HORNO PARA LA REDUCCIÓN DIRECTA DE OXIDOS DE HIERRO
Campo de la invención Esta invención se refiere a un horno para la producción de hierro metálico por medio de la reducción directa de hierro mineral, donde el hierro está presente en la forma de óxidos. El horno es del tipo gravitacional y se proporciona con un recipiente superior del cual se introduce el hierro mineral, grueso o en la forma de gránulos, y una zona de descarga de la cual se descarga el hierro directamente reducido (DRI) . En una zona de reducción intermedia, el horno se proporciona con al menos un distribuidor circunferencial, provisto con boquillas, a través de las cuales se inyecta gas reductor.
Antecedentes de la invención El estado de la técnica incluye hornos del tipo gravitacional, u hornos de árbol, para procesos de reducción directa, que comprenden una zona de carga superior, una parte central, sustancialmente cilindrica o en la forma de un cono truncado, en la cual se presenta la reacción de reducción, medios para inyectar el gas reductor en la zona central, y una zona de descarga inferior, ahusada, con el ahusamiento que da hacia abajo. Para lograr condiciones de trabajo aceptables en la reducción directa de óxidos de hierro, es necesario, en la columna de carga, crear condiciones de distribución uniforme del gas reductor, tanto en las zonas periféricas como también en las zonas centrales del volumen de carga. Por el contrario, en hornos convencionales de reducción directa, rellenos con hierro mineral, las corrientes de gas reductor afectan de manera prevalente la zona periférica de la columna de carga, de modo que en cada sección transversal del horno existe un diferente potencial reductor que disminuye el proceso de reducción de hierro en el volumen de carga total . El gradiente máximo de potencial reductor está en la parte superior del horno, donde dominan los óxidos de hierro superiores {Fe,.0, , Fe,0,. ) . Una distribución uniforme del gas en diferentes secciones transversales del horno, a diferentes alturas, depende de la resistencia hidráulica de la capa del material cargado, el método usado para inyectar el gas reductor y la captación del gas en la parte superior. Las irregularidades en el proceso de reducción en el volumen total del horno conducen a un empeoramiento en la calidad del producto final del hierro directamente reducido (DRI) y una producción reducida. A partir del documento FR-A-1 , 223 , 457 se conoce un horno del tipo gravitacional en donde, además de las boquillas, todas colocadas en la pared periférica del horno,, a través de las cuales se introduce el .gas reductor en la zona central del horno, se proporcionan boquillas adicionales para introducir aire en el horno. Estas boquillas adicionales se colocan tanto en la pared periférica del horno y también posiblemente en uno o más elementos céntrales colocados en la zona central del horno. Sin embargo, también esta solución no soluciona los problemas mencionados con anterioridad. El documento DE-A-2333519 describe un horno de árbol cilindrico para la reducción directa de hierro mineral,'- que comprende un dispositivo de relleno en la parte superior y una abertura.de descarga en la base. Se coloca una cámara de tratamiento de sección transversal tipo anillo entre el dispositivo de relleno y la abertura de descarga y se proporciona con un tubó vertical que se éxtieride a través de su eje longitudinal central. Alrededor de la cámara de .tratamiento, hay tres cámaras en- forma de anillo desde las cuales se introduce el gas reductor en la cámara de tratamiento. El tubo vertical se subdivide en tres partes: la parte central y la parte inferior se proporcionan con ranuras a través de las cuales se retira el gas .quemado del horno a través de un primer conducto, horizontal y respectivamente uñ segundo conducto horizontal que cruza ¦ la cámara de tratamiento, en tanto que la parte superior se proporciona con un extremo superior cónico y tiene ranuras a través ¦ de las cuales se introduce gas adicional de la parte superior de la cámara de tratamiento. El gas adicional alcanza la parte superior por medio de un tercer conducto horizontal que cruza la cámara de tratamiento. Este horno tiene la desventaja de ser engorroso y complejo y tiene tres conductos horizontales que cruzan a diferentes niveles la cámara de tratamiento, creando de este modo obstáculos correspondientes al flujo correcto corriente abajo del hierro mineral cargado. Además, este horno también tiene la desventaja que el tubo vertical central, que cubre sustancialmente la altura completa de la cámara de tratamiento, reduce el volumen efectivo del horno de árbol. En los dispositivos de tipo convencional, la entrada superior del gas se presenta principalmente a través de áreas periféricas del espacio de trabajo del horno, que excluye un proceso estable del gas reductor en la zona central del horno. Esto también conlleva a una obstrucción del conducto de entrada debido a las impurezas que se desarrollan. Los problemas descritos anteriormente limitan los diámetros de horno convencionales y en consecuencia su productividad . Además, en los procesos de reducción directa de óxido de hierro, es necesario romper la carga de mineral a fin de evitar la pegajosidad de alta temperatura, en la zona de transición entre la zona donde se presenta la reducción y la zona de descarga subyacente. Durante el proceso de reducción, las zonas con diferentes temperaturas se forman en el horno; de 300 a 400°C en la parte superior y de 850 a 1000°C en las capas inferiores de las zonas de reducción. La zona de máxima temperatura es crítica, debido a que en esta zona la pegajosidad pueda limitar la productividad total del proceso de reducción. El estado de la técnica incluye alimentadores de carga que operan continuamente y que solo pueden manejarse para romper la carga un poco, en lugar de desintegrarla completamente en fragmentos, sin mejorar la permeabilidad de la carga por el gas reductor, con una reducción subsecuente en la eficiencia total del proceso de reducción . Además, los alimentadores de carga no intervienen corriente arriba de la pegajosidad, a fin de impedirla, puesto que no provocan el movimiento recíproco de las partículas de la carga, sino que solo llevan a cabo una acción parcial de desunión de las partes de la carga que se ha pegado ya . El presente solicitante ha contemplado, planeado y dado forma al horno para la reducción directa de óxidos de hierro de acuerdo a la invención para superar estos inconvenientes, y para solucionar los problemas que aun no han sido resueltos con respecto a un incremento en la permeabilidad del gas de reducción en la carga, la distribución uniforme del gas reductor del volumen de. carga a fin de incrementar la superficie de interacción, la reducción de la cantidad de gas, la intensificación del intercambio de calor y volumen y la prevención de la pegajosidad del material introducido dentro del horno.
Breve descripción de la invención El horno para producir hierro metálico por la reducción directa de óxido de hierro de acuerdo con la invención se expone y caracteriza en la reivindicación principal, en tanto que las reivindicaciones dependientes describen otras características innovadoras de la invención . El horno de acuerdo a la invención es del tipo gravitacional o de árbol, en donde tanto el material como el gas se alimentan continuamente, para crear un flujo gravitacional y vertical del material y de este modo se presente la reducción directa del mineral. El horno de reducción está equipado con medios para alimentar el hierro mineral y medios para descargar el hierro metálico reducido, y se proporciona con al menos un distribuidor de gas reductor arreglado en correspondencia con una zona de reducción del horno. Un propósito de la invención es lograr un horno de reducción en donde, antes de entrar a la zona de reacción apropiada, el material introducido se somete a un proceso de pre-calentamiento y pre-reducción( de modo que es posible obtener una alta productividad y mejor calidad del hierro directamente reducido (DRI) hierro. De acuerdo con este proceso, el horno de reducción de acuerdo con la invención se proporciona con una zona de pre-calentamiento y pre-reducción superior, arreglada por arriba de la zona de reducción media y en la cual se inserta un distribuidor de gas reductor, adicional. De acuerdo con una característica de la invención, el distribuidor adicional comprende una terminal vertical arreglada en el centro de la zona superior y provista con boquillas radiales. De acuerdo con otra característica de la invención, la terminal vertical se conecta a un conducto de gas reductor que entra a la zona superior susta'ncialmente desde una parte central de la raíz del horno. Otro propósito de la invención es lograr un horno de reducción en el cual exista una. distribución estable y uniforme del gas reductor a todo lo largo del volumen del horno .
De acuerdo con este propósito, el horno de reducción de acuerdo con la invención comprende un dispositivo de entrada de gas, con una cámara superior que tiene una rejilla toroidal arreglada en proximidad con el techo superior del horno y asociada con el conducto de entrada .
Breve descripción de los dibujos Estas y otras características de la invención llegarán a ser claras a partir de la siguiente descripción de una forma preferida de la modalidad, dada como un ejemplo no restrictivo, con referencia a los dibujos anexos , en donde : La Figura 1 es una vista lateral seccionada de un horno para la reducción directa de óxido de hierro de acuerdo con la invención; La Figura 2 es un detalle agrandado de la Figura
1.
Descripción detallada de la modalidad preferida Con referencia a las Figuras 1 y 2, un horno 10 para la reducción directa de óxidos de hierro de acuerdo con la invención comprende un recipiente vertical 11, formado sustancialmente tal como un cono truncado que converge hacia abajo, un tanque 12 de carga superior desde el cual, a través de los tubos 13 de distribución, la carga mineral (óxidos de hierro) está adecuada para ser introducida, una zona 15 superior de pre-calentamiento y pre-reducción, en donde una primera reducción parcial de los óxidos de hierro toma lugar, una zona 16 de reacción, media, o reactor, en donde la reacción de reducción de los óxidos de hierro toma lugar, y una zona inferior o zona de descarga 18. El recipiente vertical 11 es indicativamente de aproximadamente 30 m de alto y aproximadamente 9 m de ancho en su parte superior. En la parte superior del recipiente 11, en proximidad con el techo 20, se proporciona un dispositivo 21 de entrada, que comprende una cámara 22 con una rejilla 23 toroidal y un conducto 24. La rejilla 23 toroidal se elabora con elementos radiales separados entre sí con una separación variable, de modo que la separación tiene un valor mínimo en correspondencia con la intersección entre la cámara 22 y el conducto 24 · de entrada, y un valor máximo en una zona diametralmente opuesta a la cámara 22. En el centro del techo 20 se inserta urt conducto 30 que tiene una parte 31 terminal vertical provista con boquillas radiales 32, a través de las cuales una mezcla de gas reductor está adecuada para ser inyectada en la zona 15 de pre-reducción, en contacto directo con la carga de material introducido en el mismo desde arriba. En correspondencia con el reactor 16, el horno 10 se proporciona con dos distribuidores circunferenciales 35 y 36, cada uno equipado con boquillas 40 a través de las cuales está adecuada para ser introducida una mezcla de gas •reductor, arribando desde los conductos 38 y 39 correspondientes . De esta manera, hay dos etapas de reducción, superior e inferior, creadas en la zona de reducción 16. La mezcla de gas .reductor y la planta corriente arriba de los conductos 30, 38 y 39 puede ser de cualquier tipo conocido, por ejemplo del tipo descrito en la publicación internacional de PCT No. WO-00/36156. El horno 10 como se describe hasta ahora funciona como sigue: El hierro mineral, por ejemplo en forma de gránulos, se introduce en el horno 10' desde el recipiente superior 12 a través de los tubos 13 de distribución, en tanto que el gas reductor se introduce desde los conductos 30, 38 y 39 y se distribuye en la zona 15 de ^ pre- calentamiento y pre-reducción, a través del alimentaclor vertical 31, y también en las dos etapas del reactor 16 a través de los distribuidores circunferenciales 35 y 36. El dispositivo de entrada 21 toma en el gas reductor hacia arriba y 'alienta la difusión de este último y su distribución desde. la periferia hacia el centro del reactor .16. El . dispositivo 21 de entrada o captación también crea un efecto ciclón de la zona superior del horno, cerca del techo 20,. que alienta adicionalmente la' distribución uniforme y homogénea del gas reductor dentro de la zona 15 de pre-reducci.ón y la zona 16 de reducción. En las zonas 15 y 16, toman lugar varias reacciones en secuencia,- desde los óxidos de hierro superioreá a los inferiores, y al final, al hierro metálico. .Es obvio que se pueden hacer modificaciones y adiciones al horno 10 para la reducción directa de hierro mineral como se describe hasta ahora, pero estas deben permanecer dentro del campo y alcance de la invención. También es obvio que, aunque esta invención se ha déscrito con referencia a Ejemplos específicos, una persona experta en la técnica será.- capaz ciertamente de lograr cualquier otra forma de hornos equivalentes, pero estos deben estar dentro . del campo y el alcance de esta invención .