AGENTE DE LA DESULFURACIÓN DE MAGNESIO
La presente invención se relaciona con un método para la desulfuración de hierro fundido y de manera más 5 particular con un agente de desulfuración utilizado para desulfurar el hierro de primera fusión fundido.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las especificaciones para el contenido de azufre
10 del acero terminado están disminuyendo a niveles
• extremadamente bajos para hacer acero de baja aleación de alta resistencia, y aceros resistentes al agrietamiento inducido por hidrógeno, entre otras aplicaciones que requieren bajos contenidos de azufre. En combinación con los
15 beneficios económicos de las operaciones de altos hornos que producen el hierro de primera fusión fundido con mayor contenido de azufre, la desulfuración del hierro de primera fusión fundido externa al alto horno antes de que el hierro de primera fusión fundido entre al horno de manufactura de
20 acero se ha vuelto una práctica necesaria. Durante años, ha sido utilizada una amplia variedad de materiales y mezclas para desulfurar el hierro de primera fusión. Se ha sabido desde hace mucho tiempo que varios compuestos de calcio son buenos agentes de desulfuración. También se ha sabido que, el
25 magnesio solo o en combinación con varios óxidos de metal alcalino, es también un buen agente de desulfuración. Han existido varias patentes que describen el uso de óxido de calcio y magnesio como los principales agentes de desulfuración (Véase Skach 4,765,830; Skach 4,708,737; Green 5 4,705,561; Kandler 4,139,369; Ka akami 4,137,072; Koros 3,998,525). Además, los agentes de desulfuración que describen el uso de carburo de calcio como agente de desulfuración principal también han sido conocidos y bien documentados. (Véase Freissmuth 3,598,573; Todd 3,929,464; ^ 10 Braun 4,395,282) . El uso de un agente de desulfuración que incluye magnesio y carburo de hierro o ferromanganeso con un alto conteni.do de carbono se describe en la Patente de Luxemburgo No. 88,252 fechada en Enero 3, 1999 e inventada por Axel 15 Thomas. El agente de desulfuración descrito en la patente 88,252 de Thomas incluye una mayoría de carbono de hierro o ferromanganeso con un alto contenido de carbono. El agente de jJB, desulfuración también incluye magnesio, y uno o más aditivos para mejorar la escoria formada. Las partículas de carburo de 20 hierro o ferromanganeso con alto contenido de carbono se seleccionan de modo que sean del mismo o un tamaño ligeramente mayor al de las partículas de magnesio. Los tamaños de partícula del carburo de hierro o ferromanganeso con un alto contenido de carbono y magnesio fluctúan de 0.5 a 25 1 mm. Como resultado, las partículas de carburo de hierro o
^yggg ferromanganeso con un alto contenido de carbono no recubren las partículas de magnesio, o viceversa. El carburo de hierro o ferromanganeso con un alto contenido de carbono y magnesio H pueden ser recubiertos con óxido de titanio para mejorar la
5 fluidez de las partículas y para hacer lenta la velocidad de fusión de las partículas. El carburo de hierro o el ferromanganeso de un alto contenido de carbono y magnesio pueden ser mezclados en conjunto antes de la inyección en el hierro de primera fusión fundido o inyectados por separado en
10 el hierro de primera fusión. • El uso de un compuesto de calcio y/o magnesio en combinación con un compuesto que produzca gas, también ha sido utilizado para incrementar la remoción de azufre. Se ha encontrado que el compuesto que produce gas libera un gas
15 tras el contacto con el hierro de primera fusión fundido para crear un ambiente turbulento dentro del hierro de primera fusión fundido. El gas liberado rompe principalmente las jtt aglomeraciones del agente de desulfuración y dispersa el agente de desulfuración a través del hierro de primera fusión
20 fundido. El agente que produce gas es típicamente un hidrocarburo, carbonato o alcohol el cual tiene una tendencia a libeiar varias cantidades de gas tras el contacto con el hierro de primera fusión fundido. El uso de esos diferentes agentes que producen gas está bien documentado. (Véase
25 Takmura 3,876,421; Meichsner 4,078,915; Gmohling 4,194,902;
Koros 4,266,969; Freissmuth 4,315,773; Koros 4,345,940; Green 4,705,561; Rellermeyer 4,592,777; Meichsner 4,764,211; Meichsier 4,832,739; y Luyckx 5,021,086). Los agentes de desulfuración pueden contener varios 5 agentes formadores de escoria. La importancia del agente formador de escoria generalmente ha sido pasada por alto por preocupaciones más inmediatas acerca de lo económico de utilizar varios ingredientes del agente de desulfuración. La compos Lción de la escoria puede ser importante para retener 10 el azufre retenido dentro de la escoria y no permitir que el • azufre entre nuevamente al hierro de primera fusión fundido. Han sido utilizados varios agentes formadores de escoria para varios propósitos. En la Patente Estadounidense No. 4,315,773 se describe un agente de desulfuración que comprende carburo 15 de calcio, un compuesto que desprende gas, y espato flúor. El espato flúor es utilizado para modificar las propiedades de la escoria para prevenir la producción de polvo de carbón de jfl la ignición durante la desulfuración. En la Patente Estadounidense No. 5,021,086, se utilizan espatos de flúor 20 para modificar las características de la escoria, incrementando la fluidez de la escoria durante el proceso de desulfuración . Existe una necesidad critica por maximizar la remoción de azufre en el hierro de primera fusión al costo 25 más bajo posible. Aunque un magnesio es un desulfurante
-J- Á-St JJ. j J*&-, , i ffl-t rvW excelente debido a su muy alta reactividad con el azufre, la mayoría de magnesio en el hierro de primera fusión se evapora inmediatamente al contacto con el hierro de primera fusión y rápidamente escapa del hierro de primera fusión burbujeando 5 hacia la superficie del hierro de primera fusión, permitiendo muy poco tiempo para la reacción con el azufre. El magnesio debe disolverse en el hierro de primera fusión, formando una solución, para que reacciones eficientemente con el azufre. Puesto que el magnesio es uno de los componentes más costosos
10 de un agente de desulfuración, han sido desarrollados varios
• agentes de desulfuración para remover azufre del hierro de primera fusión utilizando componentes diferentes al magnesio, tales como el óxido de calcio y carburo de calcio, como el desulfurante principal, para reducir el costo del agente de
15 desulfuración. Son necesarias grandes cantidades de esos agentes de desulfuración, en comparación con el magnesio, para remover azufre en el hierro de primera fusión, elevando fl de este modo el costo del proceso de desulfuración. Además, el uso de grandes cantidades de agente de desulfuración da
20 como resultado una gran formación de escoria, lo cual a su vez da como resultado una pérdida significativa de hierro en la escoria. La pérdida de hierro en la escoria da como resultado costos más altos asociados con el proceso de desulfuración. Como resultado, sigue existiendo la necesidad
25 de la industria del acero de desulfurar el hierro de primera
tíA&ünl ?l+~*Í?* > , -i-J- «««..>, - ^ i ¡¡ .. as. t. » fusión en una forma eficiente y barata para reducir la pérdida de hierro durante el proceso de desulfuración.
• BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN 5 La presente invención se relaciona con un agente de desulfuración mejorado y un método para tratar materiales ferrosos fundidos tales como el hierro de primera fusión fundido con un agente de desulfuración que mejora la eficiencia de la desulfuración. 10 De acuerdo con la característica principal de la presente invención, se proporciona un agente de desulfuración el cuaJ incluye un agente desulfurante reactivo que reacciona activamente con el azufre en el hierro fundido, tal como el hierro de primera fusión fundido. De manera preferible, el
15 agente desulfurante reactivo forma un compuesto con el azufre que puede ser removido del hierro de primera fusión fundido, tal como migrando hacia una escoria sobre la superficie o al
?k fondo del hierro de primera fusión fundido y/o formando gas y burbujas fuera del hierro de primera fusión fundido. El
20 agente desulfurante reactivo está al menos parcialmente recubierto con un agente que absorbe calor. El compuesto que absorbe calor está formulado para absorber calor alrededor del agente desulfurante reactivo. En una modalidad, el compuesto que absorbe calor está formulado para absorber
25 calor alrededor de y/o estrechamente adyacente al agente
!¿ás¿ ifeé- s i& ^- * °.? ** - a desulfurante reactivo para incrementar el tiempo en que el agente de desulfuración reactivo permanece en el hierro de primera fusión fundido para la reacción con el azufre y/o para incrementar la velocidad de reacción del agente 5 desulfurante reactivo. De acuerdo con un aspecto de la presente invención, el agente de desulfuración reactivo está parcial o totalmente recubierto con un agente que absorbe calor. El agente de desulfuración reactivo puede ser prerrecubierto con una 10 mezcla que absorbe calor o recubierto con la mezcla que • absorbe calor justo antes de ser agregado al hierro de primera fusión fundido. En un aspecto de la invención, un agente de desulfuración reactivo es recubierto suficientemente con un compuesto que absorbe calor para 15 reducir la velocidad de o prevenir la vaporización de agente de desulfurización reactivo antes de que el agente de desulfjración reactivo reaccione con una cantidad significativa del azufre en el hierro de primera fusión fundido . 20 De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, el agente desulfurante reactivo es un material sólido a una temperatura ambiente (es decir 70°F (21.11°C)). El agente desulfurante reactivo puede estar constituido de un solo material o una pluralidad de materiales. De manera 25 preferible, el agente desulfurante reactivo se selecciona de
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"¡¡"ff -i IAJ *~*- "-''- •• ...........- .. - - -»~——.t- — ... .. —^^^ —_^____^^_^_^a-M-?-«-aa¡-¡ modo que mantenga su forma sólida hasta al menos justo antes de ser combinado con el hierro fundido, tal como el hierro de primera fusión fundido. El agente desulfurante reactivo f? también se selecciona para reaccionar con y/o remover azufre
5 del hierro. El agente desulfurante reactivo se selecciona además de modo que minimice la introducción de materiales indeseables, tales como azufre, en el hierro de primera fusión durante del proceso de desulfuración. En un aspecto especifico de la presente invención, el agente desulfurante
10 reactivo es un agente de magnesio que incluye magnesio, una
• aleación de magnesio y/o un compuesto de magnesio. En otra modalidad especifica, el agente de magnesio está compuesto principalmente de metal de magnesio. Como puede apreciarse, pueden ser utilizados otros u agentes desulfurantes reactivos
15 adicionales, tales como, pero sin limitarse al calcio, óxido de calcio y/o carburo de calcio. De acuerdo con otro aspecto más de la presente invención, el porcentaje en peso del agente desulfurante
^w reactivo que está recubierto con las partículas del compuesto
20 que absorbe calor es mayor que el porcentaje en peso de las partículas del compuesto que absorbe calor que están directamente sobre la partícula del agente desulfu.rantereactivo . De manera preferible, el tamaño de partícula del agente desulfurante reactivo es también mayor
25 que el tamaño de partícula promedio del compuesto que absorbe calor. En una modalidad preferida, el tamaño de partícula promedio del agente desulfurante reactivo que está recubierto es al menos dos veces mayor que el tamaño de partícula W promedio del compuesto que absorbe calor que está recubierto 5 sobre una partícula del agente desulfurante reactivo. En una modalicad especifica, el tamaño de partícula promedio del agente desulfurante reactivo es aproximadamente 2-1000 veces el tamaño de partícula máximo del compuesto que absorbe calor. En una modalidad, el tamaño de partícula promedio del 10 agente desulfurante reactivo es de hasta aproximadamente 1.5 • mm, y de manera preferible de aproximadamente 0.2-1 mm, y de manera más preferible de aproximadamente 0.5-1 mm. En otra modalicad, el tamaño de partícula promedio del compuesto que absorbe calor utilizado para recubrir las partículas del 15 agente desulfurante reactivo es de hasta aproximadamente 0.5 mm, y de manera preferible de hasta aproximadamente 0.25 mm, y de manera más preferible de hasta 0.18 mm, de manera aún
~^ más preferible de hasta aproximadamente 0.15 mm, y de manera aún más preferible de hasta aproximadamente 0-11 mm. En otra 20 modalidad más, el porcentaje en peso promedio de la partícula desulfurante reactiva que está recubierto con partículas del compuesto que absorbe calor es de aproximadamente el 50-99 en peso de la suma de los pesos de agente desulfurante y el compuesto que absorbe calor. Como puede apreciarse, la 25 partícula del agente desulfurante reactivo puede estar
^g^«* recubierta parcialmente o recubierta completamente con partículas del compuesto que "absorbe calor. Cuando la partícula del agente desulfurante reactivo está solo fl? recubierta parcialmente, al menos aproximadamente el 10%, y 5 de manera preferible la mayoría de la superficie de la partícula del agente desulfurante reactivo está recubierta. De manera preferible, el compuesto que absorbe calor constituye al menos aproximadamente el 1 por ciento en peso de la partícula recubierta, de manera más preferible, al
10 menos aproximadamente 2 por ciento en peso, y de manera aún
• más preferible, aproximadamente 2-30 por ciento en peso. Las partículas de compuesto que absorbe calor pueden formar una mezcla y/o conglomeración con una sola o una pluralidad de partículas de agente desulfurante reactivo. En tales mezclas
15 y/o conglomeraciones, el por ciento en peso del compuesto que absorbe calor puede ser mayor que el porcentaje en peso del compuesto que absorbe calor sobre las partículas del agente i?¡ desulfurante reactivo recubiertas, no conglomeradas. El porcentaje en peso de las partículas del compuesto que
20 absorbe calor de una conglomeración puede constituir hasta aproximadamente el 70 por ciento en peso. De acuerdo con un aspecto de la presente invención, el compuesto que absorbe calor incluye compuestos de carburo y/o ferroaleaciones sólidas. El compuesto de carburo y/o
25 ferroaleaciones es preferiblemente sólido a temperatura ambiente, y de manera más preferible permanece sólido al menos hasta justo antes de ser combinado con hierro fundido, tal como el hierro de primera fusión fundido. El compuesto de fl carburo y/o ferroaleación se seleccionan para absorber calor 5 del agente desulfurante reactivo para incrementar por lo tanto el tiempo de residencia del agente desulfurante reactivo en el hierro de primera fusión fundido. El compuesto de carouro y/o ferroaleación también puede actuar como ferroca alizador para las reacciones del azufre entre el 10 azufre y el agente desulfurante reactivo. De manera preferible el compuesto de carburo y/o ferroaleación tiene un punto de fusión mayor que el agente desulfurante reactivo. En otra modalidad, el compuesto de carburo y/o la ferroaleación reacciona endotérmicamente y/o se disocia en el hierro de 15 primera fusión fundido absorbiendo por lo tanto calor. El compuesto de carburo y/o ferroaleación de temperatura de fusión nás alta y/o el compuesto de carburo y/o ferroaleación que reacciona endotérmicamente y/o se disocia extrae y/o absorbe calor alrededor del compuesto de carburo y/o 20 ferroaleación. La característica de absorber calor del compuesto que absorbe calor da como resultado una cantidad reducida del calor que afecta a la partícula del agente desulfurante reactivo recubierta durante un periodo de tiempo. Este periodo de tiempo de calor reducido reduce la 25 velocidad a la cual el agente desulfurante reactivo se
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A í a «*_ evapora y burbujea fuera del hierro de primera fusión fundido. Cuando el agente desulfurante reactivo es o incluye un agente de magnesio, el compuesto que absorbe calor trabaja 4B para incrementar el tiempo de residencia de magnesio en el 5 hierro de primera fusión fundido, permitiendo que el magnesio se disuelva en el hierro de primera fusión fundido, de modo que el magnesio es capaz de continuar reaccionando con el azufre en el hierro de primera fusión fundido. Mientras más tiempo permanezca el magnesio en forma sólida o liquida en el
10 hierro de primera fusión fundido, mayor la eficiencia de la
• desulfuración del magnesio. El hierro de primera fusión fundido tiene una temperatura de al menos 1140°C. El magnesio tiene un punto de fusión de aproximadamente 649°C y un punto de ebui lición de aproximadamente 1107 °C. El compuesto que
15 absorbe calor está formulado para reducir la velocidad del agente de desulfuración reactivo, tal como el magnesio, en la particuLa recubierta y la velocidad a la cual el agente de
^ desulfuración reactivo comienza a ebullir y finalmente se evapora. Se ha encontrado que el compuesto que absorbe calor
20 puede reducir la temperatura alrededor del agente desulfurante reactivo a al menos el punto de ebullición del magnesio en un periodo de tiempo. La temperatura reducida alrededor del partícula del agente desulfurante reactivoocurre aún después de que el material que absorbe
25 calor se haya desociado por si mismo de la superficie de la partícula del agente desulfurantereactivo . La temperatura ~* reducida es resultado del material que absorbe calor del hierro de primera fusión liquida circundante, dando por lo tanto como resultando un ambiente de temperatura reducida muy 5 cerca del compuesto que absorbe calor. Cuando los compuestos de carburo y/o ferroaleaciones son utilizados como parte del compuesto que absorbe calor, esos preferiblemente incluyen, pero no se limitan a, carburo de hierro y/o ferromanganeso con un alto contenido de carbono. 10 De acuerdo con un aspecto más de la presente
• invención, las partículas del compuesto que absorbe calor son unidas al menos parcialmente a la superficie de la partícula del agente desulfurante reactivo por un agente adhesivo o aglutinante. El agente adhesivo o aglutinante también puede
15 ayudar a la fluidez de la partícula del agente desulfurante reactivo recubierta. El agente adhesivo o aglutinante pueden incluir un grupo de compuestos que pueden ayudar a unir las partículas del compuesto que absorbe calor a la superficie de la partícula del agente desulfurante reactivo y/o formar
20 mezclas y/o conglomeraciones de partículas que absorben calor y partículas de agente desulfurante reactivo. En una modalidad, el agente adhesivo o aglutinante se selecciona de modo qie no introduzca materiales adversos al hierro de primera fusión, tales como el azufre. El agente adhesivo o
25 aglutinante puede incluir, pero no se limita a, alcoholes
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polihiclricos, derivados de alcohol polihidrico y/o compuesto de silicio. De acuerdo con otro aspecto de la presente ^B. invención, el hierro de primera fusión fundido es protegida 5 de la atmósfera durante el proceso de desulfuración. En una modalidad, la protección toma la forma de crear un ambiente inerte y/o no oxidante alrededor del hierro de primera fusión. El ambiente inerte y/o no oxidante puede formarse colocardo el hierro de primera fusión en una cámara llena con
10 un gas inerte y/o no oxidante y/o haciendo fluir un gas
• inerte y/o no oxidante sobre la parte superior del hierro de primera fusión durante la desulfuración. El ambiente inerte y/o no oxidante inhibe o previene que el oxigeno entre en contacto con el hierro de primera fusión y oxide los
15 diferentes componentes del agente de desulfuración y/o que reaccione con el hierro de primera fusión durante la desulfuración. Los gases inertes y/o no oxidantes, que pueden ser utilizados para formar el ambiente inerte y/o no oxidante, incluyen pero no se limitan a, helio, nitrógeno,
20 argón, y gas natural. De acuerdo con otro aspecto más de la presente invención, se agrega un compuesto de calcio con un agente desulfurante reactivo para ayudar con la remoción del azufre del hierro de primera fusión fundido. El compuesto de calcio
25 se selecciona para que reaccione con el azufre en la primera fusión del hierro fundido. Pueden ser utilizados varios compuestos de calcio tales como, pero sin limitarse a, óxido de calcio, carburo de calcio, carbonato de calcio, cloruro de I^ calcio, cianamida de calcio, yoduro de calcio, nitrato de 5 calcio, diamida de cal, y nitrato de calcio. En una modalidad, el compuesto de calcio se disocia y forma iones de calcio en el hierro de primera fusión fundido los cuales están disponibles para reaccionar con el azufre. El compuesto de calcio puede o no tener un punto de fusión el cual es
10 menor que la temperatura del hierro de primera fusión
• fundido. En otra modalidad, el compuesto de calcio se selecciona de modo que los iones previamente asociados con el ion de calcio no afecten de manera adversa el proceso de desulfuración. Cuando es utilizado un compuesto de calcio en
15 el agente de desulfuración, el compuesto de calcio preferiblemente incluye óxido de calcio, carbonato de calcio, y/o carburo de calcio. En otra modalidad más, el tamaño de fc partícula de los compuestos de calcio se selecciona para proporconar la reactividad o actividad necesaria del
20 compuesto de calcio con el azufre en la primera fusión de hierro. Cuando un tamaño de partícula es demasiado grande, se producirán menos iones calcio, dando como resultado eficiencias de desulfuración más pobres. En una modalidad especifica, el tamaño de partícula del compuesto de calcio se
25 mantiene en menos de aproximadamente 0.18 mm (malla 80) .
De acuerdo con otro aspecto más de la presente invención, se agrega compuesto de carburo con el agente desulfurante reactivo recubierto para ayudar a la remoción de flk azufre del hierro de primera fusión. El compuesto de carburo 5 puede ser el mismo que incluir, o ser un compuesto diferente que el compuesto que absorbe calor que está recubierto sobre la superficie de la partícula del agente desulfurante reactivo. Cuando se utiliza un carburo no recubierto, las partículas de carburo tienen un tamaño de hasta 10 aproximadamente 1.5 mm, y de manera preferible menor de 0.18
• mm (malla 80) . De acuerdo con otro aspecto aún más de la presente invención, se agrega un gas con el agente desulfurante reactivo recubierto para ayudar al mezclado y dispersión del
15 agente de desulfuración en el hierro de primera fusión. Esta acción de mezclado puede dar como resultado un incremento en las velocidades de fundición del azufre en el hierro de primera fusión fundido. En una modalidad, el gas se forma a partir de un compuesto que produce gas. En una modalidad
20 especifica, el compuesto que produce gas se elige de modo que el gas sea producido tras el contacto con el hierro de primera fusión fundido. El gas producido se mezcla con los diferentes componentes del reactivo de desulfuración en el hierro de primera fusión para incrementar la eficiencia de la
25 desulfu.ración del agente de desulfuración. El gas dispersa
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los agentes de desulfuración para maximizar los sitios activos disponibles para la reacción con el azufre, incrementando por lo tanto aún más la eficiencia de la remoción de azufre del hierro de primera fusión. El gas 5 agregado al hierro de primera fusión y/o el gas del compuesto que produce gas preferiblemente no dañan el proceso de desulfuración y/o el ambiente alrededor del proceso de desulfuración. En una modalidad especifica, el componente que produce gas es un compuesto sólido a temperatura ambiente.
10 Los compuestos que producen gas que pueden ser utilizados
• incluyen, pero no se limita a carbón, plástico, caucho, hidrocarburos sólidos, alcoholes sólidos, compuestos sólidos que contienen nitrógeno, esteres sólidos y/o éteres sólidos. De acuerdo con otro aspecto aún más de la presente
15 invención, se agrega un agente mejorador de la escoria con el agente desulfurante recubierto para generar una escoria más fluida y/o reducir la cantidad del hierro de primera fusión liquida atrapada dentro de la escoria. Pueden ser utilizados varios agentes mejoradores de escoria tales como, pero sin
20 limitarse a, espato flúor metalúrgico y/o grado ácido, cal dolomitica, sílice, carbonato de sodio, cloruro de sodio, cloruro de potasio, potasa, criolita, criolita de potasio, colemanita, cloruro de calcio, aluminato de calcio, floruro de sodio, bórax anhidro, sienita de nifelina, y/o cenizas de
25 sosa. En una modalidad, se utiliza un espato flúor metalúrgico y/o grado ácido, tal como, pero sin limitarse a, *•- fluoruro de calcio. El espato flúor metalúrgico y/o grado ácido produce las modificaciones deseadas en las propiedades w? físicas de la escoria. La cantidad de agente mejorador de la 5 escoria se selecciona para mejorar las características de la escoria sin reducir indebidamente la viscosidad de la escoria, por lo que el azufre puede ser fácilmente transferido de nuevo al hierro de primera fusión fundido. De acuerdo con otro aspecto de la presente 10 invención, el agente de desulfuración es inyectado detrás de
• las superficies de hierro fundido, tal como la escoria bruta. El agente de desulfuración puede ser inyectado de modo que el agente desulfurante reactivo recubierto sea inyectado por si mismo en el hierro de primera fusión fundido, inyectado con 15 otros componentes del agente de desulfuración, o coinyectado con otros componentes del agente de desulfuración. En una modalidad, los componentes del agente de desulfuración son fluidizados antes de ser inyectados al hierro de primera fusión fundido. En una modalidad, los componentes de 20 desulfuración son fluidizados en un estado semidenso antes de ser inyectados al hierro de primera fusión. El agente de desulfuración fluidizado es llevado al hierro de primera fusión por un gas portador. En otra modalidad especifica, el gas portador es inerte y/o no oxidante a los componentes del 25 agente de desulfuración. Los gases portadores que pueden ser
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? ?n ni r ir ni iim ii i um ntün injíünf iíiiilÉÉ utilizados son, pero no se limita a, argón, nitrógeno, helio, gas natural o varios otros gases inertes y/o no oxidantes. El objetivo principal de la presente invención es ¡ß) proporcionar un agente de desulfuración que incremente la 5 eficiencia de la desulfuración del hierro. Otro objeto de la presente invención es el de proporcionar un agente de desulfuración el cual forma una escoria que retenga los compuestos de sulfuro formados durante la desulfuración. 10 Otro objeto más de la presente invención es el de
• proporcionar un agente de desulfuración que incluye un agente desulfurante reactivo para remover azufre del hierro, tal como el hierro de primera fusión fundido. Otro objeto más de al presente invención es el de
15 proporcionar un agente de desulfuración el cual incluye un compuesto que absorbe calor que reduce la velocidad de evaporación del agente de desulfuración reactivo en el hierro de primera fusión fundido. Otro objeto aún más de la presente invención es el 20 de proporcionar un agente de desulfuración el cual incluye partículas de agente desulfurante reactivo recubiertas con partículas de un agente que absorbe calor. Otro objeto de la presente invención es el de proporcionar un agente de desulfuración, donde el tamaño de
25 las partículas del agente desulfurante reactivo es sustancialmente mayor que el tamaño de las partículas que absorben calor recubiertas a la superficie de la partícula del agente desulfurante reactivo. flk Un objeto más de la presente invención es el de
5 proporcionar un agente de desulfuración, donde la partícula que absorbe calor utilizada para recubrir la superficie de una partícula del agente desulfurante reactivo incluye un carburo y/o ferroaleación con un punto de fusión inferior a la temperatura del hierro de primera fusión fundido que está 10 siendo tratada. • Otro objeto más de la presente invención es el de proporcionar un agente de desulfuración, donde el peso de la partícula del agente desulfurante reactivo es sustancialmente mayor que el peso de las partículas que absorben calor 15 recubiertas en la superficie de la partícula del agente desulfurante reactivo. Oro objeto más de la presente invención es el de proporcionar un agente de desulfuración el cual incluye un agente adhesivo o aglutinante para unir partículas que
20 absorben calor a la superficie de una partícula del agente desulfurantereactivo. Otro objeto más de la presente invención es el de proporcionar un agente de desulfuración el cual incluye un compuesto que produce gas o que produce compuestos volátiles
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que libera un gas cuando está en contacto con el hierro de primera fusión fundido. Otro objeto más de la presente invención es el de proporcionar un agente de desulfuración el cual incluye un 5 compuesto de calcio y/o carburo para remover el azufre del hierro de primera fusión. Otro objeto más de la presente invención es el de proporcionar un agente de desulfuración el cual incluye un agente mejorador de la escoria para mejorar las
10 características de la escoria sobre la superficie del hierro
• de primera fusión fundido. Un objeto más de la presente invención es el de proporcionar un agente de desulfuración el cual es inyectado debajo de la superficie del hierro de primera fusión. 15 Estos y otros objetos de la invención se volverán evidentes a aquellos expertos en la técnica tras la lectura y comprensión de la siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas, tomada junto con los dibujos. •
20 BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención puede tomar forma física en ciertas partes y arreglos de partes, modalidades preferidas las cuales serán descritas con detalle e ilustradas en los dibujos acompañantes las cuales forman parte de la misma y
25 donde:
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¿^^^.^.^^¿^ La FIGURA 1 es una vista descriptiva que ilustra un agente de desulfuración de la técnica anterior en el hierro de primera fusión fundido, agente de desulfuración el cual fl incluye un compuesto de calcio, un hidrocarburo volátil y 5 magnesio; La FIGURA 2 es una vista descriptiva que ilustra un agente de desulfuración de la técnica anterior en el hierro de primera fusión fundido, agente de desulfuración el cual incluye ferromanganeso y magnesio; 10 La FIGURA 3 es una vista descriptiva que ilustra un • agente de desulfuración de la presente invención, donde una partícula de magnesio está recubierta con carburo de hierro y/o ferromanganesio con alto contenido de carbono; La FIGURA 4A es una vista descriptiva que ilustra 15 la temperatura que rodea a una partícula de magnesio recubriera en el hierro de primera fusión fundido; La FIGURA 4B es una vista descriptiva que ilustra la reacción del agente de desulfuración de la presente • invención en el hierro de primera fusión fundido; 20 La FIGURA 5A es una vista descriptiva que ilustra la actividad del magnesio del agente desulfurante de la técnica anterior en el hierro de primera fusión fundido; La FIGURA 5B es una vista descriptiva que ilustra la actividad del magnesio del agente de desulfuración de la 25 presente invención en el hierro de primera fusión fundido;
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».ja?"'- ""«"**••->-—'------•-. » t ^ . , j.. . ,-_.i ... -^ ... . .:--, -.«!- ... « J-.-J.-. - .--I. - - .-- .-» ..... ~^-- - .^. » .¿.A BI»-É---^-B- La FIGURA 6 es una gráfica que ilustra un número de partículas recubiertas sobre una partícula de un agente de magnesio como función del tamaño de partícula del agente de recubrimiento; • 5 La FIGURA 7A es una vista descriptiva que ilustra el agente de desulfuración de la presente invención, donde la partícula de magnesio está totalmente recubierta con un compuesto que absorbe calor; La FIGURA 7B es una vista descriptiva que ilustra 10 el agente de desulfuración de la presente invención, donde la
• partícula de magnesio está parcialmente recubierta con un compuesto que absorbe calor; La FIGURA 7C es una vista descriptiva que ilustra un agente de desulfuración de la presente invención, donde 15 una pluralidad de partículas de magnesio están mezcladas y/o conglomeradas con un compuesto que absorbe calor; La FIGURA 8 es una vista descriptiva que ilustra una partícula del agente de desulfuración de la presente invención; 20 La FIGURA 8A es una vista descriptiva, amplificada, de la partícula del agente de desulfuración de la FIGURA 8; La FIGURA 9 es una vista descriptiva que ilustra una partícula del agente de desulfuración de la presente invención, donde una partícula de magnesio está recubierta 25 con un carburo y óxido de calcio;
La FIGURA 10 es una vista descriptiva que ilustra el agente de desulfuración de la presente invención siendo inyectado en el hierro de primera fusión fundido; jflfe La FIGURA 11 es una vista descriptiva que ilustra 5 una modalidad alternativa, donde partículas de magnesio son mezcladas con partículas de un compuesto que absorbe calor antes de ser inyectadas en el hierro de primera fusión fundido; y La FIGURA 12 es una vista descriptiva que ilustra 10 otra modalidad alternativa donde las partículas de cal y/o carburo de calcio son mezcladas con partículas de magnesio recubiertas con un compuesto que absorbe calor antes de ser inyectadas en el hierro de primera fusión fundido.
15 DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Refiriéndose a los dibujos, donde lo que se muestra tiene el propósito de mostrar la modalidad preferida de la
4 ¡ invención únicamente y no el propósito de limitar la misma, la FIGURA 1 ilustra el agente de desulfuración de la técnica 20 anterior, tal como el descrito en Koros 4,345,940, utilizado para remover azufre del hierro fundido. El agente de desulfuración es una combinación de un compuesto de calcio tal como el óxido de calcio (CaO) y/o partículas de carburo de calcio (CaC2) 20, un hidrocarburo volátil (HC) , y magnesio
25 (Mg) . La partícula del compuesto 20 reacciona con un azufre
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10 hidrocarburo 60. Las burbujas 50 y 60 crean turbulencia en el
• hierro de primera fusión fundido cuando las burbujas migran hacia arriba a través del hierro de primera fusión fundido y a través de la capa de escoria 40. La turbulencia causada por las burbujas incrementa la eficiencia de remoción de azufre
15 por el agente de desulfuración 20. El tiempo de residencia del magnesio en el hierro de primera fusión fundido es muy corto debido a la evaporación inmediata del magnesio en el hierro de primera fusión fundido 30. Puesto que el magnesio debe disolverse primero en el hierro de primera fusión
20 fundido, este puede remover cantidades significativas de azufre, la mayoría del magnesio no reacciona con el azufre en el hierro de primera fusión fundido 30. La FIGURA 2 muestra otro agente de desulfuración de la técnica anterior el cual se describe en la patente de
25 Luxembuigo No. 88,252. El agente de desulfuración está hecho de partículas de ferromanganeso 100 y partículas de magnesio -, 110. Ambos del ferromanganeso y el magnesio sirven para remover azufre del hierro de primera fusión fundido 30. El
4fc magnesio también es utilizado para crear turbulencia en el
5 hierro de primera fusión fundido 30. El componente principal del agente de desulfuración 100 es carburo de hierro y/o ferromanganeso y constituyen la mayoría del agente de desulfuración. Las partículas de ferromanganeso 100 son del mismo o un tamaño ligeramente mayor que las partículas de
10 magnesio 110. Como resultado, el ferromanganeso 100 no
• recubre el magnesio 110 o viceversa. Como se muestra, el ferromanganeso reacciona con el azufre en el hierro de primera fusión fundido 30 para formar sulfuro de manganeso en la escoria 120. La escoria 120 también incluirá
15 ferromanganeso sin reaccionar 100. Cuando las partículas de ferromanganeso se funden en el hierro de primera fusión fundido, absorben calor del baño. Esta absorción de calor da como resultado el área inmediata alrededor de las partículas de ferromanganeso 100 estén ligeramente más frias. Por lo
20 tanto, las partículas de magnesio 110 que están muy cerca del ferromanganeso 100 en el hierro de primera fusión fundido 30 se expondrán a un ambiente menos caliente. Aunque esas partículas de magnesio seleccionadas están expuestas a un ambiente menos caliente, una cantidad significativa del
25 magnesio se evapora y escapa a través de la escoria 120 sin reaccionar con el azufre en el hierro de primera fusión fundido 30. Refiriéndose ahora a la FIGURA 3, en ella se (A ilustra un agente desulfurante 200 el cual está formado de un 5 agente desulfurante reactivo de partículas de magnesio 210 y un agente que absorbe calor de partículas de ferromanganeso con un alto contenido de carbono y/o de carburo de hierro 220. Sin embargo, el agente que absorbe calor puede incluir, o ser un elemento o compuesto diferente al ferromanganeso y/o
10 carbure de hierro. En la descripción, de esta modalidad
• preferida, el agente desulfurante reactivo será una partícula de magnesio 210 y el agente que absorbe calor será el ferromanganeso con un alto contenido de carbono y/o carburo de hierro 220. 15 El agente de desulfuración 200 se forma recubriendo partículas de magnesio 210, partículas de ferromanganeso con un alto contenido de carbono y/o carburo de hierro 220. La partícula de magnesio 210 es generalmente magnesio puro, pero puede incluir o ser de manera alternativa una aleación de
20 magnesio y/o un compuesto de magnesio. Las partículas de ferromanganeso con un alto contenido de carbono y/o carburo de hierro recubren la superficie externa de la partícula de magnesio. Como puede ser apreciado, las partículas de magnesio puede ser recubierta con ferromanganeso con un alto
25 contenido de carbono y/o carburo de hierro. Como se ilustra en la FIGURA 3, el tamaño de las partículas de recubierto es menor en tamaño que la partícula de magnesio. De manera preferible, el tamaño de partícula promedio del magnesio es ^ t al menos dos veces mayor que el tamaño de partícula máximo de 5 las partículas de recubrimiento. El tamaño de partícula promedio de la partícula de magnesio puede variar el tamaño hasta aproximadamente 1.5 mm. El tamaño de partícula promedio de las partículas de recubrimiento varia en tamaño hasta aproximadamente 0.5 mm. La partícula de magnesio constituye 10 al menos 50 por ciento de agente de desulfuración. El
• porcentaje en peso de recubrimiento es de aproximadamente 2- 50 por ciento en peso. Refiriéndose ahora a las FIGURAS 4A y 4B, la partícula de magnesio 210 está recubierta con un compuesto
15 que absorbe calor 220, tal como el carburo de hierro y/o ferromanganeso con un alto contenido de carbono para reducir la velocidad a la cual la partículas de magnesio 210 se evapora en el hierro de primera fusión fundido 30. Como se muestra en la FIGURA 4A, el compuesto que absorbe calor
20 reduciendo por lo tanto, durante un periodo de tiempo, la temperatura o cantidad de calor a la que la partícula de magnesio está expuesta en el hierro de primera fusión fundido
30. El hierro de primero fusión fundido 30 es mantenido por encima del punto de fusión del hierro de primera fusión y que
25 generalmente a una temperatura de aproximadamente 2200-2650°F
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(1204.44-1454.44°C) . Como se muestra en la FIGURA 4, el compuesto que absorbe calor forma un pseudoescudo de calor 230 alirededor de la partícula de magnesio de modo que la ^k temperatura a la cual la partícula de magnesio está expuesta
5 durante un periodo de tiempo es menor que o aproximadamente igual al punto de ebullición del magnesio. El pseudoescudo de calor 230 formado por el compuesto que absorbe calor permite al magnesio permanecer en forma liquida 240 como se muestra en la FIGURA 4B. como resultado, el magnesio es mantenido en 10 forma liquida durante un tiempo mayor para permitir que el magnesio se disuelva en el hierro fundido y reaccione con un azufre disuelto en el hierro de primera fusión fundido, formando sulfuro de magnesio, el cual se eleva hacia la superficie del hierro de primera fusión fundido para formar 15 escoria 250. Como se muestra en la FIGURA 4B, el compuesto que absorbe calor es carburo de hierro y/o ferromanganeso con un alto contenido de carbono. El carburo de hierro y/o ferromanganeso con un alto contenido de carbono, cuando se expone al hierro de primera fusión fundido se disuelve y/o 20 disocia en solución. Cuando las partículas se disuelven, las partículas absorben calor alrededor de las partículas. La disociación del carburo de hierro en el hierro es una reacción endotérmica, absorbiendo de este modo absorbe calor. Este mecanismo de absorción de calor en combinación con la 25 capa de partículas recubiertas forma un pseudoescudo alrededor de la partícula de magnesio. El magnesio, siendo un elemento altamente reactivo con el azufre, rápidamente forma sulfuro de magnesio 260 cuando el magnesio es disuelto en el hierro de primera fusión fundido. El sulfuro de magnesio
• 5 formado se eleva hacia la capa de escoria 250. Una comparación ilustrativa del tiempo de residencia del magnesio y los agentes de desulfuración en la técnica anterior y el magnesio en el agente desulfuración de la presente invención se ilustran en las FIGURAS 5A y 5B. La
10 FIGURA 5A ilustra una partícula de magnesio en el hierro de
• primera fusión fundido que se ha evaporado inmediatamente y formado una burbuja de gas. Una vez que la partícula de magnesio se evapora en un gas, la burbuja de gas se desplaza rápidamente a una velocidad A hacia fuera del hierro de
15 primera fusión. El tiempo que toma el magnesio para evaporarse en el hierro de primera fusión y burbujear fuera del hierro de primera fusión es muy corto. La FIGURA 5B ilustra la partícula de magnesio que tiene un punto de residencia más prolongado A/X en el hierro de primera fusión
20 fundido. El tiempo de residencia más prolongado permite que el magnesio altamente reactivo se disuelva en hierro de primera fusión fundido y reaccione con el azufre en el hierro de primera fusión fundido para formar sulfuro de magnesio. El tamaño de partícula del compuesto que absorbe
25 calor sobre la superficie de la partícula de magnesio es importante para formar un recubrimiento sobre la superficie de la partícula de magnesio. Las partículas que son demasiado grandes no pueden recubrir la superficie de magnesio o unirse por si mismas a la superficie de la partícula de magnesio 5 para crear un pseudoescudo de calor. Se ha encontrado que partículas muy finas forman una mejor unión y un mejor efecto de escudo de calor. Cuando el tamaño promedio de las partículas de compuesto que absorbe calor disminuye, se utilizan un gran número de partículas para recubrir la 10 superficie de la partícula de magnesio. Este fenómeno se • ilustra en la FIGURA 6. Como se muestra en la FIGURA 6, un mayor rúmero de partículas que tienen un tamaño promedio de 0.1 mm recubren la superficie de la partícula de magnesio que las partículas que tienen un tamaño promedio de 0.15 mm. El 15 tamaño de partícula promedio del compuesto que absorbe calor es preferiblemente menor de aproximadamente 0.18 mm, de manera preferible menor de aproximadamente 0.15 mm y de manera aún más preferible menor de aproximadamente 0.11 mm. Refiriéndose ahora a las FIGURAS 7A-7C, la cantidad 20 de compuesto que absorbe calor puede variar sobre la partícuLa de magnesio. En la FIGURA 7A, las partículas de compuesto que absorbe calor 100 recubren esencialmente toda la superficie de la partícula de magnesio 110. La FIGURA 7B ilustra las partículas del compuesto que absorbe calor 100 25 recubriendo solo parcialmente la superficie de la partícula
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MtoMütoa, . * ? «.-. t.fe» * . ^ ~? . . • ~ - f f»r¿a«-«» de mafnesio 110. De manera preferible, la partícula de magnesio está al menos 10 por ciento recubierta por las partículas de compuesto que absorbe calor. La FIGURA 7C áfc ilustra las partículas de compuesto que absorbe calor 5 formando una mezcla y/o conglomeración con una pluralidad de partículas de magnesio. Refiriéndose ahora las FIGURAS 8 y 8A, se muestra una modalidad alternativa del agente de desulfuración, donde las partículas de compuesto que absorbe calor 100 son unidas 10 o adheridas a la superficie de la partícula de magnesio 110
• por un agente adhesivo o aglutinante 300. El agente adhesivo o aglutinante puede incluir un número de compuestos que pueden ayudar a la unión o adhesión de las partículas que absorben calor a la superficie de la partícula de agente de 15 magnesio y/o formar conglomeración de partículas que absorben calor y partículas de agente de magnesio. El agente adhesivo o aglutinante también puede ayudar a la fluidez de la partícula del agente demagnesio recubierta cuando sea inyectada al hierro de primera fusión fundido. El agente 20 adhesivo o aglutinante puede incluir, pero sin limitarse a, alcoholes polihidricos, sus derivados, y/o compuestos de silicio; sin embargo, pueden ser utilizados otros adhesivos o aglutinantes. Como se muestra en la FIGURA 8A, el agente adhesivo o aglutinante incluye glicol.
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Refiriéndose ahora a la FIGURA 9, se muestra otra modalidad del agente de desulfuración, donde el compuesto de desulfuración de calcio 310, tal como el óxido de calcio, (?^ está recubierto con las partículas de compuesto que absorben
5 calor 100 sobre la superficie de la partícula de magnesio 110. Como puede apreciarse, pueden ser recubiertos otros compuesto o elementos adicionales sobre la partícula de magnesio para ayudar a la remoción del azufre y/o mejorar la escoria. Esas partículas incluyen agente mejoradores de la
10 escoria, compuestos que producen compuestos volátiles y
• similares. Todas o algunas de las partículas recubiertas pueden ser adheridas a las partículas de magnesio por un agente adhesivo aglutinante. La FIGURA 10 ilustra un proceso mediante el cual el
15 agente de desulfuración puede ser inyectado en el hierro de primera fusión fundido 30. En la FIGURA 10, el recipiente 400, contiene una mezcla de cal y/o partículas de carburo de calcio y partículas de magnesio recubiertas con carburo de hierro y/o partículas de ferromanganeso con un alto contenido
20 de carbono. Esta mezcla de recipiente 400 entra en la línea 420, donde es transportada a la lanza 500 por un gas portador, y a continuación es inyectada al hierro de primera fusión fundido 30. Como puede apreciarse, el recipiente 400 puede contener únicamente magnesio recubierto con carburo de
25 hierro y/o ferromanganeso con un alto contenido de carbono.
La FIGURA 11 ilustra otro proceso mediante el cual el agente de desulfuración puede ser inyectado en el hierro de primera fusión fundido 30. En la FIGURA 11, las partículas de magnesio y la partículas del compuesto que absorben calor • 5 se combinan justo antes de ser inyectadas en el hierro de primera fusión fundido. El recipiente 410 contiene una mezcla de cal y/o partículas de carburo de calcio y partículas de magnesio y el recipiente 430 incluye una mezcla de cal y/o partículas de carburo de calcio y partículas de carburo de
10 hierro y/o ferromanganeso con un alto contenido de carbono. Las partículas en el recipiente 430 entran en la linea 420. Las partículas en el recipiente 400 entran en la linea 420 donde se mezclan con las partículas del recipiente 430. Las partículas son transportadas a la lanza 500 por un
15 transportador de gas. En la linea 420 y la lanza 500, las partículas son mezcladas y a continuación inyectadas en el hierro de primera fusión fundido 30. Como puede apreciarse, el recipiente 410 puede contener únicamente magnesio y el recipiente 430 puede contener únicamente carburo de hierro
20 y/o ferromanganeso con un alto contenido de carbono. La FIGURA 12 ilustra otro proceso mediante el cual el agente de desulfuración puede ser inyectado en un hierro de primera fusión fundido 30. En la FIGURA 12, las partículas de magresio recubiertas con un compuesto que absorbe calor
25 son coinyectadas con cal y/o carburo de calcio. El recipiente
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.. ^¡L » Í 440 contiene una mezcla de cal y/o carburo de calcio y/u otros compuestos los cuales mejoran la desulfuración o mejoran las propiedades de la escoria. El recipiente 450 contiene partículas de magnesio recubiertas con un compuesto • 5 que absorbe calor. Las partículas en el recipiente 410 entran en la linea 420. Las partículas en el recipiente 450 entran en la linea 420, donde se mezclan con las partículas del recipiente 440. Las partículas son transportadas a la lanza 500 por un gas portador. En la línea 420 y la lanza 500, las
10 partículas son mezcladas y a continuación son inyectadas en • hierro de primera fusión fundido 30. La invención ha sido descrita con referencia a las modalidades preferidas. Esas y otras modificaciones de las modalidades preferidas, asi como otras modalidades de la 15 invención se volverán obvia a partir de lo descrito aquí, por lo que la materia descriptiva anterior debe ser interpretada únicamente como ilustrativa de la invención y no como una limitación. Se pretende incluir todas aquellas modificaciones y alteraciones en tanto caigan dentro del alcance de las 20 reivindicaciones anexas.
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