figura 1 y Figura 3A, una capa de mezcla reducible 46 se proporciona en la capa de material de solera subyacente 44. La capa de mezcla reducible incluye al menos un material que lleva hierro reducible y material reductor para la producción de trozos de metal de hierro (por ejemplo, otros materiales reducibles se utilizarían para la producción de otros tipos de trozos metálicos utilizando uno o más procesos similares tales como, por ejemplo, uso de minerales de gernierita y lateritas que llevan níquel para trozos de ferroníquel ) . Como se utiliza en la presente, el material que lleva hierro incluye cualquier material capaz de formarse en trozos de hierro metálicos a través de un proceso de trozos de hierro metálicos, tales como proceso 10 descrito con referencia a la Figura 1. Por ejemplo, el material que lleva hierro puede incluir material de óxido de hierro, concentrado de mineral de hierro, material que lleva hierro reciclable, desperdicios de planta de pella y finos cribados de pella. Además, por ejemplo, tales desperdicios de planta de pella y finos cribados de pella pueden incluir una cantidad substancial de hematita. Todavía además, por ejemplo, tal material que lleva hierro puede incluir concentrados magnéticos, minerales de hierro oxidado, desperdicios de planta de acero (por ejemplo, polvo de alto horno, polvo de horno de oxígeno básico (BOF) y escala de molino), lodo rojo de procesamiento de bauxita, arenas de hierro que llevan titanio, minerales de hierro manganiferrosos , desperdicios de planta de alúmina, o minerales de hierro óxido que llevan níquel . Al menos en una modalidad, tal material que lleva hierro se tritura a -100 malla (0.149 mm) o menos en tamaño para procesamiento de acuerdo a la presente invención. Los diversos ejemplos presentados en la presente utilizan material que lleva hierro triturado a -100 malla (0.149 mm) al menos que se especifique de otra manera. Sin embargo, el material que lleva hierro de tamaño más grande también puede utilizarse. Por ejemplo, los finos cribados de pella y desperdicios de planta de pella son generalmente de aproximadamente .25 pulgadas (6.4 mm) en tamaño nominal. Tal material puede utilizarse directamente, o puede triturarse a -100 malla (0.149 mm) para mejor contacto con reductores carbonosos durante procesamiento. En una modalidad preferida, para compactos conteniendo carbón a 80% de la cantidad estoiquiométrica, montones de material reducible tienen una densidad de aproximadamente 1.9-2.0, bolas tienen una densidad de aproximadamente 2.1 y briquetas tienen una densidad de aproximadamente 2.1. Además, la mezcla reducible tiene una densidad de menos de aproximadamente 2.4. En una modalidad preferida, la densidad es entre aproximadamente 1.4 y aproximadamente 2.2. Una o más de las composiciones químicas de mineral de hierro mostradas en la tabla de la Figura 33 (es decir, excluyendo el contenido de oxígeno) proporcionan un material que lleva hierro adecuado para procesarse por un proceso de trozos de hierro metálicos, tal como proceso 10 descrito con referencia a la Figura 1. Como se muestra en la presente, tres concentrados magnéticos, tres concentrados de flotación, desperdicio de planta de pella y finos cribados de pella se muestran en forma de composición química. Como se utiliza en la presente, el material reductor utilizado en la capa de mezcla reducible 46 incluye al menos un material carbonoso. Por ejemplo, el material reductor puede incluir al menos uno de carbón, carbón de leña o coque. La cantidad de material reductor en la mezcla de material reductor y material que lleva hierro reducible dependerá de la cantidad estoiquiométrica necesaria para completar la reacción reductora en el proceso de horno empleándose. Como se describe más abajo, tal cantidad puede variar dependiendo del horno utilizado (por ejemplo, la atmósfera a la cual la reacción reductora tiene lugar) . En una o más modalidades, por ejemplo, la cantidad de material reductor necesario para llevar a cabo la reducción del material que lleva hierro es entre aproximadamente 70 por ciento y 90 por ciento de la cantidad estoiquiométrica de material reductor necesario para llevar a cabo la reducción. En otras modalidades, la cantidad de material reductor necesaria para llevar a cabo la reducción del material que lleva hierro es entre aproximadamente 70 por ciento y 140 por ciento de la cantidad estoiquiométrica de material reductor necesario para llevar a cabo la reducción. Al menos en una modalidad, tal material carbonoso se tritura a -100 malla (0.149 mm) o menos en tamaño para procesamiento de acuerdo con la presente invención. En otra modalidad, tal material carbonoso se proporciona en el rango de -65 (0.23 mm) a -100 malla (0.149 mm) . Por ejemplo, tal material carbonoso puede utilizarse en diferentes niveles estoiquiométricos (por ejemplo, 80 por ciento, 90 por ciento, y 100 por ciento de la cantidad estoiquiométrica necesaria para reducción del material que lleva hierro) . Sin embargo, material carbonoso en el rango de -200 malla (0.094 mm) a -8 malla (2.38 mm) también puede utilizarse. El uso de material carbonoso más grueso (por ejemplo, carbón) puede requerir cantidades incrementadas de carbón para llevar a cabo el proceso de reducción. El material carbonoso triturado más fino puede ser efectivo en el proceso de reducción, pero la cantidad de micro-trozos puede incrementar, y de esta manera ser menos deseable. Los diversos ejemplos presentados en la presente utilizan material carbonoso triturado a -100 malla (0.149 mm) al menos que se especifique de otra manera. Sin embargo, material carbonoso de tamaño más grande puede también utilizarse. Por ejemplo, material carbonoso de aproximadamente 1/8 pulgada (3 mm) en tamaño nominal puede utilizarse. Tal material de tamaño más grande puede utilizarse directamente, o puede triturarse a -100 malla (0.149 mm) o menos de mejor contacto con el material reducible que lleva hierro durante procesamiento. Cuando otros aditivos también se agregan a la mezcla reducible, tales aditivos si es necesario también pueden triturarse a -100 malla (0.149 mm) o menos en tamaño . Varios materiales carbonosos pueden utilizarse de acuerdo a la presente invención para proporcionar la mezcla reducible de material reductor y material que lleva hierro reducible. Por ejemplo, carbones bituminosos y antracita pueden utilizarse como el reductor carbonoso en al menos una modalidad de acuerdo a la presente invención. Sin embargo, en algunas regiones geográficas, tal como en el Rango de Hierro en Minnesota del Norte, el uso de carbón subbituminoso del oeste ofrece una alternativa económica atractiva, ya que tales carbonos son más fácilmente accesibles con los sistemas de transportación ya en su lugar, además son bajos en costo y bajos en azufre. Como tales, carbonos sub-bituminosos del oeste pueden utilizarse en uno o más procesos como se describe en la presente. Además, una alternativa para el uso directo de carbonos sub-bituminosos puede ser carbonizar, por ejemplo, a 900°C, el carbón sub-bituminoso antes de su uso. En una modalidad, la mezcla reducibde 46 tiene un espesor de más de .25 pulgadas (6.4 mm) y menos de 2.0 pulgadas (51 mm) . Además, en todavía otra modalidad, la mezcla reducible 46 tiene un espesor de menos de 1 pulgada (25.4 mm) y más de .5 pulgadas (12.7 mm) . El espesor de la mezcla reducible se limita generalmente y/o depende de la penetración efectiva de calor de la misma y área de superficie incrementada de la mezcla reducible que permite la transferencia de calor mejorada (por ejemplo, mezcla reducible en forma de domo como se describe en la presente) . Además del material reductor (por ejemplo, carbón o carbón de leña) y material que lleva hierro reducible (por ejemplo, material de óxido de hierro o mineral de hierro) , varios otros aditivos pueden proporcionarse opcionalmente a la mezcla reducible para uno o más propósitos como se muestra por el bloque 20 de la Figura 1. Por ejemplo, los aditivos que controlan basicidad de escoria, aglutinantes u otros aditivos que proporcionan funcionalidad de aglutinante (por ejemplo, cal puede actuar como un aglutinante débil en una configuración de micro-aglomerado descrita en la presente cuando se humecta), aditivos para controlar la temperatura de fusión de la escoria, aditivos para reducir la formación de micro-trozos, y/o aditivos para controlar el contenido de azufre en trozos de hierro resultantes formados por el proceso de trozos de hierro metálicos 10, puede utilizarse. Por ejemplo, los aditivos mostrados en la tabla de la Figura 34 pueden utilizarse en una o más modalidades de la capa de mezcla reducible 46. La tabla de la Figura 34 muestra las composiciones químicas de varios aditivos que incluyen, por ejemplo, composiciones químicas tales como Al(OH)3, bauxita, bentonita, Ca(OH)2, hidrato de cal, caliza, dolomita quemada, y cemento Pórtland. Sin embargo, otros aditivos también pueden utilizarse como se describirá además en la presente, tales como CaF2, Na2C03, fluorita, ceniza de soda, etc. Uno o más de tales aditivos, por separado o en combinación, pueden proporcionar resultados benéficos cuando se utilizan en el proceso de trozos de hierro metálicos 10. Como se trata en la presente con referencia a procesos de trozos de hierro metálicos que difieren en una manera u otra de aquellos descritos con referencia a la Figura 1 (por ejemplo, el proceso ITmk3, el proceso Hi-QIP, etc.), la mezcla reducible puede incluir los mismos materiales (es decir, tipo de composición) , pero la forma de la mezcla reducible en la solera puede ser diferente. Por ejemplo, la forma que la mezcla reducible toma puede ser una bola preformada, puede llenar hendiduras en una capa carbonosa pulverizada, puede ser briquetas u otro tipo de compacto (por ejemplo, incluyendo capas compactadas), etc. Como tal, la composición de la mezcla reducible es benéfica para múltiples tipos de proceso de trozos de hierro metálicos, y no solo el proceso de trozos de hierro metálicos descritos generalmente en la presente con referencia a la Figura 1. Con referencia adicional a la Figura 1. y en particular bloque 22 y la Figura 3B, las aberturas de canal 50 se definen, o proporcionan de otra manera, en la capa de mezcla reducible 46 para definir regiones de material reducible que forma trozos de hierro metálicos 59 como se muestra, por ejemplo, por las regiones cuadradas en la vista superior de la Figura 3D. Tal proceso de definición de canal se muestra mejor en y describe con referencia general a la Figura 3A-3E. La definición de canal proporciona al menos una manera de controlar el tamaño del trozo de hierro metálico como se describe con referencia a las diversas modalidades proporcionadas en la presente . Como se muestra en la Figura 3B, los canales 50 se proporcionan en la capa de mezcla reducible 46 de la Figura 3A para proporcionar la capa formada de mezcla reducible 48. Tales canales 50 se definen a una profundidad 56 en la mezcla reducible 46. La profundidad 56 se define como la profundidad extendiéndose desde una superficie superior de la capa de mezcla reducible 46 en una dirección hacia la solera 42. En una o más modalidades, la profundidad de los canales 50 puede extenderse solamente parte de la distancia a la capa de material de solera 44. Sin embargo, en una o más modalidades, la profundidad de canal puede extenderse a la capa de material de solera 44 (o aún en la capa 44 si es lo suficientemente gruesa ) . En la modalidad mostrada en las Figuras 3A-3E, las aberturas de canal 50 definidas en la capa de mezcla reducible 46 se proporcionan en una manera para formar montones 52 (ver el montón en forma de domo en la Figura 3B) en cada región de material reducible que forma trozos 59 (ver Figura 3D) definida por las aberturas 50. Como se muestra en las Figuras 3B-3D, una matriz de aberturas de canal 50 se crea en la capa de mezcla reducible 46. Cada una de las porciones formadas, o montones 52, de mezcla reducible incluye al menos una porción ranurada o curva 61. Por ejemplo, los montones 52 pueden formarse como pirámides, pirámides truncadas, montones redondos, montones redondos truncados, o cualquier otra forma o configuración adecuada. Por ejemplo, en una modalidad, cualquier forma adecuada o configuración que resulta en la formación de un trozo de metal en cada una de la una o más regiones de material reducible que forma trozos 59 puede utilizarse. En una o más modalidades, formas que proporcionan una gran área de superficie expuesta para transferencia de calor efectiva se utilizan (por ejemplo, montones en forma de domo similares a la forma del trozo que se forma) .

Además, como sería aparente a partir de la descripción en la misma, dependiendo de la forma de las porciones formadas, o montones 52, las aberturas de canal 50 tendrían formas o configuraciones asociadas con las mismas. Por ejemplo, si el montón 52 fue una estructura piramidal, una estructura piramidal truncada, o un montón en forma trapezoidal, las aberturas 50 pueden formarse en una configuración tipo V. Uno o más de tales tipos diferentes de aberturas de canal se describen además en la presente con referencia a las Figuras 5A a 10E. Las aberturas de canal pueden formarse utilizando cualquier dispositivo de definición de canal adecuado. Por ejemplo, uno o más diversos dispositivos de definición de canal se describen con referencia a las Figuras 8A a 10E en la misma. Además con referencia a la Figura 1, y como se muestra opcionalmente en el bloque 26, las aberturas de canal 50 son al menos parcialmente llenadas con material de relleno de separación de trozos 58 como se muestra en las Figuras 3C-3D. El material de relleno de separación de trozos 58 incluye al menos material carbonoso. Por ejemplo, en una o más modalidades, el material carbonoso incluye coque pulverizado o carbón de leña pulverizado, o mezclas de los mismos. Al menos en una modalidad, tal material pulverizado utilizado para rellenar las aberturas de canal se tritura a -6 malla (3.36 mm) o menos en tamaño para procesamiento de acuerdo a la presente invención. Al menos en una modalidad, tal material pulverizado utilizado para llenar las aberturas de canal es -20 malla (0.840 mm) o mayor. Material pulverizado más fino de más de - 20 malla (0.840 mm) (por ejemplo, -100 malla (0.149 mm) ) puede incrementar la cantidad de formación de micro-trozos. Sin embargo, materiales de tamaño más grande también pueden utilizarse. Por ejemplo, material carbonoso de aproximadamente 1/4.0 pulgadas (102 mm) (6 mm) en tamaño nominal puede utilizarse. Como se muestra en la Figura 3C, la profundidad 56 de cada canal 50 solamente se llena parcialmente con material de relleno de separación de trozos 58. Sin embargo, tales canales 50 pueden llenarse completamente y, en una o más modalidades, material carbonoso adicional puede formarse como una capa sobre, por ejemplo, los montones y arriba de los canales definidos llenados. En al menos una modalidad, al menos aproximadamente un cuarto de la profundidad de canal 56 se llena con material de relleno de separación de trozos 58. Aún además, en otra modalidad, menos de aproximadamente tres cuartos de la profundidad de canal 56 se llena con material de relleno de separación de trozos 58. Con las aberturas de canal 50 llenadas con al menos material carbonoso y con formación de regiones de material reducible que forma trozos generalmente uniformes 59, los trozos de tamaño uniforme pueden producirse por el proceso de trozos de hierro metálico 10. Como se reconocerá, mientras más grandes sean las regiones de material reducible que forma trozos 59 (por ejemplo, mientras más grandes sean los montones " 52 de mezcla reducible) , más grandes serán los trozos formados por el proceso 10. En otras palabras, el tamaño de trozo puede controlarse. Con las aberturas de canal 50 al menos parcialmente llenadas con material de relleno de separación de trozos 58, una capa formada 48 de mezcla reducible (por ejemplo, montones 52) pueden tratarse térmicamente bajo condiciones apropiadas para reducir el material que lleva hierro reducible y formar uno o más trozos de hierro metálicos en la una o más regiones de material reducible que forma trozos de hierro metálicos definidas 59 como se muestra en el bloque 24 de la Figura 1. Por ejemplo, como se muestra en la modalidad de la Figura 3E, un trozo metálico 63 se forma en cada una de las regiones de material reducible que forma trozos 59. Tales trozos 63 son generalmente uniformes en tamaño ya que substancialmente la misma cantidad de mezcla reducible se forma y procesa para producir cada uno de los trozos 63. Como se muestra en la Figura 3E, trozo resultante 60 en capa de material de solera 44 se muestra con el uno o más trozos de hierro metálicos 63 (por ejemplo, perlas de escoria en capa de material de solera 44 separadas de los trozos de hierro 63 o unidas a los mismos) . Con referencia adicional al bloque 28 de la Figura 1, los trozos metálicos 63 y escoria 60 (por ejemplo, perlas de escoria unidas) se descargan de la solera 42, y los trozos metálicos descargados se separan entonces de la escoria 60 (bloque 29) . El mecanismo de formación de trozos de hierro durante el tratamiento térmico (bloque 24) de la capa de mezcla reducible formada 48 se describe en la presente con referencia a las Figuras 4A-4D. Figuras 4A-4D muestran el efecto de tiempo en un horno reductor (es decir, el horno reductor descrito en la presente referido como el horno de tubo) a una temperatura de 1400°C en formación de trozos. La composición de la mezcla reducible incluida utilizando 5.7% concentrado de óxido de silicón, carbón bituminoso volátil medio a 80% requerimiento estoiquiométrico, y composición de escoria (A) se forma en dos montones separados 67. La composición de escoria (A) puede discernir del diagrama de fase de la Figura 21A y la tabla de la Figura 21B. Figura 4A muestra etapas del proceso de formación de trozos con los trozos 71 formados en una solera, Figura 4B proporciona una vista superior de tales trozos, Figura 4C proporciona una vista lateral de tales trozos, y Figura 4D proporciona una sección transversal de tales trozos. En otras palabras, las Figuras 4A-4D muestran una modalidad de una secuencia de formación de trozos de hierro incluyendo formar hierro de esponja metálico, fritar partículas metalizadas, coagular partículas de hierro metálicas fritadas al encoger y apretar la escoria transportada. Tales Figuras 4A-4D muestran la formación de trozos de hierro sólidos completamente fusionados 71 después de aproximadamente 5-6 minutos. La presencia de la ranura 69 en la mezcla reducible para formar montones 67 induce trozos de hierro 71 en isletas individuales para encogerse entre sí y separarse en trozos individuales. Tal proceso es muy diferente del mecanismo propuesto y descrito que utiliza bolas de mezcla de mineral de hierro/carbón tal como se describe en la sección de Antecedentes de la Invención en la presente. El mecanismo utilizado con las bolas se reporta para incluir la formación de hierro reducido directo por la reducción de bolas conteniendo carbono, formación de una cubierta de hierro metálico densa en la superficie de la forma redonda original con escoria fundida separada de metal, y un gran espacio vacío dentro, seguido por la fusión de la fase de hierro y separación de escoria del metal fundido. El proceso de trozos de hierro metálicos 10 puede llevarse a cabo por un sistema de horno 30 como se muestra generalmente en la Figura 2A.

Otros tipos de procesos de trozos de hierro metálicos pueden llevarse a cabo utilizando uno o más componentes de tal un sistema, solos o en combinación con otros aparatos apropiados. El sistema de horno 30 generalmente incluye un aparato cargador 36 operable para proporcionar una capa de mezcla reducible 46 en al menos una porción de capa de material de solera 44. El aparato cargador puede incluir cualquier aparato adecuado para proporcionar una mezcla reducible 46 sobre una capa de material de solera 44. Por ejemplo, un conducto de alimentación controlable, un dispositivo nivelador, un aparato de dirección de alimentación, etc, puede utilizarse para proporcionar tal mezcla de alimentación en la solera 42. Un dispositivo de definición de canal 35 es. entonces operable (por ejemplo, operación manual y/o automática del mismo; típicamente automática en unidades comerciales o sistemas) para crear la pluralidad de aberturas de canal 50 que se extienden al menos parcialmente a través de la capa de la mezcla reducible 46 para definir la pluralidad de regiones de material reducible que forma trozos 59. El dispositivo de definición de canal 35 puede ser cualquier aparato adecuado (por ejemplo, dispositivo cortador de canal, prensa formadora de montones, etc.) para crear las aberturas de canal 50 en la capa de mezcla reducible 46 (por ejemplo, formando montones 52, prensando la mezcla reducible 46, cortando las aberturas, etc.). Por ejemplo, el dispositivo de definición de canal 35 puede incluir uno o más moldes, herramientas cortadoras, herramientas formadoras, tambores, cilindros, barras, etc. Uno o más dispositivos de definición de canal adecuados deben describirse con referencia a las Figuras 8A a 10E. Sin embargo, la presente invención no se limita a ningún aparato específico para crear las aberturas de canal 50 en la formación de regiones de material reducible que forma trozos 59. El sistema de horno 30 incluye además un aparato de relleno de canal 37 operable para llenar al menos parcialmente la pluralidad de aberturas de canal 50 con material de relleno de separación de trozos 58. Cualquier aparato de relleno de canal adecuado 37 para proporcionar tal material de relleno de separación 58 en los canales 50 puede utilizarse (por ejemplo, operación manual y/o automática del mismo) . Por ejemplo, un aparato de alimentación que limita y coloca material en uno o más lugares puede utilizarse, puede dejarse que el material gire hacia abajo montones en forma de domo para llenar al menos parcialmente las aberturas, un dispositivo rociador puede utilizarse para proporcionar material en los canales, o un aparato sincronizado con un dispositivo de definición de canal puede utilizarse (por ejemplo, canales al menos parcialmente llenados a medida que los montones se forman) . Con el material reducible formado 48 proporcionado en la capa de material de solera 44 y con material de relleno de separación de trozos 58 proporcionado para llenar al menos parcialmente la pluralidad de aberturas de canal 50, un horno reductor 34 se proporciona para tratar térmicamente la capa formada de mezcla reducible 48 para producir uno o más trozos de hierro metálicos 63 en uno o más de la pluralidad de regiones de material reducible que forma trozos 59. El horno reductor 34 puede incluir cualquier región de horno adecuada o zonas para proporcionar las condiciones apropiadas (por ejemplo, atmósfera y temperatura) para procesar la mezcla reducible 46 de manera que uno o más trozos de hierro metálicos 63 se forman. Por ejemplo, un horno de solera giratorio, un horno de solera lineal, o cualquier otro horno capaz de realizar el tratamiento térmico de la mezcla reducible 46 puede utilizarse. Además como se muestra en la Figura 2A, el sistema de horno 30 incluye un aparato de descarga 38 utilizado para remover los trozos metálicos 63 y la escoria 60 formada durante el procesamiento por el sistema de horno 30 y descargar tales componentes (por ejemplo, trozos 63 y escoria 60) del sistema 30. El aparato descargador 38 puede incluir cualquier número de varias técnicas de descarga incluyendo descarga tipo gravedad (por ejemplo, inclinación de una bandeja incluyendo los trozos y escoria) o técnicas utilizando un dispositivo de descarga de tornillo o un dispositivo de descarga de rastro.

Uno reconocerá que cualquier número de diferentes tipos de aparato descargador 38 puede ser adecuado para proporcionar tal descarga de los trozos 63 (por ejemplo, agregados de trozo de hierro 63 y perla de escoria 60), y la presente invención no se limita a ninguna configuración particular de los mismos. Además, un aparato separador puede entonces utilizarse para separar los trozos de hierro metálicos 63 de las perlas de escoria 60. Por ejemplo, cualquier método para romper los agregados de perla de escoria y trozo de hierro puede utilizarse, tal como, por ejemplo, volteo en un tambor, cribado, una molienda por martillo, etc. Sin embargo, cualquier aparato de separación adecuado puede utilizarse (por ejemplo, un aparato de separación magnético) . Uno o más diferentes hornos reductores puede utilizarse de acuerdo a la presente invención dependiendo de la aplicación de la presente invención. Por ejemplo, en una o más modalidades en la presente, hornos de laboratorio se utilizan para realizar el tratamiento térmico. Uno reconocerá que de los hornos de laboratorio, la escala a nivel de producción de masa puede realizarse y la presente invención contempla tal escala. Como tal, uno reconocerá que varios tipos de aparatos descritos en la presente pueden utilizarse en procesos a gran escala, o equipo de producción necesario para realizar tales procesos a una escala más grande puede utilizarse.

En la ausencia de cualquier otra información de la composición de gas de horno de procesos de trozos de hierro, la mayoría de las pruebas de laboratorio descritas en la presente se llevan a cabo en una atmósfera de 67.7% N2 y 33.3% CO, asumiendo que C02 en un gas quemador encendido por gas natural se convertiría rápidamente en CO en la presencia de reductores carbonosos y materiales de capa de solera por la reacción Boudouard (o solución de carbono) (C02+C=2CO) a temperaturas más altas que 1000°C, y una atmósfera rica en CO prevalecería al menos en la proximidad de los materiales reducibles. Aunque la presencia de CO en la atmósfera de horno aceleró el proceso de fusión de alguna manera en comparación con una atmósfera solamente de N2, la presencia de C02 en las atmósferas de horno disminuyó las conductas de fusión de trozos de hierro. Hubo un efecto pronunciado de C02 en atmósferas de horno en formación de trozos de hierro a 1325°C (2417°F), en donde la temperatura estuvo en el borde de formación de trozos de hierro fusionados. El efecto de C02 se vuelve menos pronunciado a temperaturas más altas y, de hecho, el efecto se vuelve virtualmente ausente sobre 1400°C (2552°F). En los ejemplos dados en la presente, al menos que se indique de otra manera, las características salientes de descubrimientos se proporcionan como se observa principalmente en la atmósfera de CO y N2. Dos hornos reductores utilizados para llegar en una o más de las técnicas y/o conceptos utilizados en la presente incluyen hornos de prueba de laboratorio incluyendo, por ejemplo, un horno de tubo de laboratorio, como se muestra en la Figura 2B, y un horno de caja de laboratorio, como se muestra en la Figura 2C. El detalle considerando tales hornos debe proporcionarse como información complementaria a una o más pruebas ejemplificativas descritas en la presente. Al menos que se indique de otra manera, tales hornos de prueba de laboratorio se utilizan para llevar a cabo los diversos ejemplos proporcionados en la presente . El horno de tubo de laboratorio 500 (Figura 2B) como se utiliza en múltiples situaciones de prueba descritas en la presente, incluye un horno de tubo horizontal de 2 pulgadas (51 mm) de diámetro, 16 pulgadas (406 mm) de alto x 20 pulgadas (508 mm) de ancho x 41 pulgadas (1040 mm) de largo, con cuatro elementos de calentamiento de carburo de silicón, clasificados en 8 kW, y controlador de temperatura West 2070, ajustado con un tubo de mulita de 2 pulgadas (51 mm) de diámetro x 48 pulgadas (1220 mm) de largo. Un diagrama esquemático del mismo se muestra en la Figura 2B. En un extremo del tubo de combustión 501, un termopar tipo R 503 y un tubo de entrada de gas 505 se coloca, y en el otro extremo, una cámara enfriada con agua 507 se une, a la cual un puerto de salida de gas y un puerto de muestreo 509 se conectan. El gas efluente se arde, si CO se utiliza, y remueve a un sistema de ducto de escape, N2, CO y C02 se suministran a través del tubo de combustión en diferentes combinaciones a través de rotámeros respectivos para controlar la atmósfera del horno. Inicialmente, se utiliza una artesa Alundum, de 5 pulgadas (127 mm) de largo x pulgadas (19.0 mm) de ancho x 7/16 pulgadas (ll.l mm) de alto. Un perfil de temperatura típico del horno de tubo cuando la temperatura se fija a 1300°C (2372°F) se muestra como sigue.

Perfil de temperatura del horno de tubo, fijado a 1300°C (2372°F) * Dirección de flujo de gas de - a + La zona de temperatura constante de 1 pulgada (25.4 mm) aguas arriba del medio del horno fue suficiente para extenderse sobra una artesa de grafito de 4 pulgadas (102 mm) de ancho 511. Las pruebas de reducción se conducen al calentar a una temperatura en el rango de 1325°C (2417°F) a 1450°C (2642°F) y mantener por periodos de tiempo diferentes con una velocidad de flujo de gas, en muchas de las pruebas, de 2 L/min N2 y 1 L/min CO para control de atmósfera. En ciertas pruebas, la atmósfera se cambia para contener diferentes concentraciones de C02. La temperatura de horno se verifica con dos diferentes termopares de calibración y las lecturas se encuentran que concordaron dentro de 5°C. Para pruebas de reducción, una artesa de grafito 511 se introduce en la cámara enfriada con agua 507, el gas se cambia a ya sea una mezcla N2-CO o N2-C0-C02 y purga por 10 minutos. La artesa 511 se mueve hacia y remueve de la zona de temperatura constante. Entonces, los trozos de hierro y escoria se recogen y el resto se separa en una pantalla de 20 malla (0.840 mm) , y el tamaño en exceso y el tamaño menor se separan magnéticamente. La fracción magnética del tamaño en exceso incluye principalmente micro-trozos de hierro metálicos, mientras que la fracción magnética del tamaño menor en la mayoría de los casos se observa que incluye principalmente las partículas de coque con algunos materiales magnéticos unidos, ya sea de minerales de hierro o de impurezas que llevan hierro de carbón agregado. Además, un horno de caja eléctricamente calentado de laboratorio 600 (Figura 2C), 39 pulgadas (991 mm) de alto x 33 pulgadas (838 mm) de ancho x 52 pulgadas (1320 mm) de largo, tuvo cuatro elementos calentadores de carburo de silicón helicoidales en ambos lados en cada cámara del mismo. Un total de dieciséis (16) elementos calentadores en las dos cámaras se clasifica a 18 kW . El diagrama esquemático de horno de caja se muestra en la Figura 2C. El horno 600 incluyó dos cámaras de calentamiento de 12 pulgadas (305 mm) x 12 pulgadas (305 mm) x 12 pulgadas (305 mm) 602, 604, con las dos cámaras capaces de controlar temperaturas de hasta 1450°C independientemente, utilizando dos controladores Chromalox 2104. Un termopar tipo S se suspende de la parte superior en medio de cada cavidad 4H pulgadas (114 mm) arriba del fondo en cada cámara. Un perfil de temperatura típico en la segunda cámara 604 se da como sigue: Perfil de temperatura de horno de caja, fijo a 1400°C (2552°F) Distancia del centro Lectura de temperatura •c pulgadas -4* ( -102 ) 1392 -3 (-76) 1394 -2 (-51) 1396 -1 (-25.4) 1397 0 (0) 1397 +1 (25.4) 1396 +2 (51) 1395 +3 (76) 1393 +4 (102) 1392 * Dirección de flujo de gas de - a + La variación de temperatura durante una bandeja de 6 pulgadas (152 mm) de largo 606 estuvo dentro de unos pocos grados. El horno 600 se precede por una cámara de enfriamiento 608, 16 pulgadas (406 mm) de alto x 13 pulgadas (338 mm) de ancho x 24 pulgadas (610 mm) de largo, con una puerta lateral 620 a través de la cual una bandeja de grafito 606, 5 pulgadas (127 mm) de ancho x 6 pulgadas (152 mm) de ancho x 1^ pulgadas (38 mm) de alto con un espesor de 1/8 pulgadas (3.2 mm) , se introduce, y una ventana de vista 610 en la parte superior. Un puerto de entrada de gas 614, otra ventana de vista pequeña 612, y un puerto 616 para una varilla de empuje para mover una bandeja de muestra 606 en el horno 600 se ubican en la pared exterior de la cámara. En el lado unido al horno, una puerta de levantamiento 622 se instala para proteger que entre el calor radiante. Un agüero de pulgada (12.7 mm) en la puerta de levantamiento 622 permitió que el gas pase, y la varilla de empuje mueva la bandeja 606 dentro del horno 600. En el extremo opuesto del horno, un puerto de escape de gas de horno 630, un puerto de muestreo de gas 632, y un puerto para una varilla de empuje 634 para mover una bandeja 606 hacia afuera del horno 600, se ubican. Para controlar la atmósfera del horno, N2, CO y C02 se suministran al horno 600 en diferentes combinaciones a través de rotámeros respectivos. El flujo de gas total podría ajustarse en el rango de 10 a 50 L/min. En la mayoría de las pruebas, las bandejas de grafito 606 se utilizan, pero en algunas pruebas, las bandejas hechas de tabla de fibra a alta temperatura con un espesor de ^ pulgada (12.7 mm) se utilizan. Después de introducir una bandeja 606 en la cámara de enfriamiento 608, el horno se purga con N2 por 30 minutos para reemplazar el aire, seguido por otros 30 minutos con una mezcla de gas utilizada en una prueba de ya sea una mezcla N2-CO o N2-CO-C02 antes de que la bandeja de muestras 606 se empuje dentro del horno. Inicialmente, la bandeja se empuja justo dentro de la puerta de levantamiento 622, se mantiene ahí por 3 minutos, después en la primer cámara 602 para precalentar, típicamente a 1200°C, por 5 minutos, y en la segunda cámara para la formación de trozos de hierro, típicamente a 1400°C a 1450°C por 10 a 15 minutos. Después de la prueba, el gas se cambia a N2 y la bandeja 606 se empuja a la parte posterior de la puerta 622 y mantiene ahí por 3 minutos, y después en la cámara de enfriamiento 608. Después de enfriar por 10 minutos, la bandeja 606 se remueve de la cámara de enfriamiento 608 para observación. Entonces, los trozos de hierro y escoria se recogen y el resto se separa en una pantalla de 20 malla (0.840 mm) , y el tamaño en exceso y el tamaño menor se separan magnéticamente. La fracción magnética del tamaño en exceso incluye principalmente micro-trozos de hierro metálicos, mientras la fracción magnética del tamaño menor en la mayoría de los casos incluye principalmente las partículas de coque con algunos materiales magnéticos, ya sea de minerales de hierro o de impurezas que llevan hierro de carbón agregado. La fracción magnética de +20 malla (+0.840 mm) se marca y se refiere en la presente como "micro-trozos", y la -20 malla (-0.840 mm) se marca y se refiere en la presente como "-20 malla (-0.840 mm) mag.". Como tales, como se utiliza en la presente, los micro-trozos se refieren a trozos que son más pequeños que el trozo de origen formado durante el proceso pero demasiado grandes para pasar a través de la pantalla de 20 malla (0.840 mm) , o en otras palabras el material +20 malla (+0.840 mm) . Aún además, como se describe previamente en la presente, un horno de solera lineal tal como aquel descrito en la Solicitud de Patente Provisional de EE.UU. No. 60/558,197, titulada "Linear hearth furnance system and methods", presentada el 31 de Marzo de 2004, publicada como US 20050229748A1, también puede utilizarse. Un resumen del horno de solera lineal descrito en la presente es como sigue. Una modalidad ejemplificativa de tal horno de solera lineal se muestra generalmente en la Figura 2D y, puede ser, un horno de reducción de hierro de balancín caminante de cuarenta pies de largo (12.2 m) 712 incluyendo tres zonas de calentamiento 728, 730, 731 separadas por las paredes deflectoras internas 746 y también incluyendo una sección de enfriamiento final 734. Las paredes reflectoras 746 se enfrían, por ejemplo, por linteles enfriadas con agua para sostener el refractario en estos ambientes. Como se describe en la presente, varias pruebas también se corren utilizando este horno de solera lineal y resultados de las mismas se describen con referencia a las Figuras 35A a 41. Zona 728 se describe como una zona de calentamiento y reducción lineal. Esta zona puede operar en dos quemadores de 450,000 BTU (475 MJ) 738 encendidos por gas natural capaces de lograr temperaturas de 1093°C. Sus paredes y techo se forran con seis (6) pulgadas (152 mm) de refractario de fibra de cerámica clasificada en 1316°C. Su propósito es traer muestras a temperatura suficiente para secar, devolatilizar hidrocarbonos e iniciar las etapas de reducción. Los quemadores se operan sub-estoiquiométricamente para minimizar niveles de oxígeno. Zona 730 se describe como la zona de reducción. Esta zona puede operar en dos quemadores 738 de 450,000 BTU (475 MJ) encendidos por gas natural capaces de alcanzar 1316°C. Sus paredes y techo se forran con 12 pulgadas (305 mm) ae fibra cerámica refractaria clasificada para mantener temperaturas de operación constantes de 1316°C. La reducción de la mezcla de alimentación ocurre en esta zona 730. Zona 731 se describe como la zona de fundición o fusión. Esta zona puede operar en dos quemadores 738 de 1,000,000 BTU (1055 MJ) encendidos por gas natural capaces de mantener esta zona a 1426°C. Las paredes y techo se forran con 12 pulgadas (305 mm) de fibra cerámica refractaria clasificada para mantener temperaturas de operación constantes de 1426°C. La función de esta zona es completar la reducción, fusionar el hierro en nodulos de hierro metálico o "trozos". En el caso de que este horno se utilice para hacer hierro reducido directo o hierro esponjado, las temperaturas de esta zona se reducirían donde la reducción completa se promovería sin fusión o fundición . La zona final 734, o zona de enfriamiento, es una sección cubierta con agua del horno de aproximadamente once (11) pies de largo (3.7 m) . Una serie de puertos se han instalado entre la tercer zona y la sección de enfriamiento de manera que el nitrógeno puede utilizarse para crear un espacio en blanco. El propósito de esta zona es enfriar las bandejas de muestra 715 de manera que puedan manejarse de manera seguirá y solidifiquen los trozos de hierro metálicos para retiro del horno. Zona 728, 730, y 731 se controlan de manera individual de acuerdo a la temperatura, presión y velocidad de alimentación, haciendo al horno 712 capaz de simular varios procesos de reducción de hierro y condiciones de operación. Un controlador 718 micrológico Alien Bradley PLC acoplado a un PLC Automático-Directo para un mecanismo de balancín caminante 724 controla el horno a través de la interfase PC amistosamente para el usuario.

La operación del horno bajo presión positiva permite el control de la atmósfera en cada una de las zonas a niveles de oxígeno reducidos (por ejemplo, a 0.0%). Las bandejas de muestra 715 también se llenan con brisa de coque u otras capas de material de solera carbonoso para mejorar además la atmósfera del horno. El retaque a alta temperatura se utiliza para sellar las costuras en todas las superficies expuestas para minimizar la filtración de aire. La velocidad de alimentación se controla por un mecanismo de balancín caminante hidráulico, controlado PLC Automático-Directo 724 que avanza las bandejas 715 a través del horno 712. Este dispositivo monitorea el tiempo en cada zona y avanza las bandejas 715 de acuerdo con lo anterior con el mecanismo de balancín caminante 724 mientras regula la velocidad de alimentación. La velocidad de alimentación del horno y posición de las bandejas se despliega en una pantalla de operación a través de la comunicación con PLC. Un par de balancines caminantes refractarios concretos, lado a lado se extienden la longitud del horno 712. Se accionan hacia delante y hacia atrás con un par de cilindros hidráulicos operados a través de PLC. Los balancines se alzan y bajan a través de un segundo par de cilindros hidráulicos que empujan los ensambles de balancines hacia arriba y hacia abajo una serie de inclinaciones (cuñas) en rodillos. La activación del mecanismo de balancín los mueve a través de un total de 5 revoluciones o 30 pulgadas (762 mm) por ciclo, el equivalente a una bandeja. Las bandejas de muestra 715 se preparan manualmente antes de iniciar la prueba. Las bandejas adicionales también pueden utilizarse, cubiertas con coque o un reductor carbonoso para regular la atmósfera del horno. Un elevador de plataforma de placa de rodillo 752, elevada y bajada con un cilindro neumático, se diseña para alinear las bandejas de muestra 715 y la alimentación 720 del horno para inserción de bandeja. La elevación del elevador 752 empuja abierta una puerta de alimentación cargada por resorte, exponiendo la sección de alimentación del horno a la atmósfera para insertar las bandejas. Las bandejas se insertan en el horno una vez que se logra el peso y alineación apropiados. Un sistema de alimentación automático de bandejas se utiliza para alimentar las bandejas de muestra con un cilindro neumático. El balancín caminante 724 transporta bandejas 715 al extremo opuesto 722 del horno donde se descargan en un elevador de plataforma similar (placa de bola de rodillo) 754. Un mecanismo de seguridad se ha instalado para monitorear la posición de las bandejas calientes en la descarga del horno. Los rodillos de descarga conducen las bandejas sobre el elevador de plataforma donde pueden removerse o re-insertarse de nuevo en el horno. Los rodillos de descarga no funcionarán al menos que las bandejas estén en posición para descarga, el elevador de plataforma está en la posición "hacia arriba", y los haces caminantes se han bajado para prevenir que las bandejas calientes se descarguen de manera accidentada. Los rodillos transportadores ordenados se ubican en la descarga del horno para remover y almacenar las bolitas de muestra hasta el enfriamiento. Para volver a meter las bandejas de nuevo al horno, una carreta de regreso se ha diseñado que transporta bandejas calientes, por debajo del horno, de regreso al elevador de plataforma en el extremo de alimentación. El sistema de gas de escape 747 se conecta a un ventilador de escape 753 con un VFD controlado por el PLC de horno. Debido a que el ventilador de escape 753 se sobredimensiona para esta aplicación, un regulador en línea manualmente controlado o control de presión 755 se utiliza para reducir la capacidad del ventilador de escape 753 para mejorar el control de presión de la zona. Como una precaución de seguridad, una columna barométrica en un tanque de agua controlado por nivel se instala entre el cabezal superior común y ventilador de escape para absorber cualquier cambio de presión repentino. Los gases de escape se descargan del ventilador 753 a un tubo de escape 757 de cuarenta pies (12.2 m) . Los ductos de escape son refractarios, alineados a las paredes exteriores del horno donde transitan a acero inoxidable a alta temperatura (RA602CA) , ajustados con boquillas de rocío de agua 749, utilizadas para enfriar los gases de desperdicio. La temperatura de los gases de desperdicio de cada zona se controla con un termopar en línea y un medidor de flujo de agua manualmente controlado unido a cada conjunto de rociadores de agua. Los ductos de acero inoxidable se siguen por acero de carbono estándar una vez que los gases se enfrían lo suficiente. Un termopar en el cabezal común se utiliza para monitorear la temperatura del gas de escape y minimizar el calor a los cojinetes del ventilador de escape. Las bandejas de muestra o bolitas 715 (como se muestran en la Figura 35A) tienen morteros forrados refractarios, cuadrados de 30 pulgadas (762 mm) con un fondo plano para transportarse a través del horno por el mecanismo de balancín caminante 724. La estructura de bandejas pueden hacerse de una aleación de acero inoxidable 303 o acero de carbono. Pueden forrarse con ladrillo refractario a alta temperatura o fibra cerámica con paredes laterales para contener la mezcla de alimentación. Los sistemas de horno arriba descritos se dan para propósitos ejemplificativos solamente para ilustrar además el proceso de formación de trozos 10 y proporcionar ciertos detalles en la prueba y resultados reportados en la presente. Se reconocerá que cualquier sistema de horno adecuado capaz de llevar a cabo una o más modalidades de un proceso de formación de trozos de hierro metálicos descrito en la presente puede utilizarse de acuerdo a la presente invención.

Como se describe generalmente con referencia a • la Figura 1 y Figura 3B, las aberturas de canal 50 pueden ser de múltiples configuraciones y profundidades. Como se muestra en la Figura 3B, las aberturas de canal 50 forman montones 52 de mezcla reducible en cada una de las regiones de material reducible que forma trozos 59 (Figura 3D) . Con las aberturas de canal 50 extendiéndose una profundidad 56 en la capa de mezcla reducible 46, los montones 52, por ejemplo, pueden tener un domo o forma esférica. Múltiples modalidades alternas para configuraciones de abertura de canal alterna se muestran en las Figuras 5A a 7B, así como también en las Figuras 8A a 10E. Además, en las Figuras 8A a 10E, los tipos alternos de dispositivos de definición de canal 35 se muestran, los cuales pueden utilizarse para formar tales aberturas de canal (por ejemplo, aberturas de canal que se asocian con la formación de montones en cada una de una pluralidad de regiones de material reducible que forma trozos) . Figuras 5A-5B muestran una vista superior y una vista lateral transversal de una modalidad de abertura de canal alterna. Como se muestra en la presente, una matriz de aberturas de canal 74 se crean en la capa de mezcla reducible 72. Cada abertura de canal 74 se extiende parcialmente en la capa de mezcla reducible 72 y no se extiende completamente a la capa de material de solera 70. La rejilla de aberturas de canal 74 (por ejemplo, aberturas de canal de substancialmente el mismo tamaño pasando tanto horizontal como verticalmente) forman regiones de material reducible que forma trozos cuadrados o de forma rectangular 73. Como se muestra en la Figura 5B, las aberturas de canal 74 son básicamente una indentación ligera en la capa de mezcla reducible 72 (por ejemplo, una hendidura alargada) . Cada una de las aberturas de canal 74 se llena completamente con material de relleno de separación de trozos 76. También como se muestra en la Figura 5B, las aberturas de canal 74 se extienden a una profundidad que es aproximadamente la mitad del espesor de la mezcla reducible 72. Figuras 6A-6B muestran una vista superior y una vista lateral de sección transversal de todavía otra modalidad alterna de una configuración de abertura de canal. Como se muestra en la presente, un primer conjunto de aberturas de canal 84 pasa en una primer dirección y un conjunto adicional de aberturas de canal 84 pasa en una segunda dirección ortogonal a la primer dirección. Como tal, las regiones de material reducible que forma trozos en forma rectangular 83 se forman. Los montones de mezcla reducible 82 son de substancialmente una forma piramidal debido a las aberturas de canal siendo ranuras en forma de V 84. Como se muestra en la Figura 6B, las ranuras en forma de V 84 se extienden a capa de material de solera 80 y las aberturas de canal 84 se llenan con material de relleno de separación de trozos 86. El material de relleno de separación de trozos 86 se llena con menos de la mitad de la profundidad "de los canales de ranura en forma de V 84. Figuras 7A-7B muestran una vista superior y una vista lateral de sección transversal de todavía otra modalidad alterna de una configuración de abertura de canal en donde una rejilla de ranuras en forma de V forman regiones de material reducible que forma trozos de forma rectangular 93. Las aberturas de canal en forma de V 94 generalmente forman un montón piramidal truncado de mezcla reducible 92 en cada una de las regiones de material reducible que forma trozos 93. El material de relleno de separación de trozos 96 rellena completamente cada una de las ranuras en forma de V 94. Las aberturas de canal en forma de V 94 se extienden a la capa de material de solera 90. Como se muestra en las múltiples modalidades, uno reconocerá que las aberturas de canal pueden formarse para extenderse a través de la capa de mezcla reducible completa a la capa de material de solera o solamente de manera parcial a través de la misma. Además, uno reconocerá que el material de relleno de separación de trozos puede rellenar completamente cada una de las aberturas de canal o puede solamente rellenar parcialmente tales aberturas. Figuras 8A-8B muestran una vista superior y una vista lateral en sección transversal, respectivamente, de todavía otra modalidad alterna de una configuración de abertura de canal . Además, las Figuras 8A-8B muestran un dispositivo de definición 106 para utilizarse en la formación de aberturas de canal 104 en una capa de mezcla reducible 102 que se ha proporcionado en la capa de material de solera 100. Las aberturas de canal 104 son generalmente ranuras alargadas creadas en la capa de mezcla reducible 102 por el dispositivo de definición de canal 106. El dispositivo de definición de canal 106 incluye un primer elemento alargado 108 y uno o más elementos de extensión 110 extendiéndose de manera ortogonal del elemento alargado 108. Como se muestra por las flechas de dirección 107, 109, el dispositivo de definición de canal 106 y/o la mezcla reducible 102 pueden moverse a lo largo de ambos ejes, x y y, para mover suficiente material de la mezcla reducible para crear las aberturas de canal 104. Por ejemplo, cuando el elemento 108 y/o la mezcla reducible 102 se mueve en la dirección representada por la flecha 107, los canales se crean los cuales son ortogonales a aquellos creados cuando el dispositivo 106 se mueve en la dirección 109. En una modalidad-, el elemento alargado 108 no necesita moverse en la dirección representada por la flecha 107, a medida que la capa de mezcla reducible 102 se mueve, por ejemplo, a la derecha a una velocidad constante tal como en un proceso de formación continúo mostrado en la Figura 10A. Figuras 9A-9B muestran una vista superior y una vista en sección transversal, respectivamente, de todavía otra configuración de abertura de canal alterna junto con un dispositivo de definición de canal 126 para formar aberturas de canal 124 en una capa de mezcla reducible 122 proporcionada en la capa de material de solera 120. Las aberturas de canal 124 incluyen una matriz de ranuras alargadas en una primer y segunda dirección que son ortogonales a otra y que forman generalmente una matriz de regiones de material reducible que forma trozos rectangulares 131. El dispositivo de definición de canal 126 incluye un primer elemento de eje giratorio alargado 128 que incluye una pluralidad de elementos de disco separados 127 montados de manera ortogonal relativa al elemento de eje alargado 128. En una modalidad ejemplificativa, los elementos de disco 127 giran en su lugar para crear ranuras cuando la mezcla de alimentación reducible 122 se mueve en la dirección 133. En otras palabras, la flecha bidireccional 132 indica la rotación del elemento de eje 128 y, como tal el uno o más elementos de disco 127 de manera que la rotación de elementos de disco 127 (cuando la capa de mezcla reducible 122 se mueve en la dirección 133) produce canales en forma de ranura 124 en una primer dirección (es decir, en la dirección de la flecha 133) . En una modalidad, el dispositivo de definición de canal 126 incluye además una o más cuchillas planas 130 conectadas al elemento de eje giratorio 128 entre los elementos de disco 127. Las cuchillas planas 130 (por ejemplo, dos cuchillas montadas 180 grados aparte como se muestra en la Figura 9B, tres cuchillas montadas 120 grados aparte, etc.) ranuran la mezcla reducible 122 en la dirección transversal (es decir, ortogonal a la dirección de la flecha 133) a medida que la capa de mezcla reducible 122 se mueve, a una velocidad constante tal como en un proceso de formación continúo mostrado en la Figura 10A. Uno reconocerá que las aberturas de canal 124 extendiéndose en la dirección 133 pueden crearse por el mismo o diferente dispositivo de definición de canal como aquellos creados ortogonales a los mismos. Por ejemplo, el dispositivo de definición de canal 126 puede utilizarse para crear canales 124 a lo largo de la dirección 133, mientras que el dispositivo de canal 106, como se muestra con referencia a las Figuras 8A-8B, pueden utilizarse para formar los canales 124 que se extienden ortogonales a los mismos. En otras palabras, el mismo o múltiples tipos de dispositivos de definición de canal pueden utilizarse para crear las aberturas de canal en una o más configuraciones de abertura de canal alternas diferentes descritas en la presente, y la presente invención no se limita a ningún dispositivo de definición de canal particular o combinación de dispositivos. Figura 1 OA es una vista en sección transversal lateral ilustrativa de todavía otra configuración de abertura de canal alterna en combinación con un dispositivo de definición de canal 146. Como se muestra en la Figura 10A, el dispositivo de definición de canal 146 crea montones 145 en una capa de mezcla reducible 142, similar a aquellas mostradas generalmente en las Figuras 3B-3C. El dispositivo de definición de canal 146 se gira, por ejemplo, en la dirección de la flecha 152 y a través de la capa de mezcla reducible 142 para formar montones 145 en una forma correspondiente a superficie de moldeo 150 a medida que la capa de mezcla reducible 142 se mueve en la dirección de la flecha 153.

En otras palabras, el dispositivo de definición de canal 146 incluye un elemento alargado 148 que se extiende a lo largo de un eje alrededor del cual el dispositivo 146 gira. Una o más superficies de molde 150 se forman en una ubicación radial del eje 148. Como se muestra en la Figura 10A, tales superficies de molde 150 se extienden a lo largo del perímetro completo a una distancia radial del eje 148 y también a lo largo del eje 148 (aunque no se muestra) . Las superficies de molde 150 pueden formarse en cualquier configuración particular para formar la forma de aberturas de canal 144 que corresponden directamente a la forma de montones 145 formados en la capa de mezcla reducible 142 que se proporciona en la capa de material de solera 140. Uno reconocerá que los montones no necesitan ser de forma esférica, tener superficies curvas, pero pueden ser de cualquier otra forma tal como un montón moldeado piramidal, un montón piramidal truncado, etc. Figura 10B muestra aún otra modalidad alterna de un dispositivo de definición de canal 166 para formar aberturas de canal 164 y montones 165 en la capa de mezcla reducible 162 que son substancialmente similares a aquellos formados como se describe con referencia a la Figura 10A. Como se muestra en la Figura 10B, el dispositivo de definición de canal 166 está en la forma de un aparato de estampado teniendo una pluralidad de superficies de molde 169 a una región inferior de un miembro de cuerpo de estampa 168. Las superficies de molde 169 corresponden a la forma de las aberturas de canal 164 y los montones 165 que están por formarse así. Como se representa generalmente por el elemento alargado 167 extendiéndose del miembro de cuerpo de estampa 168 y flecha 163, una fuerza se aplica al aparato de estampado para formar los montones 165 al bajar las superficies moldeadas 169 sobre la mezcla reducible 162. Al alzar el aparato de estampado y movimiento de la mezcla reducible para el aparato de estampado en una dirección representada generalmente por la flecha 165, el dispositivo de definición de canal puede moverse a otra región de mezcla reducible 162 y después una vez de nuevo se baja para formar montones adicionales 165 y aberturas de canal 164. Como se describe en la presente, varios dispositivos de definición de canal pueden utilizarse para formar los montones y aberturas de canal asociadas de acuerdo a la presente invención. Sin embargo, en una modalidad, los montones substancialmente esféricos o en forma de domo, tales como aquellos mostrados en las Figuras 10A-10B y Figuras 3B-3C, se proporcionan. Como se muestra en tales figuras, las aberturas extendiéndose a una profundidad dentro de la capa de mezcla reducible pueden extenderse a la capa de material de solera o solamente parcialmente a través de la mezcla reducible. Además, como se muestra en tales figuras, los canales formando tales montones en forma de domo pueden llenarse parcial o completamente con el material de relleno de separación de trozos. En una modalidad particular, el material de relleno de separación de trozos se proporciona en menos de aproximadamente tres cuartos de la profundidad de canal para las aberturas de canal formando tal domo o montones de forma esférica. Figuras 10C-10E se proporcionan para ilustrar el uso de presión o compactación como un parámetro de control en una o más modalidades de un proceso de formación de trozos de hierro metálicos. Una o más modalidades ilustradas de técnicas de formación de mezcla reduciblé aplican presión o compactación a la mezcla reducible en la solera para proporcionar un parámetro de control agregado al proceso de crecimiento y nucleación de los trozos metálicos. Por ejemplo, el uso de presión o compactación como un parámetro de control hace posible nuclear, localizar, y desarrollar nodulos más grandes en la solera. Para una temperatura dada, el nodulo resultante en un trozo metálico se nucleará y desarrollará en el punto de presión o compactación más alta. El uso de presión o compactación puede combinarse con cualquiera de las modalidades descritas en la presente o como una alternativa al mismo. Por ejemplo, y como se describe en la presente, en la formación de los canales o formación de la mezcla reducible en el material de solera, la compactación o presión (por ejemplo, presionando utilizando uno o más dispositivos de definición de canal) puede utilizarse para alterar el proceso de formación de trozos. Tal mezcla reducible compactada puede utilizarse sola o en combinación con material de relleno de separación de trozos proporcionándose en aberturas formadas por compactación o presión.

Además, por ejemplo, un aparato de compactación (por ejemplo, un cilindro de briqueta o rodillo una prensa de briqueta) puede utilizarse para optimizar el tamaño y/o forma de los trozos formados. El aparato de compactación puede, por ejemplo, configurarse para imprimir un patrón en una capa de mezcla reducible (por ejemplo, finos que llevan hierro y un material reductor) . Mientras más profunda sea la impresión, mayor sería la compactación en un área particular. Tal compactación puede resultar en mayor rendimiento para el proceso de formación de trozos. Además, puede ser posible incrementar el tamaño de trozos a un punto donde las clasificaciones de solidificación y otros parámetros físicos restringen la formación de trozos metálicos y separación de escoria. En un ambiente de temperatura uniforme, las áreas de mayor compactación deberían mejorar el calentamiento y difusión, actuando así como el sitio de colección y nucleación para trozos metálicos, proporcionando una manera para ubicar donde un trozó se formará en la solera. Además, puede ser posible utilizar el grado agregado de libertad originado por la compactación o presión como un parámetro de control para contrarrestar los efectos negativos de un perfil de temperatura no uniforme a través de la solera que puede resultar como una consecuencia de la geometría del horno (por ejemplo, efectos de borde) y ubicación de la fuente de calor en el horno. Además todavía, además de utilizar la presión para controlar las clasificaciones de reacción (es decir, en la formación de trozos metálicos), clasificaciones de difusión de gases reductores pueden variarse al utilizar presión en combinación con tamaño de partícula, para controlar las trayectorias para gases que entran en el material formado. Del mismo modo, las clasificaciones de reacción en estado sólido de particulados, como se gobierna por transferencia de calor y mecanismos de difusión metalúrgicos, también pueden variarse. Varios perfiles de compactación se muestran en las Figuras 10C-10E. Sin embargo, tales perfiles son solamente ilustrativos de los muchos diferentes compactos que podrían formarse utilizando presión y compactación. Los compactos se refieren a cualquier mezcla reducible compactada u otro material de alimentación que tiene presión aplicada al mismo cuando se forma en una forma deseada (por ejemplo, compactación o presión utilizada para formar montones en una solera, utilizada para proporcionar uno o más perfiles de compactación en una capa de material reducible, o utilizada para formar bolas compactadas u objetos de forma rectangular compactados, tales como bolas secas o briquetas que se preforman utilizando compactación o presión y proporcionan a la solera para procesamiento) . Se reconocerá que diferente presurización durante la formación de los compactos puede resultar en diferentes características de procesamiento. Figuras 10C-10E muestran una solera 220 en la cual se proporciona una capa de material de solera 222. Una capa de mezcla reducible compactada 224, 226 y 228 se muestra en las Figuras 10C-10E respectivas. Figura 10C incluye depresiones compactadas en forma de arco 230 en la capa de mezcla reducible 224, Figura 10D incluye depresiones compactadas en forma de arco 232 en la capa de mezcla reducible 226 donde presión más alta se aplica que en la Figura 10C, y Figura 10E incluye depresiones compactadas configuradas por pared recta más cónica 234 en la capa de mezcla reducible 228. Sin embargo, uno reconocerá que cualquier patrón compactado puede proporcionarse en las capas de mezcla reducible para utilizarse en un proceso de formación de trozos y las Figuras 10C-10E se proporcionan para ilustración solamente . Además, Figuras 11A-11E muestran varias otras ilustraciones de aquellas que pueden utilizar compactación para formar la mezcla reducible teniendo una o más composiciones como se describe en la presente. Por ejemplo, las Figuras 11A-11B muestran bolas preformadas (por ejemplo, compactadas o, de otra manera formadas sin compactación o presión, tal como con el uso de un material aglutinante) de mezcla reducible para utilizarse en una o más modalidades de un proceso de trozos de hierro metálicos, en donde la Figura HA muestra una bola de múltiples capas de mezcla reducible y además en donde la Figura 11B muestra una bola de múltiples capas teniendo capas de diferentes composiciones. Figuras 11C-11D muestran compactación utilizada para proporcionar compactos (por ejemplo, briquetas) de mezcla reducible para utilizarse en una o más modalidades de un proceso de trozos de hierro metálicos, en donde la Figura 11C muestra la formación de compactos de tres capas, y además en donde la Figura 11D muestra formación de compactos de dos capas. Además, Figuras 11E-11F muestran el uso de compactación (por ejemplo, a través del proceso de moldeo) para utilizarse en proporcionar compactos (por ejemplo, briquetas) de mezcla reducible para utilizarse en una o más modalidades de un proceso de trozos de hierro metálicos. Figura HE muestra la formación de compactos de dos capas, y además en donde la Figura 11 muestra la formación de compactos de tres capas. Figuras 11A-11E se describen además en la presente con referencia a utilizar diferentes % de niveles de material reductor (por ejemplo, material carbonoso) u otros constituyentes del mismo (por ejemplo, aditivos) en diferentes capas de la mezcla reducible formada . Figuras 12A a 15D ilustran una o más modalidades ejemplificativas de la presente invención y el efecto de la cantidad de material de relleno de separación de trozos utilizado en las aberturas de canal. Para incrementar el área de superficie expuesta de la capa de mezcla reducible a la atmósfera de horno, formando la mezcla en una forma simple ayuda en la separación de la capa de mezcla reducible en trozos individuales, y también minimiza el tiempo requerido para formar trozos de hierro completamente fusionados. Como se muestra en un ejemplo de acuerdo a la Figura 12A, un molde de madera en forma de domo, equi-dimensional de 12 segmentos de 1 3/8 de pulgada (35 mm) x 1 3/8 de pulgada (35 mm) x 1 pulgada (25.4 mm) de profundidad en el ápice en cada hueco se fabrica y utiliza para formar una capa de mezcla reducible en bandejas de grafito (es decir, teniendo un tamaño de 5 pulgadas (127 mm) por 6 pulgadas (152 mm) que incluyen un 5.7 por ciento de concentrado magnético de Si02 y carbón bituminoso medio volátil a 80 por ciento del requerimiento estoiquiométrico para metalización en la composición de Escoria (A) . La mezcla reducible se coloca en un espesor uniforme sobre una capa de coque pulverizado, y el molde de madera se presiona contra la mezcla reducible para formar las isletas en forma de domo simples de la mezcla reducible, como se muestra en la Figura 12B. Cuando las aberturas de canal o ranuras entre las isletas en forma de domo de mezcla de alimentación reducible se dejan sin ningún material de relleno de separación de trozos o coque, y después de procesar en el horno de caja a 1450°C por 6 minutos en una atmósfera de 80% N2-20% CO, trozos se forman. Sin embargo, el producto de trozos resultante después de procesamiento incluyó coalescencia incontrolable de hierro fundido (por ejemplo, los trozos no se separan de manera efectiva y no fueron uniformes en tamaño ) . Como se muestra en el ejemplo de la Figura 12C, un patrón de 12 segmentos moldeado de mezcla de alimentación reducible incluyendo un concentrado magnético de Si02 al 5.7%, carbón bituminoso volátil medio a 80% de la cantidad estoiquiométrica en composición de escoria (A) se proporciona. El patrón de 12 segmentos tiene las ranuras del mismo completamente rellenadas con coque pulverizado y se procesa en el horno de caja a 1450°C por 6 minutos en una atmósfera de 80% N2-20% CO. Los resultados de tal procesamiento se muestran en la Figura 13A y 14A como se describe aba o . Figuras 13A-13D y Figuras 14A-14D muestran el efecto de niveles de coque en ranuras o aberturas de canal de la mezcla de alimentación en forma de domo, de 12 segmentos. Figura 13A muestra el efecto de niveles de coque en ranuras de la mezcla de alimentación en forma de domo, de 12 segmentos, llenadas con coque pulverizado al nivel lleno (por ejemplo, la profundidad completa de la abertura de canal como se describe arriba) , Figura 13B muestra el efecto cuando tales ranuras o aberturas de canal se llenan a un nivel a la mitad, Figura 13C muestra el efecto cuando tal ranura o aberturas de canal se llena a un cuarto de nivel, y la Figura 13D muestra el efecto cuando no se proporciona coque o material de relleno de separación de trozos en las aberturas de canal tal como se describe arriba con referencia a la Figura 12B. Como se muestra en la presente, y también en las Figuras 14A-14D correspondientes, cuando las ranuras no se llena o se llenan un cuarto con coque, algunos de los trozos de hierro se combinan en tamaños más grandes y sus tamaños no podrían controlarse. Cuando las ranuras se llenan a un nivel medio, cada segmento mantiene su tamaño para formar trozos de hierro completamente fusionados. El procesamiento térmico para formar los trozos de hierro se realiza en el horno de caja eléctrico a una temperatura de 1450°C por 6 minutos. En 5.5 minutos, un trozo de hierro en el centro mostró una señal de estar en el borde de fusión total. De acuerdo con lo anterior, podría concluirse que 5.5 minutos fueron el tiempo mínimo requerido para fusión completa con el patrón moldeado . Los ejemplos mostrados en las Figuras 15A-15D muestran además el efecto de utilizar material de relleno de separación de trozos de solera en las aberturas de canal de capa de mezcla reducible. Proporcionando tal material de relleno de separación de trozos de solera en las ranuras o aberturas de canal se cree que causa una mezcla reducible en cada región (por ejemplo, una región rectangular de mezcla reducible) para encogerse separadas entre sí y separarse en trozos de hierro individuales. El tamaño de los rectángulos y el espesor de la capa de mezcla reducible controla el tamaño de trozo resultante. Como se muestra en la Figura 15A, el control de los tamaños de trozos de hierro puede realizarse al cortar un patrón rectangular de ranuras en una capa de mezcla reducible. En este caso, se proporciona una mezcla incluyendo 5.7% de concentrado magnético de Si02 y carbón bituminoso volátil medio a 80% de la cantidad estoiquiométrica en composición de escoria (A) . El grado al cual las ranuras formando las regiones de mezcla reducible que forma trozos necesitan llenarse con material carbonoso se ejemplifica al presionar una capa de mezcla reducible de 16 milímetros de grosor con ranuras de 13 milímetros de profundidad para formar un patrón cuadrado 12, como se muestra en las Figuras 15A-15D. Las ranuras en la mezcla reducible de la Figura 15A se dejan vacías y en otra modalidad de prueba, las ranuras se llenan con 20/65 (0.840/0.230 mm) de coque, como se muestra en la Figura.15C. Las bandejas se calientan en el horno de caja a 1450°C por 13 minutos en una atmósfera de 80% N2-20% CO. Los resultados se muestran en las Figuras 15B y 15D, respectivamente. Sin coque pulverizado o material carbonoso en las ranuras, algunos cuadrados se encogen para formar trozos de hierro individuales, mientras que otros se combinan para formar trozos de hierro más grandes. Hubo poco control sobre el tamaño de los trozos de hierro cuando el material de relleno de separación de trozos (por ejemplo, material carbonoso) no se utiliza en las aberturas de canal o ranuras. A medida que los cuadrados individuales de hierro fundido se difunden por su propio peso, se tocan entre sí y juntan en tamaños más grandes. El hierro fundido de tamaños más grandes eventualmente se acerca a un espesor constante, como se determina por un equilibrio entre una fuerza de difusión debido a su propio peso y la fuerza limitante debido a su tensión de superficie. Como se muestra en la Figura 15D, cuando el material de relleno de separación de trozos (por ejemplo, material carbonoso, tal como coque pulverizado) se coloca en las ranuras o aberturas de canal, trozos de hierro individuales se mantienen separados y trozos de hierro de tamaño uniforme podrían obtenerse. El llenado de las ranuras con partículas de coque ayudó en cada montón de material reducible para formar trozos de hierro fundido individuales por separado y de manera uniforme. Las ilustraciones ejemplificativas anteriores proporcionan soporte para la provisión de aberturas de canal en la capa de mezcla reducible para definir regiones que forman trozos de hierro metálicos (bloque 22), como se describe con referencia a la Figura 1. El tratamiento térmico de tales regiones formadas de material reducible resulta en uno o más trozos de hierro metálicos . Además, al menos en una o más modalidades de acuerdo a la presente invención, las aberturas de canal se llenan al menos parcialmente con material de relleno de separación de trozos (por ejemplo, material carbonoso) (bloque 26) como se describe en los ejemplos en la presente. Con uso de tales aberturas de canal 50 y material de relleno de separación de trozos 58 en las mismas, como se muestra, por ejemplo, en las Figuras 3B-3C, trozos de hierro metálicos de forma substancialmente uniforme 63 se forman en cada región de material reducible que forma trozos 59 definida por las aberturas de canal 50. En una modalidad, y como se muestra en las Figuras 4A-4C, cada uno del uno o más trozos de hierro metálicos incluye una sección transversal máxima. Uno o más trozos de hierro metálicos incluye una longitud máxima a través de la sección transversal máxima que es mayor que aproximadamente 0.25 pulgadas (6.4 mm) y menor que aproximadamente 4.0 pulgadas (102 mm) . En todavía otra modalidad, una longitud máxima a través de la sección transversal máxima es mayor que aproximadamente 0.5 pulgadas (12.7 mm) y menor que aproximadamente 1.5 pulgadas (38 mm) . Además, como se muestra y describe con referencia a la Figura 1, el material carbonoso de la capa de material de solera 44, generalmente proporcionada de acuerdo al bloque 14, puede modificarse en una o más maneras diferentes. Como se describe previamente, el material carbonoso es generalmente lo suficientemente fino de manera que la escoria no penetra la capa de material de solera 44 para reaccionar de manera indeseable con el material refractario de solera 42. La capa de material de solera 44 (por ejemplo, la distribución de tamaño de la misma) puede influenciar la cantidad de mini-trozos y micro-trozos generados durante el procesamiento de reducción de la capa de mezcla reducible 46. Por ejemplo, al menos en una modalidad, la capa de material de solera 44 incluye una capa de coque pulverizada que tiene una distribución de tamaño de fracción de +65 malla (0.230 mm) del coque "como tierra". En otra modalidad, la fracción de +28 malla (0.650 mm) de coque "como tierra" se utiliza como la capa de material de solera. Con el uso de montones 52, tal como se muestra en la Figura 3B (por ejemplo, patrones en forma de domo de mezcla reducible) en tal capa de material de solera 44, a medida que una isleta de la mezcla reducible se encoge para formar un trozo a través del procesamiento térmico, algo de concentrado magnético se atrapa en los intersticios de la capa de material de solera 44 (por ejemplo, capa de coque pulverizado) y forma micro-trozos como se define previamente en la presente. Debido a la presencia de carbono en exceso, los micro-trozos no se juntan con el trozo de origen en la región de material reducible que forma trozos 59 o entre ellos mismos. Tal formación de micro-trozos es indeseable y son deseables modos para reducir la formación de micro-trozos en los procesos tales como aquellos descritos de acuerdo a la presente invención. Aunque la capa de material de solera 44 que puede incluir coque pulverizado puede generar una gran cantidad de micro-trozos cuando los patrones de montones en forma de domo se utilizan, una capa de alúmina pulverizada se ha encontrado que minimiza su cantidad. Aunque el uso de alúmina demuestra el papel jugado por una capa de material de tierra carbonosa 44 para generar micro-trozos, la alúmina pulverizada no puede utilizarse como una capa de material de solera 44 debido a su reacción con solera. Para minimizar la generación de micro-trozos cuando la abertura del canal, los montones definidos se procesan de acuerdo a la presente invención, el efecto de diferentes tipos de capas de material de solera 44 se ha comparado indicando que la capa de material de solera, o material carbonoso de la misma, puede modificarse opcionalmente (bloque 16 de la Figura 1) para utilizarse en el proceso de trozo de ' hierro metálico 10 de acuerdo con la presente invención. La cantidad de micro-trozos formados puede estimarse por: % micro trozos/ (Wttrozos + Wtmicrotrozos) XlOO Los resultados de una o más modalidades de prueba ilustrativas ejemplificativas se muestran en la tabla de la Figura 16. En la tabla, se observa que una mezcla de coque y alúmina, o coque revestido con A1(0H)3, puede utilizarse de acuerdo a la presente invención para disminuir el porcentaje de micro-trozos formados en el proceso de trozo de hierros metálicos 10. Los resultados mostrados en la tabla de la Figura 16 fueron un resultado de modalidades de prueba ilustrativas como sigue. Para los datos de "12 domos alargados" mostrados en la Figura 16, un patrón en forma de domo alargado, de 12 segmentos de mezcla de alimentación con ranuras llenadas con coque pulverizado a un nivel a la mitad se calienta a 1450°C (2642°F) en el horno de cuadro por 5.5 minutos en una atmósfera de N2-CO para producir trozos de hierro completamente fusionados individuales. Solamente la capa de material de solera se modifica como se muestra en la tabla de la Figura 16. Para los datos de "12 y 16 bolas" de la Figura 16, un peso igual de una mezcla de alimentación a Composición de Escoria (A) , se utiliza para formar bolas del mismo tamaño, y tales bolas se procesan al calentar a 1450°C (2642°F) en el horno de caja por 5.5 minutos en una atmósfera de N2-CO para producir trozos de hierro completamente fusionados individuales. El procesamiento de las bolas resulta en formación de micro-trozos muy pequeños (por ejemplo, 0.4% y 0.8%) . Dos extremos del efecto de los materiales de capa de solera se contrastan en la tabla de la Figura 16. Aunque la capa de material de solera de coque pulverizado generó una gran cantidad de micro trozos (13.9%), una capa de alúmina pulverizada minimizó la cantidad (3.7%) de micro-trozos. Sin embargo, como se indica arriba, alúmina pulverizada puede no utilizarse como un material de capa de solera en la práctica. Los resultados cuando solamente se utilizan coque y una mezcla del mismo peso (50:50) de coque y alúmina como la capa de solera, se comparan. La cantidad de micro-trozos se reduce a menos de la mitad por la presencia de alúmina en la capa de material de solera. Además, coque pulverizado se reviste con Al(OH)3 al mezclar 40 g de coque en una pasta acuosa de Al(OH)3, secar y cribar a 65 malla (0.230 mm) para remover el exceso de Al(OH)3. El coque adquirió 6% en peso de Al(OH)3. El coque revestido de Al(OH)3 se utiliza como la capa de material de solera. La cantidad de micro-trozos notablemente disminuyo (3.9%) .

Todavía además, el coque pulverizado se reviste con Ca(OH) al mezclar 40 g de coque en una pasta acuosa de Ca(OH)2, secar y cribar a 65 malla (O.230 mm) para remover el exceso de Ca(OH)2. El coque adquirió 12% en peso de Ca(OH)2. El coque revestido con Ca(OH)2 se utiliza como la capa de material de solera. Aparentemente, el revestimiento de Ca(OH)2 no tuvo substancialmente efecto en la generación de micro-trozos (14.2%) . Puede especularse que una adición de CaF2 a Ca(0H)2 en el revestimiento disminuiría la cantidad de micro-trozos al bajar la fusión de la alta escoria de cal como en el caso de Composición de Escoria L1.5FS0.5-2/ ver Figuras 21A y 23. Como se describe previamente con referencia a la Figura 1, la capa de mezcla reducible 46 para utilizarse en el proceso de trozo de hierro metálicos 10 de acuerdo a la presente invención puede incluir uno o más aditivos en combinación con el material reductor y el material que lleva hierro reducible (por ejemplo, material de óxido de hierro reducible) . Un método 200 para proporcionar la mezcla reducible 46 (con aditivos opcionales) se muestra en el diagrama de bloques de la Figura 17. El método incluye proporcionar una mezcla de al menos material reductor (por ejemplo, material carbonoso tal como coque o carboncillo) y material de óxido de hierro reducible (por ejemplo, material que lleva hierro tal como se muestra en la Figura 33) (bloque 202). Opcionalmente, por ejemplo, óxido de calcio o uno o más compuestos capaces de producir óxido de calcio en la descomposición térmica del mismo (bloque 204) puede agregarse a la mezcla reducible. Además, opcionalmente óxido de sodio o uno o más compuestos para producir óxido de sodio en la descomposición térmica del mismo pueden proporcionarse (bloque 206) en combinación con los otros componentes de la mezcla reducible. Todavía además, uno o más agentes de fijación pueden proporcionarse opcionalmente para utilizarse en la mezcla reducible (bloque 208) . El uno o más agentes de flujo que pueden proporcionarse para utilizarse con la mezcla reducible (bloque 208) pueden incluir cualquier agente de flujo adecuado, por ejemplo, un agente que ayuda en el proceso de fusión al disminuir la temperatura de fusión de la mezcla reducible o incrementar la fluidez de la mezcla reducible. En una modalidad, fluoruro de calcio (CaF2) o fluorita (por ejemplo, una forma mineral de CaF2) puede utilizarse como el agente de flujo. Además, por ejemplo, bórax, NaF, o escoria de la industria de fundición de aluminio, pueden utilizarse como el agente de flujo. Con respecto al uso de fluorita como el agente de flujo, una cantidad de aproximadamente 0.5% a aproximadamente 4% en peso de la mezcla reducible puede utilizarse. El uso de fluorita, por ejemplo, así como también uno o más otros agentes de flujo, disminuye la temperatura de fusión de los trozos de hierro que se forman y minimiza la generación de micro-trozos. Se encuentra que fluorita disminuye no solamente la temperatura de formación de trozos, sino que también es únicamente efectiva para disminuir la cantidad de micro-trozos generados . En un intento por mejorar la capacidad de retiro de azufre de escoria, como debe describirse además en la presente, el nivel de cal o uno o más otros compuestos capaces de producir óxido de calcio se incrementa típicamente más allá de una composición (L) , como se muestra en el diagrama de fase CaO-Si02-Al203 de la Figura 21A que indica las composiciones de escoria de (A), (L), (Li), y (L2) .

Como se observa previamente, la composición (L) se ubica en el conducto de baja temperatura de fusión en el diagrama de fase CaO-Si02-Al203. Además, como se indica previamente, las composiciones de escoria se abrevian al indicar las cantidades de cal adicional utilizada en por ciento como un sufijo, por ejemplo, (Lx) y (L2) indican la adición de cal de 1% y 2%, respectivamente, sobre aquella de la Composición (L) (ver la tabla de la Figura 22) . La cantidad de CaF2 químico (abreviado CF) agregado en por ciento también se indica como un sufijo, por ejemplo, (L0.5CF0.25) , que representa que 0.25% en peso de CaF2 se agrega a una mezcla de alimentación con Composición de Escoria de (Lo.5) • Generalmente, Figura 22 muestra el efecto de la adición de CaF2 a mezclas de alimentación, que incluyen un concentrado magnético de Si02 al 5.7%, carbón bituminoso volátil medio a 80% del requerimiento estoiquiométrico para metalización, y composición de escoria (L0.5) en distribuciones de peso de productos en un patrón de 2 segmentos en artesas, calentadas a 1400°C por 7 minutos en una atmósfera de N2-CO. Una adición de 0.28% en peso de CaF2 a una mezcla de alimentación con Composición de Escoria (L0.s) disminuyó la cantidad de micro-trozos de 11% a 2%, y la cantidad permaneció mínima a aproximadamente 1% con la adición de CaF2 en la cantidad de aproximadamente 2% en peso. Generalmente, la Figura 23 muestra el efecto de adición de CaF2 y/o fluorita (FS abreviada) a mezclas de alimentación que incluyen un concentrado magnético de Si02 al 5.7%, carbón bituminoso volátil medio a 80% del requerimiento estoiquiométrico para metalización, y composición de escoria para incrementar la composición de cal, en la cantidad de micro-trozos generados. Las muestras en un patrón de 2 segmentos en artesas se calientan a diferentes temperaturas por 7 minutos en una atmósfera de N2-CO (por ejemplo, 1400°C, 1350°C, y 1325°C) . Se muestra que fluorita y CaF2 se comportaron esencialmente de manera idéntica para disminuir la temperatura para formar trozos de hierro completamente fusionados y minimizar la formación de micro- trozos . En la tabla, se observa que una adición de fluorita disminuyó la temperatura de operación por 75°C. La temperatura mínima para formar trozos de hierro completamente fusionados disminuyó a tan bajo como 1325°C por adición de fluorita de aproximadamente 1% a aproximadamente 4% en peso. La adición de fluorita también minimizó la generación de micro-trozos a aproximadamente 1%. Generalmente, la Figura 24 muestra el efecto de adición de fluorita en resultados analíticos de trozos de hierro formados de mezclas de alimentación que incluyen un concentrado magnético de Si02 al 5.7%, carbón bituminoso volátil medio a 80% del requerimiento estoiquiométrico para metalización y composición de escoria (Li), (L?.5) y (L2) . Las muestras en un patrón de 2 segmentos en artesas se calientan a 1400°C por 7 minutos en una atmósfera de N2-CO. Aunque fluorita se reporta por no ser particularmente un desulfurizador efectivo en escoria que hace acero, la Figura 24 muestra que con adición de fluorita creciente, azufre en trozos de hierro se disminuye más efectivamente en las Composiciones de Escoria (L?.5) y (L2) que en (Li) . En las Composiciones de Escoria (L?.5) y (L2), los trozos de hierro analizados incluyeron 0.058% en peso de azufre y 0.050% en peso de azufre, respectivamente, mientras que el azufre disminuyó de manera fija tan bajo como 0.013% y 0.009% en peso, respectivamente, en la adición de fluorita de 4%. Por lo tanto, el uso de fluorita no solamente disminuyó la temperatura de operación y el azufre en trozos de hierro, sino que también mostró un beneficio inesperado para minimizar la generación de micro-trozos. Además, con referencia a la Figura 17, óxido de calcio, y/o uno o más compuestos capaces de producir óxido de calcio en la descomposición térmica, como se muestra en el bloque 204, pueden utilizarse. Por ejemplo, óxido de calcio y/o cal puede utilizarse como un aditivo para la mezcla reducible. Generalmente, la basicidad incrementada de escoria por la adición de cal es un planteamiento convencional para controlar el azufre en la reducción directa de minerales de hierro. El uso incrementado de cal de las composiciones de escoria L a L2 disminuye el azufre en trozos de hierro de 0.084% a 0.05%. Las disminuciones adicionales en contenido de azufre pueden volverse deseables para ciertas aplicaciones. El uso incrementado de cal, sin embargo, requiere temperaturas cada vez más altas y tiempo más largo en la temperatura para formar trozos de hierro completamente fusionados. Como tal, una cantidad substancial de cal no es deseable, ya que altas temperaturas también resultan en menos producción económica de trozos de hierro metálicos. Como se muestra además en la Figura 17, óxido de sodio, y/o uno o más compuestos capaces de producir óxido de sodio en la descomposición térmica pueden utilizarse en adición de cal (bloque ,206), tal como, por ejemplo, para minimizar azufre en los trozos de hierro metálicos formados. Por ejemplo, ceniza de sosa, Na2C0 , NaHC03, NaOH, bórax, NaF y/o escoria de industria de fundición de aluminio, puede utilizarse para minimizar azufre en los trozos de hierro metálicos (por ejemplo, utilizados en la mezcla reducible). Ceniza de sosa se utiliza como un desulfurizador en la desulfurización externa de metal caliente. Sodio en materiales de alimentación a alto horno recircula y se acumula dentro de un alto horno, conduciendo a problemas operacionales y ataque en horno y forro de equipo auxiliar. En hornos de solera giratorios, la recirculación y acumulación de sodio es menos probable que ocurran, y como tales, cantidades más grandes de sodio pueden tolerarse en materiales de alimentación que en altos hornos. Figuras 25A-25C muestran el efecto de agregar ceniza de sosa a una mezcla de alimentación que incluye un concentrado magnético de Si02 al 5.7%, carbón bituminoso volátil medio a 80% del requerimiento estoiquiométrico para metalización, y composición de escoria (L0.s), en productos formados en un patrón de 2 segmentos en artesas, calentadas en el horno de tubo a 1400°C por 7 minutos en una atmósfera de N2-CO. Figura 25A corresponde a la composición (L0.s), Figura 25B corresponde a la composición (L0.5SC1), y Figura 25C corresponde a la composición (Lo.sSC2) . La tabla de la Figura 26 muestra el efecto de adiciones de Na2C03 y CaF2 en análisis de azufre de trozos de hierro a diferentes niveles de adición de cal, los trozos de hierro formados de mezclas de alimentación que incluyen un concentrado magnético de Si02 al 5.7%, carbón bituminoso volátil medio a 80% del requerimiento estoiquiométrico para metalización, y composición de escoria (LmCS? o LmFS?) . Las mezclas de alimentación se calientan en el horno de tubo a 1400°C por 7 minutos en una atmósfera de Na2-C0. Una adición de Na2C03 sin CaF2 disminuyó azufre en trozos de hierro tan efectivamente como, o aún más efectivamente que CaF2, pero la cantidad de micro-trozos generados incrementó, como se muestra en las Figuras 25A-25C. Cuando CaF2 se utiliza junto con Na2C03, el contenido de azufre en trozos de hierro disminuyó aún más y la cantidad de micro-trozos permaneció mínima a aproximadamente 1%. Otro punto de nota fue que el efecto de CaF2 para disminuir la temperatura, de fusión de trozos de hierro fue más pronunciado en las Composiciones de Escoria (Li), (L?.5) y (L2) que en las Composiciones de Escoria L y L0.5-Estos datos analíticos muestran que al menos en esta modalidad la disminución en azufre fue más pronunciada con ceniza de sosa que con adición incrementada de cal. La tabla de la Figura 27 muestra el efecto de temperatura en resultados analíticos de trozos de hierro formados de mezclas de alimentación. La mezcla de alimentación incluyó un concentrado magnético de Si02 al 5.7%, carbón bituminoso volátil medio a 80% del requerimiento estoiquiométrico para metalización, y composición de escoria (Li .5FS1SC1 ) . La mezcla de alimentación se calienta en un horno de tubo a las temperaturas indicadas por 7 minutos en una atmósfera de N2-CO. Como se muestra en la tabla de la Figura 27, azufre en los trozos de hierro disminuyó de manera marcada con temperatura decreciente de 0.029%S a 1400°C a 0.013%S a 1325°C. Una adición de Na2C03 junto con 1-2% CaF2 no solamente disminuye azufre en trozos de hierro a por debajo de 0.05%, sino que también disminuye la temperatura de operación y minimiza la generación de micro-trozos. La disminución de la temperatura de proceso, por lo tanto parece tener una ventaja adicional para disminuir azufre, además de disminuir costos de energía y mantenimiento. En previos y varios procesos de reducción de hierro metálico, tales como aquellos utilizando bolas secas y/o formadas como se presenta en la sección de Antecedentes de la Invención, reductores carbonosos se agregan típicamente en una cantidad mayor a la cantidad teórica requerida para reducir los óxidos de hierro para promover la carburización de hierro metálico para disminuir el punto de fusión. La cantidad de reductor carbonoso en las bolas se reivindica entonces para incluir una cantidad requerida para reducir óxido de hierro más una cantidad requerida para carburizar hierro metálico y una cantidad de pérdida asociada con oxidación. En muchos de los procesos descritos en la presente, la cantidad estoiquiométrica de material reductor también es necesario para completar la metalización y formación de trozos de hierro metálicos de una cantidad predeterminada de material que lleva hierro reducible. Por ejemplo, en una o más modalidades, la mezcla reducible puede incluir la cantidad predeterminada de material que lleva hierro reducible y entre aproximadamente 70 por ciento y aproximadamente 125 por ciento de la cantidad estoiquiométrica de material reductor (por ejemplo, reductor carbonoso) necesario para completar la metalización del mismo (por ejemplo, donde la mezcla de alimentación reducible tiene un contenido de carbón uniforme a través de la mezcla reducible, tal como cuando se forma en montones) . Sin embargo, en una o más modalidades de acuerdo a la presente invención, el uso de la cantidad de reductor carbonoso en la cantidad de la cantidad estoiquiométrica necesaria para completar la metalización puede conducir al romipimiento de la mezcla reducible en mini-trozos y la generación de una gran cantidad de micro-trozos, como se muestra en las Figuras 18-19. Figuras 18-19 muestran el efecto de niveles de carbón estoiquiométrico en formación de trozos donde la mezcla de alimentación incluyendo concentrado de Si02 al 5.7%, carbón bituminoso volátil medio, y en la composición de escoria (A) , se utiliza. La mezcla de alimentación se calienta en un horno de tubo a 1400°C por 10 minutos en una atmósfera de N2-CO. Como se muestra en la misma, un 100% de nivel y/o adición en exceso de reductores carbonosos más allá de los requerimientos estoiquiométricos pueden resultar en la formación de mini- y micro-trozos. Figuras 20A-20B también muestran el efecto de niveles de carbón estoiquiométrico en formación de trozos donde la mezcla de alimentación incluyendo concentrado de Si02 al 5.7%, carbón sub-bituminoso, y en composiciones de escoria (A) y (L), se utiliza. La mezcla de alimentación se calienta en un horno de tubo a 1400°C por 10 minutos en una atmósfera de N2-CO. Como se observa en las Figuras 18 a 20B, la adición de aproximadamente 70% a aproximadamente 90% de la cantidad estoiquiométrica minimiza la formación de micro-trozos. Carbono necesario para reducción adicional y carbonización de metal fundido vendría entonces de, por ejemplo, CO en la atmósfera de horno y/o de la capa de material de solera carbonoso subyacente 44. El control de la cantidad de material reductor en la mezcla reducible en base a la cantidad estoiquiométrica necesaria para completar el proceso de metalización (así como también el uso de varios aditivos descritos en la presente), puede aplicarse a otros procesos de formación de trozos así como también los métodos descritos con referencia a la Figura 1. Por ejemplo, métodos de bola preformada (compactada o no compactada, pero de otra manera formada), o formación de compactos (por ejemplo, montones formados por presión o compactación o briquetas) pueden utilizar tales técnicas de control de reductor y/o técnicas de aditivos descritas en la presente. Por ejemplo, los compactos que emplean 70% a 90% de reductor carbonoso necesario para metalización completa en una mezcla reducible adecuada pueden utilizarse. Por ejemplo, tales compactos pueden tener las adiciones apropiadas de flujo y caliza, y/o pueden incluir además agente reductor auxiliar en la solera o parcialmente cubrir los compactos para proporcionar de manera efectiva metalización de trozos y control de tamaño. En otras palabras, el control estoiquiométrico descrito en la presente junto con la variación en composiciones (por ejemplo, aditivos, cal, etc) proporcionada en la presente pueden utilizarse con compactos (por ejemplo, briquetas, briquetas parciales, montones compactados, etc.) . Uso de compactos pueden aliviar cualquier necesidad de utilizar material de separación de trozos como se describe con referencia a la Figura 1. Por ejemplo, control de presión, temperatura y difusión de gas en una briqueta de otro tipo de compacto puede proporcionar tales beneficios. Sin embargo, como se describe arriba, tales datos mostrados en las Figuras 18 a 20A resultan de tratamiento térmico utilizando el horno de tubo eléctrico en una atmósfera de N2-CO descrita en la presente y generalmente no toma en consideración la atmósfera en un horno encendido por gas natural (por ejemplo, un horno de solera lineal tal como se describe en la presente) . En tal atmósfera de horno de solera lineal, la atmósfera puede incluir 8-10% dióxido de carbono y 3-4% monóxido de carbono y flujo de gas altamente turbulento en la zona de temperatura más alta del mismo. Esto es diferente que el tubo eléctrico y horno de caja donde la atmósfera se controla con introducción de componentes. Como tales, varias pruebas se corren en un horno de solera lineal tal como aquel descrito en la presente con referencia a la Figura 2D y también como se proporciona abajo. Las pruebas y resultados de las mismas se resumen en la presente con referencia a las Figuras 35-41. Pruebas de Horno de Solera Lineal Las pruebas se corren utilizando un horno de solera lineal encendido por gas natural de 40 pies (12.2 m) de largo incluyendo tres zonas de calentamiento y una sección de enfriamiento como aquella descrita generalmente con referencia a la Figura 2D. Las bandejas de muestra 223 o bolitas (como se ilustra en la Figura 35A) utilizadas en las pruebas se hacen de una estructura de acero de carbono de 30 pulgadas cuadradas (762 mm) y se forran con tabla de fibra a alta temperatura 225 con paredes laterales para contener muestras (por ejemplo, la mezcla reducible 228 y productos que resultan de la misma después de la terminación del procesamiento). Las bandejas 223 se transportan a través del horno por un sistema de balancín caminante hidráulicamente accionado como se describe con referencia a la Figura 2D. La flecha 229 en la Figura 35A indica la dirección de movimiento de bolita a través del horno. La mezcla de alimentación reducible 228 en la bandeja 223 se forma en la forma de domos de 6 segmentos para las pruebas de horno de caja de laboratorio, colocados en una capa de coque de -10 malla (2.00 mm) en cada uno de los cuatro cuadrantes de la bandeja 223 marcada como (1) a (4) . Cada uno de los domos en el cuadrante de 6x6 segmentos tiene las dimensiones de substancialmente 1-3/4 pulgadas (44 mm) de ancho por 2 pulgadas (51 mm) de largo y fueron de 11/16 pulgadas (17.5 mm) de alto, y contuvieron carbón bituminoso volátil medio en porcentajes indicados (ver varios ejemplos de prueba abajo) de la cantidad estoiquiométrica y en la Composición de Escoria indicada (ver varios ejemplos de prueba abaj o) . Dos áreas de consideración con respecto a los productos resultantes de las pruebas de horno de solera lineal fueron la cantidad de azufre en los trozos de hierro metálicos formados por el proceso y la cantidad de formación de micro-trozos. El tubo de laboratorio y pruebas de horno de caja descritas en la presente indicaron que la Composición de Escoria (L1.5FS1) y el uso de carbón bituminoso volátil medio a 80% de la cantidad estoiqiométrica minimizó el azufre en trozos de hierro y minimizó la formación de micro-trozos. Sin embargo, las pruebas de horno de solera lineal revelaron que niveles de C02 inesperadamente altos y gas de horno altamente turbulento próximo a la alimentación que se procesa consume mucho del carbón agregado (por ejemplo, material reductor agregado que se agrega al material que lleva hierro reducible) en las Zonas 1 y 2, y no suficientemente reductor (por ejemplo, material reductor) se deja para carburizar y fundir el hierro metálico en la zona de alta temperatura (Zona 3) . Uso de carbón en la cantidad de 105 a 125 por ciento de la cantidad estoiqiométrica fue necesario para formar trozos de hierro metálicos completamente fusionados como se muestra por las Pruebas 14 y 17 proporcionadas abajo.

En la Prueba 14 de horno de solera lineal, una bolita teniendo una instalación de diferentes mezclas de alimentación en domos de 6 segmentos se utiliza, tal como se muestra generalmente en la Figura 35A. La mezcla de alimentación incluye carbón bituminoso volátil medio en los porcentajes indicados del cuadrante de la cantidad estoiquiométrica en los porcentajes indicados en el cuadrante de la cantidad estoiquiométrica y en- la Composición de Escoria (L1.5FS1), colocada en una capa de coque de -10 malla (2.00 mm) . Los porcentajes indicados en el cuadrante fueron cuadrante (1) 110% carbón; cuadrante (2) 115% carbón; cuadrante (3) 120% carbón; y cuadrante (4) 125% carbón. En la Prueba 17 de horno de solera lineal, una bolita teniendo una instalación de diferentes mezclas de alimentación en domos de 6 segmentos se utiliza, tal como se muestra generalmente en la Figura 35A. La mezcla de alimentación incluye carbón bituminosos volátil medio en los porcentajes indicados en el cuadrante de la cantidad estoiquiométrica y en las Composiciones de Escoria (L?.5FS2) y (L?.5FS3), colocadas en una capa de coque de -10 malla (2.00 mm) . Los porcentajes indicados en el cuadrante fueron cuadrante (1) 115% carbón, 2% fluorita; cuadrante (2) 110% carbón, 2% fluorita, cuadrante (3) 105% carbón, 2 fluorita; y cuadrante (4) 115% carbón, 3% fluorita. Los trozos de hierro formados en las Pruebas 14 y 17 utilizando adiciones de carbón de 105% a 125% de la cantidad estoiquiométrica y Composiciones de Escoria de (L?.5FS?-3) . Figura 35B muestra los productos resultantes de la Prueba 17. Las composiciones de gas típicas mostraron que cuando 02 fue bajo, C02 fue aproximadamente 10% y CO gradualmente incrementó de 2% a 4%. Tales datos se proporcionan en la Figura 36 que muestra resultados analíticos de gases de horno proporcionados para las zonas en el horno de solera lineal junto con la temperatura de tales zonas para la Prueba 17. Las mismas temperaturas se utilizan en las zonas durante la Prueba 14. Las concentraciones de CO, expresadas como porcentajes de CO+C02, se trazan en los diagramas de concentración de equilibrio de reducción de óxido de hierro y reacciones de solución de carbono (Boudouard) como se muestra en la Figura 37. La concentración de CO en la Zona 1 (1750°F) (954°C) fue en la región de estabilidad de Fe30 , y aquella en las Zonas 2 (2100°F) (1149°C) y Zona 3 (2600°F) (1427°C) estuvieron en el bajo rango de la región de estabilidad de FeO. Todos los puntos estuvieron bien por debajo de la reacción de solución de carbono, soportando una vista que carbón agregado rápidamente se pierde en el horno de solera lineal. Los puertos de muestra de gas del horno de solera lineal se ubican en la pared del horno a aproximadamente 8 pulgadas (203 mm) arriba de la superficie de bolita. Debido a la alta turbulencia de gases de horno las concentraciones de CO de 4% representarían un valor bien mezclado. La flecha en 2600°F (1427°C) en la Figura 37 indica que el incremento en CO con tiempo en la Zona 3. Los resultados analíticos de trozos de hierro y escorias de las Pruebas 14 y 17 de horno de solera lineal se dan en la Figura 38, junto con tales resultados para otra Prueba 15. En la Prueba 15 de horno de solera lineal, una bolita teniendo una instalación de mezclas de alimentación en domos se utiliza, tal como se muestra generalmente en la Figura 35A. La mezcla de alimentación de la Prueba 15 incluye carbón bituminoso volátil medio a 115% y 110% de la cantidad estoiqiométrica y en las Composiciones de Escoria (L1.5FS1), colocadas en una capa de coque de -10 malla (2.00 mm) . Como se muestra en la Figura 38, azufre en los trozos de hierro varió 0.152 a 0.266%, o varias veces a aún un orden de magnitud más alto que aquellos en los trozos de hierro formados en el tubo de laboratorio y hornos de caja con las mismas mezclas de alimentación como se muestra y describe previamente con referencia a la Figura 24. Las escorias se analizan para confirmar que, sin embargo, fueron ricas en cal. Aunque las proporciones de CaO/Si02 variaron de 1.48 a 1.71, se observa que las escorias fueron ricas en FeO variando de 6.0 a 6.7%. Los análisis FeO de escorias en el tubo de laboratorio y hornos de caja bajo composiciones de escoria idénticas analizaron menos de 1% de FeO. Alto C02 y gas de horno altamente turbulento en el horno de solera lineal (por ejemplo, resultante del uso de quemadores de gas) causó la formación de escorias ricas en FeO, que aparentemente fue responsable de azufre más alto en trozos de hierro al interferir con de-sulfirzación. El uso de un porcentaje incrementado de carbón así como también el uso de coque rica en azufre (0.65%S) como una capa de solera en comparación con coque bajo en azufre (0.40%S) en las pruebas de laboratorio también debe haber contribuido a alto azufre en los trozos de hierro. En la Figura 39, los resultados analíticos de trozos de hierro y escoria de las Pruebas 14, 15 y 17 de horno de solera lineal, junto con Pruebas 21 y 22 adicionales se muestran. Carbón y azufre en trozos de hierro y hierro, FeO y azufre en escorias para tales Pruebas se resumen. En las Pruebas 21 y 22 de horno de solera lineal, una bolita teniendo una instalación de diferentes mezclas de alimentación en domos de 6 segmentos se utiliza, tal como se muestra generalmente en la Figura 35A. La mezcla de alimentación incluyó carbón bituminoso volátil medio en los porcentajes indicados de la cantidad estoiquiométrica como se muestra en la Figura 39 y en las Composiciones de Escoria indicadas como se muestra en la Figura 39, colocadas en una capa de coque de -10 malla (2.00 mm) . La temperatura en la Zona 3 se fija en 25°F (14°C) más alta en 2625°F (1441°C) en las Pruebas 21 y 22.

Como se muestra en la Figura 39, FeO en escorias se divide cuando una adición de fluorita se incrementa a 2% con disminución auxiliar en azufre en trozos de hierro. En vista de los resultados de la Prueba 17 con una adición de fluorita de 2%, FeO inferior puede ser el resultado de una temperatura más alta de 2625°F (1441°C) . Figura 40 es una tabla que muestra el efecto de una temperatura en la Zona- 3 en concentraciones de CO para las Pruebas 16-22. Las mezclas de alimentación utilizadas en las Pruebas 14-15, 17 y 21-22 se han notado previamente. En la Prueba 16 de horno de solera lineal, una bolita teniendo una instalación de mezclas de alimentación en montones trapezoidales de 3*í pulgadas (89 mm) de ancho por 5 pulgadas (12.7 mm) de largo (y 11/16 pulgadas (17.5 mm) de alto) se utiliza. La mezcla de alimentación de la Prueba 15 incluyó carbón bituminoso volátil medio a 100% a 115% de la cantidad estoiquiométrica y en Composiciones de Escoria (L1.5FS1), colocadas en una capa de coque de -10 malla (2.00 mm) . En la Prueba 18 de horno de solera lineal, la mezcla de alimentación incluyó carbón bituminoso volátil medio a 100% a 115% de la cantidad estoiquiométrica y en Composiciones de Escoria (L1.5FS0.5)/ colocadas en una capa de coque de -10 malla (2.00 mm) . En la Prueba 19 de horno de solera lineal, la mezcla de alimentación incluye carbón bituminoso volátil medio a 115% y 120% de la cantidad estoiquiométrica y en Composiciones de Escoria (L1.5FS1), colocadas en una capa de coque de -10 malla (2.00 mm) . En la Prueba 20 de horno de solera lineal, la mezcla de alimentación incluyó carbón bituminoso volátil medio a 115% y 120% de la cantidad estoiquiométrica y en Composiciones de Escoria (L1.5FS1), colocadas en una capa de coque de -10 malla (2.00 mm) . Como se muestra en la Figura 40, existe una diferencia entre las concentraciones de CO a 2600°F (1427°C) y 2625°F (1441°C). Los números iniciales son las lecturas de CO cuando la temperatura del horno recuperado a 2600°F (1427°C). Las concentraciones de CO aumentaron de manera asintomática con tiempo y se acercaron a los números finales hacia el final de las pruebas. Es aparente que tanto los números iniciales como finales son más altos a 2600°F (1427°C) que a 2625°F (1441°C) . Con un incremento en 25°F (14°C) en temperatura, los quemadores sacaron más gas de combustión para mantener la temperatura y por lo tanto diluyen CO generado por la reacción de solución de carbono, ocultando así la carburación de hierro metálico. De hecho, los productos a 2625°F (1441°C) parecieron formar menos trozos de hierro completamente fusionados que a 2600°F (1427°C) . De esta manera, la supresión del movimiento de gas de horno puede ser necesaria. Las cantidades de microtrozos en las pruebas de horno de solera lineal también fueron grandes, por ejemplo, en el rango de 10 a 15%, como se resume en la Figura 41. La tabla de la Figura 41 muestra los efectos de los niveles de fluorita y adiciones de carbón así como también de temperatura. No hubo parámetros notorios que se correlacionan con formación de micro- trozos . En el tubo de laboratorio y pruebas de horno de caja, las cantidades de micro-trozos en Composición de Escoria (L1.5FS0.5-4 ) fueron menores que un poco por ciento como se muestra y describe con referencia a la Figura 23. C02 alto y gas de horno altamente turbulento puede requerir uso de carbón en exceso de la cantidad estoiquiométrica, y carbón en las mezclas de alimentación cercanas a la capa de solera de coque pudo haber permanecido alto durante procesamiento, causando así que grandes cantidades de micro-trozos de formen. En vista de lo anterior, en una modalidad de la presente invención, el uso de una mezcla de alimentación con una cantidad sub-estoiquiométrica de carbón próxima a la capa de solera para minimizar formación de micro-trozos, que se cubre por una mezcla de alimentación conteniendo carbón en exceso de la cantidad estoiquiométrica para permitir la pérdida por la reacción de solución de carbono, se utiliza. En otras palabras, una cantidad estoiquiométrica de material reductor (por ejemplo, carbón) es necesaria para completar la metalización y formación de trozos de hierro metálicos de una cantidad predeterminada de material que lleva hierro reducible, el material reductor (por ejemplo, carbón) y el material que lleva hierro proporcionando una mezcla de alimentación reducible para procesamiento de acuerdo con una o más modalidades descritas en la presente. Para ciertas aplicaciones de una mezcla de alimentación con una cantidad sub-estoiquiométrica de material carbonoso, la capa de solera puede no utilizarse, o la capa de solera puede no contener ningún material carbonoso. Una modalidad de acuerdo a la presente invención puede incluir utilizar mezcla de alimentación reducible que incluye una primer capa de mezcla reducible en la capa de material de solera que tiene una cantidad predeterminada de material que lleva hierro reducible pero solamente entre aproximadamente 70 por ciento y aproximadamente 90 por ciento de la cantidad estoiquiométrica de material reductor necesario para metalización completa del mismo para reducir el potencial para formación de micro-trozos (por ejemplo, tal como se sugiere cuando el procesamiento se realiza utilizando los hornos de tubo y caja) . La cantidad predeterminada de material que lleva hierro reducible puede determinarse y variarse de manera dinámica al momento que el material que lleva hierro reducible se coloca en la capa de solera. Subsiguientemente, una o más capas adicionales de mezcla reducible que incluye una cantidad predeterminada de material que lleva hierro reducible y entre aproximadamente 105 por ciento y aproximadamente 140 por ciento de la cantidad estoiquiométrica de material reductor necesario para completar la metalización del mismo se utilizaría. Como tal, la mezcla de alimentación reducible incluiría capas de mezcla teniendo diferentes cantidades estoiquiométricas de material reductor (por ejemplo, el porcentaje estoiquiométrico incrementando a medida que uno se mueve lejos de la capa de solera) . Como se trata arriba, en ciertos hornos (por ejemplo, tal como hornos encendidos de gas natural con C02 alto y atmósferas de gas altamente turbulentas), material carbonoso agregado (por ejemplo, carbón) en mezclas de alimentación (por ejemplo, tales como aquellas mezclas reducibles descritas en la presente) se pierde por la reacción de solución de carbono (Boudouard) en ciertas zonas del horno (por ejemplo, zonas de pre-calentamiento y reducción). Para compensar la pérdida, puede ser necesario agregar material reductor (por ejemplo, material carbonos) en exceso de la cantidad estoiquiométrica necesaria para completar la metalización del mismo. Sin embargo, también como se describe en la presente, tal adición de material reductor (por ejemplo, carbón) en exceso de la cantidad estoiquiométrica puede conducir a la formación de grandes cantidades de micro-trozos. Tal formación de micro-trozos parece relacionarse con la cantidad de material reductor en un área cercana a la capa de solera que permanece alta durante procesamiento. Como se indica en la presente, una adición del material reductor de alguna manera debajo de la cantidad estoiquiométrica minimiza la formación de tales micro- trozos . Como tal, una mezcla de alimentación (por ejemplo, una mezcla reducible) con una cantidad sub-estoiquiométrica de material reductor (por ejemplo, carbón) próxima a la capa de solera cubierta con mezcla reducible conteniendo material reductor en exceso de la cantidad estoiquiométrica necesaria para metalización completa para minimizar formación de micro-trozos se describe en la presente. Además, la pérdida de material reductor agregado (por ejemplo, carbón) durante el procesamiento por la reacción de solución de carbono puede minimizarse por compactación de la mezcla reducible en varias maneras (por ejemplo, formación de compactos o briquetas de la mezcla reducible). Figuras 11A-11F muestran varias maneras para formar mezcla de alimentación (por ejemplo, mezcla reducible) por compactación mientras también incorpora la idea de utilizar una cantidad sub-estoiquiométrica de material reductor en un área cercana a la capa de solera. Por ejemplo, tal mezcla reducible formada puede incluir cualquier composición descrita en la presente o puede incluir otras composiciones de mezcla de alimentación que satisfacen los requerimientos de al menos una porción sub-estoiquiométrica de material y al menos una porción de material que incluye una cantidad de material reductor en exceso de la cantidad estoiquiométrica de material reductor necesario para metalización completa de la mezcla reducible. Figuras 11A-11B muestran una bola seca de múltiples capa preformada 280 de mezcla reducible para utilizarse en una o más modalidades de un proceso de trozos de hierro metálicos. Figura HA muestra una vista en planta de la bola de múltiples capas 280 de mezcla reducible y la Figura 11B muestra una sección transversal de la bola de múltiples capas 280. Como se muestra en la Figura 11B, la bola 280 incluye una pluralidad de capas 284-285 de material reducible. Aunque solamente dos capas se muestran, más de dos capas son posibles. Capa 284 de bola 280 se forma de mezcla reducible con una cantidad subes toiquimétrica de material reductor (por ejemplo, entre 70% y 90% de la cantidad estoiquiométrica necesaria para completar la metalización) , mientras que la capa 285 de la bola 280 (por ejemplo, el interior de la bola 280) se forma de mezcla reducible conteniendo material reductor en exceso de la cantidad estoiquiométrica necesaria para metalización completa (por ejemplo, mayor a 100%, tal como mayor a 100% pero menor que aproximadamente 140%) . Con la bola 280 formada en tal manera, uso de una mezcla de alimentación con una cantidad sub-estoiquimétrica de material reductor (por ejemplo, carbón) próxima a la capa de solera para minimizar la formación de micro-trozos se realiza mientras mantiene el material reductor adecuado para realizar la metalización completa. Uno reconocerá que la bola 280 puede formarse sin compactación o presión a temperatura ambiente o baja (por ejemplo, ambiente a 300°C) pero con uso de un material de unión. En una modalidad, dos bolas de capa teniendo un tamaño que es pulgada (19.0 mm) o menor en diámetro se hacen. Con respecto a bolas de % pulgada (19.0 mm) o menos de diámetro, por ejemplo, una capa exterior teniendo un espesor de, por ejemplo, cantidades de 1/16 pulgada (1.5 mm) a aproximadamente 40 por ciento o más del peso total de la bola en la capa exterior, mientras un espesor de cantidades de 1/8 pulgada (3.2 mm) a aproximadamente 60 por ciento o más del peso total. Como tal, con esta cantidad de la capa exterior teniendo una cantidad sub-estoiquiométrica de material reductor (por ejemplo, entre 70% y 90% de la cantidad estoiquiométrica necesaria para completar la metalización), el núcleo central (es decir, porción interior) necesitaría ser apreciablemente más alta en contenido de material reductor que (por ejemplo, carbón), por ejemplo, cuando los montones incluyendo múltiples capas se utilizan (por ejemplo., el núcleo central puede necesitarse ser más alto que 125 por ciento de la cantidad estoiquiométrica necesaria para metalización completa) . En una modalidad, el interior de la bola se forma de mezcla reducible conteniendo material reductor en exceso de 105 por ciento de la cantidad estoiquiométrica necesaria para metalización completa pero menor que aproximadamente 140 por ciento) .

Figuras 11C-11D muestran modalidades ejemplificativas de herramientas de formación 286-287 para uso para proporcionar compactos (por ejemplo, briquetas) de mezcla reducible para utilizarse en una o más modalidades de un proceso de trozos de hierro metálicos. Briquetas con dos superficies relativamente planas se forman. Como se muestra en la Figura 11C, la briqueta incluye tres capas 290-292. Las dos exteriores (o capas, superior o inferior) 291, 292 se forman de mezcla reducible con una cantidad sub-estoiquiométrica de material reductor (por ejemplo, entre 70% y 90% de la cantidad estoiquiométrica necesaria para metalización completa), aunque la capa media 290 (por ejemplo, la capa interior) se forma de mezcla reducible conteniendo material reductor en exceso de la cantidad estoiquiométrica necesaria para metalización completa (por ejemplo, mayor a 100%, tal como mayor a 100% pero menor que aproximadamente 140%) . Con la briqueta formada en tal manera, una cara (por ejemplo, capa exterior) incluyendo una mezcla de alimentación con una cantidad sub-estoiquiométrica de material reductor (por ejemplo, carbón) estará próxima a la capa de solera para minimizar formación de micro- trozos .

Uno reconocerá que la briqueta puede formarse con presión aplicándose a través del elemento 287 a temperatura ambiente o baja (por ejemplo, ambiente a 300°C) . Figura 11D muestra la formación de una briqueta de dos capas que puede formarse. La briqueta incluye capas 293-294. Una de las capas 293 se forma de mezcla reducible con una cantidad sub-estoiquiométrica de material reductor (por ejemplo, entre 70% y 90% de la cantidad estoiquiométrica necesaria para metalización completa) , mientras la otra capa 294 se forma de mezcla reducible conteniendo material reductor en exceso de la cantidad estoiquiométrica necesaria para metalización completa (por ejemplo, mayor a 100%, tal como mayor a 100% pero menor que aproximadamente 140%) . Con la briqueta formada en tal manera, con carga apropiada en la solera, la capa incluyendo una mezcla de alimentación con una cantidad sub-estoiquiométrica de material reductor (por ejemplo, carbón) puede colocarse próxima a la capa de solera para minimizar la formación de micro-trozos . Figuras 11E-11F muestran modalidades ejemplificativas de dispositivos de formación 288 y 289 para uso para proporcionar compactos (por ejemplo, mezclas en forma de domo y briquetas en forma de domo) de mezcla reducible para utilizarse en una o más modalidades de un proceso de trozos de hierro metálicos. Como se muestra en la Figura HE, el compacto en forma de domo 300 incluye porciones formadas de capas 295-296. Una de las capas 296 se forma de mezcla reducible con una cantidad sub-estoiquiométrica de material reductor (por ejemplo, entre 70% y 90% de la cantidad estoiquiométrica necesaria para metalización completa), mientras la otra capa 295 se forma de mezcla reducible conteniendo material reductor en exceso de la cantidad estoiquiométrica necesaria para metalización completa (por ejemplo, mayor a 100%, tal como mayor a 100% pero menor que aproximadamente 140%) . Con el compacto en forma de domo 300 formado en tal manera, la capa incluyendo una mezcla de alimentación con una cantidad sub-estoiquiométrica de material reductor (por ejemplo, carbón) se coloca próxima a la capa de solera 281 para minimizar formación de micro-trozos. El dispositivo 288 mostrado como formando los compactos 300 puede ser similar a aquel descrito con referencia a la Figura 10A. Además, en una modalidad, los compactos 302 se forman al presionar i n si t u en la zona de precalentamiento del horno (por ejemplo, 700°C a 1000°C) . Como se muestra en la Figura 11F, los compactos en forma de domo 302 incluyen porciones formadas de tres capas 297-299 (por ejemplo, briquetas formadas a temperatura ambiente) . Las dos externas (o capas superior e inferior) 297, 299 se forman de mezcla reducible con una cantidad sub-estoiquiométrica de material reductor (por ejemplo, entre 70% y 90% de la cantidad estoiquiométrica necesaria para metalización completa), aunque la capa media 298 (por ejemplo, la capa interior) se forma de mezcla reducible conteniendo material reductor en exceso de la cantidad estoiquiométrica necesaria para metalización completa (por ejemplo, mayor que 100%, tal como mayor que 100% pero menor que aproximadamente 140%). Con el compacto formado en tal manera, una cara (por ejemplo, capa exterior) incluyendo una mezcla de alimentación con una cantidad sub-estoiquiométrica de material reductor (por ejemplo, carbón) estará próxima a la capa de solera para minimizar la formación de micro-trozos. En una modalidad, cada porción del dispositivo 289 mostrado para uso para formar los compactos 302 puede ser similar a aquella descrita con referencia a la Figura 10A. En una modalidad, los compactos 302 se forman utilizando una prensa tal como aquella mostrada en las Figuras 11C-11D, pero con diferentes superficies de fundición formadas. Por ejemplo, en una modalidad, los compactos se muestran en las Figuras HE se forman por presión a alta temperatura (por ejemplo, 700°C a 1000°C) de la mezcla reducible. Ciertos tipos de material reductor (por ejemplo, carbón) pueden suavizarse a alguna temperatura y actúan como un aglutinante, o uso de algunos aditivos de bajo punto de fusión pueden ayudar en desarrollar compactos menos permeables. Por ejemplo, uno o más de los siguientes aditivos de bajo punto de fundición pueden utilizarse:1 bórax (punto de fundición 741°C); carbonato de sodio (punto de fundición 851°C); disilicato de sodio (punto de fundición 874°C); fluoruro de sodio (punto de fundición 980-997°C); e hidróxido de sodio (punto de fundición 318.4°C) . Uno reconocerá que varias formas de los compactos pueden utilizarse mientras aún mantienen el beneficio de tener la mezcla de alimentación con una cantidad sub-estoiquiométrica de material reductor (por ejemplo, carbón) próxima a la capa de solera para minimizar la formación de micro-trozos. La configuración descrita en la presente se da para ilustración solamente. Con referencia adicional a la Figura 1, la capa de mezcla reducible proporcionada, como se muestra generalmente por el bloque 18, puede proporcionarse en una o varias maneras (por ejemplo, carbón pulverizado mezclado con mineral de hierro) . Como se muestra en la Figura 28, la mezcla reducible puede proporcionarse al formar micro-aglomerados (bloque 252) de acuerdo al proceso de formación de micro-aglomerados. Al menos en una modalidad de acuerdo a la presente invención, la mezcla reducible es una capa de micro-aglomerantes reducibles. Además, al menos en una modalidad, al menos 50% de la capa de micro-aglomerados reducibles incluye micro-aglomerados teniendo un tamaño promedio de aproximadamente 2 milímetros o menos. Los micro-aglomerados se forman (bloque 252) con provisión de material que lleva hierro reducible (por ejemplo, material de óxido de hierro, tales como minerales de hierro) (bloque 260) y con el uso de material reductor (bloque 256) . Opcionalmente, uno o más aditivos (bloque 250) puede mezclarse adicionalmente con el material que lleva hierro reducible y el material reductor como se describe en la presente con respecto a otras modalidades (por ejemplo, cal, ceniza de sosa, fluorita, etc.) . Agua se agrega entonces (bloque 254) en la formación de los micro-aglomerados. Por ejemplo, en una modalidad, un mezclador (por ejemplo, como aquel de un mezclador de cocina comercial) puede utilizarse para mezclar todos los componentes hasta que se forman en estructuras pequeñas de micro-aglomerados. La alimentación directa de partículas secas finas, tales como concentrados de taconita y carbón pulverizado, en hornos encendidos por gas resultaría en una gran cantidad de las partículas que se soplan como polvo por el movimiento de gases de horno. Por lo tanto, micro-aglomeración de la mezcla de alimentación es deseable. Por ejemplo, mezclado directo de tortas de filtro húmedas de concentrados de taconita y carbón triturado seco con adición óptima de agua puede generar micro-aglomerados por una técnica de mezclado adecuada tales como mezcladores de Pekay, mezcladores de canales, o mezcladores de cinta. Las distribuciones de tamaño típicas de micro-aglomerados como una función de diferentes niveles de humedad se muestran en la Figura 29.. La alimentación de micro-aglomerados a superficies de solera tiene varias ventajas. Micro-aglomerados pueden alimentarse a superficies de solera sin rompimiento, con pérdidas de polvo mínimas, y con difusión uniforme sobre superficies de solera. Entonces, micro-aglomerados, una vez colocados en la solera, pueden compactarse ' en estructuras en forma de montón como se describe en la presente (por ejemplo, formas piramidales, montones redondeados, estructuras en forma de domo, etc . ) . La tabla de la Figura 30 muestra las velocidades terminales de micro-aglomerados como funciones de tamaño y velocidad de aire, calculadas al asumir que la densidad aparente de micro-aglomerados es 2.8 y temperatura de aire es 1371°C (2500°F) . Los tamaños de partícula con velocidades terminales menores que las velocidades de aire se soplarían como polvo en hornos encendidos por gas. Para prevenir las pérdidas de polvo, en al menos una modalidad, es deseable tener al menos 50% de la capa de micro-aglomerados reducibles incluyen micro-aglomerados teniendo un tamaño de promedio de aproximadamente 2 milímetros o menos. Refiriéndose a la Figura 29, se observa que en tal caso, los micro-aglomerados deben formarse con aproximadamente 12% de humedad para lograr tal distribución de micro-aglomerados. El contenido de humedad para proporcionar propiedades deseadas para los micro-aglomerados dependerá de varios factores. Por ejemplo, el contenido de humedad de los micro-aglomerados dependerá al menos de la fineza (o aspereza) y conducta de absorción de agua de la mezcla de alimentación. Dependiendo de tal fineza de la mezcla de alimentación, el contenido de humedad puede estar dentro de un rango de aproximadamente 10 por ciento a aproximadamente 20 por ciento. Figura 31 muestra que los trozos de hierro completamente fusionados se forman con alimentación de micro-aglomerados, pero tuvieron poco efecto en la generación de micro- trozos , en comparación con los productos de una mezcla de alimentación de polvo seco bajo la misma condición. La alimentación micro-aglomerada se hace de un concentrado magnético de Si02 al 5.7%, carbón bituminoso volátil medio a 80% del requerimiento estoiquiométrico para metalización, y composición (A) . El contenido de humedad fue aproximadamente 12% para la alimentación micro-aglomerada. La misma mezcla de alimentación se utiliza para la alimentación seca (pero sin la adición de humedad) . Los productos resultantes se forman en un patrón de 2 segmentos en artesas, calentadas en el horno de tubo a 1400°C por 7 minutos en una atmósfera de N2-C0. Figura 31A muestra los resultados del uso de la mezcla reducible de alimentación seca, mientras que la Figura 31B muestra los resultados de una mezcla de alimentación micro-aglomerada. Como se muestra en la presente, ningún micro-trozo adicional significativo se forma y los trozos de hierro metálicos formados son substancialmente los mismos tanto para la mezcla de alimentación seca como la alimentación micro-aglomerada. Sin embargo, con uso de la micro-aglomeración, el control de polvo se proporciona. Cualquier tipo de capa del micro-aglomerado puede utilizarse. Por ejemplo, los micro-aglomerados reducibles pueden proporcionarse al proporcionar una primer capa de micro-aglomerados reducibles en la capa de material de solera. Subsiguientemente, una o más capas adicionales de micro-aglomerados reducibles pueden proporcionarse en una primer capa. El tamaño promedio de los micro-aglomerados reducibles de al menos una de las capas adicionales proporcionadas podrían ser diferentes relativas al tamaño de los micro-aglomerados previamente proporcionados. Por ejemplo, el tamaño puede ser más largo o más pequeño que las capas previamente proporcionadas. En una modalidad, la alimentación de micro-aglomerados en capas con aglomerados más ásperos en la parte inferior y con tamaño disminuyente a la parte superior para minimizar la mezcla de mezclas de mineral de hierro/carbón con la capa de material de solera subyacente (por ejemplo, capa de coque pulverizada), minimizando así la generación de micro-trozos. El uso de capas de mezcla de alimentación reducible teniendo diferentes cantidades estoiquiométricas diferentes de material reductor puede utilizarse ventajosamente en combinación con el uso de micro-aglomerados como se describe en la presente, (por ejemplo, el porcentaje estoiquiométrico incrementando a medida que se mueve lejos de la capa de solera) . Por ejemplo, micro-aglomerados de tamaño más grande (por ejemplo, aglomerados más ásperos) junto con porcentajes estoiquiométricos inferiores de material reductor pueden utilizarse para material adyacente a la capa de solera. Las capas adicionales teniendo porcentajes estoiquiométricos más altos y micro-aglomerados de menor tamaño (por ejemplo, aglomerados más finos) pueden entonces proporcionarse a los micro-aglomerados de porcentaje inferior proporcionados en la capa de solera . Todas las patentes, documentos de patentes y referencias citadas en la presente se incorporan en su totalidad como si cada una se incorporará por separado. Esta invención se ha descrito con referencia a modalidades ilustrativas y no significa construirse en un sentido limitante. Como se describe previamente, un experto en la materia reconocerá que otras varias aplicaciones ilustrativas pueden utilizar las técnicas como se describe en la presente para tomar ventaja de las características benéficas de las partículas generadas por la misma. Varias modificaciones de las modalidades ilustrativas, así como también modalidades adicionales a la invención, será aparentes para personas expertas en la materia en referencia a esta descripción.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Método para uso en producción de trozos de hierro metálicos comprendiendo las etapas de: proporcionar una solera comprendiendo material refractario; proporcionar mezcla reducible arriba de al menos una porción del material refractario, la mezcla reducible comprendiendo al menos material reductor y material que lleva hierro reducible; donde una cantidad estoiquiométrica de material reductor es la cantidad necesaria para metalización completa y formación de trozos de hierro metálicos de una cantidad predeterminada de material que lleva hierro reducible; y formar al menos una porción substancial de la mezcla reducible para tener una cantidad predeterminada de material que lleva hierro reducible y entre aproximadamente 70 por ciento y aproximadamente 90 por ciento de dicha cantidad estoiquiométrica de material reductor necesario para metalización completa; proporcionar de otra fuente material carbonoso adicional separado de la mezcla reducible; y tratar térmicamente la mezcla reducible para formar uno o más trozos de hierro metálicos.
2. Método según la reivindicación 1, donde la etapa de proporcionar material carbonoso adicional comprende: proporcionar una capa de material de solera en al menos una porción del material refractario, la capa de material de solera comprendiendo al menos material carbonoso; y la etapa de proporcionar mezcla reducible arriba de al menos una porción del material refractario comprende proporcionar la mezcla reducible en al menos una porción de la capa de material de solera.
3. Método según la reivindicación 2, donde la etapa de proporcionar mezcla reducible arriba de al menos una porción de la capa de material de solera comprende proporcionar una o más capas de mezcla reducible en la capa de material de solera; y formar una pluralidad de aberturas de canal extendiéndose al menos parcialmente en la capa de la mezcla reducible definiendo una pluralidad de regiones de material reducible que forma trozos; al menos llenar parcialmente las aberturas de canal con material de relleno de separación de trozos, el material de relleno de separación de trozos comprendiendo al menos material carbonoso, y la etapa de tratar térmicamente la capa comprende tratar térmicamente la capa de mezcla reducible formando un trozo de hierro metálico en una o más de la pluralidad de regiones de material reducible que forma trozos.
4. Método según la reivindicación 3, donde una o más de la pluralidad de regiones de material reducible que forma trozos comprende un montón de mezcla reducible comprendiendo al menos una porción ranurada o curva.
5. Método según la reivindicación 3, donde la pluralidad de aberturas de canal se extiende en la capa de la mezcla reducible a una profundidad de canal, y al menos aproximadamente un cuarto de la profundidad de canal se llena con material de relleno de separación de trozos.
6. Método según la reivindicación 3, donde la pluralidad de aberturas de canal se extiende en la capa de la mezcla reducible a una profundidad de canal, y menos de aproximadamente tres cuartos de la profundidad de canal se llena con material de relleno de separación de trozos.
7. Método según la reivindicación 6, donde la mezcla reducible comprende uno o más montones de mezcla reducible comprendiendo al menos una porción ranurada o curva.
8. Método según la reivindicación 6, donde la mezcla reducible comprende compactos.
9. Método según la reivindicación 8, donde los compactos tienen una densidad menor a aproximadamente 2.4.
10. Método según la reivindicación 8, donde los compactos tienen una densidad entre aproximadamente 1.4 y 2.2.
11. Método según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, donde los compactos comprenden al menos uno del grupo consistiendo de briquetas y briquetas parciales.
12. Método según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, donde los compactos comprenden al menos uno del grupo que consiste de montones compactados de la mezcla reducible comprendiendo al menos una porción ranurada o curva, montones en forma de domo compactados de la mezcla reducible, y montones en forma de pirámide compactados de la mezcla reducible.
13. Método según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, donde los compactos comprenden bolas compactadas.
14. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde la etapa de proporcionar la mezcla reducible comprende proporcionar uno o más montones de mezcla reducible comprendiendo al menos una porción curva o ranurada.
15. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, donde la etapa de proporcionar la mezcla reducible comprende proporcionar uno o más compactos.
16. Método según la reivindicación 15, donde la etapa de proporcionar la mezcla reducible comprende formar el uno o más compactos i n si t u dentro de una zona de un sistema de horno utilizado para tratar térmicamente la mezcla reducible .
17. Método según la reivindicación 15 o reivindicación 16, donde los compactos comprenden al menos uno del grupo consistiendo de briquetas y semi-briquetas.
18. Método según la reivindicación 15 o reivindicación 16, donde los compactos comprenden al menos uno del grupo consistiendo de montones compactados de la mezcla reducible comprendiendo al menos una porción ranurada o curva, montones en forma de domo compactados de la mezcla reducible, y montones en forma de pirámide compactados de la mezcla reducible.
19. Método según la reivindicación 15 o reivindicación 16, donde los compactos comprenden bolas compactadas.
20. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, donde la etapa de proporcionar la mezcla reducible comprende proporcionar bolas secas.
21. Método según la reivindicación 1, donde la etapa de proporcionar la mezcla reducible comprende proporcionar compactos, y comprende además la etapa de proporcionar material reductor adyacente al menos a una porción de los compactos.
22. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, donde la etapa de tratar térmicamente la capa de mezcla reducible comprende tratar la capa de mezcla reducible a una temperatura menor a aproximadamente 1450°C.
23. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, donde la etapa de tratar térmicamente la capa de mezcla reducible comprende tratar la capa de mezcla reducible a una temperatura menor a aproximadamente 1400°C.
24. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, donde la etapa de tratar térmicamente la capa de mezcla reducible comprende tratar la capa de mezcla reducible a una temperatura menor a aproximadamente 1375°C.
25. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, donde la etapa de tratar térmicamente la capa de mezcla reducible comprende tratar la capa de mezcla reducible a una temperatura menor a aproximadamente 1350°C.