MXPA99003242A - Metodo y aparato para producir metales y aleaciones de metal - Google Patents

Abstract

Se describe un método para producir metales y aleaciones de metal a partir deóxidos de metal. El método comprende las etapas de:pre-reducir parcialmente losóxidos de metal a un grado de pre-reducción de por lo menos 60%en una o más etapas de pre-reducción. Después de esto, el método comprende reducir completamente losóxidos de metal y fundir el metal en una etapa de reducción del fundido. El método esta caracterizado además porque se lleva a cabo por lo menos una de las etapas de pre-reducción con uno o más de:gas natural, gas natural reformado y gas natural parcialmente reformado como fuente del agente reductor.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA PRODUCIR METALES Y ALEACIONES DE METAL Descripción de la invención La presente invención es concerniente con un método y aparato para producir metales y aleaciones de metal en particular aunque no de ninguna manera exclusivamente hierro y aleaciones de hierro, a partir de óxidos de metal, tales como menas o minerales y menas parcialmente reducidas, que son a base del uso de un recipiente metalúrgico que contiene un baño fundido. Hay una diversidad de métodos conocidos para fundir mena de hierro y mena de hierro parcialmente reducida los cuales son a base del uso de un recipiente metalúrgico (denominado frecuentemente como un "recipiente de reducción del fundido") que contiene un baño fundido de hierro y escoria. En términos generales, estos métodos conocidos requieren que un material carbonáceo sea inyectado al baño fundido como fuente de agente reductor y de energia térmica. El material carbonáceo puede estar en forma sólida, tal como carbón mineral o en forma gaseosa tal como gas natural . La patenté australiana 649,402 intitulada "Smelting of Pre-reduced Iron Oxide" a nombre de la sucursal de Zurich de Midrex International BV Rotterdam describe un método particular para fundir mena de hierro y mena de hierro ref. 29975 parcialmente reducida que es en base a la inyección de gas natural a un baño fundido en un recipiente metalúrgico. Un objeto de la presente invención es proveer un método más efectivo para fundir mena de hierro y mena de hierro parcialmente reducida diferente a aquél descrito en la patente australiana 649,402. De acuerdo con la presente invención se proporciona un método para producir metales y aleaciones de metal a partir de óxidos de metal, el cual método comprende las etapas de pre-reducir parcialmente los óxidos de metal a un grado de pre-reducción de por lo menos 60% en una o más etapas de pre-reducción y después de esto reducir completamente los óxidos de metal y fundir el metal en una etapa de reducción del fundido y el cual método está caracterizado porque se lleva a cabo por lo menos una de las etapas de pre-reducción con uno o más de gas natural, gas natural reformado y gas natural parcialmente reformado como fuente de agente reductor. La presente invención está basada en parte en el descubrimiento de que el uso de uno o más de: gas natural, gas natural reformado y gas natural parcialmente reformado en una etapa de pre-reducción de un método para fundir mineral o mena de hierro o mena de hierro parcialmente reducida permite un uso más- efectivo y eficiente del gas natural que en el método descrito en la patente australiana 649,402 que está basado solamente en el uso de gas natural en la etapa de reducción del fundido del método . Es preferible que el la(s) etapa (s) de pre-reducción pre-reduzca (n) los óxidos de metal a un grado de pre-reducción de por lo menos 70%. Es en particular preferible que la(s) etapa (s) de pre-reducción pre-reduzca (n) los óxidos de metal a un grado de pre-reducción de por lo menos 80%. Es en particular más preferible que la(s) etapa (s) de reducción pre-reduzca (n) los óxidos de metal a un grado de pre-reducción de por lo menos 90%. Es preferible que un exceso de uno o mas de: gas natural, gas natural reformado y gas natural parcialmente reformado sean alimentados en la o cada etapa de pre-reducción para producir un producto carbonáceo sólido, normalmente hollín y/o un producto que contiene carbono sólido, tal como carburo de hierro. Es en particular preferible que el producto carbonáceo sólido y/o el producto que contiene carbono sólido sea alimentado a la etapa de reducción del fundido. Es preferible que la etapa de reducción del fundido se lleve a cabo en un recipiente metalúrgico que comprende un baño fundido que contiene metal y escoria. Es en particular preferible que el baño fundido comprenda una capa de metal y una capa de escoria.

Es preferible que el recipiente metalúrgico sea un recipiente de reducción del fundido que comprenda toberas y/lanzas inferiores y/laterales y/o toberas/lanzas superiores y que el método comprende la inyección de un material carbonáceo sólido y/o gaseoso al fundido via las toberas/lanzas . Es preferible que el material carbonáceo sólido inyectado al baño fundido sea el producto carbonáceo sólido y/o el producto que contiene carbono sólido de la (s) etapa (s) de pre-reducción operadas con gas natural. Es preferible que el material carbonáceo gaseoso sea gas natural . Es en particular preferible que el recipiente de reducción del fundido comprenda: (i) una o más toberas/lanzas para inyectar los óxidos de metal parcialmente reducidos de las etapas de pre-reducción al baño fundido; y (ii) una o más toberas/lanzas para inyectar gas que contiene oxigeno al espacio por encima de la superficie del baño fundido para post-quemar o someter a post-combustión los gases de reacción, tales como CO y H2 liberados del baño fundido . Es en particular preferible que el aire sea el gas que contiene oxigeno inyectado al recipiente de reducción del fundido en la etapa (ii) .

Es en particular más preferible que el aire sea precalentado a una temperatura de por lo menos 1000°C. Es preferible que hayan dos etapas de pre-reducción. En tal situación es en particular preferible que la primera etapa de pre-reducción pre-reduzca los óxidos de metal a 1 grado de pre-reducción de por lo menos 11% y la segunda etapa de pre-reducción. pre-reduzca los óxidos de metal parcialmente reducidos de la primera etapa de pre-reducción al grado de pre-reducción seleccionado. Es preferible que el gas de desprendimiento que es descargado del recipiente de reducción del fundido sea a la fuente del agente reductor en la primera etapa de pre-reducción. Alternativamente, es preferible que el gas de desprendimiento de la segunda etapa de pre-reducción sea la fuente de agente reductor en la primera etapa de pre-reducción. Es preferible que uno o más de: gas natural, gas natural reformado y gas natural parcialmente reformado sean la fuente de agente reductor en la segunda etapa de pre-reducción. Los óxidos de metal pueden estar en cualquier forma apropiada. Por ejemplo, los óxidos de metal pueden estar en forma de menas o minerales, y las menas o minerales pueden estar en forma de cúmulos o polvos finos . Es preferible que los óxidos de metal sean óxidos de hierro . De acuerdo con la presente invención, también se provee un aparato para producir metales y aleaciones de metal a partir de óxidos de metal, que comprende: (i) uno o más recipientes de pre-reducción para llevar a cabo la pre-reducción de óxidos de metal en por lo menos dos etapas para producir óxidos de metal pre-reducidos que tienen un grado de pre-reducción de por lo menos 60%, de preferencia por lo menos 70%, más de preferencia por lo menos 80% y normalmente de por lo menos 90% con por lo menos uno de los recipientes de pre-reducción que comprenden medios o elementos para inyectar uno o más de: gas natural, gas natural reformado y gas natural parcialmente reformado al recipiente para uso como una fuente de agente reductor; y (ii) un recipiente metalúrgico para reducir completamente los óxidos de metal parcialmente reducidos y después de esto fundir el metal y el recipiente metalúrgico está adaptado para contener un baño fundido de metal y escoria. La presente invención se describe adicionalmente a manera de ejemplo con referencia al dibujo adjunto, que es un diagrama de flujo, en forma esquemática, de una modalidad preferida del método y aparato de la presente invención. La descripción de la modalidad preferida está en el contexto de la producción de hierro a partir de mena de hierro. Sin embargo, se notará que la modalidad preferida es igualmente aplicable para producir metales a partir de otros óxidos de metal . Con referencia al diagrama de flujo, de acuerdo con la modalidad preferida: (i) el mineral de hierro es parcialmente reducido en dos etapas sucesivas en primeros y segundos recipientes de reducción 3, 5 a un grado de pre-reducción seleccionado y después de esto; (ii) el mineral de hierro parcialmente reducido es reducido y fundido completamente en un recipiente 7 de reducción del fundido . La mena o mineral de hierro puede estar en cualquier forma apropiada, tales como cúmulos o polvos finos. Los recipientes de pre-reducción 3, 5 pueden ser de cualquier tipo apropiado, tales como hornos de cuba o lechos fluidizados. La fuente del agente reductor para el primer recipiente de pre-reducción 3 comprende los gases de reacción del recipiente 7 de reducción del fundido.

Los parámetros de operación del primer recipiente de pre-reducción 3 son seleccionados para pre-reducir el mineral de hierro a un grado de pre-reducción inicial relativamente bajo, normalmente del orden de por lo menos 11%. La fuente del reductor para el segundo recipiente de pre-reducción 5 comprende gas natural . En el segundo recipiente de pre-reducción 5, el gas natural es desintegrado para formar los reductores monóxido de carbono e hidrógeno. Los parámetros de operación del segundo recipiente de pre-reducción 5 son seleccionados para pre-reducir adicionalmente los óxidos de hierro parcialmente reducidos del primer recipiente de pre-reducción 3 al grado de pre-reducción seleccionado, normalmente del orden de por lo menos 90%. De acuerdo con una modalidad particularmente preferida, un exceso de gas natural es suministrado al segundo recipiente de pre-reducción 5 y el gas natural en exceso promueve la reacción del monóxido de carbono para formar hollín y dióxido de carbono. El hollín es descargado con los gases de desprendimiento del segundo recipiente de pre-reducción 5 y después de separación de los gases de desprendimiento, es transferido al recipiente de reducción del fundido 7 para carburizar el hierro en el baño fundido y para actuar como fuente de reductor y combustible. El recipiente 7 de reducción del fundido puede ser cualquier forma de recipiente apropiado. El recipiente de reducción del fundido preferido 7 es construido para retener o contener un baño fundido de hierro y escoria y comprende: (i) toberas/lanzas inferiores o laterales para inyectar material carbonáceo sólido y/o gaseoso al baño fundido para carburizar el hierro en el baño fundido y para actuar como fuente de agente reductor y de energia térmica; (ii) toberas/lanzas superiores para inyectar el mineral de hierro parcialmente reducido del recipiente de pre-reducción 5 al baño fundido desde encima de la superficie del baño fundido; y (iii) toberas/lanzas superiores para inyectar una ráfaga de aire caliente, normalmente a una temperatura mayor de 1000°C, al espacio por encima de la superficie del baño fundido para someter a post-combustión los gases de reacción, tales como monóxido de carbono e hidrógeno, liberados del baño fundido . La configuración del recipiente 7 de reducción del fundido, que incluye el posicionamiento de las toberas/lanzas y los parámetros de operación del método son seleccionados para formar una zona de transición en el espacio por encima de la superficie del baño fundido en el cual hay gotas o salpicaduras de metal fundido y escoria que ascienden y después de esto descienden, que se mezclan con los gases de reacción del baño fundido, aire caliente soplado desde arriba y los gases de reacción de la post-combustión. El propósito de la zona de transición es facilitar la transferencia eficiente al baño fundido de calor que es liberado mediante los gases de reacción de post-combustión del baño fundido. La zona de transición puede ser formada mediante cualquier medio apropiado. Por ejemplo, la zona de transición puede ser formada mediante la inyección de un gas apropiado, tal como un gas inerte a través del fondo del recipiente 7 de reducción del fundido para provocar la erupción de gotas o salpicaduras de metal fundido y escoria del baño fundido al espacio por encima de la superficie del baño fundido. Alternativamente, la zona de transición puede ser formada mediante la inyección controlada de un gas portador y la mena de hierro parcialmente reducida y/u otros materiales sólidos apropiados, tales como fundentes alcalinos/o agentes formadores de escoria, al baño fundido a través de una sección del lado de recipiente 7 de reducción del fundido que se pone en contacto con el baño fundido y/o desde arriba de la superficie del baño fundido. La modalidad preferida a la que se hace referencia anteriormente tiene una diversidad de características importantes, en las que se incluyen las siguientes características . 1. En muchas áreas, el gas natural está fácilmente disponible y es no caro y en estas áreas, un método para producir hierro a partir del mineral del hierro que incluye el uso de gas natural tiene ventajas económicas. 2. La selección de niveles relativamente altos de pre-reducción de mena de hierro en los recipientes de pre-reducción 3, 5 minimiza la cantidad de reducción que es requerida en el recipiente 7 de reducción del fundido a niveles en donde se hace viable utilizar gas natural en el recipiente 7 de reducción del fundido. Este comentario se hace en el contexto de que volúmenes grandes de gas natural, que serian requeridos para obtener niveles relativamente altos de reducción en el recipiente 7 de reducción del fundido, provocarían que el recipiente 7 de reducción del fundido estuviera en operación a una productividad relativamente baja. Muchas modificaciones se pueden hacer a la modalidad preferida del método y aparatos descritos anteriormente con referencia a la figura sin desviarse del espíritu y alcance de la invención. Por ejemplo, mientras que la modalidad preferida comprende el uso de dos recipientes de pre-reducción 3, 5, se puede apreciar fácilmente que la invención no está restringida a este arreglo y se extiende al uso de 1,3 o más recipientes de pre-reducción. Además, mientras que la fuente del segundo recipiente de pre-reducción 5 en la modalidad preferida comprende gas natural, se puede apreciar fácilmente que la invención no está limitada de esta manera y se extiende al uso de gas natural, gas natural reformado y gas natural parcialmente reformado. Además, mientras que la modalidad preferida comprende suministrar un exceso de gas natural para formar hollín, se puede apreciar fácilmente que la invención no está limitada de esta manera y se extiende a la formación de cualquier otro producto carbonáceo sólido y/o un producto que contiene carbono sólido, tal como carburo de hierro. Además, mientras que la modalidad preferida comprende descargar hollín del segundo recipiente de pre-reducción 5 con gas de desprendimiento de aquel recipiente y la separación del hollín del gas de desprendimiento y después de esto suministrar el hollín al recipiente 7 de reducción del fundido, se puede apreciar fácilmente que la invención no está limitada de esta manera y se extiende a otros arreglos. A manera de ejemplo, el hollín (o cualquier otro producto carbonáceo sólido o cualquier producto que contiene carbono sólido) formado en el segundo recipiente de pre-reducción 5 puede ser alimentado directamente al recipiente 7 de reducción del fundido con la mena de hierro parcialmente reducida. Se hace constar que, con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (12)

1. Reivindicaciones Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Un método para producir metales y aleaciones de metal a partir de óxidos de metal, el cual método comprende las etapas de pre-reducir parcialmente los óxidos de metal en un estado sólido a un grado de pre-reducción de por lo menos 60% en una o más etapas de pre-reducción y después de esto, fundir y reducir los óxidos de metal a metal fundido en una etapa de reducción del fundido y el cual método está caracterizado porque se lleva a cabo por lo menos una de las etapas de pre-reducción con uno o más de: gas natural, gas natural reformado y gas natural parcialmente reformado el cual se desintegra para formar agentes reductores.
2. 2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el grado de pre-reducción es de por lo menos 70%.
3. 3. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el grado de pre-reducción es de por lo menos 80%.
4. 4. El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el grado de pre-reducción es de por lo menos 90%.
5. 5. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende la alimentación de un exceso de uno o más de: gas natural, gas natural reformado o gas natural parcialmente reformado a la o cada etapa de pre-reducción para producir un producto carbonáceo sólido, tal como hollín y/o un producto que contiene carbono sólido, tal como carburo de hierro y alimentar el producto carbonáceo sólido y/o producto que contiene carbono sólido a la etapa de reducción del fundido.
6. 6. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende llevar a cabo la etapa de reducción del fundido en un recipiente metalúrgico que contiene un baño fundido de metal y escoria.
7. 7. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el recipiente metalúrgico es un recipiente de reducción del fundido que comprende toberas/lanzas inferiores y/o laterales y toberas/lanzas superiores y el método comprende inyectar un material carbonáceo sólido y/o gaseoso al baño fundido via las toberas/lanzas .
8. 8. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende pre-reducir los óxidos de metal a un grado de pre-reducción de por lo menos 11% en una primera etapa de pre-reducción y pre-reducir los óxidos de metal parcialmente reducidos de la primera etapa de pre-reducción a un grado de pre-reducción requerido en una segunda etapa de pre-reducción.
9. 9. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque comprende además suministrar el gas de desprendimiento que es producido en la etapa de reducción del fundido como fuente de agente reductor en la primera etapa de pre-reducción.
10. 10. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque comprende además alimentar el gas de desprendimiento que es producido en la segunda etapa de pre-reducción como fuente de agente reductor en la primera etapa de pre-reducción.
11. 11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porgue uno o más de: gas natural, gas natural reformado y gas natural parcialmente reformado es la fuente del agente reductor en la segunda etapa de pre-reducción.
12. 12. Un aparato para producir metales y aleaciones de metal a partir de óxidos de metal, caracterizado porque comprende : (i) uno o más recipientes de pre-reducción para llevar a cabo la pre-reducción de óxidos de metal en por lo menos dos etapas para producir óxidos de metal pre-reducidos que tienen un grado de pre-reducción de por lo menos 60%, de preferencia por lo menos 70%, más de preferencia por lo menos 80% y normalmente de por lo menos 90%, con por lo menos uno de los recipientes de pre-reducción que comprenden medios o elementos para inyectar uno o más de: gas natural reformado, gas natural parcialmente reformado al recipiente para uso como una fuente de agente reductor; y (ii) un recipiente metalúrgico para fundir y reducir los óxidos de metal parcialmente reducidos a metal fundido y el recipiente metalúrgico está adaptado para contener un baño fundido de metal y escoria.