MXPA06003507A - Metodo y aparato para producir hierro liquido - Google Patents

Abstract

Un sistema para producir hierro fundido a partir de minerales de hierro, que incluye un reactor de reducción directa de cuba vertical, una zona de fusión en un horno de fusión que tiene una cama de coque en su porción inferior y una cámara de carga y precalentamiento en su porción superior, y por lo menos una zona generadora de gas reductor en comunicación con dicha zona de fusión.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA PRODUCIR HIERRO LÍQUIDO SOLICITUDES Y PATENTES RELACIONADAS E INCORPORACIÓN POR REFERENCIA Se reclama la prioridad de la Solicitud Provisional de Estados Unidos No. 60/507,160, presentada el 30 de Septiembre, 2003. Cada una de las solicitudes y patentes citadas en el texto, así como cada documento o referencia citado en cada una de las solicitudes y patentes (incluyendo los "documentos citados en la solicitud" durante el trámite de cada patente otorgada), y cada una de las solicitudes PCT y extranjeras o patentes correspondientes a y/o que reclaman prioridad de alguna de estas aplicaciones y patentes, y cada uno de los documentos citados o referenciados en cada uno de los documentos citados en la solicitud, son expresamente incorporados a este texto por referencia. En forma más general, los documentos y referencias citados en este texto, ya sea en una Lista de Referencias antes de las reivindicaciones, o en el texto mismo; y, cada uno de estos documentos o referencias ("referencias citadas"), así como cada documento o referencia citada en cada referencia (incluyendo cualesquier especificaciones, instrucciones, etc. de fabricantes), se incorporan aquí por referencia.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 1. Campo de la invención La presente invención se relaciona con el campo de la producción de material de hierro utilizable para la fabricación de acero y otros procesos. Específicamente, la presente invención se dirige a la combinación de la reducción directa de óxidos de hierro en un reactor de reducción de lecho móvil, un horno fusor donde el material reducido se convierte en hierro fundido, y un horno generador de gas reductor. 2. Descripción del Arte Relacionado Se ha reconocido por mucho tiempo como muy deseable desarrollar un proceso capaz de producir hierro fundido a partir de minerales de hierro a un costo competitivo, comparado con los altos hornos más eficientes. Los altos hornos continúan siendo el método preferido en la industria siderúrgica para producir hierro fundido debido a su alta productividad. Los altos hornos sin embargo requieren coque el cual es costoso. El coque tiene varias desventajas, una de las más importantes es que el carbón coquizable no está disponible en todo el mundo. En muchos casos, debe importarse con un alto costo para el productor de hierro. Adicionalmente, la transformación del carbón a coque requiere una planta coquizadota. Además del costo asociado a la transformación de carbón a coque, las plantas coquizadotas no se consideran amigables con el medio ambiente bajo as regulaciones anticontaminantes en muchos países. Como resultado de esto, muchos productores están buscando métodos alternos para producir hierro que eliminen esencialmente la necesidad de una planta coquizadora separada y un proceso para producir hierro que necesite una cantidad de coque mucho menor. Se han propuesto una variedad de técnicas para la producción de hierro fundido que puede cargarse a hornos metalúrgicos para refinarse y convertirse en acero. Dos ejemplos de estos hornos son los convertidores de oxígeno y los hornos de arco eléctrico. Estos procesos se orientan a optimizar las instalaciones del tipo de alto horno substituyendo hasta cierto grado combustibles de menor costo que el coque tradicional que es más caro. Pero hasta la fecha, estos procesos no han podido proporcionar una planta operativa capaz de producir hierro fundido a precios competitivos si se comparan con los altos hornos o con plantas de reducción directa combinadas con hornos eléctricos. Ejemplos de las propuestas mencionadas son las Patentes de Estados Unidos No. 4,001 ,008 de Stift y la No. 3,236,628 de L. Von Bogdandy. Stift describe un método y aparato para reducir minerales de hierro en un homo vertical, que está integrado a un horno fusor. Los minerales de hierro se introducen a ia parte superior del horno vertical sin adición de coque y descienden a través de la cuba del horno a contracorriente con gases reductores ascendentes producidos por combustión parcial fuera del horno.

Se introducen gases calientes y carbón en polvo al baño de hierro fundido en la porción del horno para fundir, sin embargo el proceso de Stift requiere que se proporcione calor adicional a los gases calientes además del calor producido por la combustión parcial y la integración del horno de cuba vertical con el horno fusor no permite que se tengan las condiciones óptimas para los tres procesos involucrados, es decir: la reducción de los minerales, la fusión de los minerales ya reducidos y la producción de gases reductores. El proceso de Von Bogdandy es similar en algunos aspectos y requiere también calor adicional para fundir los minerales reducidos mediante el suministro de energía eléctrica al baño de hierro. Las patentes de Estados Unidos Nos. 4,504,043 y 4,564,389 de Yamaoka et al. describen un proceso y aparato para la gasificación de carbón y para la producción de arrabio. Estas patentes describen un horno fusor separado de un reactor de reducción de cuba vertical, donde los gases reductores se forman bajo determinadas condiciones por la combustión de un combustible en el horno fusor. El horno fusor comprende una cama de coque que llena la mayoría del volumen del horno. En la parte superior de la cama de coque se coloca una capa de mineral de hierro reducido el cual se funde por el calor de los gases calientes que ascienden a través de dicha cama de coque. Los gases reductores a alta temperatura se producen por la combustión parcial de un combustible, por ejemplo, carbón pulverizado, combustóleo, gas natural, etc. con oxígeno en una pluralidad de quemadores que se extienden a través de las paredes del horno fusor. El hierro fundido y la escoria se descargan de la parte inferior del horno fusor y los gases calientes se extraen y se utilizan para reducir los minerales de hierro en un reactor de cuba vertical asociado al horno fusor, o para otros propósitos. El proceso de Yamaoka no ha sido utilizado en la industria del acero porque presenta varias desventajas. Por ejemplo, como las reacciones de oxidación del combustible ocurren dentro del horno fusor, algunos de los reactivos pueden reaccionar con la cama de coque y consumir el coque. El consumo de coque aumenta los costos de operación tanto por el precio del mismo y por que la reposición del coque consumido requiere entradas y procesos especiales para la operación del horno fusor. La patente de Estados Unidos No. 5,149,363 de Contrucci et al., describe un proceso y un horno para fundir metal y para reducir y fundir minerales de hierro produciendo un material de hierro fundido. Este proceso tiene una cuba vertical sobre el horno fusor. La utilización de la energía de los gases producidos por la combustión de carbón pulverizado, o de hidrocarburos líquidos o gaseosos, con oxígeno en el horno fusor se mejora suministrando aire u oxígeno en diferentes puntos de la cuba vertical por lo que se produce calor por la oxidación de dichos gases el cual se usa para promover las reacciones de reducción de hierro de pellets auto-reducibles que contienen carbón. Cuando se usa este proceso para fundir material ya metalizado, por ejemplo, chatarra o arrabio, como en los hornos de cubilote, el consumo de coque disminuye significativamente porque no se agrega coque a la carga, lo cual evita las reacciones del coque con los gases reductores ascendentes. Sin embargo este proceso no separa la zona y el equipo de generación de gases del horno fusor. Otro horno fusor-gasificador conocido actualmente, realizan la combustión parcial de carbón en una cámara coaxial con el horno fusor, donde los gases producidos inciden sobre el baño de hierro fundido y luego ascienden a contracorriente con partículas que contienen hierro las cuales descienden a través de dicho horno. Esta patente presenta una cámara separada para la combustión parcial pero con una importante desventaja pues dicha cámara está localizada dentro del horno fusor lo cual representa un alto costo debido al diseño y materiales especiales requeridos para que la estructura resista el ambiente de alta temperatura dentro de dicho horno. Otro proceso más que ha estado en operación por varios años, separa el reactor de reducción de cuba vertical del horno fusor pero presenta la desventaja de formar una cámara de reacción sobre el baño de hierro fundido para la combustión de carbón y producir calor y gases reductores que se utilizan en el reactor de reducción. Aunque este proceso tiene la ventaja de que no utiliza coque, sin embargo presenta una significativa desventaja de producir un exceso de gases reductores que deben usarse para otros fines, por ejemplo, generación de electricidad o como combustible en procesos de calentamiento. Este proceso considerado en forma aislada no es competitivo y por lo mismo su uso no se ha extendido como originalmente se había esperado. Consecuentemente, la presente invención está dirigida a superar estas y otras desventajas del arte previo.

OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN Es por lo tanto un objetivo de la invención proporcionar un sistema mejorado para producir hierro fundido utilizable para fabricación de acero y para otros procesos metalúrgicos. Es otro objetivo de la invención proporcionar un sistema mejorado para producir hierro fundido bajo condiciones de operación optimizadas en tres zonas de reacción o equipos separados físicamente, a saber, una zona de generación de gases reductores, una zona de reducción de lecho móvil y una zona de fusión. Es además otro objetivo de la invención proporcionar un sistema mejorado para producir hierro fundido adaptado para ser instalado en combinación con plantas de reducción directa existentes con el objeto de sustituir y utilizar eficientemente combustibles que tienen un costo menor al del gas natural y producir con ellos arrabio de alta calidad. Es otro objetivo de la invención proporcionara un sistema mejorado para producir hierro fundido adaptado para instalarse en plantas siderúrgicas de hornos eléctricos de arco, para cargar metal ya fundido a dichos hornos eléctricos y reducir el consumo de electricidad así como incrementar su productividad. Otros objetivos de la invención serán evidentes para los expertos en el arte o serán señalados más adelante en esta especificación.

Los objetivos de la invención se logran en forma general proporcionando un sistema para producir hierro fundido a partir de minerales de hierro en forma de trozos o pellets, que comprende tres zonas de reacción u hornos separados: (1) un horno de reducción directa de cuba vertical, (2) un horno fusor, y (3) un horno para la generación de gas reductor: estando dicho sistema caracterizado por: (a) producir un producto reducido intermedio con un grado de metalización y carburización predeterminados en dicho horno de reducción por la reacción de dichos minerales de hierro con un gas reductor y carburizante a alta temperatura; (b) cargar dicho producto reducido intermedio a dicho horno fusor sobre una cama de coque, por lo que dicho producto intermedio se reduce por contacto con dicho gas reductor a alta temperatura; y (c) producir un gas reductor en una zona de generación de gas reductor por la combustión parcial de un hidrocarburo con un gas conteniendo oxígeno y vapor de agua; y (d) transferir dicho gas reductor a dicho horno fusor evitando que haya contacto entre oxígeno libre y dicha cama de coque dentro de dicho horno fusor, por lo cual se minimiza la combustión de dicha cama de coque.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS En esta especificación y los dibujos que la acompañan, se han descrito algunas modalidades preferidas de la invención, y se han sugerido varias alternativas y modificaciones a la misma. Se deberá entender que estas modalidades y alternativas no son exhaustivas y que se podrán hacer muchos otros cambios y modificaciones dentro del alcance de la invención. Las sugerencias mostradas aquí se han seleccionado e incluido para propósitos de ilustración para que otros expertos en el arte puedan entender mejor la invención y los principios de la misma y así puedan modificar la ¡nvención en una variedad de formas, cada una como mejor se adapte a las condiciones de un uso particular. En la descripción detallada que sigue se hará referencia a las figuras anexas donde: La Figura 1 muestra un diagrama esquemático de una modalidad de la presente invención para producir los gases reductores y para distribuir dichos gases en el horno fusor. La Figura 2 muestra un diagrama esquemático de una segunda modalidad de la presente invención par producir los gases reductores y para distribuir dichos gases en el horno fusor. La Figura 3 es una gráfica mostrando la relación preferida de oxígeno a gas natural para fundir hierro de conformidad con una modalidad de la presente invención. La Figura 4 es un diagrama esquemático de otra modalidad de la presente invención para producir los gases reductores y distribuir dichos gases en el horno fusor para aquellos casos donde el DRI se produce en alguna localidad remota.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE ALGUNAS MODALIDADES PREFERIDAS DE LA INVENCIÓN La presente invención será descrita con referencia a las Figuras. Con referencia a la Figura 1 , se muestra un horno fusor 10 que tiene una sección de crisol 12 y una cuba de carga 14. Una cama de coque 16 llena la mayor parte de la sección de crisol 12 proporcionando un soporte poroso para una cama 18 de partículas que contienen hierro que descienden a través de la sección de cuba 14 a medida que dichas partículas de hierro se funden. El gas reductor de alta temperatura 20 producido en una pluralidad zonas generadoras de 22 pasa a través de la cama de coque 16 con una composición que comprende un su mayor parte hidrógeno y monóxido de carbono, sin embargo, la mezcla puede contener también dióxido de carbono y agua, los clásicos subproductos de combustión, y metano u otro combustible no consumido. La composición real de los gases reductores 20 dependerá del tipo de combustible utilizado y se ajustará a un valor de potencial reductor deseado reaccionando un combustible 24 y un gas conteniendo oxígeno libre 26. Los flujos de combustible y gas con oxígeno se regulan por medio de las válvulas de control de flujo 33 y 35.

El combustible 24 puede ser cualquier hidrocarburo en forma sólida, líquida o gaseosa. Se puede utilizar gas natural con ventajas excepto por que en muchas áreas no está disponible en cantidades adecuadas y por su fluctuación de precios. Se pueden utilizar también hidrocarburos líquidos tales como nafta, combustóleo y aceites de desecho, así como carbón molido a tamaños de partícula adecuados de manera que pueden manejarse como un lodo con un hidrocarburo líquido y alimentarse a los quemadores 30. Se prefiere como oxidante oxígeno puro para la combustión parcial del combustible, puesto que la presencia de nitrógeno en los gases reductores limitará la cantidad de gas de gas reductor que puede ser recirculado al reactor de reducción, pero pueden usarse también aire enriquecido con oxígeno en los quemadores 44 para fundir los materiales reducidos. Los materiales que reaccionan en el quemador 30 producen una flama de alta temperatura 20, entre aproximadamente 2,000°C y aproximadamente 2,500°C. Las zonas generadoras de gas 22 están diseñadas de manera que, preferiblemente, la flama no incida directamente sobre las paredes recubiertas con material refractario. Las zonas generadoras de gas 22 también están diseñadas de manera que el volumen de reacción permita que el oxígeno libre del gas alimentado se consuma totalmente antes de que los gases se introduzcan al horno fusor y tengan contacto con la cama de coque 16. Para lograr esto, dichas zonas generadoras de gas tienen una longitud de por lo menos aproximadamente 0.6 m., preferiblemente, de más de aproximadamente 0.8 m. Sin embargo, otras longitudes adecuadas para las zonas generadoras de gas serán evidentes para aquellos que sean expertos en el arte y están previstas dentro del alcance de la presente invención. La longitud exacta no es por sí misma importante para el proceso de la presente invención como el hecho de que la combustión se lleve al punto en el cual se utilize todo el oxígeno libre alimentado y evitar el contacto de oxígeno libre con el coque. El objetivo de esta longitud de la zona generadora de gas 22 es minimizar el consume de coque y consecuentemente que la cantidad de coque que debe ser reemplazada en el homo fusor sea mínima. Este objetivo se logra asegurando que todo el oxígeno libre se consuma en la combustión antes de que los gases reductores tengan contacto con el coque. Logrando esto, casi no habrá oxígeno remanente para oxidar o quemar el coque. Evitando que se queme el coque, se minimiza un costo importante de un material potencialmente consumible en el proceso de fabricación de hierro, y por lo tanto se reduce el costo total del proceso. Así, a través del uso de otros combustibles, tales como carbón, petróleo, coque de petróleo y similares, los cuales son mucho menos costosos, el costo de la fabricación de hierro se reduce significativamente. El material conteniendo hierro reducido (DRI) 18 se funde y fluye hacia abajo a través de la cama de coque 16 hasta la parte inferior del horno fusor 10 de donde se extrae a través de un canal de descarga 32 y se dirige a unos moldes (no mostrados) de manera conocida en el arte. El horno fusor 10 se opera preferiblemente bajo presión, del orden de 1 a 10 kg/cm2, y preferiblemente de aproximadamente 4 a 6 kg/cm2, de manera que el gas efluente 34 de la salida 36 pueda ser inyectado al circuito de gas reductor del reactor de reducción 38, sin necesidad de instalar medios de compresión. El gas efluente está a una temperatura de aproximadamente 400 a 800°C. Se cargan materiales que contienen hierro: DRI (hierro esponja) 39, y otros materiales, por ejemplo, caliza 48, fundentes 50, coque 52 y DRl o chatarra 53 al horno fusor 10 por medio de unos sistemas de tolvas y válvulas que comprenden una tolva atmosférica 40, una tolva presurizada 42 y unas válvulas de sello 44 y 46. Se cargan los materiales a la tolva 40 y se transfieren a la tolva 42 abriendo la válvula 44 mientras que la válvula 46 está cerrada y luego cerrando la válvula 44, presurizando la tolva 42 y abriendo la válvula 46, de manera conocida en la industria. Se carga coque en la cantidad necesaria para reemplazar la cama coque 16 ya que incidentalmente un poco de coque se gasifica por el calor de los gases 20. Se pueden cargar también briquetas de hierro, chatarra de hierro y productos similares al homo fusor 10 para ser fundidos.

El reactor de reducción 38 comprende una zona de reducción 54 en la parte de arriba y una zona de descarga 56 en la parte de abajo. Se cargan óxidos de hierro en forma de trozos, pellets o mezclas de estos materiales en tamaños de partícula adecuados, a la zona de reducción 54 por medios de carga conocidos en el arte dependiendo del nivel de presión a la que se opera el reactor, por ejemplo, un sistema de tolvas y válvulas o una pierna de carga llena de gas inerte. Los pellets de óxidos de hierro descienden por gravedad a través de la zona de reducción 54 en contacto con una corriente ascendente de gases reductores a una temperatura entre 900°C y aproximadamente 1100°C, por lo cual los óxidos de hierro se convierten a hierro metálico. Después de la reducción, el DRl o hierro esponja es cargado al horno fusor en la cantidad y forma requeridas. Será evidente para aquellos expertos en el arte que de conformidad con la invención, también se puede utilizar otro tipo de reactor de reducción, diferente al reactor de lecho móvil 38, por ejemplo, un reactor de lecho fijo o un reactor de cama fluidizada. Después de la reducción de los peilets de hierro, el gas redactor exhausto 60 se extrae del reactor 38 y pasa por un cambiador de calor 62 donde agua de una fuente 64 se transforma a vapor 65 el cual puede ser utilizado en los quemadores 24 o en el sistema de separación de CO2 78. El gas reductor exhausto 60 es luego enfriado en un enfriador 66 por ejemplo, por el contacto de dicho gas con agua. Este proceso condensa la mayor parte del contenido residual de agua en el gas reductor exhausto. Una porción menor 68 del gas enfriado, regulado por la válvula de control 70, es extraído del circuito de reducción eliminando así gases inertes y regulando simultáneamente la presión del sistema. La mayor porción 72 del gas enfriado es luego impulsada por los medios de compresión 74 y es alimentada a un sistema de separación de CO2 78 con objeto de separar dióxido de carbono. Esta separación tiene el efecto de regenerar el potencial reductor del gas. El sistema de separación de CO2 78 puede ser del tipo de absorción donde el gas se pone en contacto con un líquido, o del tipo de adsorción (variación de presión o de volumen). El gas reductor reciclado 80, si es necesario, se combina con gas natural 82 de una fuente adecuada 84 y se calienta en un calentador de gas 90 a una temperatura en el rango de aproximadamente 750°C a aproximadamente 950°C. Se utiliza también gas natural, de acuerdo con la necesidad, en los quemadores del calentador 90, combinado con una porción 88 del gas reductor producido en el horno fusor 10. El gas caliente del calentador 90 se combina en proporciones variables con más gas natural 92 proveniente de una fuente adecuada 94, con un gas conteniendo oxígeno libre 96 de una fuente 98, el cual puede ser oxígeno molecular o aire enriquecido con oxígeno, y con gases efluentes 34 del horno fusor 10. La inyección de oxígeno libre produce una combustión parcial de los hidrocarburos en el gas caliente 58 aumentando su temperatura en el rango de aproximadamente 1000°C a aproximadamente 1150°C y luego se alimenta al reactor de reducción 38 para producir DRl o hierro esponja 39. La figura 2 muestra otra modalidad de la presente invención, donde los mismos numeráis designan elementos similares o equivalentes descritos ya con referencia a la Figura 1. El aparato mostrado en la Figura 2 se usa para producir hierro fundido o arrabio a partir de minerales de hierro. El aparato incluye un horno fusor 10, un reactor de reducción de cuba vertical 38, y un horno generador de gas reductor 21. El horno fusor 10 incluye una cama de coque 16 sobre la que se deposita el hierro reducido o DRl 18 para fundirse. El mineral de hierro se transporta al reactor de reducción 38 por medios convencionales, y se reduce allí para formar DRl. Se proporcionas gases calientes a la cámara d reducción 38 para calendar el mineral de hierro, en parte a través del uso de un generador de gas reductor 21. El generador de gas reductor 21 incluye uno o más quemadores 31 que queman combustibles hidrocarburos incluyendo, sin limitar, carbón, petróleo, coque de petróleo y combustibles similares. El quemador 31 está conectado a una variedad de sistemas de tuberías 24, 26 que pueden incluir sistemas de oxígeno, sistemas de combustible, sistemas de vapor de agua y otros. Se utiliza el oxígeno para realizar una combustión parcial de los hidrocarburos que se proporcionan por los sistemas de combustibles y el vapor de agua pude utilizarse también para atomizar el combustible para su combustión adecuada y para aumentar la temperatura de la mezcla antes de la combustión. La combustión parcial de un combustible, tal como el coque de petróleo crea un gas reductor a alta presión y alta temperatura, el cual se inyecta al horno fusor 10 a través de un pasaje 23. El gas está típicamente arriba de aproximadamente 1400o C y tiene una composición reductora antes de que tenga contacto con la cama de coque 16. Estos gases se distribuyen alrededor de la periferia de la sección de crisol 12 por medio de un plenum distribuidor de gas 25 formado en el recubrimiento refractario 27 y que tiene toberas (no mostradas) alrededor de dicha zona de fusión 12. en una modalidad, las válvulas 33 y 35 regulan las velocidades de flujo del combustible 24 y del gas conteniendo oxígeno 26 respectivamente, con el objeto de ajustar la temperatura y la composición del gas reductor producido. La cámara generadora de gas 21 está provista de una salida 100 en su parte inferior y de una válvula de cierre 102 para extraer cenizas, escoria e impurezas que pueden acumularse allí. Los gases calientes suben a través de la cama de coque 16 fundiendo el DRl depositado sobre ella en un flujo a contracorriente. El hierro fundido se coleta en la parte inferior del horno fusor 10 y sale a través de la conexión 32 a moldes para usarse en otros procesos tales como la fabricación de acero. Después de pasar a través del DRl que ha sido cargado en el homo fusor 10, el gas reductor es venteado a través de un tubo de conexión 36 del horno de reducción 38. En el reactor de reducción el gas reductor se utiliza para transformar el mineral de hierro a DRl para usarse en el horno fusor. El reactor de reducción 38 opera substancialmente en la misma forma que opera el reactor de reducción descrito en relación con la modalidad de la Figura 1. Con referencia a la Figura 3, la gráfica muestra el rango de operación preferido de la relación de volumen de oxígeno a volumen de gas natural en las zonas generadoras de gas 22 o en el horno generador de gas 21 de tal manera que la temperatura de los gases alcancen un nivel requerido para fundir el DRl, y también de manera que la cantidad de calor producida sea suficiente para fundir la cantidad requerida de DRl y al mismo tiempo proporcione suficientes cantidades de gases reductores (H2 + CO) para reducir los óxidos de hierro a DRl en el horno 38. Se sabe que la temperatura y cantidad de calor aumentarán con un incremento en la relación de oxígeno a gas natural, pero este incremento de oxidación disminuirá la calidad reductora del gas reductor y por lo tanto de los agentes reductores disponibles para la reducción. Los solicitantes han encontrado que el rango preferido de la relación de oxidante a combustible para operar el horno fusor debe cumplir con los requerimientos arriba mencionados par que el proceso sea económicamente atractivo. Aunque el concepto de un rango preferido de oxígeno a combustible ha sido ilustrado aquí para gas natural puede aplicarse para otros combustibles. Para gas natural, el rango preferido es de aproximadamente 0.86 a aproximadamente 1.04. La Figura 4 muestra una modalidad de la presente invención donde el material que contiene hierro reducido se produce en una localidad distante de la planta productora de hiero fundido y que se carga al horno fusor por medio de la tolva de DRl 39. Esta modalidad puede ser útil en aquellos casos donde una planta productora de acero compra DRl a plantas mercantes de DRl. Como se muestra en la Figura 4, los gases reductores calientes producidos en el horno fusor 10 pueden ser utilizados como combustible, gas de síntesis o para generación de energía eléctrica después de haber sido utilizados en el horno fusor 10 y venteados a través del tubo 36. Esta modalidad también puede ser útil para incrementar la productividad de los hornos de arco eléctrico donde se puede cargar hierro fundido a un horno eléctrico reduciendo así el tiempo de fusión y el consumo de energía eléctrica. En el diagrama esquemático de la Figura 4, se muestra una aplicación de la presente invención donde el gas reductor 34 efluente de dicho horno fusor se recircula al mismo. Los numerales en la Figura 4 designan los mismos elementos como en la Figura 1. Los gases reductores 34 efluentes del horno fusor 10 se enfrían y limpian en un cambiador de calor 62 y un enfriador 66 y luego son reciclados a través de los medios de compresión 74, se pasan por un sistema de separación de CO2 78 y se calientan luego a una temperatura superior a aproximadamente 800°C y luego se reciclan a dicho horno fusor 10 con el objeto de utilizarlos lo más posible para fundir DRl. Esta recirculación de gas aumenta la eficiencia del horno fusor. Se ha demostrado que los objetivos expuestos anteriormente, entre aquellos que son evidentes a partir la descripción precedente, se alcanzan eficientemente y, como se pueden hacer ciertos cambios al realizar el método descrito en la construcción expuesta sin apartarse del espíritu y alcance de la invención, se pretende que todo lo contenido en la descripción anterior y lo mostrado en las figures anexas se interprete en un sentido ilustrativo y no limitativo.

Claims (16)

1. REIVINDICACIONES: 1. Un sistema para producir hierro fundido a partir de minerales de hierro, que comprende: (1) un reactor de reducción directa de cuba vertical; (2) una zona de fusión en un horno fusor que tiene una cama de coque en su parte inferior y una cámara de carga y precalentamiento en su parte superior; y (3) por lo menos una zona generadora de gas reductor que se comunica con dicha zona de fusión , donde dicho sistema: (a) produce un producto reducido intermedio con un predeterminado grado de metalización y carburización en dicho reactor de reducción por medio de la reacción de dichos minerales con un gas reductor y carburizante a alta temperatura; (b) introduce dicho producto reducido intermedio a dicho horno fusor sobre dicha cama de coque, por lo que dicho producto reducido intermedio se funde al contacto con dicho gas reductor a alta temperatura; (c) produce un gas reductor en dicha zona generadora de gas reductor por la combustión parcial de un hidrocarburo combustible con un gas conteniendo oxígeno; y (d) transfiere dicho gas reductor a dicho horno fusor evitando que el oxígeno libre contacte dicha cama de coque en dicho horno fusor.
2. 2. Un sistema para producir hierro fundido a partir de minerales de hierro de conformidad con la reivindicación 1 , donde dicho gas reductor es producido en una cámara de combustión parcial de manera que el combustible hidrocarburo y el gas conteniendo oxígeno reaccionan y se combustionan para eliminar substancialmente la presencia de oxígeno libre antes de que tengan contacto con dicha cama de coque.
3. 3. Un sistema para producir hierro fundido a partir de minerales de hierro de conformidad con la reivindicación 2, donde dicho combustible hidrocarburo es gas natural.
4. 4. Un sistema para producir hierro fundido a partir de minerales de hierro de conformidad con la reivindicación 3, donde la relación del flujo volumétrico del gas que contiene oxígeno al flujo volumétrico de dicho gas natural está en el rango de aproximadamente 0.86 a aproximadamente 1.04.
5. 5. Un sistema para producir hierro fundido a partir de minerales de hierro de conformidad con la reivindicación 2, donde dicho combustible hidrocarburo es líquido.
6. 6. Un sistema para producir hierro fundido a partir de minerales de hierro de conformidad con la reivindicación 2, donde dicho combustible hidrocarburo es coque de petróleo.
7. 7. Un sistema para producir hierro fundido a partir de minerales de hierro de conformidad con la reivindicación 2, donde dicho combustible hidrocarburo es carbón. 8. Un sistema para producir hierro fundido a partir de minerales de hierro de conformidad con la reivindicación 1 , donde dicho sistema: (e) extrae gas reductor gastado de dicho reactor de reducción; (f) regenera el potencial reductor de dicho gas reductor extraído por enfriamiento y separación de por lo menos una porción de su contenido de agua; (g) calienta una porción de dicho gas reductor regenerado a una temperatura superior a 800°C; y (h) alimenta dicho gas reductor regenerado y calentado al reactor de reducción.
8. 8. Un sistema para producir hierro fundido a partir de minerales de hierro de conformidad con la reivindicación 1 , donde dicho gas reductor es producido en una sola cámara de combustión parcial y es alimentado a dicho horno fusor a través de una pluralidad de puertos de entrada formados y localizados en el recubrimiento refractario de dicho horno fusor.
9. 9. Un sistema para producir hierro fundido a partir de minerales de hierro de conformidad con la reivindicación 1, donde dicho gas reducto es producido en una pluralidad de cámaras de combustión parcial conectadas a dicho horno fusor a través de una pluralidad de puertos de entrada formados a través de las paredes de dicho horno fusor.
10. 10. Un sistema para producir hierro fundido a partir de minerales de hierro de conformidad con la reivindicación 1 , donde dichos puertos de entrada están localizados en dicho horno fusor de manera que el gas reductor a alta temperatura es alimentado para que tenga contacto con dicho coque y ascienda a través de una porción de dicha cama de coque y a través de dicha cámara de precalentamiento de dicho horno fusor.
11. 11. Un sistema para producir hierro fundido a partir de minerales de hierro de conformidad con la reivindicación 10, donde dicho material que contiene hierro es DRl producido en una localidad distante de dicho horno fusor.
12. 12. Un sistema para producir hierro fundido a partir de minerales de hierro de conformidad con la reivindicación 11 , donde dicho gas reductor efluente de dicho horno fusor se utiliza además como combustible, o para la generación de energía eléctrica o como gas de síntesis en otros procesos químicos.
13. 13. Un sistema para producir hierro fundido a partir de minerales de hierro de conformidad con la reivindicación 8, donde la longitud de dicha cámara de combustión parcial es por lo menos aproximadamente 0.6 m.
14. 14. Un sistema para producir hierro fundido a partir de minerales de hierro de conformidad con la reivindicación 8, donde la longitud de dicha cámara de combustión parcial es por lo menos aproximadamente 0.8 m.
15. 15. Un sistema para producir hierro fundido a partir de minerales de hierro de conformidad con la reivindicación 1, donde dicho homo fusor está localizado a una distancia remota de dicho reactor de reducción directa, y donde dicho sistema: (a) extrae gases efluentes de dicho horno fusor; (b) enfría y limpia dichos gases efluentes; (c) separa CO2 de dichos gases efluentes enfriados; (d) calienta dichos gases efluentes enfriados a una temperatura superior a aproximadamente 600°C; y (e) recicla dichos gases reductores calientes a dicho horno fusor.
16. 16. Un sistema para producir hierro fundido a partir de minerales de hierro de conformidad con la reivindicación 15, donde una porción de dichos gases enfriados y limpios efluentes de dicho horno fusor se utilizan para calendar dichos gases reciclados.