PT904420E - Processo de reducao e de fusao de um composto contendo um metal - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "PROCESSO DE REDUÇÃO E DE FUSÃO DE UM COMPOSTO CONTENDO UM METAL" O invento diz respeito a um processo de redução e de fusão de um composto que contem um metal do tipo que implica o fornecimento de uma carga que compreende uma mistura de um composto que contenha um metal e um redutor apropriado sob a forma de partículas a um recipiente de aquecimento de um de forno de indução do tipo em canal que contém um banho do referido metal sob a forma líquida de modo a que pelo menos uma parte da carga tenha a forma de um monte por cima do banho metálico.

Um tal processo é conhecido da US-A-5.411.570.

Os processos convencionais de redução de compostos que contêm um metal mais envolvem o aquecimento do composto que contém o metal (normalmente um óxido metálico) na presença do redutor tal como um composto apropriado que contenha carbono ou semelhante. O composto que contém o metal e o redutor constituem um conjunto que normalmente é referido como sendo a carga.

No conhecido processo convencional acima referido, a velocidade a que o aquecimento se realiza é normalmente tão rápida que pelo menos uma parte substancial da carga se derrete antes que as reacções de redução tenham terminado. Consequentemente uma quantidade substancial da redução tem lugar na fase líquida. -2- Ι/Λη

Com uma tal fusão da carga, forma-se uma escória, a qual além dos óxidos do referido composto que contém o metal, também contém os óxidos de outros metais que possam existir na carga em questão. A fim de recuperar o referido composto que contém o metal libertando-o do seu óxido na escória, é necessária mais quantidade de redutor na reacção o qual pode consequentemente dar origem a um produto metálico com um indesejável elevado teor em carbono.

Uma tão elevada quantidade de carbono no produto é normalmente reduzida subsequentemente por oxidação, quer por adição de oxigénio ao produto sob forma gasosa de ar ou oxigénio, quer com a utilização de um apropriado óxido metálico que esteja presente na reacção. Consequentemente uma tal reacção de oxidação também tem lugar na fase líquida.

Também se tem que avaliar que além de ser requerido um excesso inicial de redutor, a subsequente oxidação de tal excesso implica uma fase posterior no processo.

Como resultado de ambas as referidas reacções de redução e oxidação, formam-se volumes relativamente grandes de gases indesejáveis por baixo da superfície do metal líquido e da escória que em seguida se escapam do metal líquido e da escória sob a forma de bolhas.

Na patente acima referida US-A-5.411.570 divulga-se um processo para produzir aço no qual a carga é adicionada ao fomo em dois montes que ficam separados um do outro por meio de uma camada de escória, que flutua no topo do banho de metal líquido. Com esta disposição é possível que a carga passe directamente para o banho metálico assim como qualquer escória que possa estar -3-

presente, de modo que pelo menos parte da redução da carga tenha lugar na fase líquida, o que não só dá origem à formação de gases indesejáveis no forno mas também a uma potencial perda do produto. É consequentemente um objectivo deste invento proporcionar uma redução do metal e um processo de fusão em que os problemas acima referidos podem ser dominados ou pelo menos minimizados.

De acordo com o invento este objectivo é alcançado por meio de um processo do tipo descrito, no qual a carga é fornecida a um recipiente do tipo descrito e de um modo e com uma velocidade tais que se forma uma camada contínua de carga que se estende em forma de ponte por cima da totalidade do banho líquido e de qualquer escória que possa estar presente, com o resultado de se formar uma zona de reacção na carga na qual todo o composto que contém o metal pode ser reduzido, e forma-se uma zona de fusão por baixo da zona de redução do metal na qual todo o metal reduzido se pode fundir; e controlando tal processo de modo tal que a referida camada contínua é substancialmente mantida durante a totalidade da duração do processo, e de tal forma que toda a redução do composto que contém o metal tem lugar na fase sólida.

Dever-se-á apreciar que em consequência de substancialmente não haver reacções na fase líquida durante o processo de acordo com o invento, a evolução dos referidos gases indesejáveis é praticamente eliminada, e na prática uma substancial ausência de formação de bolhas no banho de metal líquido e na escória que se forma é utilizada como um indicador de que o processo está a ser controlado correctamente.

Além do mais dever-se-á apreciar que por causa do processo poder ser levado a cabo desta forma não há substancialmente necessidade da -4-

7/ΙΛ subsequente remoção de qualquer redutor em excesso, sendo o número de fases do processo reduzido em relação aos casos dos processos conhecidos acima referidos.

Além disso de acordo com o invento o referido controlo do processo é efectuado controlando pelo menos um dos seguintes parâmetros: (1) a maneira e a velocidade em que a carga é fornecida ao recipiente; (2) a dimensão das partículas da carga; (3) o grau de mistura da carga; (4) a velocidade com que o calor é fornecido ao recipiente.

Desde que de acordo com o invento a carga seja fornecida ao recipiente de uma maneira e com uma velocidade tais que se constitua uma camada contínua de carga por cima da totalidade do banho líquido e de qualquer escória que possa estar presente, qualquer carga que não tenha reagido será impedida de entrar em contacto directo com o metal líquido e com a escória. Um tal “curto-circuito” que podia dar origem a que pelo menos algumas das reacções tivessem lugar na fase líquida, é consequentemente substancialmente eliminado.

Onde a carga é, por exemplo, fornecida para o recipiente através de orifícios de alimentação espaçados de modo a formar montes de cargas localizadas adjacentemente dentro do recipiente, o processo inclui uma fase em que se assegura que tal alimentação é efectuada de tal forma que o fundo dos montes se misturam’de modo a definir uma camada contínua de carga que se desenvolve em forma de ponte por cima do banho líquido e da escória.

Consequentemente tal ponte impede que o material da carga que cai dos montes fique directamente em contacto com o metal líquido ou com a escória. A constatação do facto de que uma tal ponte se vai formando pode ser conseguida de qualquer forma apropriada tal como por exemplo, visualmente e/ou por meio de aparelhos de gravação de imagens, tais como câmaras, etc., na prática, tal registo visual pode ser efectuado inserindo um elemento rígido com a forma de uma “vareta de imersão” desde o topo do recipiente até à carga. A formação da referida ponte pode ser efectuada controlando a dimensão do monte de carga dentro do recipiente ou, em alternativa e/ou adicionalmente, pode ser feita pela localização estratégica dos orifícios através dos quais a carga é fornecida para dentro do recipiente e/ou controlando o número desses orifícios e a velocidade com que a carga é fornecida através deles.

Além do mais, de acordo com o invento a dimensão das partículas da carga é escolhida de modo a que possam passar através de um crivo de 10 mm, preferencialmente de 6 mm, mais preferencialmente de 3 mm. O requerente observou que quando se utiliza uma carga com partículas de dimensões tão pequenas, substancialmente a totalidade das partículas são reduzidas ao próprio metal na zona de reacção e consequentemente permanecem sólidas antes da temperatura das partículas se elevar para àquela que é necessária para a fusão dos óxidos não reduzidos que podem estar presentes nas partículas. Há consequentemente uma tendência muito pequena para que qualquer metal líquido sob a forma de óxido metálico derretido a uma temperatura inferior à do metal, se escape como partícula para a escória. -6-

7

Assim, por exemplo, no caso do ferro, o núcleo das partículas normalmente incluem FeO, que funde a uma temperatura de 1378 °C, enquanto que a crosta das partículas que contêm Fe só fundem a 1535 °C. Consequentemente, se forem utilizadas partículas maiores do que as que foram acima estipuladas, a temperatura do núcleo de tais partículas pode ser elevada para uma temperatura superior à que acima se referiu de 1378 °C antes que todo o Fe ou FeO na partícula seja reduzido, o que pode conduzir a que o líquido de FeO se escape dos núcleos.

Deve-se apreciar que por causa das referidas reacções da fase sólida têm um controlo difuso, a máxima velocidade de fornecimento de calor que será necessária será uma função das dimensões das partículas e do grau de mistura dos componentes da carga, sendo preferencialmente o grau da mistura tal que a carga constitua uma mistura homogénea.

Além do mais de acordo com o processo do invento ele poderá incluir a fase de queimar acima da carga o CO que se forma durante a redução do composto que contem o metal, e que atravessa a carga.

Uma tal queima pode, por exemplo, ser efectuada por meio de apropriados queimadores de oxigénio e/ou ar localizados no recipiente por cima da carga.

Será apreciado que o calor assim produzido servirá também para aumentar a temperatura dentro do recipiente, principalmente sob a forma de radiação proveniente do tecto do recipiente.

De preferência o recipiente para a reacção compreende o compartimento de aquecimento de um forno de indução do tipo em canal. -7-

O requerente verificou que uma tal disposição é particularmentc apropriada por causa da facilidade com que a velocidade de aquecimento pode ser controlada num tal forno.

Além do mais um aparelho para levar a cabo o funcionamento do referido processo de acordo com o invento compreende um forno de indução do tipo em canal com um só compartimento no qual a referida redução e fusão são levadas a cabo, sendo o compartimento provido com pelo menos um orifício de alimentação para a carga e pelo menos um orifício de saída do produto metálico líquido, e/ou qualquer outro que se forme na reacção, e estando pelo menos um dos orifícios de alimentação localizado e tendo uma dimensão tal que a carga introduzida através dele se pode estender como mna camada contínua por cima da totalidade do banho de metal líquido e de qualquer escória que possa estar presente no compartimento.

Numa forma preferencial do invento, o composto que contém o metal de preferência compreende ou inclui um composto que contenha ferro.

Noutras formas do invento o metal do composto que contém o metal pode compreender ou incluir qualquer outro metal apropriado tal como o crómio e/ou manganês e/ou cobre e/ou zinco e/ou chumbo, etc.

Será agora descrito um modelo de realização do invento por meio de um exemplo e fazendo referência ao desenho junto, que é uma vista esquema tica em corte transversal de um fomo para levar a cabo o processo de acordo com o invento.

Neste modelo de realização do invento um fomo de indução 10 do tipo em canal é utilizado e o qual compreende um compartimento tubular 11 alongado com una secção transversal com uma configuração circular que está provida ao longo do seu fundo com duas fiadas de indutores 12 que funcionam electricamente, compreendendo cada fiada cinco desses indutores cada um com uma capacidade da ordem de 2,2 MW. O compartimento 11 inclui duas fiadas de orifícios de alimentação que se estendem em paralelo das quais apenas duas 13 e 14, se mostram, as quais se estendem longitudinalmente em lados opostos do compartimento 11. Estes orifícios são utilizados para introduzir uma carga 15 no forno 10 a fim de formar dois montes 16 e 17 que se estendem longitudinalmente os quais flutuam sobre um banho de metal líquido 18. Se assim se pretender, o último pode ser introduzido no recipiente 11 no início através de um orifício de alimentação, não representado. A carga 15 compreende uma mistura homogénea sob a forma de partículas de óxidos de ferro e de um composto que contenha carbono, tal como por exemplo, o carvão de pedra; o composto que contém carbono está apresenta-se com uma concentração ligeiramente menor do que a que corresponde à quantidade estequiométrica de carbono necessária para fazer a redução do minério, e a dimensão das partículas da carga 15 será tal que possa passar através do crivo com 3 mm. A carga 15 é introduzida no recipiente 11 de uma forma e com uma velocidade tais que o fundo dos montes 16 e 17 se mistura um com o outro de modo a formar uma ponte 19 de material da carga que se estende por cima do banho líquido 18. O facto da ponte 19 se ir formando pode ser, por exemplo, comprovado visualmente por meio de uma “vareta de imersão” que é inserida no -9-

Uuf recipiente 11a partir da parte de cima, ou por meio de uma janela de inspeeção apropriada (não representada) na parede do recipiente 11. Poder-se-á também comprovar por meio de um aparelho de registo de imagem apropriado (que também não se representa) localizado no interior do recipiente 11. O recipiente 11 também proporciona ao longo da sua extremidade superior uma multiplicidade de queimadores de oxigénio dos quais apenas dois, 20 e 21, estão representados, por meio dos quais o CO que se forma na reacção, e que passa através da camada superior da carga 15, pode ser queimado.

Em funcionamento, é criada uma zona de reacção na carga dos montes 16 e 17 que se estende praticamente desde o fundo dos montes até às suas extremidades superiores. Ao mesmo tempo forma-se uma zona de fusão 22 que se estende entre o fundo dos montes 16 e 17 e a superfície superior do banho líquido 18. Durante a reacção a carga 15 reduzida move-se sob a influência da gravidade da zona da reacção na direcção da zona de fusão 22. A escória que se forma durante tal fusão flutua no topo do banho 18 num túnel 23 que também se estende por baixo da zona de fusão 22. O túnel 23 conduz para um orifício de saída da escória (não representado) no recipiente 11, e os orifícios de alimentação da carga 13 e 14 estão dispostas em relação ao orifício de saída da escória de forma tal que a escória no túnel 23 é dirigida na sua direcção.

Durante o funcionamento do processo, a ponte 19 serve para impedir que qualquer carga de material 15 caia directamente dos montes 16 e 17 para a escória no túnel 23, ou para dentro do banho de metal líquido 18, impedindo assim qualquer “curto circuito”. -10- O calor fornecido ao banho 18 através dos indutores 12 difuude-se pela carga 15 nos montes 16 e 17 e isto, em conjunto com o calor do CO que vai sendo queimado pelos queimadores 20 e 21, faz com que o óxido de ferro e o carbono da carga 15 reajam, o que tem como resultado a redução do óxido de ferro. A maior parte de tal redução, que consequentemente tem lugar na fase sólida, se efectua-se nos 20 mm da parte superior das camadas dos montes 16 e 17, principalmente devido ao calor que é fornecido a tais camadas proveniente da queima do CO pelos queimadores 20 e 21. Ao mesmo tempo o ferro sólido reduzido é derretido na zona 22, da qual passa por gravidade para o banho 18.

Será apreciado que além de se vencerem os problemas referidos no preâmbulo desta memória encontrou-se com as novas disposições, uma outra vantagem do processo de acordo com o invento que consiste em ele poder funcionar com uma carga com partículas de uma dimensão tão pequena, que se podem utilizar cargas que de outro modo normalmente só poderiam ser utilizadas por meio da anterior peletização e/ou sinterização.

Lisboa, 19 de Dezembro de 2001

RUA VICTOR CORDON, 14 1200 USBOA

Claims (10)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Processo de redução e de fusão de um composto que contém um metal do tipo que implica fornecer uma carga (15) constituída por uma mistura sob a forma de partículas que compreende um composto que contém um metal e um redutor apropriado ao recipiente de aquecimento (11) de um fomo de indução (10) do tipo em canal o qual contém um banho (18) do referido metal sob a forma líquida de modo a que pelo menos um monte (16, 17) da carga (15) se forme acima do banho metálico (18), caracterizado por a carga (15) ser fornecida ao recipiente (11) de um modo e com uma velocidade tais que se forma uma camada contínua (19) da carga (15) que se estende sob a forma de uma ponte por cima da totalidade do banho líquido (18) e de qualquer escória (23) que possa estar presente, tendo como resultado a formação de uma zona de reacção na carga (15) na qual todo o composto que contém o metal pode ser reduzido, e formar-se uma zona de fusão (22) por baixo da zona de redução do metal na qual todo o metal reduzido se pode fundir; e controlando um tal processo de um modo tal que a referida camada contínua (19) é mantida substancialmente durante a totalidade da duração do processo, e deste modo toda a redução do composto que contém o metal tem lugar na fase sólida.
2. 2. Processo da reivindicação 1, em que a carga (15) é fornecida para o recipiente (11) através dos orifícios de alimentação (13, 14) espaçados a fim de constituírem dentro do recipiente (11) os montes (16, 17) da carga (15), os quais ficam localizados de forma a que os fundos se misturem de modo a definirem a referida camada contínua (19) da carga (15).
3. 3. Processo da reivindicação 1 ou 2, em que a formação da camada contínua (19) é efectuada controlando a dimensão dos montes (16, 17) da -2- ίυη ^ carga dentro do recipiente (11).
4. 4. Processo de qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a formação da camada continua (19) é efectuada por meio da localização estratégica dos orifícios (13, 14) através dos quais a carga (15) é fornecida ao recipiente (11) e/ou controlando o número de tais orifícios (13, 14) e a velocidade a que a carga (15) é fornecida através deles e/ou controlando o nível do metal líquido (18) no recipiente (11).
5. 5. Processo de qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o referido controlo do processo é efectuado controlando pelo menos um dos seguintes parâmetros: (1) a maneira e a velocidade em que a carga (15) é fornecida ao recipiente (ii); (2) a dimensão das partículas da carga (15); (3) o grau da mistura da carga (15); (4) a velocidade com que o calor é fornecido ao recipiente (11).
6. 6. Processo de qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a dimensão das partículas da carga (15) é tal que elas podem passar através de um crivo de 10 mm, preferencialmente de 6 mm, e mais preferencialmente de 3 mm.
7. 7. Processo de qualquer uma das reivindicações precedentes, que inclui as fases de queimar acima da carga (15) qualquer CO que se forme durante a redução do composto que contém o metal, e que atravessa a carga (15), e utilizando o calor assim produzido na reacção. -3-
8. 8. Processo da reivindicação 7 cm que tal queima é realizada por meio de queimadores (20, 21) a oxigénio e/ou ar localizados no recipiente (11) acima da carga (15).
9. 9. Processo de qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o composto que contém o metal compreende ou inclui qualquer um ou mais dos seguintes metais: ferro, crómio, manganês, cobre, zinco, chumbo.
10. 10. Processo de qualquer uma das reivindicações 1 a 8 no qual o metal do composto que contém o metal compreende o ferro. Lisboa, 19 de Dezembro de 2001

    LUIS silva carvalho Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 14 1200 LISBOA