MXPA02000108A - Metodo para producir lingotes de hierro fundido. - Google Patents

Abstract

La invencion se refiere a un metodo para producir hierro fundido que comprende los siguientes pasos: reducir las particulas de mineral de hierro para formar hierro pre-reducido que comprende carbon libre excedente; b) transferencia de procedimiento en caliente del hierro pre-reducido en un horno de fundicion; c) fundir el hierro pre-reducido en un horno de fundicion para obtener hierro fundido.

Description

MÉTODO PARA PRODUCIR LINGOTES DE HIERRO FUNDIDO MEMORIA DESCRIPTIVA La invención se refiere a un método para producir lingotes de hierro fundido. Durante muchos años, se han hecho esfuerzos considerables para desarrollar métodos de reducción de fundición capaces de reemplazar al horno de fundición en la producción de lingotes de hierro fundidos, particularmente utilizando unidades de producción de volumen más pequeño y evitando la preparación de materiales, es decir, utilizando directamente finos de mineral metálico y carbón. Dichos métodos son de interés, debido a que es posible en principio evitar instalaciones que necesitan gran inversión tal como plantas de producción de coque y plantas de formación de pellas de mineral metálico. Los métodos disponibles actualmente tienen algunas desventajas. Una de las dificultades de dicho método para producir lingotes de hierro directamente yace en el hecho de que dos los componentes del método, la reducción directa y la fundición, requieren diferentes condiciones operativas. Esto es debido a que, durante la reducción de las partículas de mineral de hierro, se hace un intento por mantener una atmósfera de reducción, mientras que durante la fundición, se deben inyectar grandes cantidades de oxígeno de manera que la energía en los combustibles que contienen carbón se pueda explotar de manera eficiente. En los métodos conocidos, los gases del horno de fundición se inyectan en el horno de pre-reducción. Ya que los gases del horno de fundición son pobres en monóxido de carbono y ricos en dióxido de carbono, la inyección de grandes cantidades de tales gases en el horno de pre-fundición trastorna la reducción del mineral de hierro. En una versión mejorada de este método, los gases calientes del horno de fundición se enriquecen de monóxido de carbón antes de inyectarse en el horno de pre-reducción. Los gases ricos en dióxido de carbono del horno de fundición se ponen en contacto con algo de carbón, y una gran proporción del dióxido de carbón se convierte a monóxido de carbono mediante la reacción con el carbón. La energía reductora que se incrementa de los gases del horno de fundición promueve por supuesto la reacción dentro del horno de pre-reducción. Sin embargo, esta operación es costosa de manera energética. Sería ventajoso tener disponible un método optimizado para producir lingotes de hierro directamente de las partículas de hierro pre-producidas. El documento WO 97/17473 se refiere a un método para producir metales y aleaciones de metales a partir de óxidos metálicos. En un primer paso del método, los óxidos metálicos y/u óxidos metálicos parcialmente reducidos y un material carbonáceo sólido se inyectan en un recipiente de pre-reducción con el fin de reducir parcialmente los óxidos metálicos y/u óxidos metálicos parcialmente reducidos, y liberar al menos parte de la fracción volátil de dicho material carbonáceo. En un segundo paso, la reducción de los óxidos metálicos parcialmente reducidos se continua con el fin de producir metal fundido. Para lograr esto, los óxidos metálicos parcialmente reducidos y el material carbonáceo sólido al menos parcialmente desvolatilizado en a primera etapa se inyectan en un recipiente de reducción/fundición que contiene un baño de metal fundido y escorias de alto horno. La primera etapa del método en el documento WO 97/17473 comprende preferiblemente una etapa de secado, pre-alentamiento y reducción parcial para los óxidos metálicos en un primer recipiente de pre-reducción, con gases del horno de reducción/fundición y/o el segundo recipiente de pre-reducción. Después de esto, los óxidos metálicos pre-reducidos, secos y pre-calentados se transfieren, junto con el material carbonáceo sólido, al segundo recipiente de pre-reducción con el fin de continuar la reducción de los óxidos metálicos y la liberación al menos parcial de las fracciones volátiles en el carbón que contiene material sólido. El documento DE 42 40 197-A se refiere a un método para producir lingotes de hierro a partir de óxidos metálicos. El mineral de hierro se trata primero en una unidad de reducción y entonces se introduce en una unidad de fundición. En la unidad de reducción, un gas reductor que comprende monóxido de carbono e hidrógeno fluye desde el fondo a la parte superior. El mineral de hierro y, opcionalmente aditivos, pasa desde la parte superior al fondo, en donde se descarga para tratamiento subsecuente en la unidad de fundición. El gas de reducción se toma de la unidad de fundición. La unidad de reducción comprende un juego de plataformas de distribución de gas, dispuestas de manera oblicua en una cascada en zigzag, a lo largo de la cual el mineral de hierro, y opcionalmente aditivos, pasa hacia abajo a través del horno. Los óxidos metálicos de grano en bruto y cualesquier aditivos necesarios se introducen en la parte superior de la unidad de reducción. Los óxidos metálicos de medida de granulos más finos se introducen en la parte central de la unidad de reducción, y los aditivos opcionales de medida de granulo más fino se introducen en la parte central o más baja de la unidad de reducción. El gas de reducción, el cual se eleva a través de la unidad de reducción, pasa por consiguiente a través de las capas de mineral de hierro mezcladas opcionalmente con aditivos, moviéndose hacia abajo desde la parte superior al fondo del horno, y de esta manera efectúa la reducción y simultáneamente se libera a sí mismo de la mayor parte del polvo llevado en estas capas. El documento JP 62 188714-A describe un método para producir lingotes de hierro fundidos. Un reactor de lecho fijo, de reducción/formación de coque se carga con mineral de hierro y carbón con el fin de pre-reducir el mineral de hierro y convertir el carbón a coque. El mineral de hierro pre- reducido y el coque se utilizan entonces para cargar un horno de refinado para fundirlos utilizando inyección de oxígeno. El objetivo de la presente invención es proponer un método optimizado para la producción de lingotes de hierro. De conformidad con la invención, este objetivo se logra mediante un método para producir lingotes de hierro fundidos que comprende los siguientes pasos: (a) reducción de partículas de mineral de hierro para formar hierro pre-reducido que contiene carbón libre excedente, (b) transferir mientras está caliente el hierro pre-reducido a un horno de fundición, (c) fundir las partículas de hierro pre-reducidas en un horno de fundición con el fin de obtener los lingotes de hierro fundido. De acuerdo con un aspecto importante de la invención, el paso (a) comprende los siguientes pasos: (a1) el mineral de hierro se introduce en un homo de incineradores múltiples con varios incineradores sobrepuestos y se deposita sobre el incinerador de más arriba del homo de incineradores múltiples; (a2) el mineral de hierro se transfiere gradualmente a los incineradores inferiores; (a3) un agente de reducción que contiene carbón se añade a uno o más de los incineradores inferiores en cantidades suficientes para reducir el mineral de hierro y para asegurar que hay carbón libre excedente; (a4) el horno de incineradores múltiples se calienta y el mineral de hierro se reduce al hacer contacto con el agente de reducción que contiene carbón y los gases producidos por el agente de reducción que contiene carbón a temperaturas adecuadas; (a5) el gas en exceso producido por el agente de reducción que contiene carbón se incinera en la parte superior del horno de incineradores múltiples y se aprovecha la ventaja del calor resultante para secar y precalentar el mineral de hierro en los incineradores superiores. Los agentes de formación de escorias de alto homo también se pueden añadir durante el paso (a) o el paso (b). Estos agentes de formación de escorias de alto horno se seleccionan preferiblemente de entre un grupo que consiste de cal, flujo de piedra caliza y magnesia así como mezclas de los mismos. De manera ventajosa, el hierro pre-reducido se compacta antes de transferirlo al horno de fundición. Se forman briquetas que contienen el hierro pre-reducido, el carbón libre excedente y, si es necesario, los agentes de formación de escorias de alto horno. Debido a que las briquetas tienen una densidad más alta que las partículas de las cuales están formadas, tienen las siguientes ventajas: penetran más fácilmente al baño de mineral de hierro fundido contenido en el homo de fundición, una cantidad más pequeña de hierro pre-reducido se atrapa en la capa de escorias de alto horno que cubre los lingotes de hierro fundidos y una proporción más pequeña del hierro y el carbón libre es llevada por los gases que escapan del horno de fundición.

El carbón excedente al final del paso (a) yace de manera ventajosa entre 7 por ciento y 15 por ciento, y está preferiblemente cerca de 10 por ciento. El agente de reducción que contiene carbón se selecciona de entre carbón o productos de petróleo líquido o sóiido. Las fracciones volátiles contenidas en el agente de reducción que contiene carbón se eliminan durante su residencia dentro del horno de incineradores múltiples, y el azufre también se elimina parcialmente. Parte del carbón en exceso se consume durante el paso (c). De acuerdo con un método particular de ejecución, el horno de fundición es un homo de arco eléctrico. El oxígeno se inyecta durante el paso (c) con el fin de quemar el carbón libre excedente y para contribuir por lo tanto a una larga proporción de la energía necesaria para la fundición durante el paso (c). Más aún, el carbón libre excedente es útil para terminar las reacciones de reducción y para carburizar los lingotes de hierro. Es importante notar que, en el método de acuerdo con la invención, los gases del homo de fundición no se inyectan en el horno de reducción. El procedimiento de reducción por lo tanto no es trastornado por estos gases con alta energía oxidante. Una de las ventajas del método presente es que el funcionamiento de los dos reactores se optimiza. En efecto, la producción de un producto pre-reducido que incorpora carbón libre excedente incrementa la velocidad de reducción e incrementa la velocidad de metalización, pero también incrementa el costo de producción de las partículas de hierro pre-reducidas. En métodos tradicionales de producción de partículas de hierro pre-reducidas, el objetivo es obtener un producto que contiene únicamente un poco o nada de carbón residual debido a que, por supuesto, el carbón que permanece en el producto terminado sin haber reaccionado representa un costo de producción adicional y no económico. Con el fin de obtener este carbón libre excedente, es necesario añadir una cantidad adecuada de agente de reducción que contiene carbón durante el paso de reducción. Otra ventaja del carbón libre excedente en el hierro pre-reducido yace en el hecho de que, en los incineradores de reducción del reactor de reducción, las temperaturas son muy altas y por consiguiente, el agente de reducción que contiene carbón, en este caso carbón, se libera de su fracción volátil y está desulfurado a un alto grado. Resulta que, durante el paso de fundición, el carbón sin su fracción volátil se disuelve más fácilmente en el baño de lingotes de hierro que el carbón que aún contiene su fracción volátil. Además, debido a que el agente de reducción que contiene carbón se somete a muy altas temperaturas durante su estancia dentro del reactor de reducción, el contenido de azufre disminuye considerablemente. El lingote de hierro obtenido de esta manera tiene un contenido de azufre más bajo. Por supuesto, sería posible utilizar coque en lugar de carbón durante la fundición de las partículas de hierro pre-reducidas con el fin de obtener una solubilidad más alta del carbón. Sin embargo, utilizando coque en lugar de carbón se incrementan los costos de producción y no resuelve el problema del azufre. El coque en efecto no contiene material volátil; sin embargo, contiene sustancialmente la misma cantidad de azufre que el carbón utilizado durante su producción.

El carbón excedente se incinera en el horno de fundición y por lo tanto permite que se ahorre energía eléctrica durante la fundición de las partículas. La adición del agente de reducción que contiene carbón únicamente al nivel de los últimos incineradores en el horno de incineradores múltiples permite que se tome ventaja del calor residual de los gases para secar y pre-calentar las partículas de mineral de hierro y para incinerar completamente el monóxido de carbono. La post-combustión por separado es innecesaria. Además, la temperatura más alta de estos últimos incineradores reduce adicionalmente el contenido de azufre en el carbón libre. Por lo tanto, no es la yuxtaposición de dos métodos conocidos, sino una interacción entre dos métodos lo que conduce a ventajas inesperadas. Otros rasgos y características especiales de la invención surgirán a partir de la descripción detallada de un método de ejecución ventajoso que se da enseguida, como un ejemplo ilustrativo, con referencia al dibujo que se anexa.

Esta muestra: Figura 1 : diagrama de estructura de un método para producir lingotes de hierro fundidos de acuerdo con la invención. La figura 1 es un diagrama de estructura de un método para producir lingotes de hierro fundidos de acuerdo con la presente invención. En la figura se puede observar un reactor de pre-reducción, en este caso un homo de incineradores múltiples 10, en el cual las partículas de mineral de hierro se reducen para formar hierro pre-reducido. El hierro pre-reducido se transfiere entonces mientras está caliente a un homo de fundición, en este caso un homo eléctrico 12. El hierro pre-reducido se funde aquí y se obtiene un baño de lingotes de hierro fundidos 14 cubierto con una capa de escorias de alto horno 16. De esta manera, el primer paso en el método concierne a la reducción de partículas de hierro en el horno de incineradores múltiples 10. El horno de incineradores múltiples 10 comprende una serie de incineradores anulares separados verticalmente. Las partículas de mineral de hierro se introducen en el incinerador superior y se transfieren gradualmente a los incineradores inferiores. En la parte más baja del horno de incineradores múltiples 10, se introduce carbón sobre varios incineradores, según se indica mediante la flecha 18. Se debe apreciar que el carbón se introduce en cantidades suficientes para reducir las partículas de mineral de hierro y para asegurar carbón libre excedente. En otras palabras, el hierro pre-reducido contiene carbón libre excedente. Preferiblemente, la adición del carbón en los incineradores inferiores del horno de incineradores múltiples 10 es tal que, a la salida del horno 10, hay aproximadamente 10 por ciento de carbón libre excedente. La reducción del mineral de hierro ocurre al contacto con el carbón y los gases producidos mediante el último, calentando el horno de incineradores múltiples 10 a temperaturas de hasta 1050°C a 1200°C. El gas excedente producido por el carbón se eleva en el horno de incineradores múltiples 10 y se incinera en la parte superior de dicho horno. La combustión se utiliza para secar y pre-calentar el mineral de hierro en los incineradores superiores. Se debe destacar que el carbón libre excedente introducido incrementa la velocidad de la reducción y la proporción de metalización. Esta es una manera de optimizar el funcionamiento del horno de incineradores múltiples 10 debido a que se incrementan la proporción de pre-reducción y la productividad. En la salida del horno de incineradores múltiples 10, el hierro pre-reducido se transfiere mientras aún está caliente al horno eléctrico 12 a través de un tubo 20 que conecta a los dos reactores. La producción de hierro pre-reducido que contiene carbón libre excedente es diferente a las condiciones usuales para producción, las cuales intentan minimizar la cantidad de carbón en el horno de pre-reducción. Sin embargo, como se explica anteriormente, el carbón libre excedente permite que el funcionamiento del homo de incineradores múltiples 10 se optimice. Además, el uso de carbón libre en el horno eléctrico 12 también hace posible mejorar la operación de dicho horno eléctrico. En efecto, las fracciones volátiles del carbón libre se eliminan en el horno de incineradores múltiples y el carbón se disuelve más fácilmente en el baño de lingotes de hierro fundidos 14. Los sulfuros también se eliminan a un grado importante en el horno de incineradores múltiples 10, lo cual reduce la concentración de azufre en el baño de lingotes de hierro fundidos 14. Un soplete perforador 12 permite que se inyecte un chorro de oxígeno para incinerar el carbón excedente. Esto provee una contribución de energía para la fundición del hierro pre-reducido la cual se añade a la energía eléctrica. El lingote de hierro fundido se descarga del horno eléctrico 12 hacia un crisol 22 a través de la intervención de un agujero de derivación 23. Se debe notar que los gases del horno eléctrico 12 no se introducen al horno de incineradores múltiples 10 sino que se extraen a través de una abertura 24 en el techo 26 del horno eléctrico 12, según se indica mediante la flecha 28. Los agentes de formación de escorias de alto horno se introducen de antemano en el homo de incineradores múltiples 10 o durante la transferencia del hierro pre-reducido al horno eléctrico 12. Con el fin de recuperar las escorias para un tratamiento posterior, se provee una abertura 24 para la descarga de las escorias en la pared del horno eléctrico 12.

Claims (11)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un método para producir lingotes de hierro fundidos que comprende los siguientes pasos: (a) reducción de partículas de mineral de hierro para formar hierro pre-reducido que contiene carbón libre excedente, dicho paso de reducción comprende los siguientes pasos: (a1) el mineral de hierro se introduce en un horno de incineradores múltiples con varios incineradores sobrepuestos y se deposita sobre el incinerador de más arriba del homo de incineradores múltiples; (a2) el mineral de hierro se transfiere gradualmente a los incineradores inferiores; (a3) un agente de reducción que contiene carbón se añade a uno o más de los incineradores inferiores en cantidades suficientes para reducir el mineral de hierro y para asegurar que hay carbón libre excedente; (a4) el horno de incineradores múltiples se calienta y el mineral de hierro se reduce al hacer contacto con el agente de reducción que contiene carbón y los gases producidos por el agente de reducción que contiene carbón a temperaturas adecuadas; (a5) el gas en exceso producido por el agente de reducción que contiene carbón se incinera en la parte superior del horno de incineradores múltiples y se aprovecha la ventaja del calor resultante para secar y pre-calentar el mineral de hierro; (b) transferir mientras está caliente el hierro pre-reducido a un homo de fundición, (c) fundir el hierro pre-reducido en un horno de fundición con el fin de obtener los lingotes de hierro fundido, en el cual los gases del horno de fundición no se inyectan en el horno de incineradores múltiples.

2.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque, durante el paso (a) o el paso (b), se añaden agentes de formación de escorias de altos hornos.

3.- El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque los agentes de formación de escorias de altos hornos se seleccionan del grupo consistente de cal, flujo de piedra caliza y magnesia, así como mezclas de los mismos.

4.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el hierro pre-reducido se compacta antes de su transferencia al horno de fundición.

5.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la cantidad de carbón excedente yace entre 7 por ciento y 15 por ciento, y está preferiblemente cerca de 10 por ciento.

6.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el agente de reducción que contiene carbón es carbón.

7.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las fracciones volátiles del agente de reducción que contiene carbón se remueven durante el paso (a).

8.- El método de conformidad con cualquiera de ias reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el agente de reducción que contiene carbón se desulfura durante el paso (a).

9.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque ei carbón excedente se consume durante el paso (c).

10.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el horno de fundición es un horno eléctrico.

11.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el oxígeno se inyecta durante el paso (c) con el fin de incinerar parte del carbón libre excedente.