MX2012013309A - Proceso de fundicion directa. - Google Patents

Proceso de fundicion directa.

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Abstract

Se describe un proceso de fundición directa basado en baño de fundido que comprende controlar las condiciones de proceso en un recipiente de fundición directa de manera que la escoria fundida en el baño de fundido del metal y la escoria en el recipiente tienen una viscosidad en un intervalo de 0.5-5 poises cuando la temperatura de la escoria está en un intervalo de 1400-1550°C en el baño de fundido en el recipiente.

Description

PROCESO DE FUNDICION DIRECTA DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención se relaciona con un proceso de fundición directa basado en baño de fundido para producir metal fundido a partir de un material de alimentación metalífero que contiene óxidos de hierro y óxidos de titanio en un recipiente de fundición directa.
El material de alimentación metalífero puede ser cualquier material que contenga óxidos de hierro y óxidos de titanio. Un ejemplo de un material de alimentación adecuado es magnetita de titanio. Esto también es conocido como titanomagnetita o "arenas de hierro". Otro ejemplo es ilmenita. Las fuentes adecuadas de magnetita de titanio se encuentran en el Suroeste de China y en Nueva Zelanda. Las fuentes adecuadas de ilmenita se encuentran en Australia Occidental y en Madagascar. La presente invención no se confina a magnetita de titanio e ilmenita y no se restringe a magnetita de titanio e ilmenita a partir de estas fuentes.
El material de alimentación metalífero también puede ser cualquier material que contenga óxidos de hierro y óxidos de titanio y otros óxidos de metal tal como óxidos de vanadio. Un ejemplo de un material de alimentación adecuado es magnetita de titanio-vanadio tal como la que se encuentra en el Suroeste de China y en Nueva Zelanda o como residuo de Ref.: 237120 un proceso de alimentación de pigmento de Ti02 (tal como el proceso Becher) .
Un proceso de fundición directa basado en baño de fundido conocido generalmente denominado como el proceso Hlsmelt se describe en una cantidad considerable de patente y solicitudes de patentes a nombre del solicitante.
El proceso Hlsmelt está asociado particularmente con la producción de hierro fundido a partir de mena de hierro .
En el contexto de elaboración de hierro fundido, el proceso Hlsmelt incluye las etapas de: (a) formar un baño de hierro fundido y escoria en un recipiente de fundición directa; (b) inyectar en el baño: (i) mena de hierro, típicamente en forma de finos; y (ii) un material carbonáceo sólido, típicamente carbón, el cual actúa como un reductor del material de alimentación de mena de hierro y una fuente de energía; y (c) fundir la mena de hierro para hierro en el baño .
El término "fundir" se entiende en la presente que significa el procesamiento térmico en donde se llevan a cabo reacciones químicas que reducen óxidos de metal para producir metal fundido.
En el proceso Hlsmelt los materiales de alimentación sólidos en forma de material metalífero y el material carbonáceo sólido se inyecta con un gas portador dentro de un baño de fundido a través de varias lanzas las cuales están inclinadas con respecto a la vertical de manera que se extienden hacia abajo y hacia adentro a través de la pared lateral del recipiente de fundición directa y dentro de la región inferior del recipiente de manera que suministran por lo menos parte de los materiales de alimentación sólidos dentro de una capa de metal en el fondo del recipiente. Los materiales de alimentación sólidos y el gas portador penetran en el baño de fundido y provocan que el metal fundido y/o la escoria sean proyectados al espacio por encima de la superficie de baño y formen una zona de transición. Se inyecta una descarga de gas que contiene oxígeno, típicamente aire enriquecido con oxígeno u oxígeno puro dentro de una región superior del recipiente a través de una lanza que se extiende de modo descendente para provocar post-combustión de gases de reacción liberados del baño de fundido en la región superior del recipiente. En la zona de transición existe una masa favorable de' gotitas ascendentes y después descendentes o salpicados o corrientes de metal fundido y/o escoria las cuales proporcionan un medio eficaz para transferir al baño la energía térmica generada por la reacción post-combustión de gases por encima del baño.
Típicamente, en el caso de producir hierro fundido, cuando se utiliza aire enriquecido con oxígeno, se alimenta a una temperatura del orden de 1200°C y se genera en altos hornos caliente. Si se utiliza oxígeno frío técnicamente puro, habitualmente se alimenta en o cerca de la temperatura ambiente .
Los gases de descarga que resultan de la post-combustión de los gases de reacción en el recipiente de fundición directa son extraídos de la región superior del recipiente mediante un conducto de gas de descarga.
El recipiente de fundición directa incluye secciones revestidas refractarias, en el hogar inferior y paneles enfriados con agua en la pared lateral y el techo del recipiente y el agua se hace circular agua continuamente a través de los paneles en un circuito continuo.
El proceso Hlsmelt permite que grandes cantidades de hierro fundido, típicamente por lo menos 0.5 Mt/a se produzcan por fundición directa en un recipiente compacto único.
No obstante, el punto de vista del solicitante en este punto hasta el momento ha sido que el proceso Hlsmelt no es adecuado para fundición de material de alimentación metalífero que contenga óxidos de hierro y óxidos de titanio tales como titanomagnetita e ilmenita, y opcionalmente que también contenga otros óxidos de metal tal como óxidos de vanadio. El solicitante ha llevado a cabo ahora investigación y desarrollo trabajando sobre el proceso Hlsmelt, particularmente trabajo que investigan las características de la escoria en el proceso, que indican que el control apropiado de las condiciones del proceso vuelven posible fundir material de alimentación metalífero que contiene óxidos de hierro y óxidos de titanio y opcionalmente óxidos de vanadio en el proceso Hlsmelt. Este hallazgo también se aplica a otros procesos basados en baño de fundido que tiene características similares a, o que incorpora el proceso Hlsmelt.
La discusión anterior no se pretende que sea una admisión del conocimiento general común en Australia y en otras partes .
La presente invención proporciona un proceso de fundición directa basado en baño de fundido que comprende controlar las condiciones de proceso en un recipiente de fundición directa de manera que la escoria fundida en un baño de fundido de metal y escoria en el recipiente tenga una viscosidad en un intervalo de 0.5-5 poises cuando la temperatura de la escoria esté en un intervalo de 1400-1550°C en el baño fundido en el recipiente.
La presente invención proporciona un proceso de fundición directa que comprende suministrar: (a) un material de alimentación metalífero que contiene óxidos de hierro y por lo menos 3% en peso de óxidos de titanio; (b) un material de alimentación carbonáceo sólido y (c) un gas que contiene oxígeno en un recipiente de fundición directa que contiene un baño de fundido de hierro y escoria y fundición directa del material de alimentación metalífero en el recipiente y producir productos de proceso de hierro fundido, escoria fundida que contiene óxidos de titanio y un gas de descarga y el proceso está caracterizado por controlar las condiciones de proceso, como se describe en la presente, de manera que la escoria fundida tenga una viscosidad en un intervalo de 0.5-5 poises cuando la temperatura de la escoria está en un intervalo de 1400-1550°C en el baño de fundido en el recipiente de fundición directa.
El término "escoria fundida" se entiende en la presente que significa escoria que es completamente líquida.
El término "escoria fundida" también se entiende en la presente que significa escoria que comprende una suspensión de material sólido y una fase líquida.
El material sólido en la escoria fundida puede ser una fase de óxido sólida a la temperatura de la escoria en el proceso por lo que la escoria es una suspensión de una fase de óxido sólido en una fase de escoria líquida.
El término "condiciones de proceso" se entiende en la presente que tienen un significado amplio y se extienden, a modo de ejemplo, a: (a) condiciones de operación dentro del recipiente de fundición directa, tal como temperatura y presión y velocidades de inyección de los materiales de alimentación sólidos y el gas que contiene oxígeno dentro del recipiente, (b) la composición del baño de fundido, particularmente la composición de escoria, y (c) las características del baño de fundido. La composición del baño de fundido puede incluir la selección de los constituyentes de la escoria de manera que la escoria sea una escoria fundida, como se describe en la presente, en el intervalo de temperatura de 1400-1550°C del baño de fundido. Como se indica en la definición del "escoria fundida" establecida en lo anterior, la escoria fundida puede incluir una fase de óxido sólida y una fase de escoria líquida en el intervalo de temperatura de operación del proceso. Las características de la escoria fundida incluyen, a modo de ejemplo, la viscosidad y/o el potencial de oxígeno de la escoria fundida mencionada antes. Las características también incluyen, a modo de ejemplo, la basicidad de la escoria fundida y la turbulencia de la escoria. Estas características son una función de las condiciones de operación y la composición de la escoria.
La presente invención se basa en que el solicitante se ha dado cuenta, como una consecuencia, un trabajo de investigación y desarrollo mencionado antes de que: (a) existen intervalos de operación para fundición directa de materiales de alimentación metalíferos que contienen óxidos de hierro, óxidos de titanio y opcionalmente óxidos de vanadio en el proceso Hlsmelt y otros procesos basados en baño de fundido que tienen características similares o que incorporan el proceso Hlsmelt y (b) los procesos basados en baño de fundido que operan dentro de estos intervalos proporcionan una oportunidad para fundir estos materiales titaníferos para producir hierro fundido más efectivamente que en el caso de los altos hornos que actualmente se utilizan para fundir titanomagnetitas , que incluyen titanomagnetitas que contienen óxidos de vanadio.
En particular, el solicitante se ha dado cuenta de que la presente invención proporciona una oportunidad para producir dos productos valiosos para procesos de fundición basados en baño de fundido del proceso de tipo Hlsmelt, específicamente, (a) un producto de hierro fundido el cual puede contener vanadio metálico y (b) un producto de escoria que tiene altas concentraciones de óxidos de titanio en forma de Ti02, tal como por lo menos 50%, que pueden ser utilizados como un material de alimentación para el proceso de sulfato para producir óxido de titanio de grado pigmento. En particular, el solicitante se ha dado cuenta que existe una oportunidad con los procesos basados en baño de fundido para controlar la velocidad de enfriamiento de la escoria fundida descargada de procesos para formar de modo preferencial microestructuras que son susceptibles de procesamiento en el proceso de sulfato.
El proceso puede comprender controlar las condiciones de proceso al controlar la composición de escoria y la temperatura del baño fundido para que se encuentre por debajo, de manera típica ligeramente por debajo de la temperatura de los líquidos de la escoria de manera que una fase de óxido sólida precipite a partir de una fase líquida de la escoria fundida, por lo que se controla la viscosidad de la escoria.
Los términos "viscosidad" y "temperatura líquida", como se utiliza en la presente, se entiende que significan la viscosidad y la temperatura líquida calculada por el programa FactSage (para temperatura líquida, FactSage 6.1 o posterior y para viscosidad "FactSage Viscosity 6.0 or later"). Dado el potencial para resultados no estandarizados que surgen de técnicas diferentes de medición y cálculo, el razonamiento vía el cálculo FactSage se define que está implícito en el significado de estos términos. Cuando se ejecutan, los cálculos van a ser completamente consistentes con líneas de guía para el uso del programa FactSage y, si es necesario, deben ser revisados y autorizados por los propietarios del programa FactSage. En particular, los cálculos (de modo deliberado o por otro motivo) omiten ciertas combinaciones de especies químicas posibles no se considerarán consistentes con "viscosidad" y "temperatura líquida", como se utiliza en la presente.
El proceso puede comprender controlar las condiciones de proceso de manera que el material sólido en la escoria fundida es por lo menos 5% de la escoria fundida.
El material sólido en la escoria fundida puede ser por lo menos 10% de la escoria fundida.
El material sólido en la escoria fundida puede ser por lo menos 30% de la escoria fundida.
El material sólido en la escoria fundida puede comprender 15-25% de la escoria fundida.
El material de alimentación metalífero puede ser cualquier material que contenga óxidos de hierro y óxidos de titanio. Los ejemplos de materiales de alimentación adecuados son magnetita de titanio, titanomagnetita e ilmenita.
En situaciones en donde el material de alimentación metalífero comprende únicamente titanomagnetita, los óxidos de titanio pueden ser menores de 40% en peso del material de alimentación metalífero.
En situaciones en donde el material de alimentación metalífero comprende únicamente titanomagnetita, los óxidos de titanio pueden ser menos de 30% en peso del material de alimentación metalífero.
En situaciones en donde el material de alimentación metalífero comprende titanomagnetita e ilmenita, los óxidos de titanio pueden ser menores de 50% en peso del material de alimentación metalífero.
El material de alimentación metalífero también puede ser cualquier material que contenga óxidos de hierro y óxidos de titanio y otros óxidos de metal tal como óxidos de vanadio. Un ejemplo de un material de alimentación adecuado es magnetita de titanio-vanadio.
En situaciones en donde el material de alimentación metalífero contiene óxidos de vanadio, el proceso incluye producir productos de proceso de hierro fundido y vanadio, escoria fundida que contiene óxidos de titanio y óxidos de vanadio y un gas de descarga.
Dependiendo de las condiciones de proceso, la división de vanadio entre los productos de metal y de escoria del proceso pueden ser por lo menos 50%, típicamente por lo menos 65%, de manera más típica por lo menos 80% respecto al producto de metal .
En términos generales, y no solo en situaciones en donde el material metalífero contiene óxidos de vanadio, el proceso puede comprender controlar las condiciones de proceso al controlar la relación de las concentraciones de hierro en la escoria respecto al carbono en el metal para que sea menor de 2:1, típicamente menor de 1.5:1, de manera más típica 1:1 a 1.3:1.
El proceso puede comprender controlar las condiciones de proceso de manera que la escoria fundida tenga un potencial de oxígeno alto.
El término "alto" en el contexto de "potencial de oxígeno" se entiende en la presente que significa elevado en relación a la escoria de alto horno.
El proceso puede comprender controlar las condiciones de proceso de manera que el potencial de oxígeno de la escoria fundida sea suficientemente alto para minimizar la reducción de óxidos de titanio en la escoria de un estado de valencia +4 a un estado de valencia menor. Un estado de valencia menor reduce la viscosidad de escoria e incrementa el riesgo de formar una escoria espumosa. Una escoria espumosa no es deseable debido a que genera problemas de control de proceso.
El proceso puede comprender controlar las condiciones de proceso de manera que el contenido de FeO de la escoria fundida sea de por lo menos 3% en peso de manera que la escoria fundida tenga un alto potencial de oxígeno.
El proceso puede comprender controlar las condiciones de proceso de manera que el contenido de FeO de la escoria fundida sea de por lo menos 4% en peso de manera que la escoria fundida tenga un alto potencial de oxígeno.
El proceso puede comprender controlar las condiciones de proceso de manera que el contenido de FeO de la escoria fundida sea de por lo menos 5% en peso de manera que la escoria fundida tenga un alto potencial de oxígeno.
El proceso puede comprender controlar las condiciones de proceso de manera que el contenido de FeO de la escoria fundida sea menor de 6% en peso.
El proceso puede comprender controlar las condiciones de proceso de manera que el contenido de FeO de la escoria fundida sea menor de 10% en peso.
El proceso puede comprender controlar las condiciones de proceso de manera que el contenido de carbono de la escoria fundida sea de por lo menos 3% en peso.
El proceso puede comprender controlar las condiciones de proceso de manera que el contenido de carbono de la escoria fundida sea de por lo menos 4% en peso.
El proceso puede comprender controlar las condiciones de proceso de manera que el contenido de carbono de la escoria fundida sea menor de 5% en peso.
El proceso puede comprender controlar las condiciones de proceso de manera que la viscosidad de la escoria fundida esté en el intervalo de 0.5-4 poises.
El proceso puede comprender controlar las condiciones de proceso de manera que la viscosidad de la escoria fundida esté en el intervalo de 0.5-3 poises.
El proceso puede comprender controlar las condiciones de proceso de manera que la viscosidad de la escoria fundida sea mayor de 2.5 poises.
El proceso puede incluir agregar uno o más de un aditivo para facilitar el control de las características de escoria fundida, por ejemplo la composición de escoria y/o la viscosidad de escoria en el baño fundido.
A modo de ejemplo, el aditivo se puede seleccionar para controlar la basicidad de la escoria fundida, por ejemplo por adición de CaO, para disminuir la viscosidad de la escoria y minimizar el riesgo de una escoria espumosa.
El proceso puede incluir controlar las condiciones de proceso de manera que la escoria fundida tenga los siguientes constituyentes en los intervalos establecidos: Ti02 : por lo menos 15% en peso, Si02:por lo menos 15% en peso, CaO: por lo menos 15% en peso, A1203 : por lo menos 10% en peso, y FeO: por lo menos 3% en peso.
La escoria fundida puede comprender por lo menos 20% en peso de Ti02.
La escoria fundida puede comprender por lo menos 50% en peso de Ti02.
La escoria fundida puede comprender 15-20% en peso de Si02.
La escoria fundida puede comprender 15-30% en peso de CaO.
La escoria fundida puede comprender 10-20% en peso de A1203.
La escoria fundida puede comprender 4-0% en peso de FeO.
La composición de escoria puede incluir otros constituyentes, tales como nO.
Los ejemplos específicos de composiciones de escoria de acuerdo con la presente invención son los siguientes : COMPOSICIÓN QUIMICA A COMPOSICION QUIMICA C Las composiciones químicas A y B se basan en el uso de 100% de material de alimentación en forma de titanomagnetita China y la composición química C se basa en el uso de 100% de material de alimentación en forma de titanomagnetita de Nueva Zelanda.
El proceso puede incluir operar el proceso por encima de la presión atmosférica en el recipiente de fundición directa.
El gas que contiene oxígeno puede ser aire enriquecido con oxígeno y oxígeno grado técnico.
El proceso puede comprender suministrar materiales de alimentación sólidos en el recipiente por inyección de material de alimentación metalífero y material carbonáceo sólido y un gas portador dentro del baño fundido por medio de las lanzas de inyección de material sólido que se extienden hacia abajo y hacia adentro a través de una pared lateral del recipiente de manera que los materiales de alimentación sólidos penetran por lo menos parcialmente en la capa de hierro fundido del baño de fundido.
El proceso puede comprender controlar el proceso, que incluye controlar la inyección de los materiales de alimentación sólidos y el gas portador, para producir agitación sustancial del baño fundido.
El grado de la agitación del baño fundido puede ser tal que exista una temperatura sustancialmente uniforme en el baño .
El proceso puede comprender descargar el metal fundido y los productos de escoria fundida del proceso como corrientes de proceso separadas .
El proceso puede comprender controlar la velocidad de enfriamiento de la escoria fundida descargada del proceso para formar preferencialmente microestructuras que son susceptibles de procesamiento en el proceso de sulfato.
El proceso puede ser un proceso Hlsmelt como se describe en lo anterior.
El proceso puede ser una variante del proceso Hlsmelt que involucre un recipiente de Hlsmelt junto con ya sea: (a) un ciclón de fundido sobre un recipiente de fundición directa tal como se describe en la patente de E.U.A. 6,440,195, y (b) pre-reducción del material de alimentación metalífero antes del suministro del material de alimentación al recipiente de fundición directa.
La ' presente invención también proporciona un recipiente de fundición directa cuando se utiliza para fundir un material de alimentación metalífero que contiene óxidos de hierro y por lo menos 3% en peso de óxido de titanio vía un proceso de fundición directa basado en baño de fundido, en donde el recipiente que contiene un baño de fundido del metal y escoria y en donde la escoria fundida tiene un intervalo de temperatura de 1400-1550°C y una viscosidad en el intervalo de 0.5-5 poises.
La presente invención también proporciona un producto de hierro fundido el cual puede contener metal de vanadio producido por el proceso de fundición directa descrito en lo anterior.
La presente invención también proporciona un producto de escoria que tiene concentraciones altas de óxidos de titanio en forma de Ti02, tal como por lo menos 50%, producido por el proceso de fundición directa descrito en lo anterior .
La presente invención también proporciona un material de alimentación para el proceso de sulfato para producir óxido de titanio grado pigmento por el proceso de fundición directa descrito en lo anterior.
La presente invención se describe con mayor detalle en lo siguiente con referencia a las figuras anexas, en las cuales : la figura 1 es una vista diagramática de un recipiente de fundición directa que opera de acuerdo con una modalidad de un proceso de fundición directa de la presente invención; la figura 2 es un diagrama en fase terciaria para óxido de calcio, alúmina y sílice en escoria, en una modalidad del proceso de fundición directa de la presente invención; y la figura 3 es un diagrama pseudofase terciaria para gráficas de escoria y líquido de escoria separadas para dos secciones marcadas de la fase de diafragma para un material de alimentación alto en óxido de titanio en una modalidad del proceso de fundición directa de la presente invención .
La siguiente descripción es en el contexto de fundición de titanomagnetita para producir hierro fundido por medio del proceso HIsmelt. La presente invención no se limita a la fundición de titanomagnetita y se extiende a la fundición de cualquier material de alimentación metalífero adecuado que contenga óxidos de hierro y óxidos de titanio.
Por ejemplo, la presente invención se extiende a fundición de magnetita de titanio-vanadio. Además, la presente invención no se limita al proceso Hlsmelt y se extiende a cualquier proceso basado en baño de fundido del tipo de proceso Hlsmelt que pueda generar las condiciones de proceso necesarias. En particular, a modo de ejemplo, la presente invención se extiende a variantes de proceso Hlsmelt que incluyen: (a) un ciclón de fundido sobre un recipiente de fundición directa tal como el descrito en la patente de E.U.A. 6,440,195, y (b) pre-reducción del material de alimentación metalífero antes del suministro de material de alimentación al recipiente de fundición directa.
Como se indica en lo anterior el proceso Hlsmelt se describe en un número considerable de patentes y solicitudes de patentes a nombre del solicitante. A modo de ejemplo, el proceso Hlsmelt se describe en la solicitud internacional PCT/AU96/00197 a nombre del solicitante. La descripción de la especificación de patente registrada con la solicitud internacional se incorpora en la presente como referencia.
El proceso se basa en el uso de un recipiente 3 de fundición directa.
El recipiente 3 es del tipo descrito con detalle en las solicitudes internacionales PCT/AU2004/000472 y PCT/AU2004/000473 a nombre del solicitante. La descripción en las especificaciones de patente registradas con estas solicitudes se incorpora en la presente como referencia.
El recipiente 3 tiene un hogar 51 que incluye una base y lados formados de ladrillos refractarios, una pared 53 lateral la cual forma un barril generalmente cilindrico que se extiende hacia arriba desde los lados del hogar y que incluye una sección de barril superior y una sección de barril inferior, un techo 55, un conducto 9 de gas de descarga en una sección superior del recipiente 3, un horno de afino 67 para descargar metal fundido continuamente desde el recipiente 3 y un orificio superior (no mostrado) para descargar escoria fundida periódicamente del recipiente 3.
Cuando se utiliza, el recipiente contiene un baño de fundido de hierro y escoria el cual incluye una capa 15 de metal fundido y una capa 16 de escoria fundida sobre la capa 15 de metal. La flecha marcada con el número 17 indica la posición de la superficie en reposo nominal de la capa 15 metálica y la flecha marcada con el número 19 indica la posición de la superficie en reposo nominal de la capa 16 de escoria. El término "superficie en reposo" se entiende que significa la superficie cuando no hay inyección de gas y materiales sólidos en el recipiente. Típicamente, la temperatura del baño de fundido está en un intervalo de 1400-1550°C.
El recipiente 3 se acopla con una lanza 7 de alto horno de aire caliente ("HAB, por sus siglas en inglés") enfriada con agua, que se extiende hacia abajo, la cual se extiende dentro de un espacio superior del recipiente 3 y una pluralidad de lanzas 5 de inyección de sólidos enfriadas con agua se extienden hacia abajo y hacia adentro a través de la pared lateral y dentro de la escoria. Las lanzas 5 se extienden hacia abajo y hacia adentro en un ángulo de 30-60° respecto a la vertical a través de la pared lateral y dentro de la capa 16 de escoria en el baño fundido. La posición de las lanzas 5 se selecciona de manera que los extremos inferiores están por encima de la superficie 17 en reposo de la capa 15 metálica del baño de fundido.
Cuando se utiliza, la titanomagnetita y el carbón y los aditivos de escoria arrastrados en un gas portador (típicamente, N2) , se inyectan directamente en el baño vías las lanzas 5 de inyección de sólidos.
El momento de los materiales sólidos/gas portador inyectados provoca que el material sólido y el gas penetren en la capa 15 de metal. El carbón es desvolatilizado y de esta manera se producen volúmenes sustanciales de gas en la capa 15 metálica. El carbono se disuelve parcialmente en el metal y parcialmente permanece como carbono sólido. Los óxidos de hierro en la titanomagnetita se funden para derretir el metal y la reacción de fundición genera monóxido de carbono gaseoso. Los gases transportados en la capa 15 de metal y generados por medio de desvolatilización y fundición producen flotabilidad ascendente significativa del metal fundido, del carbono sólido, del material sólido que no ha reaccionado en la titanomagnetita (predominantemente Ti02) y escoria (arrastrada dentro de la capa 15 de metal como consecuencia del sólido/gas/inyección) desde la capa 15 de metal lo cual genera un movimiento ascendente de salpicados, gotitas y corrientes de metal fundido y escoria, y titanomagnetita que no ha reaccionado arrastrada y estos salpicados, y gotitas y corrientes arrastran escoria conforme se mueven a través de la capa 16 de escoria.
La flotabilidad ascendente del material descrito en lo anterior provoca agitación sustancial en la capa 15 de metal y en la capa 16 de escoria con el resultado de que la capa 16 de escoria se expande en volumen y tiene una superficie indicada por la flecha 30. El grado de agitación es tal que existe una temperatura razonablemente uniforme en el metal y en las regiones de escoria - típicamente, 1400-1550°C con una variación de temperatura en el orden de 30° en cada región.
Además, el movimiento ascendente del material descrito en lo anterior se extiende dentro del espacio 31 superior del recipiente 3 que está por encima del baño de fundido en el recipiente, y: (a) forma una zona 23 de transición; y (b) proyecta cierto material fundido (predominantemente escoria) debajo de la zona de transición y sobre la sección de la pared lateral del recipiente 3 que está por encima de la zona 23 de transición.
En términos generales, la capa 16 de escoria es un volumen continuo líquido, con material sólido y burbujas de gas, y la zona 23 de transición es un volumen continuo de gas con salpicados, gotitas y corrientes de metal fundido y escoria. De manera alternativa, la capa 16 de escoria se puede describir como una suspensión de material sólido en una fase líquida con una dispersión de burbujas de gas en la fase líquida .
La posición de la lanza 7 de gas que contiene oxígeno y el caudal de gas a través de la lanza 7 se selecciona de manera que el gas que contiene oxígeno penetra en la región central de la zona 23 de transición y mantiene un espacio libre esencialmente de metal/escoria (no mostrado) alrededor del extremo de la lanza 7. La lanza 7 incluye un ensamble el cual provoca que el gas que contiene oxígeno se inyecte en un movimiento en remolino dentro del recipiente.
La inyección del gas que contiene oxígeno vía la lanza 7 somete a combustión posterior los gases de reacción CO y H2 en la zona de transición 23 y en el espacio libre alrededor del extremo de la lanza 7 y genera altas temperaturas del orden de 2000°C o mayores en el espacio de gas. El calor es transferido a las salpicaduras ascendentes y descendentes, las gotitas y corrientes de material desde la capa de metal y el calor después es transferido parcialmente a la capa 15 de metal cuando el material cae descendiendo a la capa 15 de metal .
La modalidad descrita del proceso de la presente invención comprende controlar las condiciones del proceso de manera que la escoria fundida (a) esté dentro de un intervalo de composición seleccionada de manera que la escoria sea una escoria fundida, como se describe en la presente, (b) tenga un potencial de oxígeno alto, y (c) tenga una viscosidad en un intervalo de 1-5 poises cuando la temperatura de la escoria está en un intervalo de 1400-1550°C en el baño fundido en el recipiente 3.
El control necesario de condiciones de proceso se pueden obtener por una o más de una de una gama de opciones, que incluyen pero que no se limitan el control del contenido de FeO de la escoria fundida para obtener el potencial alto de oxígeno requerido y controlar el contenido de CaO de la escoria fundida para obtener la viscosidad requerida en el intervalo de 1-5 poises cuando la temperatura de escoria está en el intervalo de 1400-1550°C en el baño fundido en el recipiente 3.
Más particularmente, en la modalidad descrita, el control necesario de condiciones de proceso incluye seleccionar los materiales de alimentación y condiciones de operación de manera que la escoria fundida tenga los siguientes constituyentes en el intervalo establecido de 1400-1550°C del baño fundido: Ti02: por lo menos 15% en peso, Si02: por lo menos 15% en peso, CaO: por lo menos 15% en peso, A1203: por lo menos 10% en peso, y FeO: por lo menos 3% en peso.
Más particularmente, en la modalidad descrita, el control necesario de condiciones de proceso incluye controlar la composición de escoria de manera que la escoria fundida sea sub-líquida, de modo preferible ligeramente sub-líquida para aquella composición de escoria en el intervalo establecido de 1400-1550°C del baño de fundido de manera que la fase de óxido sólida precipite de la escoria líquida en una cantidad de 5-25% en volumen de la escoria. La escoria fundida resultante es una suspensión de una fase de óxido sólido en una fase de escoria líquida. La fase de óxido sólido que precipita contribuye a controlar la viscosidad de la escoria fundida según se requiere para la modalidad descrita del proceso. Además, la escoria fundida viscosa, es adecuada para formar un recubrimiento protector sobre las partes refractarias del recipiente en contacto con la escoria.
La figura 2 es un diagrama de fase terciaria para tres constituyentes de escoria principales de óxido de calcio, óxido de aluminio y sílice en una modalidad del proceso de fundición directa de la presente invención. Más particularmente, el diagrama de fases se enfoca en dos constituyentes de ganga principal de óxidos de aluminio y sílice y un aditivo de fundente, específicamente óxido de calcio. El diagrama se obtuvo de FactSage 6.1. El diagrama de fase ilustra el impacto de la composición de escoria sobre las fases en la escoria. En particular, se puede determinar a partir de la figura 2 que si se requiere una escoria de viscosidad mayor (es decir, una escoria que tenga una viscosidad de por lo menos 2.5 poises) , esto se puede obtener al controlar la composición de escoria, por ejemplo, al ajustar la adición de óxido de calcio y otras condiciones de proceso par precipitar la fase sólida de melilita de la escoria fundida.
La figura 3 es un diagrama de fase pseudo-terciaria para unas gráficas de escoria y líquido de escoria separada para dos secciones marcadas del diagrama de fases para un material de alimentación alto en óxido de titanio en una modalidad del proceso de fundición directa de la presente invención. El diagrama de fases se enfoca en: (a) tres constituyentes de ganga principalmente, específicamente óxido de aluminio , óxido de magnesio y sílice, (b) un aditivo de fundente, específicamente óxido de calcio y (c) óxido de titanio. Los diagramas de fase se obtienen de investigadores de University of Queensland. El diagrama de fase define un intervalo de operación para composiciones de escoria que proporcionan las viscosidades de escoria requeridas de 1-5 poises para el proceso. La figura resalta dos secciones del diagrama de fase y estas secciones muestran el cambio significativo en las temperaturas de líquido a través de las composiciones seleccionadas. Esto es evidente particularmente a partir de estas secciones que el alcance considerable del precipitado fuera de las fases sólidas y de esta manera cambia la viscosidad de la escoria dentro del intervalo de temperatura de 1400-1550°C del baño de fundido.
En términos más generales, los siguientes rasgos de proceso, separados en combinación, son parámetros de control relevantes del proceso. (a) control del inventario de escoria, es decir, la profundidad de la capa de escoria y/o la relación escoria/metal (típicamente la relación en peso de metal :escoria está entre 3:1 y 1:1), para equilibrar el efecto positivo del metal en la zona 23 de transición sobre la transferencia de calor con el efecto negativo del metal en la zona 23 de transición sobre la postcombustión debido a las reacciones inversas en la zona 23 de transición. Si el inventario de escoria es demasiado bajo, la exposición del metal al oxígeno es demasiado alta y existe un potencial reducido de post-combustión. Por otra parte, si el inventario de escoria es demasiado alto, la lanza 7 se enterrará en la zona 23 de transición y se reducirá el arrastre de gas dentro del espacio libre 25 y el potencial reducido para post-combustión. (b) Al seleccionar la posición de la lanza 7 y controlar las velocidades de inyección de gas que contiene oxigeno y sólidos vía la lanza 7 y la lanza 5 para mantener esencialmente la región libre de metal/escoria alrededor del extremo de la lanza 7 y para formar la zona 23 de transición alrededor de la sección inferior de la lanza 7. (c) Controlar las pérdidas de calor del recipiente por salpicado con escoria de las secciones de la pared lateral del recipiente 3 que están en contacto con la zona 23 de transición o que están por encima de la zona 23 de transición al ajustar uno o más de: (i) el inventario de escoria; y (ii) el caudal de inyección a través de la lanza 7 y las lanzas 5.
Se pueden realizar muchas modificaciones a la modalidad de la presente invención descrita en lo anterior sin por esto apartarse del espíritu y alcance de la invención.
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones: 1. Un proceso de fundición directa que comprende suministrar: (a) un material de alimentación metalífero que contiene óxidos de hierro y por lo menos 3% en peso de óxidos de titanio; (b) un material de alimentación carbonáceo sólido y (c) un gas que contiene oxígeno dentro de un recipiente de fundición directa que contiene un baño de fundido de hierro y escoria y fundición directa del material de alimentación metalífero en el recipiente y producir productos de proceso de hierro fundido, escoria fundida que contiene óxidos de titanio y un gas de descarga caracterizado porque al controlar las condiciones de proceso, como se describe en la presente, de manera que la escoria fundida tiene una viscosidad en un intervalo de 0.5-5 poises cuando la temperatura de la escoria está en un intervalo de 1400-1550°C en el baño de fundido en el recipiente de fundición directa. 2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la escoria fundida es una suspensión de un material sólido y una fase líquida y el material sólido es una fase de óxido sólida a la temperatura de escoria en el proceso, por lo que la escoria es una suspensión de una fase de óxido sólida en una fase de escoria líquida. 3. El proceso de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque comprende controlar las condiciones de proceso al controlar la composición de escoria y la temperatura del baño fundido para que se encuentre por debajo de la temperatura líquida de la escoria de manera que la fase de óxido sólida precipite de la fase líquida, por lo que se controla la viscosidad de la escoria. 4. El proceso de conformidad con la reivindicación 2 o la reivindicación 3, caracterizado porque se controla las condiciones de proceso de manera que el material sólido en la escoria fundida es por lo menos 5% de la escoria fundida. 5. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque comprende controlar las condiciones de proceso de manera que el material sólido en la escoria fundida esté en por lo menos 10% de la escoria fundida. 6. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque comprende controlar las condiciones de proceso de manera que el material sólido en la escoria fundida sea menor de 30% de la escoria fundida. 7. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque comprende controlar las condiciones de proceso de manera que el material sólido en la escoria fundida sea 15-25% de la escoria fundida. 8. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el material de alimentación metalífero comprende cualquiera de uno o más de uno de magnetita de titanio, titanomagnetita e ilmenita . 9. El proceso de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque cuando el material de alimentación metalífero comprende únicamente titanomagnetita, los óxidos de titanio son menos de 40% en peso del material de alimentación metalífero. io. El proceso de conformidad con la reivindicación 8 o la reivindicación 9, caracterizado porque el material de alimentación metalífero comprende únicamente titanomagnetita, los óxidos de titanio son menores de 30% en peso del material de alimentación metalífero. 11. El proceso de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque cuando el material de alimentación metalífero comprende titanomagnetita e ilmenita, los óxidos de titanio son menos de 50% en peso del material de alimentación metalífero. 12. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el material de alimentación metalífero también comprende otros óxidos de metal tal como óxidos de vanadio. 13. El proceso de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque cuando el material metalífero contiene óxidos de vanadio, el proceso comprende producir resultados de proceso de hierro fundido y vanadio, escoria fundida que contiene óxidos de titanio y óxidos de vanadio y un gas de descarga. 14. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende controlar las condiciones de proceso al controlar la relación de las concentraciones de hierro en la escoria respecto a carbono en el metal para que sea menor de 2:1. 15. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se controlan las condiciones de proceso al controlar la relación de las concentraciones de hierro en la escoria respecto al carbono en el metal para que sean menores de 1.5:1. 16. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende controlar las condiciones de proceso al controlar la relación de las concentraciones de hierro en la escoria respecto al carbono en el metal para que sea de 1:1 a 1.3:1. 17. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende controlar las condiciones de proceso de manera que la escoria fundida tenga un potencial alto de oxigeno. 18. Un recipiente de fundición directa cuando se utiliza para fundir un material de alimentación metalífero que contiene óxidos de hierro y por lo menos 3% en peso de óxidos de titanio por medio de un proceso de fundición directa basado en baño de fundido, caracterizado porque el recipiente contiene un baño de fundido de metal y escoria y con la escoria fundida que tiene un intervalo de temperatura de 1400-1550°C y una viscosidad en un intervalo de 0.5-5 poises . 19. Un producto de hierro fundido, caracterizado porque se produce por el proceso de fundición directa definido de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes. 20. Un producto de escoria, caracterizado porque tiene por lo menos 50% de óxidos de titanio en forma de Ti02 producidos por el proceso de fundición directa definido de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17. 21. Un material de alimentación para el proceso de sulfato para producir óxidos de titanio grado pigmento caracterizado porque se produce por el proceso de fundición directa definido de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17.
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