MX2010011424A - Planta para fabricacion de acero que comprende una planta de reduccion directa y un horno electrico de arco. - Google Patents

Abstract

Un método y aparato de planta de fabricación de acero que incluye un reactor de reducción directa presurizado para la producción continua de hierro de reducción directa caliente (HRD); donde el HRD se alimenta a un horno fusor batch (preferiblemente un horno eléctrico de arco) o alternativamente a un enfriador. Se carga el horno selectivamente a través de una válvula desviadora por medio de un sistema de transporte neumático en el que el HRD caliente es arrastrado por un gas de transporte vía un primer ducto a una tolva receptora (donde el HRD es separado del gas de transporte en un espacio superior de desenganche HRD/gas y se acumula en la porción inferior y de acumulación de la tolva). Se alimenta periódicamente una carga presurizada de HRD acumulada en dicha tolva de desenganche y acumulación vía un segundo ducto a una tolva dosificadora y de despresurización que a su vez despresuriza el HRD y alimenta un lote de HRD al horno vía un tercer ducto. Preferiblemente, al detectarse que la capacidad de la porción de acumulación de la tolva receptora se ha llenado, el HRD es desviado neumáticamente del reactor al enfriador, por ejemplo cuando el horno deja de operar por mantenimiento u otras razones. El reactor, el enfriador y el horno con su serie de tolvas de carga están alineados de manera que la descarga del HRD desde la parte inferior del reactor está abajo del punto de alimentación a la tolva de desenganche y acumulación y también se alimenta al enfriador, permitiendo que estas tres unidades preferiblemente estén estructuralmente situados uno al lado de los otros.

Description

PLANTA PARA FABRICACIÓN DE ACERO QUE COMPRENDE UNA PLANTA DE REDUCCIÓN DIRECTA Y UN HORNO ELÉCTRICO DE ARCO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con el campo de plantas integradas (mini-milis) que tienen una planta de reducción directa para producir hierro de reducción directa (HRD) el cual se funde posteriormente en hornos eléctricos de arco (HEA) o instalaciones similares para producir hierro líquido que a su vez es utilizado para la producción de productos de acero. La invención permite disminuir el costo de inversión de la planta mini-mili y ventajas en la coordinación de un flujo mejorado de HRD entre la fuente de producción continua de HRD y el horno de fusión de tipo batch.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El uso de HRD en la industria siderúrgica se está expandiendo y el número de las así llamadas mini-milis, que son plantas de acero de capacidad de producción relativamente pequeña y mediana, está aumentando. Estas mini-milis comprenden una o más plantas de reducción directa, donde se produce HRD a partir de minerales de hierro, y hornos eléctricos de arco (HEA) para fundir dicho HRD y producir hierro líquido y acero.

Las ventajas económicas y de operación de las modernas mini-milis para fabricación de acero han sido reconocidas en el arte previo y se han propuesto algunos métodos y aparatos para hacer que las instalaciones de mini-milis sean más eficientes y con menores costos de inversión y de operación.

Ver por ejemplo la patente de Estados Unidos No. 6478841 de Faccone et al, que enseña un método para fabricar acero en una mini-mili integrada donde el HRD producido en un reactor de reducción es transportado a altas temperaturas a un HEA por medio de un horno rotatorio inclinado. El HRD es descargado del reactor de reducción por medio de un mecanismo de tipo tornillo y es transportado a través del horno rotatorio ayudado por la gravedad (el cual es presurizado con parte del gas efluente de dicho reactor de reducción para proteger al HRD caliente de la reoxidación). Faccone menciona que es deseable desarrollar sistemas de manejo de HRD caliente capaces de entregar HRD caliente al HEA con una mínima pérdida de metalización, i.e. la proporción del contenido de hierro metálico en relación con el contenido de hierro total, que sean fáciles de operar y que tengan un bajo costo de inversión.

La patente de Estados Unidos No. 5,296,015 de Becerra-Novoa et al (y cedida a una compañía filial de la cestonada de los presentes solicitantes) describe un método para transportar neumáticamente HRD caliente producido en un reactor de reducción directa capaz de entregar dicho HRD caliente con mayor flexibilidad, especialmente a puntos de uso remotos. Esta patente describe en forma general el método de transporte neumático de HRD caliente, pero no hace ninguna mención de los detalles del sistema para cargar HRD al HEA y del impacto económico de minimizar la altura, y por lo tanto los costos, de las estructuras de soporte del reactor de HRD, de las tolvas de carga del HRD y del enfriador de HRD para descargar HRD frío para su manejo, almacenamiento y transporte en forma segura a temperaturas menores a aproximadamente 100°C. Esta patente tampoco describe o sugiere ninguna solución para la coordinación práctica de la producción continua de HRD y la operación batch del horno de fusión HEA de HRD caliente.

La patente de Estados Unidos No. 5,445,363 de Becerra-Novoa et al es una continuación en parte de la patente arriba mencionada No. 5,296,015 y agrega una descripción de un método y aparato para producir hierro y acero que menciona con algunos detalles el problema de minimizar la altura de la estructura que soporta al reactor de reducción, cuando el HRD caliente se usa para producir briquetas de HRD. Becerra-Novoa et al mencionan que la altura de la torre de soporte 142 (en la figura 7) puede disminuirse utilizando un sistema de transporte neumático para transportar el mineral de hierro que se carga a y/o se descarga del reactor de reducción pero no hace ninguna mención de los beneficios que pueden obtenerse al transportar neumáticamente DRI caliente, especialmente en una planta mini-mili que tiene un horno eléctrico de arco y donde existen muchas restricciones de espacio y localización de equipos y de operación de la planta y donde se tiene la necesidad de minimizar los costos de inversión y de operación de la planta mini-mili.

La estructura del sistema de transporte neumático descrito en las dos patentes de Becerra-Novoa el al se complementa con detalles adicionales en el artículo titulado "Super-lntegration: Use of Hot DRI at New Hylsa CSP Mili", presentado en la conferencia de Noviembre 20-22, 1996 Gorham/lntertech Mini-Milis of the Future Conference en Charlotte, N.C. Este artículo describe un escalamiento de una planta piloto existente (que había sido utilizada para probar los conceptos de las patentes de Becerra-Novoa et al). Comparando las figuras 2 y 3 de las patentes de Becerra Novoa et al con la figura 2 del artículo, puede verse que las patentes muestran una tolva de desenganche 54 del gas de transporte junto con una tolva esclusa 130 separada de despresurización (para alimentar el HEA 48). En contraste, la figura 2 del artículo muestra un par de "tolvas de alimentación de HEA" en paralelo, donde las funciones de desenganche y despresurización se combinan en cada una del par de tolvas, y el par de tolvas se alternan una con otra para dar una alimentación continua de carga de DRI del reactor de reducción al HEA (con una tolva presurizada y llenándose con HRD, mientras la otra está despresurizada y descargando HRD al HEA).

La estructura de la figura 2 del artículo, tal como se construyó en un mini-mili en 1998, se muestra diagramáticamente en la página 6 de la publicación titulada "HYL Report-The Direct Reduction Quarterly", Verano 2000, Vol.XIV, No.2, publicada por HYL, Monterrey, México. Ver las tolvas paralelas que alimentan el "Horno de CD No. 1 ". Similarmente, en el mismo mini-mili, la estructura de las dos patentes de Becerra-Novoa et al se incorporó también y de tamaño aumentado para un escalamiento a nivel comercial. Como se ha ilustrado y realmente construido, la serie superior de tres tolvas que alimentan al "Horno de CD No. 2" funcionaban respectivamente como 1 ) una tolva de desenganche simple 54, 2) una tolva de despresurización 103 y 3) una tolva atmosférica de almacenamiento de capacidad suficiente para tener una carga al HEA de 100% HRD. Se notará que cada tolva pequeña localizada inmediatamente arriba de cada HEA es equivalente a la tolva 52 en la Figura 1 anexa a la presente solicitud. Se notará también que las otras dos de las tres tolvas paralelas que alimentan al "Horno de CD No. 2" son también tolvas atmosféricas, dos de las cuales reciben HRD de fuentes separadas o indirectamente del reactor de reducción (por ejemplo del "enfriador externo"). Esta planta ha estado en operación hasta ahora por una década. Esta publicación está actualmente disponible en línea en http://www.hylsamex.com/hyl/reportes/2000/summer.pdf.

La patente de Estados Unidos No. 6,214, 086 de Montague et al describe un sistema utilizando la gravedad para transportar material de HRD caliente desde un reactor de reducción a un HEA y/o a un recipiente de enfriamiento. Esta patente, al final de la columna 1 y en los párrafos a la mitad de la columna 3, específicamente recomienda no usar el transporte neumático de HRD, y proporciona una buena demostración de las limitaciones y desventajas de un sistema de alimentación por gravedad (distancias de transporte limitadas y estructura de soporte costosa de un reactor grande 10 a grandes alturas para que esté posicionado a una altura suficiente sobre el HEA y el enfriador de manera que se puedan mantener los ángulos necesarios para la alimentación por gravedad).

Para ampliar los antecedentes, ver la patente de Estados Unidos No. 4,528,030 de Martínez-Vera et al, que muestra una planta de reducción directa que puede usarse en conjunto con la presente invención.

El HRD es un material sólido granular que se produce por la reacción de minerales de hierro (principalmente óxidos de hierro) en fase sólida con un gas reductor a alta temperatura del orden de 900°C a 1100°C en un reactor de reducción con o sin una zona de enfriamiento para el HRD. El HRD se funde después, preferiblemente en un horno eléctrico de arco, para producir hierro líquido y ser transformado a acero líquido. Las plantas de reducción directa comprenden típicamente un reactor continuo de lecho móvil que descarga HRD frío o caliente. El término "HRD frío" se aplica a HRD descargado a temperaturas típicamente menores a aproximadamente 100°C, y el término "HRD caliente" se aplica a HRD descargado a temperaturas preferiblemente superiores a aproximadamente 400°C, e.g. a HRD no enfriado en el reactor de reducción.

El HRD, fundido en hornos eléctricos de arco, usualmente se mezcla con chatarra en proporciones seleccionadas de acuerdo con el costo económico de los materiales de carga y con la calidad que se desea obtener en los productos de acero finales. La tecnología de diseño y operación de hornos eléctricos de arco ha evolucionado considerablemente. Estos hornos para fundir utilizan tanto energía eléctrica como energía química para disminuir el tiempo de colada incrementando así la productividad del horno. A este respecto, el HRD que contiene una alta proporción de carbón combinado (mayor a aproximadamente 3% de Fe3C) proporciona beneficios substanciales, porque el carbón se combina químicamente con el oxígeno inyectado al horno produciendo calor y una escoria espumosa lo cual también produce otras ventajas.

Como el HRD reacciona con el oxígeno y la humedad, si se expone al aire atmosférico a altas temperaturas, es necesario proporcionar una protección de una atmósfera inerte al manejarlo hasta que llega al HEA. Existen varias propuestas en la industria para transferir HRD caliente al horno de fusión. Una de uso más reciente es por medio de un sistema de transporte neumático utilizando un gas inerte o un gas reductor como gas de transporte. Otra manera ha sido por medio de recipientes de transporte cerrados y protegidos con material refractario que se mueven por rieles o por grúas. También, se ha utilizado tradicionalmente la alimentación por gravedad, pero está fuertemente limitada a distancias de transporte cortas debido al ángulo de flujo requerido y por el costo de soportar los reactores masivos a grandes alturas para que estén localizados sobre las estructuras donde se alimenta el HRD y especialmente para lograr el flujo a lo largo de una distancia significativa requerida para llegar hasta dichas estructuras.

Existe la necesidad de un método y aparato para el diseño, construcción y operación de una planta mini-mili con un arreglo eficiente basado en las necesidades respectivas de la producción de HRD y del horno para fundir el HRD (y no en las necesidades del sistema de transporte de HRD). La presente invención proporciona tal método y aparato, proporcionando al mismo tiempo muchas otras ventajas sobre los sistemas del arte previo arriba mencionados.

Los documentos citados en este texto (incluyendo las patentes mencionadas), y todos los documentos citados o referenciados en los documentos citados en este texto, se incorporan aquí por referencia.

Los documentos incorporados por referencia en este texto o cualesquier idea contenida en ellos pueden utilizarse en la práctica de esta invención.

OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN Es por lo tanto un objetivo de la invención proporcionar una planta siderúrgica del tipo mini-mili con una alta eficiencia y bajos costos de operación e inversión.

Es otro objetivo de la invención proporcionar un sistema y un método para coordinar eficientemente la operación continua de un reactor de reducción que produce HRD caliente con la operación batch de un horno eléctrico de arco para fundir dicho HRD caliente.

Es además otro objetivo de la invención proporcionar flexibilidad en el diseño de una planta de HRD, que no esté limitado por las limitaciones de un flujo por gravedad; y especialmente con un flujo mejorado, libre y continuo durante el transporte neumático de HRD.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN Los objetivos de la invención se logran en forma general proporcionando una planta para fabricación de acero que comprende: un reactor de reducción directa para producir HRD caliente en forma continua con una descarga en su parte inferior; un horno fusor de HRD; un enfriador de HRD separado y posicionado a distancia de dicho reactor; una tolva de desenganche y acumulación localizada sobre el nivel de dicho horno fusor; una tolva dosificadora y de despresurización, localizada en serie entre dicha tolva de desenganche y acumulación y dicho horno fusor, y que tiene una capacidad para contener una carga de HRD de por lo menos una carga para una colada de dicho horno; un aparato de transporte neumático para mover dicho HRD caliente con un gas de transporte desde la descarga de dicho reactor para alimentar selectivamente, a un nivel superior al nivel de la descarga de dicho reactor, al horno a través de dicha serie de tolvas, o dicho enfriador; y donde dicha tolva de desenganche y acumulación tiene adicionalmente a un espacio en su porción superior suficiente para desenganchar el HRD del gas de transporte, también una capacidad de acumulación en su parte inferior suficiente para recibir un flujo continuo de HRD en exceso de la cantidad de carga para una colada de dicho horno, para acomodar las demoras típicas del horno fusor; un primer ducto para conducir HRD caliente desde dicho reactor de reducción a dicha tolva de desenganche y acumulación que forma parte del aparato de transporte neumático; un segundo ducto para conducir HRD caliente desde dicha tolva de desenganche a la tolva dosificadora y de despresurización; un tercer ducto para conducir HRD caliente desde dicha tolva dosificadora y de despresurización a dicho horno fusor; un cuarto ducto para conducir HRD caliente desde dicho reactor de reducción a dicho enfriador de HRD como parte del aparato de transporte neumático; y una válvula desviadora para dirigir selectivamente un flujo continuo de HRD desde dicho reactor a uno de por lo menos dichos primero o cuarto ductos.

Los objetivos de la invención se logran también en forma general proporcionando un método para fabricación de acero en una planta de tipo mini-mili que comprende un reactor de reducción directa para producir HRD caliente; un horno fusor de HRD; un enfriador de HRD; una tolva de desenganche y acumulación localizada a un nivel superior al nivel de dicho horno fusor; una tolva dosificadora y de despresurización localizada en serie entre dicha tolva de desenganche y acumulación y el horno fusor, donde dicha tolva de desenganche y acumulación tiene un espacio suficiente para desenganchar en su parte superior el HRD del gas de transporte y también tiene en su parte inferior una capacidad de acumulación suficiente para recibir un flujo continuo de HRD en exceso de la cantidad de carga para una colada de dicho horno para acomodar las demoras típicas del horno fusor; y ductos adecuados para transferir el HRD caliente desde dicho reactor de reducción a la tolva de desenganche y acumulación y sucesivamente de dicha tolva de desenganche y acumulación a la tolva dosificadora y de despresurización y posteriormente a dicho horno fusor y/o para selectivamente conducir una porción de dicho HRD caliente desde dicho reactor de reducción al enfriador de HRD; donde dicho método comprende los pasos de: producir HRD caliente en dicho reactor de reducción; selectivamente y en forma continua mover neumáticamente por medio de un gas de transporte dicho HRD caliente a la tolva de desenganche y acumulación; determinar la cantidad de HRD caliente que será cargado a dicho horno fusor de acuerdo con la cantidad necesaria de la siguiente colada; determinar el nivel de HRD en dicha tolva dosificadora y de despresurización; mover HRD caliente desde la tolva de desenganche y acumulación a la tolva dosificadora y de despresurización para por lo menos igualar dicha cantidad que se va a cargar al horno fusor; posteriormente aislar, despresurizar, dosificar el HRD contenido al horno fusor , represurizar, y reconectar dicha tolva dosificadora y de despresurización con dicha tolva de desenganche y acumulación; continuar el ciclo de los pasos arriba mencionados excepto cuando se transporta neumáticamente el HRD caliente desde dicho reactor de reducción por medio de un gas de transporte en lugar de enviarse al enfriador de HRD cuando el nivel de HRD en dicha tolva de desenganche y acumulación ha llegado a su capacidad de acumulación.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL DIBUJO La Figura 1 es una elevación frontal esquemática de una planta para la producción de HRD y acero, de una planta mini-mili que produce un producto de acero que incorpora una modalidad preferida de la presente invención y que es ilustrativa de una estructura novedosa para llevar HRD desde el reactor de reducción directa hasta otras estructuras para su procesamiento subsecuente tales como un HEA y un recipiente de enfriamiento.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Se verá que esta invención, como está aquí descrita, es nueva y es una mejora operacionalmente efectiva sobre el estado del arte en formas que no se habían apreciado, inclusive sobre las dos alternativas superficialmente similares de transporte neumático de de HRD ilustradas en el diagrama referenciado del HYL Report arriba mencionado.

En la Figura 1 anexa, se ilustra una modalidad preferida de la presente invención donde la planta comprende un reactor de reducción 10, un horno eléctrico de arco 12 y un recipiente enfriador de de HRD 14. Se carga mineral de hierro 11 en forma de trozos, pellets o sus mezclas a la tolva de carga 16, abierta a la atmósfera, dicha tolva 16 alimenta alternadamente una pluralidad de tolvas de presurización 18 que a su vez alimenta alternadamente las partículas de mineral de hierro en una forma substancialmente continua al reactor de reducción 10 presurizado (manteniendo así la presión dentro del sistema del reactor y también evitando que los gases reductores tengan contacto con el aire ambiental). Para este fin, las tolvas de presurización 18 están provistas de válvulas de sólidos y sello de gas 20. Las partículas de mineral de hierro 11 fluyen hacia abajo por gravedad a través del reactor de reducción 10 donde un gas reductor a alta temperatura compuesto principalmente de hidrógeno y monóxido de carbono reacciona con los óxidos de hierro de las partículas de mineral produciendo hierro de reducción directa (HRD) en la zona de reducción 22 de dicho reactor. El gas reductor es introducido al reactor 10 (por medio de ductos, no mostrados por simplicidad) a temperaturas superiores a aproximadamente 850°C. Preferiblemente la temperatura del gas reductor está arriba de 1000°C con los beneficios consecuentes en el incremento en la velocidad de producción, ya que se favorece la cinética de las reacciones de reducción.

El HRD caliente producido pasa a través de la zona inferior 24 que converge hacia abajo del reactor 10 y es descargado a través de una válvula rotatoria 26, o de un mecanismo similar regulador de sólidos, que regula el tiempo de residencia del mineral en el reactor 10 y por lo tanto la velocidad de producción del reactor 10.

El HRD 34 producido en el reactor 10 pasa a través del ducto de descarga 28 y luego es dirigido por la válvula desviadora 30 a cualquiera de una pluralidad de ductos de transporte neumático o de desviación de producto 32, 58 o 78. Durante la operación normal del HEA; la válvula desviadora 30 está posicionada para alimentar un primer ducto 32 que forma parte de un sistema de transporte neumático que alimenta al HEA. El primer ducto 32 lleva el HRD caliente 34 a la tolva de acumulación 36.

El espacio de desenganche 37 necesario para separar las partículas de HRD del gas de transporte está integrado a la tolva de acumulación 36 (en lugar de tener una tolva separada de desenganche de sólidos). Para este fin, la tolva acumuladora 36 está provista de una salida 38 para el gas de transporte utilizado en el transporte neumático a través del ducto 32. Se entiende que el gas de transporte es reciclado, reacondicionado si es necesario, y recirculado en el sistema de transporte neumático de manera conocida en el arte, por ejemplo como se describe en la Patente de Estados Unidos 5,296,015 o en el artículo de 1996 arriba mencionado.

El HRD caliente normalmente es acumulado continuamente en la tolva de desenganche y acumulación 36 y es transferido periódicamente a través de la válvula 40 y un segundo ducto 42 de tiempo en tiempo a una tolva dosificadora y de despresurización 44 que recibe dicho HRD caliente para transferirlo a una velocidad regulada por lotes al HEA 12. La tolva dosificadora y de despresurización 44 está provista de válvulas de sello de gas 46 para mantener la presión del sistema de transporte neumático en la tolva acumuladora 36 por medio de la presurización y despresurización de la tolva 44 con gas inerte de manera conocida en el arte. Cuando el HRD caliente se alimenta al HEA 12, la tolva dosificadora y de despresurización 44 está substancialmente a presión atmosférica y el HRD caliente fluye al HEA 12 por gravedad a través de los tubos 48 y 50 (que juntos constituyen un tercer ducto). Opcionalmente se proporciona una tolva suplementaria 52 sobre el horno de tal manera que otros materiales suplementarios, tales como fundentes y ferroaleaciones (no mostrada en el dibujo por simplicidad) que pueden agregarse al HRD 34 que se alimenta al HEA 12 por el tubo 50. Cuando se carga HRD caliente, dicho HRD 34 típicamente está a una temperatura superior a aproximadamente 500°C.

Las ventajas de la estructura arriba descrita se pueden apreciar mejor comparando la presente invención con los dos diferentes sistemas neumáticos de alimentación de HRD del arte previo (uno que alimenta al HEA No. 1 y otro que alimenta al HEA No. 2) como se ha ilustrado en el diagrama referenciado en el HYL Report arriba citado.

En el arreglo de tolvas paralelas mostrado en el HYL Report (como se utiliza para alimentar el HEA No. 1), cuando se llena la primera de las tolvas paralelas, entonces debe cerrarse una válvula en el tubo de transporte neumático (y el flujo continuo de partículas de HRD se desvía para llenar la segunda tolva paralela, mientras que la primera es despresurizada y se descargan las partículas de HRD allí contenidas). Esta interrupción en el flujo a la primera tolva interrumpe también el flujo de gas de transporte a la primera tolva incluyendo las partículas de HRD arrastradas. Las partículas de HRD en el tubo cerrado que conduce a la primera tolva caen y se acumulan en la parte inferior del tubo de transporte que fue cerrado.

Cuando la primera tolva está lista para ser recargada con una nueva carga de partículas de HRD, la válvula se abre de nuevo y el gas de transporte debe arrastrar a las partículas de HRD que están detenidas en el tubo que conduce a la primera tolva. Este flujo constantemente interrumpido y reiniciado de partículas de HRD relativamente grandes es un problema y no es eficiente en cuanto al uso de energía.

En un arreglo de dos tolvas en serie de conformidad con la presente invención, no se tienen estas interrupciones del gas de transporte, puesto que la tolva superior (acumuladora) 36 normalmente está recibiendo continuamente el HRD caliente 34. Durante las relativamente pocas excepciones, cuando se alcanza la capacidad de la tolva 36, el HRD simplemente se re-dirige al enfriador 14, sin interrupción en el flujo neumático de HRD del reactor 10. Aún cuando haya tal desviación (cerrando el suministro de HRE 34 a la tolva 35 por medio de la desviadora 30), no es necesario cerrar inmediatamente el flujo de gas de transporte a la tolva 36 hasta después de que todas las partículas de HRD 34 que están en el tubo de transporte 32 al momento de cierre hayan sido descargadas en la tolva 36 El sistema de transporte que incorpora la presente invención tiene así una operación más uniforme y más eficiente.

De acuerdo con lo anterior, la operación normal del sistema de transporte neumático de conformidad con la presente invención es como sigue: El reactor 10 produce continuamente HRD callente el cual es transportado neumáticamente a la tolva superior (acumuladora) 36. Durante el tiempo en que la tolva superior 36 está siendo cargada continuamente con HRD 34, la tolva inferior más pequeña 44 está aislada de la tolva 36, se despresuriza, vacía el HRD 34 en el HEA, se re-presuriza, y se conecta de nuevo con la tolva 36 de manera que se re- carga con HRD 34 con flujo por gravedad desde la tolva superior acumuladora 36 que está constantemente presurizada. La tolva superior (acumuladora) 36 está diseñada preferiblemente con una capacidad "extra" que permite la acumulación de HRD caliente cuando ocurren demoras de corta duración en la operación del HEA 12.

Otra diferencia, entre las dos tolvas paralelas del arte previo y las dos tolvas en serie de la presente invención, es que las tolvas paralelas o requieren una tercera tolva (que funcione como espacio de desenganche del gas de transporte), o alternativamente cada tolva paralela requiere su propio espacio de desenganche. En contraste, en el arreglo de tolvas en serie de conformidad con la presente invención, solamente la tolva superior 36 tiene un espacio de desenganche 37 (y no se necesita una tolva adicional de desenganche o un espacio adicional de desenganche en otra tolva).

Esto significa, adicionalmente, que la tolva de despresurización 44 puede ser más pequeña que la tolva superior 36 (siendo más pequeña que cualquiera de las tolvas paralelas, cuando dichas tolvas incorporan un espacio integral de desenganche, o que la combinación de esas tolvas con una tercera tolva cuando esta última se usa para tener un espacio de desenganche separado).

Además, como consecuencia del arreglo en serie de la presente invención, solamente se necesitan dos conjuntos de válvulas 40 (puesto que solamente la tolva 44 requiere ser aislada para des-presurización), mientras que en contraste, el arreglo de tolvas paralelas necesita cuatro conjuntos de válvulas (pues cada una de las dos tolvas paralelas requiere ser aislada en forma alternada).

El arreglo de tolvas en serie mostrado en las figuras 3 a 6 de las dos patentes de Becerra-Novoa et al y en el diagrama de la página 6 del HYL Report (como se usan para alimentar el HEA No. 2), son también diferentes en cuanto a la estructura única del arreglo de dos tolvas en serie de conformidad con la presente invención. Las patentes de Becerra-Novoa et al muestran una simple tolva de desenganche 54 y una simple tolva esclusa de despresurización 130. Estas patentes estuvieron basadas en los resultados de pruebas en la operación de una pequeña planta piloto donde los problemas de escalamiento para uso comercial no se habían contemplado. No hay ninguna discusión o alguna mención de cómo coordinar la alimentación continua desde el reactor a un horno fusor batch en general, ni a un HEA en particular. Estos problemas fueron considerados en la planta comercial ya escalada ilustrada en el diagrama referenciado del HYL Report. Sin embargo, puede verse que se conservó la combinación simplificada de las patentes de Becerra-Novoa et al a la cual se agregó una tercera tolva acumuladora atmosférica bajo las otras dos tolvas. Esta combinación no tiene las ventajas mencionadas arriba respecto a la presente invención, ni hay ninguna sugerencia de una estructura compacta que sea adecuada particularmente para uso en una planta mini-mili.

Continuando con la descripción de esta modalidad, la tolva dosificadora y de despresurización 44 está provista con medios para regular la descarga 54, por ejemplo una válvula rotatoria o un mecanismo similar que puede utilizarse para regular la velocidad de flujo del HRD. De esta manera, la cantidad y el tiempo de descarga del HRD caliente se regulan de acuerdo con la alimentación al HEA requerida para su programa de producción.

La tolva acumuladora de HRD 36 y la tolva dosificadora y de despresurización 44 en serie deben posicionarse verticalmente arriba del HEA y no pueden localizarse directamente sobre el HEA, por el espacio requerido para desplazar el techo del horno para la carga de chatarra y por la necesidad de mantener suficiente espacio arriba del horno para las maniobras de la grúa superior para la carga de chatarra y mantenimiento del horno. El HEA 12 es alimentado por medio de un ducto inclinado 50 que se conecta con el dispositivo conector 56 soportado por el HEA 12. Cuando el HEA 12 se inclina para vaciar el acero o para otras maniobras, se interrumpe el flujo de HRD 34 en los ductos 48 y 50 y el ducto 50 se desconecta del dispositivo conector 56.

Si el HEA 12 deja de operar o tiene demoras significativas, la tolva dosificadora 44 puede permanecer llena con HRD caliente así como la tolva acumuladora 36. Como el reactor de reducción 10 continúa operando, el HRD caliente es desviado por la válvula desviadora 30 hacia el ducto de transporte neumático 58 que conduce al HRD caliente 60 hacia el enfriador de HRD 14. Esta desviación de la alimentación del HEA 12 hacia el enfriador 14 es disparada por un sensor 53 en la tolva 36 que al determinar que la porción de acumulación de la tolva 36 está lleno (por abajo del espacio de desenganche 37) manda una señal de control a la válvula desviadora 30 para cambiar el flujo de HRD hacia el enfriador 14.

El enfriamiento del HRD 60 a temperaturas inferiores a aproximadamente 100°C (para evitar la reoxidación) permite la descarga de HRD suficientemente frío en áreas cerradas o abiertas para su almacenamiento y posterior utilización. El ducto de transporte neumático 58 puede extenderse a distancias significativamente grandes para tener una mayor flexibilidad según se requiera por la disposición de la planta de fabricación de acero. En una modalidad preferida de la invención, para una máxima eficiencia, el enfriador de HRD 14 se localiza cerca, al lado de, pero no abajo del reactor de reducción 10.

El ducto 58 entrega HRD caliente a una tolva de desenganche 62 del enfriador provista de una salida 63 para el gas de transporte similar a la salida 38 de la tolva acumuladora 36 del HEA. El HRD caliente 60 es enfriado por medio de la circulación a contra-corriente de un gas de enfriamiento a través de dicho HRD 60 en el enfriador 14. El tiempo de residencia del HRD en el enfriador es regulado por medio de la válvula rotatoria 64. El HRD frío 60 es descargado del enfriador a través de las tolvas esclusas 66. La válvula desviadora 68 dirige el HRD frío alternadamente a cualquiera de las tolvas de descarga 66, las cuales están en comunicación con el enfriador por medio de las válvulas 70 durante la carga, o durante la descarga con la atmósfera ambiente. El HRD frío se descarga a través de los tubos 72 y se lleva a otros usos o almacenamiento, por ejemplo, por medio de la banda transportadora 74.

El reactor de reducción 10 está provisto de una tolva de descarga y despresurización 76 para aquellos casos cuando tiene que descargarse sin que el HRD pase por el HEA 12 o el enfriador de HRD 14. Por ejemplo, puede utilizarse para descargar el reactor 22 durante el mantenimiento o paros de la planta mini-mili. Con este fin, la válvula desviadora 30 puede dirigir el HRD a través del tubo 78 hacia la tolva de descarga y despresurización 76, y posteriormente, después de una manipulación apropiada de las válvulas de sello 80 para efectuar la despresurización, el HRD 60 se pasa a la banda transportadora 84 por el tubo de descarga 82.

De conformidad con un aspecto de la invención, se diseñan y construyen por lo menos tres estructuras de soporte separadas para una planta mini-mili basada en HRD y hornos eléctricos, sin contar las estructuras de soporte de la acería y de otras instalaciones para la fabricación de acero. Una estructura de soporte 86 es para la tolva acumuladora 36 y para la tolva dosificadora 44, otra estructura 88 es para el reactor de reducción 10, y otra estructura 90 es para el enfriador de HRD 14.

La altura de estas estructuras de soporte puede minimizarse y localizarse en las plantas de la manera que mejor se acomoden con las restricciones locales mientras que también se minimiza el costo de la planta. La flexibilidad proporcionada por el uso del transporte neumático de HRD caliente desde el reactor de reducción 10 hasta las tolvas de alimentación del HEA 36 y 44 y al enfriador de HRD 14 permite también minimizar la altura de dichas estructuras. La importancia económica de esta ventaja es más significativa a medida que aumenta la capacidad de producción del reactor de reducción y del horno (ya que se tendría que soportar más peso a mayores alturas, si el HRD caliente se transporta sólo por gravedad).

En una modalidad preferida de la invención la estructura 86 está localizada tan cerca como es posible al HEA 12, y la estructura 90 del enfriador de HRD está localizada tan cerca como sea posible al reactor de reducción 10.

Debe entenderse por supuesto que esta descripción es para fines ilustrativos y que describe algunas modalidades preferidas de la invención y que se pueden hacer numerosas modificaciones y adiciones a estas modalidades sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Una planta de fabricación de acero que comprende: un reactor de reducción para producir continuamente HRD caliente con una descarga en su parte inferior; un horno fusor de HRD; un enfriador de HRD separado y posicionado a un lado de dicho reactor; una tolva de desenganche y acumulación localizada a una altura superior al nivel de dicho hormo fusor; una tolva dosificadora y de despresurización localizada en serie entre dicha tolva de desenganche y acumulación y el horno fusor y que tiene la capacidad de contener una carga de HRD de por lo menos la cantidad necesaria para una colada de dicho horno; un aparato de transporte neumático para transportar dicho HRD caliente con un gas de transporte desde dicha descarga del reactor para alimentar selectivamente, a un nivel superior al nivel de dicha descarga del reactor, o a dicho horno a través de dicha serie de tolvas o a dicho enfriador; donde dicha tolva de desenganche tiene adicionalmente al espacio en su parte superior suficiente para desenganchar el HRD del gas de transporte tiene como parte inferior una capacidad de acumulación para recibir un flujo de HRD continuo en exceso suficiente para una colada de dicho horno para acomodar las demoras típicas del horno fusor; un primer ducto para conducir HRD caliente desde dicho reactor de reducción a dicha tolva de desenganche como parte del aparato de transporte neumático; un segundo ducto para conducir HRD caliente desde dicha tolva de desenganche y acumulación a dicha tolva dosificadora y de despresurización; un tercer ducto para conducir HRD caliente desde dicha tolva dosificadora y de despresurización hasta el horno fusor; un cuarto ducto para conducir dicho HRD caliente desde dicho reactor de reducción a enfriador de HRD como parte del aparato de transporte neumático; y una válvula desviadora para dirigir selectivamente un flujo continuo de HRD desde el reactor a uno de por lo menos dichos primero y cuarto ductos.

2. Una planta de fabricación de acero de conformidad con la reivindicación 1 , donde dicho horno fusor es un horno eléctrico de arco.

3. Una planta de fabricación de acero de conformidad con la reivindicación 2, que comprende además un sensor para determinar si el HRD ha llenado la capacidad de acumulación de la parte inferior de la tolva de desenganche y acumulación y para controlar la válvula desviadora que cambia el flujo de HRD al enfriador.

4. Una planta de fabricación de acero de conformidad con la reivindicación 3, que comprende además válvulas de sello de gas para aislar de la atmósfera ambiente dicha tolva dosificadora y de despresurización.

5. Una planta de fabricación de acero de conformidad con la reivindicación 4, donde dicha serie de tolvas están alineadas de manera que el HRD caliente fluye por gravedad a través de dicho segundo y tercer ductos.

6. Una planta de fabricación de acero de conformidad con la reivindicación 5 donde dicho enfriador de HRD incluye una tolva de desenganche.

7. Una planta de fabricación de acero de conformidad con la reivindicación 6, que comprende además por lo menos una tolva de presurización y válvulas de sello de gas en la entrada y en la salida de dicha tolva de despresurización para aislar dicha tolva de despresurización de la atmósfera ambiente y descargar HRD frío del enfriador de HRD.

8. Una planta de fabricación de acero de conformidad con la reivindicación 7, donde dicha tolva de desenganche y acumulación tiene una capacidad de por lo menos 1.3 veces la cantidad de material para una colada de dicho horno fusor.

9. Una planta de fabricación de acero de conformidad con la reivindicación 8, donde dicha tolva de desenganche y acumulación tiene una capacidad de por lo menos 1.8 veces la cantidad de material para una colada de dicho horno fusor.

10. Un método de fabricación de acero en una planta mini-mili que comprende un reactor de reducción directa para producir HRD caliente; un horno fusor de HRD; un enfriador de HRD; una tolva de desenganche y acumulación localizada a un nivel superior al nivel de dicho horno fusor; una tolva dosificadora y de despresurización localizada en serie entre dicha tolva de desenganche y acumulación y el horno fusor; 1 donde dicha tolva de desenganche y acumulación tiene adicionalmente un espacio en la una tolva dosificadora y de despresurizacion localizada en serie entre dicha tolva de desenganche y acumulación y el horno fusor; donde dicha tolva de desenganche tiene adicionalmente al espacio en su parte superior suficiente para desenganchar el HRD del gas de transporte tiene también en su parte inferior una capacidad de acumulación para recibir un flujo de HRD continuo en exceso suficiente a la cantidad necesaria para una colada de dicho horno y para acomodar las demoras típicas del horno fusor; y ductos adecuados para transferir dicho HRD caliente desde el reactor de reducción a dicha tolva de desenganche y acumulación y sucesivamente desde dicha tolva de desenganche y acumulación a la tolva dosificadora y de despresurizacion y posteriormente al horno fusor y/o selectivamente conducir una porción de dicho HRD caliente desde el reactor de reducción al enfriador de HRD; donde dicho método comprende los pasos de: producir HRD caliente en dicho reactor de reducción; selectiva y continuamente transportar neumáticamente dicho HRD caliente a la tolva de desenganche y acumulación por medio de un gas de transporte; determinar la cantidad de HRD caliente que será cargada al horno fusor de acuerdo con la cantidad necesaria para la siguiente colada; determinar el nivel de HRD en la tolva dosificadora y de despresurizacion; conducir HRD caliente desde dicha tolva de desenganche y acumulación a la tolva dosificadora y de despresurizacion para que la cantidad transferida sea por lo menos la cantidad que se va a cargar al horno fusor; aislar, despresurizar, dosificar el HRD contenido en dicha tolva al horno, represurizar y reconectar dicha tolva dosificadora y de despresurizacion con la tolva de desenganche y acumulación; continuar el ciclo de los pasos anteriores excepto cuando se transporta neumáticamente el HRD caliente desde dicho reactor de reducción por medio de un gas de transporte en lugar de transportarse a dicho enfriador de HRD cuando el nivel de HRD en la tolva de desenganche y acumulación ha alcanzado su capacidad de acumulación.

11. Un método de conformidad con la reivindicación 10, donde la dosificación de dicha tolva dosificadora y de despresurizacion es para un horno eléctrico de arco para la fabricación de acero, y donde dicha tolva de desenganche tiene una capacidad de por lo menos 1.3 veces la cantidad necesaria para una colada de dicho horno fusor.

12. Un método de conformidad con la reivindicación 11 , que comprende además detectar cuándo el HRD ha llenado la capacidad de acumulación de la porción inferior de la tolva de desenganche y acumulación y controlar la válvula desviadora para cambiar el flujo de HRD hacia el enfriador.