MXPA98008606A - Proceso de reduccion y fusion de un compuesto quecontenga metal - Google Patents

Abstract

Se presenta un proceso de reducción y fundido de un compuesto que contiene metal, el cual incluye alimentar una carga (15), que comprende una mezcla de un compuesto que contiene metal y un reductor en forma de partículas, a un recipiente calentado eléctricamente (11) que contiene un baño (18) del metal en forma líquida de modo que se forma en la carga (15) una zona de reacción en donde el compuesto que contiene metal (15) se reduce y una zona de fusión (23) debajo de la zona de reacción en donde el metal reducido se funde;se controla tal proceso de una manera que básicamente toda la reducción del compuesto que contiene el metal tiene lugaren la fase sólida. El aparato para realizar ese procedimiento comprende un solo compartimiento (11) de un horno (10) de inducción del tipo de canal en donde se llevan a cabo los procesos de reducción y fundido, el compartimiento (11) estáprovisto con cuando menos un puerto de alimentación (13, 14) para la carga (15), y cuando menos un puerto de salida para el metal líquido producido, y cuando menos un puerto de salida para cualquier escoria formada en la reacción.

Description

PROCESO DE REDUCCIÓN Y FUSIÓN DE UN COMPUESTO QUE CONTENGA METAL, DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN: Esta invención se refiere a un proceso de reducción y fusidn de un compuesto que contiene un metal del tipo que comprende alimentar una carga de mineral y fundente, que llamaremos simplemente carga, que comprende una mezcla de un compuesto con un metal y un reductor adecuado, en forma de partículas en el recipiente de calentamiento de un horno del tipo de inducción que contenga un baño de metal en forma liquida de modo que cuando menos se forme un amontonamiento de carga arriba del baño metálico. Tal proceso es conocido por la US-A- 5-411,570. La mayoría de loe procedimientos de reducción de compuesto conteniendo metal incluyen el calentamiento del compuesto que contiene metal, (que usualmente es el oxido metálico) en la presencia de un reductor tal como un compuesto que contenga carbón o algo similar. El compuesto que contiene metal y el reductor se señalan comúnmente de manera colectiva como "burden" carga de mineral y fundente. En los procesos anteriores convencionales, la tasa a la cual tiene lugar el calentamiento es tan rápida que cuando menos una parte importante de la carga se funde antes de que se completen las reacciones de reducción, una cantidad importante de la reducción tiene lugar en la fase liquida.

Al fundirse la carga, se forma una escoria que aparte de los óxidos del metal que contenía el compuesto, también contiene óxidos de otros metales que pueden estar presentes en la carga. Con el objeto de recuperar el metal que contiene el compuesto des su oxido en la escoria, se requiere otra cantidad extra de reductor en la reacción que puede por lo tanto dar lugar a un producto metálico con una contenido indeseable de carbón . Ese producto de carbón elevado en el producto es usualmente reducción subsecuentemente por oxidación, ya sea agregando al producto oxígeno como oxígeno gaseoso o aire, o utilizando un oxido metálico adecuado presente en el medio de reacción.Esa reacción de oxidación de acuerdo con lo anterior tiene lugar en la fase líquida. Se aprecia que aparte de requerir un exceso inicial de reductor, la oxidación subsecuente de ese exceso provoca otro paso en el procedimiento. Como resultado de tanto la reduccidn mencionada como las reacciones de oxidación, se forman volúmenes relativamente largos de un gas indeseable debajo de la superficie del metal liquido y de la escoria que escapa entonces en forma de burbujas desde el metal liquido y la escoria. En la patente mencionada US -A-5,411,570 un proceso para fabricar acero se presenta en el cual la carga se agrega al horno en dos acumulamientos que permanecen separados entre si por una capa de escoria, flotando eobre la parte superior del bao de metal liquido. En este arreglo es posible para la carga pasar directamente al baño metálico o cualquier escoria puede estar presente, de modo que cuando menos parte de la reduccidn de la carga tiene lugar en la fase liquida, lo que no únicamente produce una formación de gas indeseable en el horno, sino que también produce una perdida potencial de producto. Es por lo tanto un objeto de la presente invención proveer un proceso de fundido y reducción de metal con el cual no se presenten los problemas mencionados o que cuando menos los haga menores . De acuerdo con esta invención ese objetivo se alcanza por un proceso del tipo descrito, en donde la carga se alimenta al recipiente de tal manera y con tal tasa que se forma una capa continua de carga que se extiende a manera de un puente sobre todo el baño liquido y sobre la escoria que este presente, con el resultado que la zona de reacción esta formada en la carga en la cual todo el metal contenido en el compuesto puede reducirse, y una zona de fusión se forma debajo de la zona de reduccidn de metal en donde todo el metal puede fundirse, y se controla de tal manera ese proceeo que la capa continua se mantiene durante básicamente toda la duración del proceso, y de modo que toda la reducción del metal contenido en el compuesto tenga lugar en la fase sólida, Se apreciará que debido a que el proceso puede realizarse de tal manera que básicamente no hay necesidad de un retiro subsecuente de cualquier reductor en exceso, el numero de pasoe en el proceso se reduce con respecto a lo que es el caso en loe procedimientos conocidos mencionados . Además de acuerdo con la invención el control del proceeo se efectúa al controlar cuando menos uno de los siguientes parámetros : 1) la manera en y la tasa como se alimenta la carga en el recipiente; 2) el tamaño de partícula de la carga; 3) el grado de mezclado de la carga; 4) la tasa en la cual se suministra el calor al recipiente . Puesto que de acuerdo con la invención la carga se alimenta al recipiente de una manera y tasa que forma una capa continua de carga sobre todo el baño liquido y cualquier escoria que puede estar presente, se impedirá que alguna porcidn de carga sin reaccionar entre en contacto directamente con el metal liquido y la escoria. al "corto circuito" que puede dar lugar a cuando menos alguna de las reacciones que tienen lugar en la fase liquida, se elimina por lo tanto básicamente- Donde la carga se alimenta, por ejemplo, al recipiente a través de puertos de alimentación distanciados para formar acumulamientos adyacentes de carga dentro del recipiente, el proceso incluye el paso de asegurar que tal alimentación se realice de manera que el fondo de los acumulamientos sobresalga para definir la capa continua de carga, que se extiende a manera de un puente sobre el baño liquido y la escoria. Tal puente por lo tanto impide que el material de la carga que caiga desde los acumulamientos entre en contacto directamente con el metal liquido o escoria. El hecho de que tal puente se esta formando puede establecerse de cualquier manera adecuada, or ejemplo visualmepte y/o por medio de un aparato registrador de imagen, tal como cámara, etc. En la practica el registro visual puede realizaree insertando un elemento rígido en forma de "una varilla probadora" desde la parte superior del recipiente en la carga. La formación del puente puede efectuarse controlando el tamaño del los acumulamientos de carga dentro del recipiente o alternativamente y/o adicionalmente, uede hacerse por la localizacidn estratégica de los puertos a través de los cuales la carga se alimenta al recipiente y/o controlando el numero de los puertos y la tasa a la cual ee alimenta a través de ellos la carga . Además de acuerdo con la invención el tamaño de la partícula de la carga ee escoge de maneara que pueda pasar a través de una cernidor de lOmm preferiblemente de 6mm, mas preferible de 3 mm.

El solicitante ha encontrado que cuando una carga de tal tamaño pequeño de partícula se emplea, básicamente la totalidad de tal partícula se reduce al metal particular en la zona de reacción y por lo tanto permanece solido antes de que la temperatura de la partícula se eleva a la requerida para la fusión de los óxidos no reducidos que puedan estar presentes en la partícula. Por lo tanto hay muy poca tendencia para un metal liquido en la forma de oxido metálico que funde a una temperatura inferior que el metal, de escapar de tal partícula en la escoria. Así por ejemplo, en el caso del hierro, el núcleo de la partícula usualmente comprende FeO, que funde a una temperatura de 1378° C en tanto que la costra de la partícula comprende Fe que únicamente funde a 1535°C.por lo tanto si partículas mas grandes que las estipuladas se emplean, la temperatura del núcleo de esa partícula puede elevarse a la temperatura de 1378° C antes de que todo el FE o FeO en la partícula se haya reducido, lo que puede conducir a que el Feo liquido escape del núcleo. Se apreciará que debido a que las reacciones en fase solida son de difusión controlada, la tasa máxima de la entrada de calor que se requiere será una función del tamaño de la partícula y del grado de mezclado de los componentes de la carga, tal grado de mezclado es preferentemente aquel en el cual la carga comprende una mezcla homogénea . Además de acuerdo con la invención el proceso puede incluir la etapa de quemar sobre la carga el CO que se forme durante la reducción del compuesto que contiene el metal, y que se permea a través de la carga. Tal quemado puede por ejemplo, realizarse por quemadores adecuados de oxígeno y/o aire localizados en el recipiente arriba de la carga. Se aprecia que el calor así producido servirá para aumentar la temperatura dentro del recipiente, rincipalmente por radiación desde la parte superior del recipiente. preferentemente el recipiente de reacción comprende el compartimiento de calentamiento de un horno de inducción del tipo canal . El solicitante ha encontrado un arreglo particularmente adecuado con el cual la tasa de calentamiento puede controlarse en ese horno. Además de acuerdo con la invención, un aparato para llevar a cabo el procedimiento comprende un horno de inducción del tipo de canal de un eolo compartimiento en donde la reduccidn y el fundido se llevan a cabo, el compartimiento esta provisto con cuando menos un puerto de alimentación para la carga y cuando menos un puerto de salida para el producto de metal liquido, /o de cualquier escoria formada en la reacción, digamos cuando menos un puerto de alimentación localizado de modo y de tal tamaño que la carga introducida a su través se pueda extender como una capa continua sobre la totalidad el baño liquido de metal y cualquier escoria que pueda estar presente en el compartimiento. En una forma preferida de la invención, el compuesto que contiene el metal preferiblemente comprende o incluye un compuesto que contiene hierro. En otras formas de la invención el compuesto que contiene el metal puede incluir o comprender otro metal adecuado como cromo, y/o manganeso y/o cobre y/o zinc y/o plomo, etc. Ahora se describirá una modalidad de la invención a vía de ejemplo en referencia al dibujo anexo, que es una vista en corte transversal en diagrama a través del horno de acuerdo con la invención. En esta modalidad de la invención un horno de inducción tipo canal 10 se utiliza y comprende un compartimiento tubular alargado 11 de corte transversal circular que esta provisto en su fondo con dos filas de inductores operados eléctricamente 12, cada fila comprende cinco inductores de una capacidad de 2.2 MW cada uno. El compartimiento 11 incluye dos filae paralelas de puertos de alimentación de los cualee únicamente dos, 13 y 14, se muestran, y que se extienden a lo largo de lados longitudinales opuestos del compartimiento ll . Estos puertos se utilizan para introducir una carga 15 al horno 10 para formar dos acumulamientos 16 y 17 que se extienden longitudinalmente, los cuales flotan sobre un baño de metal liquido 18. Si se requiere, este ultimo puede introducirse al recipiente 11 a través de un puerto de alimentación, no mostrado. La carga 15 comprende una mezcla homogénea en partículas de un compuesto que contiene carbón tal como carbón de piedra, por ejemplo, y oxido de hierro, el compuesto que contiene carbón esta presente en una concentración ligeramente menor que la representada por la cantidad estequiométrica de carbón necesaria para reducir el mineral, y particularmente el tamaño de partícula de la carga 15 es tal que pueda pasar por un tamiz de 3mm. La carga 15 ee introduce en el recipiente 11 de tal manera y a tal tasa que los fondos de los acumulamientos 16 y 17 se juntan entre si para formar un puente 19 de material de carga que se extiende sobre el baño liquido 18. El hecho de que el puente 19 ee esta formando, puede establecerse, por ejemplo, visualmente por una varilla de penetración que se inserta sobre el recipiente 11 o por medio de una ventana de inspección adecuada (no mostrada) en la pared del recipiente 11. También puede establecerse por medio de un aparato de registro de imagen (tampoco mostrado) localizado dentro del recipiente ll . El recipiente 11 eeta también provisto en su extremo ío superior con una pluralidad de quemadores de oxígeno de los cuales únicamente dos, 20 y 21 se muestran, por medio de los cuales se quema el CO formado durante la reacción, y que se permea a través de la capa superior de la carga 15. Al funcionar una zona de reacción se crea en la carga de los acumulamientos 16 y 17 que se extiende virtualmente desde el fondo de los acumulamientos hasta sus extremos superiores. Al mismo tiempo una zona de fusión 22 se forma que se extiende entre los fondos de loe acumulamientos 16 y 17 y la superficie superior del baño liquido 18. Durante la reacción la carga reducida 15 se mueve bajo la influencia de la gravedad desde la zona de reacción hacia al zona de fusión 22. La escoria que se forma durante el fundido flota sobre la parte superior del baño 18 en un túnel 23 que también se extiende abajo de la zona de fusidn 22. El túnel 23 lleva a una salida de escoria ( no mostrada) en el recipiente 11, y los puertos de alimentación de carga 13 y 14 están arreglados de tal modo con respecto al puerto de salida de la escoria que la escoria en el túnel 23 es dirigida hacia ella. Durante la operación del proceso, el puente 19 sirve para prevenir que algún material de la carga 15 caiga directamente desde los acumulamientos 16 y 17 dentro de la escoria en el túnel 23 o den el metal liquido en el baño 18, impidiendo así cualquier "corto circuito". El calor euminietrado al baño 18 por los inductores 12 ee difunde en la carga 15 en loe acumulamientos 16 y 17 y esto, conjuntamente con el calor desde el CO que se esta quemando por los quemadores 20 y 21 ocasiona que 1 oxido de hierro y el carbón de la carga 15 reaccionen, lo que da como resultado la reduccidn del oxido de hierro. Casi, toda la reduccidn, que por lo tanto tiene lugar en la fase solida, se realiza en la parte superior de una capa de 20mm de loe acumulamientos 16 y 17, principalmente debido al calor que se aplica a esa capa por el quemado del CO por los quemadores 20 y 21..Al mismo tiempo el hierro reducido solido se funde en la zona 22, de donde pasa por gravedad al baño 18. Se parecía que aparte de haber vencido los problemas en referencia al preámbulo de esta especificación, que se encontraban en los arreglos conocidos, se ha conseguido una ventaja mas por la invención porque puede funcionar con un a carga de partículas de tamaño pequeño, cargas que pueden usarse y normalmente no sería posible hacerlo que no fuera por una previa peletizacidn y/o sinterización. Se apreciará que hay muchas variaciones en detalle posibles dentro del ámbito de la reduccidn de un compuesto que contenga metal y de su fusión de acuerdo con la enseñanza de la presente invención, sin salir de su alcance y espíritu.

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES 1. - Dn proceso de reducción y fundido de un compuesto conteniendo metal del tipo que incluye alimentar una carga de mineral y fundente, que comprende una mezcla del compuesto contenido el metal y un reductor adecuado en forma de partículas en el recipiente de calentamiento de un horno de inducción del tipo de canal, que contenga un baño del metal en forma liquida de modo que cuando menos un acumulamiento de carga se forme arriba del baño de metal, caracterizado porque la carga se alimenta al recipiente de tal manera y con tal tasa que se forma una capa continua de carga que se extiende a manera de un puente sobre la totalidad del baño liquido y cualquier escoria que pueda estar presente, con el resultado de que se forma una zona de reacción en la carga en la cual todo el compuesto que contiene el metal puede reducirse, y ee forma una zona de fusidn debajo de la zona de reduccidn de metal en la cual todo el metal reducido puede fundirse, y se controla el proceso de tal manera que la capa continua puede ser mantenida básicamente durante toda la duración del proceso y de modo que toda la reduccidn del compuesto que contiene metal pueda tener lugar en la fase solida.
2. 2. - El proceso de acuerdo con la reivindicación 1 en donde la carga ee alimenta al recipiente a través de puertos de alimentación distanciados para formar acumulamientos localizados adyacentemente de la carga dentro del recipiente de los cuales los fondos se juntan para definir un puente continuo de la carga.
3. 3. - El proceso de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en donde la formación de la capa continua se efectúa controlando el tamaño de los acumulamientos de carga dentro del recipiente.
4. 4. - El proceeo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde la formación de la capa continua se efectúa por la localizacidn estratégica de los puertos a través de los cuales se alimenta la carga al recipiente y/o controlando el numero de esos puertos y la tasa a la cual se alimenta la carga y/o controlando el nivel del metal liquido en el recipiente.
5. 5. El proceso de acuerdo con una de las cláusulas precedentes en donde el control del proceso se efectúa controlando cuando menos uno de los siguientes parámetros 1) la manera en y la tasa como se alimenta la carga en el recipiente; 2) el tamaño de partícula de la carga; 3) el grado de mezclado de la carga; 4) la tasa con la cual se suministra el calor al recipiente .
6. 6. - El proceso de acuerdo con alguna de las reivindicaciones anteriores en donde el tamaño de partícula de la carga es tal que puede pasar a través de un tamiz de 10 mm, preferentemente de 6mm, y mae preferentemente de 3mm.
7. 7.- El proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes que incluye las etapas de quemar cualquier CO que se haya formado durante la reducción del compuesto que contiene metal que se permea a través de la carga, y utilizar el calor así producido en la reaccidn.
8. 8. - El proceso de acuerdo con la reivindicación 7 en donde el quemado ee efectúa por quemadores de oxígeno y/o aire localizados en el recipiente arriba de la carga.
9. 9.- El proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes en donde el compuesto que contiene metal comprende o incluye uno o mas de los siguientes metales: hierro, cromo, manganeso, cobre, zinc, plomo.
10. 10. - Bl proceso de acuerdo con una o mas de las reivindicaciones precedentes en donde el metal que comprende el compuesto que contiene el metal comprende hierro.
11. 11.- Aparato para llevar a cabo el proceso de acuerdo con alguna de las reivindicaciones 1-10 que comprende un solo horno de inducción del tipo de canal en donde la reducción y fusidn se realizan, el compartimiento está provisto de cuando menos un puerto de salida para el metal liquido y/o cualquier escoria formada en la reacción, caracterizado porque, cuando menos un puerto de alimentación está localizado en tal parte y tiene tal tamaño que la carga introducida a través de él puede extenderse en una capa continua sobre la totalidad del baño de metal liquido y de cualquier escoria que pueda estar presente en el compartimiento.