WO2016094994A1 - Forno metalúrgico de obtenção de ligas metálicas - Google Patents

Forno metalúrgico de obtenção de ligas metálicas Download PDF

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WO2016094994A1
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furnace
metallurgical
metallurgical furnace
bowl
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FILHO Hermes Joaquim FERREIRA
Kleiton Gonçalves LOVATI
Luciano Augusto Morais MAIA
André Silva DA LUZ
Geovane Viturino DA SILVA
JUNIOR Roberto OKADA
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Tecnored Desenvolvimento Tecnológico S.A.
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    • F27B1/10Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
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    • F27B1/10Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B1/20Arrangements of devices for charging

Definitions

  • the present invention relates to metallurgical processes and equipment. More particularly, the present invention relates to metallurgical processes and equipment for producing or not metal alloys.
  • the cargo that may be composed of classified ore, pellets, sinter or other classic agglomerates, coke and limestone are sequentially carried over the top of the furnace to form a continuous column.
  • Atmospheric air is introduced into the lower part of the blast furnace, preheated in regenerative or non-regenerative heaters, at a temperature of approximately 300 to 1200 ° C through a row of vents on the top of a crucible.
  • a zone with a reducing atmosphere is formed due to the presence of carbon monoxide, formed by the reaction of CO 2 with the coke carbon. This CO combines with iron oxide oxygen, reducing it to metallic iron and producing pig iron.
  • the impurities ie the ore gangue and the coke ash, form with the limestone a less dense liquid slag that floats on the surface of the molten pig iron.
  • Gases formed countercurrent with the preheat charge in and out at the top This gas consists mainly of CO, C0 2 , 3 ⁇ 4 and N 2 and is sent to the regenerative combustion air preheaters entering the furnace and other heating devices.
  • the cluster itself in practice establishes a semi-closed system, in which the atmosphere is reducing throughout the period of time when carbon is available inside.
  • self-reducing agglomerates such as the designation itself, maintain within themselves a reducing atmosphere of their own which does not depend on the characteristics of the external atmosphere, that is, the type of atmosphere inside the vat furnace provided by the rising gases.
  • Document PI9403502-4 by the same Applicant, solves the above problem by providing an oven comprising a separate fuel feed from the cargo inlet (raw material).
  • the furnace described in PI9403502-4 has an upper tank, which receives the load (oxides / ores, for example) and a lower one, where the fuel is inserted approximately at the junction between the two vats.
  • the furnace described in document PI9403502-4 does not have adequate control of the gas flow in the upper bowl allowing sudden escape of gas at certain points of the furnace thus making it difficult to control energy exchange between the gas and the load in the upper tank.
  • the object of the present invention is to provide a metallurgical furnace for obtaining alloys by self-reducing agglomerates containing metal oxides. This includes obtaining liquid iron, including pig iron and cast iron, as well as metal alloys.
  • the present invention provides a metallurgical furnace comprising (i) at least one upper bowl, (ii) at least one lower bowl, (iii) at least one substantially positioned fuel feeder between at least one upper vat and at least one lower vat, and (iv) at least one row of vents positioned in at least one of at least one upper vat and at least one lower vat, at least one row of vents fluidly communicating the interior of the furnace with the external environment, wherein the furnace of the present invention further comprises (v) at least one hood called the Curtain Wall located in the longitudinally extending upper bowl, (vi) at least one permeabilizer fuel loading system in the center of the upper vat called Booster loading.
  • Figure 1 illustrates a first embodiment of the metallurgical furnace according to the present invention
  • Figure 2 illustrates a second embodiment of the metallurgical furnace according to the present invention
  • Figure 3 illustrates a hood according to a preferred embodiment of the present invention
  • Figure 4 illustrates a booster charging system according to a preferred embodiment of the present invention.
  • Figure 5 illustrates the gaseous flow obtained through the installation modifications of the Curtain Wall installation with the booster charging system relative to the furnace gas flow described in PI9403502-4.
  • the present invention provides a metallurgical furnace with innovations that allow proper control of the gas flow to enable the reduction of self-reducing agglomerates in a homogeneous manner, while also controlling the energy exchange between the gas and the charge, a fundamental principle of the process. of self reduction.
  • FIGs 1 and 2 The metallurgical furnace of the present invention is illustrated in Figures 1 and 2, consisting essentially of an upper bowl 1 where the load (raw material) is loaded in the oven.
  • Figure 1 illustrates a cylindrical shaped bowl (circular cross section)
  • Figure 2 shows a parallelepiped shaped bowl (rectangular cross section).
  • the present invention is not limited to any specific oven shape.
  • the upper bowl 1 there is a set of at least one row of secondary vents 4, which are preferably orifices which allow insufflation of hot or cold atmospheric air to burn CO and other combustible gases present in the rising gas.
  • the inflated air may optionally comprise 0 2 enrichment.
  • gaseous, liquid or solid fuel may be injected through the blowers together with the inflated air.
  • the furnace of the present invention further comprises a lower bowl 2, preferably circular or rectangular in cross-section, of sufficient diameter or size for solid fuel supply.
  • the cross-sectional diameter or width of bowl 2 is larger than bowl 1 sufficient for positioning fuel feeders.
  • fuel filler ducts 5 can be coupled to ensure the fuel load to the furnace bed avoiding load dragging when using thin materials. As the feeder load decreases, pre-heating, pre-drying and distillation of volatile fractions present in solid fuels and combustible carbon residues occur.
  • the lower bowl 2 has one or more rows of primary vents 3 which, as well as the secondary ones described above, serve to deflate hot or cold air and may or may not be enriched with 0 2 .
  • Powdered, liquid or gaseous solid fuels can also be injected to partially burn the fuel, producing gas and supplying energy. necessary to reduce and / or merge the load.
  • blower assemblies 7 as shown in figure 2 which can be connected to any known air heating system (not shown). of the state of the art.
  • the lower bowl 2 may have refractory lining and / or have refrigerated panels.
  • the upper bowl 1 comprises a hood we call Curtain Wall 6, as shown in Figure 3.
  • This Curtain Wall 6 consists of a device for channeling the generated gas thereby controlling the gas distribution of the entire upper bowl. 1.
  • the Curtain Wall 6 is located above the upper bowl 1 and extends longitudinally through the furnace and above the secondary vents 4, it is formed by a set of structured panels of cast iron, steel or any other alloy, filled with refractory concrete. and anchored to a plate welded to the furnace structure.
  • Curtain wall 6 may also be made entirely or partially of refrigerated panel. During operation part of the Curtain Wall 6 is buried in the cargo, forcing the passage of the gases generated in both the primary vent region 3 and the secondary vent region 4, ie the Curtain Wall acts as a gas channeler.
  • the base operating model foresees the loading of a permeabilizing fuel in the center which has the function of ensuring the passage of gases in cohesion zone 11, as illustrated in figure 4.
  • Cohesion zone 11 is where softening and melting occurs. of the metallic load, with this is the zone of lower permeability making the passage of gases considerably difficult.
  • This difficulty in the passage of gas causes a preferential passage of gas in specific points of the upper bowl 1, making it impossible to control the gas flow and causing irregular heat exchange between the charge and the gas.
  • a permeabilizing fuel column is formed in the center of the furnace, such a column allows the formation of a permeability window in the middle of the cohesion zone and allows the gas to be directed for the permeabilizer fuel area, which area has the highest permeability.
  • the booster loading system 8 is a simple system with a closed silo 9 and an open silo 10 with metering valves at the discharge of each silo also has a pressure equalization system to enable loading of the permeabilizing fuel from the silo. silo closed into the oven.
  • the booster loading system 8 together with the Curtain Wall 6 allows the gas generated in the combustion of the fuel from the lower bowl 2 to be ducted with the air supplied by the primary and secondary vents 4, controlling the gas distribution in the furnace more efficiently.
  • Figure 5 illustrates the difference in the furnace gas flow of the present invention 12 from the furnace gas flow described in (PI9403502-4) 13. It is noted that in the furnace of the present invention there is a channeling of the generated gas due to the higher permeability area formed by the permeabilizer fuel loaded by the booster loading system 8. This allows a better control of the upper tank permeability 1, thus controlling the energy exchange between gas and the load, allowing the reduction of self-reducing agglomerates. homogeneously generating gains in operational stability of the process.
  • the Curtain Wall 6 setting defines the load distribution in the oven.
  • the load assumes the dimensions imposed by it, ie the width between the walls of Curtain Wall 6 is the width of the column of permeabilizing fuel in the upper tank that will obey the dimensions and distances between the walls.
  • part of the Curtain Wall 6 is buried in the cargo, forcing the passage of the gases generated in both the primary vent region 3 and the secondary vent region 4, as shown in figure 5.
  • the furnace of the present invention therefore allows the fuel not to be fully loaded with the load on top of the tank, thus differing from classical manufacturing processes and thereby minimizing carbon gasification reactions (Boudouard reactions). and increase both heat and fuel consumption in the oven.
  • the furnace of the present invention differs from the furnace described in PI9403502-4 in that fuel is used in small quantities at the top of the vat for the sole purpose of controlling the permeability of the upper vat 1.
  • the use of such permeabilizing fuel is without prejudice to the reduction and fusion of the load, because in this furnace self-reducing briquettes are used, that is, the carbon required for load reduction is contained within the self-reducing briquette, not requiring all the gas to pass through the load column as it is done in the oven. described in PI9403502-4 and classical manufacturing processes.
  • the furnace according to the invention makes better use of the heat of fuel combustion, reducing fuel consumption and increasing the performance.
  • carbon monoxide and other gases formed in the bottom of the furnace can be burned at the top due to air injection into the vents. transferring thermal energy to the load going down the vat.
  • gases from the lower zone, countercurrent with the load are burned in the upper bowl and transfer thermal energy necessary for heating, reducing and / or simply fusing the load.
  • the metallurgical furnace proposed in the present invention allows, due to its high calorific value and efficiency, greater flexibility of operations and can be used for melting scrap, pig iron, sponge iron, returned metallic materials from foundry or steelworks. , as well as any alloys, such as those used in classic cubicle furnaces.

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Abstract

A presente invenção está relacionada a processos e equipamentos metalúrgicos e, mais particularmente, a um forno metalúrgico capaz de operar com uma ampla gama de matérias-primas e combustíveis, incluindo aqueles com altos níveis de impurezas. Para tal, o forno metalúrgico da presente invenção compreende (i) pelo menos uma cuba superior (1), (ii) pelo menos uma cuba inferior (2), (iii) pelo menos um alimentador de combustível (5) posicionado substancialmente entre a pelo menos uma cuba superior (1) e a pelo menos uma cuba inferior (2), (iv) pelo menos uma fileira de ventaneiras (3, 4) posicionada em pelo menos um de pelo menos uma cuba superior (1) e pelo menos uma cuba inferior (2), a pelo menos uma fileira de ventaneiras (3, 4) comunicando de maneira fluida o interior do forno com o ambiente externo, e (v) pelo menos uma coifa chamada de Curtain Wall localizada na cuba superior que se estende longitudinalmente pelo forno, e (vi) pelo menos um sistema de carregamento de combustível permeabilizador no centro da cuba superior chamado de sistema de carregamento de booster. A utilização do sistema de carregamento booster (8) juntamente com o Curtain Wall (6) possibilita uma canalização do gás gerado na combustão do combustível da cuba inferior (2) com o ar insuflado pelas ventaneiras primarias (3) e ventaneiras secundarias (4), controlando com maior eficiência a distribuição gasosa no forno.

Description

FORNO METALÚRGICO DE OBTENÇÃO DE LIGAS METÁLICAS CAMPO TÉCNICO
[001] A presente invenção está relacionada a processos e equipamentos metalúrgicos. Mais particularmente, a presente invenção está relacionada a processos e equipamentos metalúrgicos para produção de ligas metálicas ou não.
DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA
[002] Já são conhecidos os processos clássicos de obtenção de ferro gusa como, como, por exemplo, em altos fornos e fornos elétricos de redução. Outros processos de obtenção de ligas a partir de óxido de ferro ou de minérios de ferro após condicionamento granulométrico, pelotas clássicas ou outros aglomerados tradicionais também são conhecidos, obtendo-se, por operações tradicionais nestes fornos, ferro líquido ou sólido de determinada composição.
[003] Em altos fornos, a carga que pode ser composta de minério classificado, pelotas, sínter ou outros aglomerados clássicos, coque e pedra calcária são carregados sequencialmente pela parte superior do forno, formando uma coluna contínua. Na parte inferior do alto forno é introduzido ar atmosférico, pré-aquecido em aquecedores regenerativos ou não, a uma temperatura aproximada de 300 a 1200°C, através de uma fileira de ventaneiras na parte superior de um cadinho. Neste local, forma-se uma zona com atmosfera redutora devido à presença de monóxido de carbono, formado pela reação do C02 com o carbono do coque. Este CO combina-se com o oxigénio do óxido de ferro, reduzindo-o a ferro metálico e produzindo ferro gusa.
[004] As impurezas, ou seja, a ganga de minério e as cinzas do coque formam com a pedra calcária uma escória líquida, menos densa, que flutua sobre a superfície do ferro gusa fundido.
[005] Os gases formados em contracorrente com a carga pré aquecem- na e saem pela parte superior. Este gás é constituído principalmente de CO, C02, ¾ e N2, sendo encaminhado aos pré-aquecedores regenerativos do ar de combustão que entra no forno e a outros dispositivos de aquecimento.
[006] Sabe-se ainda que, nas pelotas clássicas, a redução se realiza pela redução da carga oxidada pelo CO gerado a partir da combustão parcial do coque. O CO difunde-se para o interior do aglomerado ou das partículas de minério, ocorrendo a redução segundo a reação MeO + CO Me + C02. O CO2 gerado nesta reação difunde-se em sentido oposto ao CO e incorpora-se à corrente gasosa que sai do forno pelo topo. Esta reação demanda certo tempo para a completa difusão de CO no interior do minério ou da pelota clássica, necessitando assim de fornos com elevados tempos de residência de carga no seu interior, como são tipicamente os altos fornos.
[007] As pelotas autorredutoras, por sua vez, apresentam condições bem mais favoráveis à redução. O contato mais íntimo entre o minério ou óxido e o material carbonoso, que estão finamente divididos, propicia um menor tempo de reação na medida em que não há necessidade da etapa de difusão do CO para o interior da pelota, ocorrendo a redução pelas reações abaixo, pré-construídas no interior da pelota com este objetivo:
2MeO + C 2Me + C02
C02 + C 2CO
MeO + CO Me + C02
[008] Neste sentido, o próprio aglomerado estabelece, na prática, um sistema semifechado, em que a atmosfera é redutora durante todo o período de tempo em que houver carbono disponível no interior. Alternativamente, os aglomerados autorredutores, como a própria designação, mantêm em seu interior uma atmosfera redutora própria que não depende das características da atmosfera externa, ou seja, do tipo de atmosfera existente no interior do forno de cuba proporcionada pelos gases ascendentes. [009] Sendo assim, torna-se possível converter em energia para o processo o CO presente na atmosfera do forno proveniente da queima parcial do combustível e de reação de redução que se processa no interior das pelotas.
[0010] Por outro lado, nos processos de fusão em fornos de cuba, a presença de coque ou outro combustível sólido, carregado pelo topo durante a operação, percorre trajetória descendente com o restante da carga, reagindo com o C02, ascendente, em regime de contracorrente, segundo a reação de Boudouard C02 + C2 2CO, havendo assim maior consumo de material carbonáceo, sem resultar em aproveitamento efetivo no processo de redução-fusão. Se fosse possível efetuar a queima desse gás CO no próprio processo, obter-se-ia uma maior eficiência resultando em economia do coque combustível em fornos cubilô e do combustível e do redutor em altos-fornos, assim como no caso de todos os demais fornos de cuba empregados na redução/fusão ou somente fusão de qualquer outra liga metálica.
[0011] O documento PI9403502-4, da mesma Requerente, soluciona o problema acima apontado ao prover um forno compreendendo uma alimentação de combustível separada da entrada da carga (matéria prima). Em particular, o forno descrito no documento PI9403502-4 apresenta uma cuba superior, que recebe a carga (óxidos/minérios, por exemplo) e uma inferior, sendo que o combustível é inserido aproximadamente na junção entre as duas cubas.
[0012] Os gases provenientes da zona inferior, em contracorrente com a carga, transferem a esta a energia térmica necessária ao aquecimento e à redução ou à simples fusão. Como a carga na cuba superior não apresenta coque, carvão vegetal ou qualquer outro combustível sólido, não ocorre a reação de Boudouard (C02 + C 2CO), que é endotérmica, e que adicionalmente consome apreciáveis quantidades de carbono. Assim os gases de exaustão que saem do equipamento compõem-se essencialmente de C02 e N2.
[0013] Entretanto, apesar de apresentar inúmeras vantagens, como as citadas acima, o forno descrito no documento PI9403502-4 não possui um controle adequado do fluxo gasoso na cuba superior permitindo escapada brusca de gases em determinados pontos do forno dificultando assim o controle de troca de energia entre o gás e a carga na cuba superior.
[0014] Para utilização de aglomerados auto redutores é essencial um controle adequado do fluxo gasoso para possibilitar a auto redução dos aglomerados de forma homogénea.
OBJETIVOS DA INVENÇÃO
[0015] O objetivo da presente invenção é o de prover um forno metalúrgico de obtenção de ligas metálicas por auto redução de aglomerados que possuam óxidos do metal. Isto inclui a obtenção de ferro líquido, incluindo ferro gusa e ferro fundido, bem como ligas metálicas. DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO
[0016] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção provê um forno metalúrgico, compreendendo (i) pelo menos uma cuba superior, (ii) pelo menos uma cuba inferior, (iii) pelo menos um alimentador de combustível posicionado substancialmente entre a pelo menos uma cuba superior e a pelo menos uma cuba inferior, e (iv) pelo menos uma fileira de ventaneiras posicionada em pelo menos um de pelo menos uma cuba superior e pelo menos uma cuba inferior, a pelo menos uma fileira de ventaneiras comunicando de maneira fluida o interior do forno com o ambiente externo, em que o forno da presente invenção compreende adicionalmente (v) pelo menos uma coifa chamada de Curtain Wall localizada na cuba superior que se estende longitudinalmente pelo forno, (vi) pelo menos um sistema de carregamento de combustível permeabilizador no centro da cuba superior chamado de sistema de carregamento de booster.
DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[0017] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas, as quais:
- a figura 1 ilustra uma primeira concretização do forno metalúrgico de acordo com a presente invenção;
- a figura 2 ilustra uma segunda concretização do forno metalúrgico de acordo com a presente invenção;
- a figura 3 ilustra uma coifa de acordo com uma concretização preferencial da presente invenção;
- a figura 4 ilustra sistema de carregamento booster de acordo com uma concretização preferencial da presente invenção
- a figura 5 ilustra o fluxo gasoso obtido através das modificações de instalação da instalação do Curtain Wall com o sistema de carregamento booster em relação ao fluxo gasoso do forno descrito no documento PI9403502-4.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0018] A descrição que se segue partirá de uma concretização preferencial da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização particular. Em adição, o conteúdo do documento PI9403502-4 é aqui incorporado como referência.
[0019] A presente invenção provê um forno metalúrgico dotado de inovações que permitem um controle adequado do fluxo gasoso para possibilitar a redução de aglomerados auto redutores de forma homogénea, controlando também a troca de energia entre o gás e a carga, principio fundamental do processo de auto redução.
[0020] O forno metalúrgico da presente invenção é ilustrado nas figuras 1 e 2, sendo constituído essencialmente de uma cuba superior 1 onde a carga (matéria-prima) é carregada no forno. Como pode ser observado, a figura 1 ilustra uma cuba em formato cilíndrico (seção transversal circular), enquanto que a figura 2 mostra uma cuba em formato de paralelepípedo (seção transversal retangular). Assim, ressalta-se que a presente invenção não está limitada a qualquer formato específico do forno.
[0021] Na cuba superior 1 têm-se um conjunto de pelo menos uma fileira de ventaneiras secundárias 4, que são preferencialmente orifícios que permitem insuflação de ar atmosférico quente ou frio para queima de CO e outros gases combustíveis presentes no gás ascendente. O ar insuflado pode, eventualmente, compreender enriquecimento de 02. Além disso, pode-se injetar pelas ventaneiras 4 combustível gasoso, líquido ou sólido juntamente com o ar insuflado.
[0022] O forno da presente invenção compreende ainda uma cuba inferior 2, de seção transversal preferencialmente circular ou retangular, com diâmetro ou dimensões suficientes para alimentação de combustível sólido. O diâmetro ou largura da seção transversal da cuba 2 é superior ao da cuba 1 suficiente para posicionamento de alimentadores de combustível. Nos alimentadores, localizados ao redor da junção da cuba superior 1 com a inferior 2, dutos de abastecimento de combustível 5 podem ser acoplados para garantir a carga de combustível para a cama do forno evitando ocorrências de arraste de carga quando da utilização de materiais finos. Com a descida da carga no alimentador, ocorre o pré-aquecimento, pré- secagem e destilação das frações voláteis presentes nos combustíveis sólidos e resíduos carbonosos combustíveis.
[0023] A cuba inferior 2 possui uma ou mais fileiras de ventaneiras primárias 3 que, assim como as secundárias descritas acima, servem para insulflar ar quente ou frio, podendo ainda ser enriquecido com 02 ou não. Pode-se injetar também combustíveis sólidos em pó, líquidos ou gasosos para queima parcial do combustível, produzindo gás e fornecendo energia térmica necessárias à redução e/ou à fusão da carga.
[0024] Caso seja insuflado ar quente nas ventaneiras primárias 3 e/ou secundárias 4, pode-se utilizar conjuntos de insuflação 7, conforme ilustrado na figura 2, que podem ser conectados a um sistema de aquecimento de ar (não mostrado) qualquer conhecido do estado da técnica.
[0025] Opcionalmente, a cuba inferior 2 pode possuir revestimento refratário e/ou possuir painéis refrigerados.
[0026] Em adição, a cuba superior 1 compreende uma coifa que chamamos de Curtain Wall 6, conforme ilustrado na figura 3. Esse Curtain Wall 6 consiste em um equipamento que serve para canalizar o gás gerado controlando assim a distribuição gasosa de toda cuba superior 1. O Curtain Wall 6 está localizado acima da cuba superior 1 e se estende longitudinalmente pelo forno limitando-se acima das ventaneiras secundárias 4, é formado por um conjunto de painéis estruturados de ferro fundido, aço ou qualquer outra liga, preenchidos com concreto refratário e ancorados em uma chapa soldada na estrutura do forno. O Curtain wall 6 pode também ser todo ou parcialmente feito de painel refrigerado. Durante a operação parte do Curtain Wall 6 fica enterrada na carga, forçando a passagem dos gases gerados tanto na região da ventaneira primária 3 quanto na região das ventaneiras secundárias 4, ou seja, o Curtain Wall atua como um canalizador de gases.
[0027] O modelo base de operação prevê o carregamento de um combustível permeabilizador no centro que tem a função de garantir a passagem dos gases na zona de coesão 11, conforme ilustrado na figura 4. A zona de coesão 11 é onde ocorre amolecimento e fusão da carga metálica, com isso é a zona de menor permeabilidade dificultando consideravelmente a passagem dos gases. Essa dificuldade na passagem de gás ocasiona uma passagem preferencial do gás em pontos específicos da cuba superior 1 impossibilitando o controle fluxo gasoso e ocasionando uma irregular troca térmica entre a carga e o gás. Com o sistema de carregamento de booster 8 proposto na presente invenção, ocorre uma formação de uma coluna de combustível permeabilizador no centro do forno, essa coluna possibilita a formação de uma janela de permeabilidade no meio da zona de coesão e permite que o gás seja direcionado para a área do combustível permeabilizador, área essa que possui maior permeabilidade.
[0028] O sistema de carregamento booster 8 é um sistema simples, com um silo fechado 9 e um silo aberto 10, com válvulas dosadores na descarga de cada silo, possui também um sistema de equalização de pressão para possibilitar o carregamento do combustível permeabilizador do silo fechado para o interior do forno. O sistema de carregamento booster 8 juntamente com o Curtain Wall 6 possibilita uma canalização do gás gerado na combustão do combustível da cuba inferior 2 com o ar insuflado pelas ventaneiras primarias 3 e ventaneiras secundarias 4, controlando com maior eficiência a distribuição gasosa no forno.
[0029] A figura 5 ilustra a diferença do fluxo gasoso do forno da presente invenção 12 em relação ao fluxo gasoso do forno descrito no documento (PI9403502-4) 13. Nota-se que no forno da presente invenção ocorre uma canalização do gás gerado devido à área de maior permeabilidade formada pelo combustível permeabilizador carregado pelo sistema de carregamento booster 8. Isso possibilita um maior controle da permeabilidade da cuba superior 1, controlando assim a troca de energia entre o gás e a carga, possibilitando a redução de aglomerados auto redutores de forma homogénea gerando ganhos de estabilidade operacional do processo.
[0030] A configuração do Curtain Wall 6 define a distribuição de carga no forno. Assim, a carga assume as dimensões impostas por ele, ou seja, a largura entre as paredes do Curtain Wall 6 é a largura da coluna de combustível permeabilizador na cuba superior que obedecerá às dimensões e distâncias entre as paredes. Durante operação, parte do Curtain Wall 6 fica enterrada na carga, forçando a passagem dos gases gerados tanto na região da ventaneira primária 3 quanto na região das ventaneiras secundárias 4, conforme ilustrado na figura 5.
[0031] O forno da presente invenção permite, portanto, que o combustível não seja todo carregado com a carga no alto da cuba, diferindo assim dos processos clássicos de fabricação e, consequentemente, minimizando as reações de gaseificação do carbono (reações de Boudouard) e elevação tanto do consumo de calor como de combustível no forno.
[0032] O forno da presente invenção difere do forno descrito no documento PI9403502-4, pois se utiliza combustível, em pequenas quantidades, no alto da cuba visando apenas obter um controle da permeabilidade da cuba superior 1. A utilização desse combustível permeabilizador não prejudica a redução e fusão da carga, pois nesse forno é utilizado briquetes auto redutores, ou seja, o carbono necessário para redução da carga está contido dentro do briquete auto redutor, não necessitando que todo o gás passe pela coluna de carga como é realizado no forno descrito no documento PI9403502-4 e nos processos clássicos de fabricação.
[0033] Com os aperfeiçoamentos relativos a cubas e zonas distintas de reação, flexibilidade quanto a formato das cubas, e presença de ventaneiras secundárias, o forno de acordo com a presença invenção aproveita melhor o calor da queima do combustível, reduzindo o consumo e aumentando o desempenho. Isto porque, diferentemente das tecnologias clássicas de fabricação, como altos fornos ou outros fornos de cuba, o monóxido de carbono e outros gases formados na parte inferior do forno podem ser queimados na parte superior, devido à injeção de ar nas ventaneiras secundárias, transferindo energia térmica à carga que desce pela cuba. Em outras palavras, os gases provenientes da zona inferior, em contracorrente com a carga, são queimados na cuba superior e transferem energia térmica necessária ao aquecimento, à redução e/ou à simples fusão da carga.
[0034] O forno metalúrgico proposto na presente invenção permite, devido ao seu alto poder calorífico e eficiência, uma maior flexibilidade das operações, podendo ser utilizado para a fusão de sucata, ferro gusa, ferro esponja, materiais metálicos retornados de fundição ou de aciarias, bem como quaisquer ligas, como, por exemplo, aquelas utilizadas nos fornos cubilôs clássicos.
[0035] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção do presente pedido são permitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/concretizações particulares acima descritas.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. Forno metalúrgico, caracterizado pelo fato de compreender: pelo menos uma cuba superior (1);
pelo menos uma cuba inferior (2);
pelo menos um alimentador de combustível posicionado substancialmente entre a pelo menos uma cuba superior (1) e a pelo menos uma cuba inferior (2); e
pelo menos uma fileira de ventaneiras (3, 4) posicionada em pelo menos um de pelo menos uma cuba superior (1) e pelo menos uma cuba inferior (2), a pelo menos uma fileira de ventaneiras (3, 4) comunicando de maneira fluida o interior do forno com o ambiente externo, posicionado em pelo menos um de pelo menos uma cuba superior (1) e pelo menos uma cuba inferior (2).
2. Forno metalúrgico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o pelo menos uma coifa chamada de Curtain Wall (6) localizada na cuba superior (1) que se estende longitudinalmente pelo forno limitando-se acima das ventaneiras secundárias (4).
3. Forno metalúrgico, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o pelo menos um Curtain wall (6) formado por um conjunto de painéis estruturados de ferro fundido, aço ou qualquer outra liga, preenchidos com concreto refratário e ancorados em uma chapa soldada na estrutura do forno podendo também ser todo ou parcialmente feito de painel refrigerado.
4. Forno metalúrgico, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de haver carregamento de um combustível permeabilizador no centro que tem a função de garantir a passagem dos gases na zona de coesão.
5. Forno metalúrgico, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pela existência de um sistema de carregamento booster composto de um silo fechado (9) e um silo aberto (10), com válvulas dosadores na descarga de cada silo, possui também um sistema de equalização de pressão para possibilitar o carregamento do combustível permeabilizador do silo fechado para o interior do forno.
6. Forno metalúrgico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato do sistema de carregamento booster (8) juntamente com o Curtain Wall (6) possibilita uma canalização do gás gerado na combustão do combustível da cuba inferior (2) com o ar insuflado pelas ventaneiras primarias (3) e ventaneiras secundarias (4), controlando com maior eficiência a distribuição gasosa no forno.
7. Forno metalúrgico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente pelo menos um duto de abastecimento de combustível (5) acoplado ao pelo menos um alimentador de combustível.
8. Forno metalúrgico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que pelo menos um de pelo menos uma cuba superior (1) e pelo menos uma cuba inferior (2) compreende seção transversal circular ou retangular.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11635257B2 (en) 2013-09-27 2023-04-25 Nsgi Steel Inc. Smelting apparatus and metallurgical processes thereof
BR102015005373A2 (pt) * 2014-12-16 2016-10-25 Tecnored Desenvolvimento Tecnologico S A forno metalúrgico de obtenção de ligas metálicas
LU100535B1 (en) * 2017-12-07 2019-06-12 Wurth Paul Sa Charging system, in particular for a shaft smelt reduction furnace
US20210041175A1 (en) * 2018-03-08 2021-02-11 Berry Metal Company Waterless system and method for cooling a metallurgical processing furnace
BR102021000742A2 (pt) 2021-01-15 2022-07-26 Tecnored Desenvolvimento Tecnologico S.A. Sistema e método de distribuição de cargas em um forno metalúrgico

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR9403502A (pt) * 1994-09-09 1996-09-03 Tecnored Tecnologia De Auto Re Processo e equipamento para produçao de metais ferrosos ou nao ferrosos a partir de minérios ou aglomerados auto-redutores e auto-fundentes ou nao

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3543955A (en) * 1968-03-22 1970-12-01 Harold F Shekels Blast furnace top
JP3511784B2 (ja) * 1996-03-18 2004-03-29 Jfeスチール株式会社 竪型鉄スクラップ溶解炉の原料装入方法
US6692688B2 (en) 2001-03-20 2004-02-17 Startec Iron, Llc Modular furnace
US6517603B2 (en) * 2001-03-20 2003-02-11 Startec Iron Llc Method for recovery of metals having low vaporization temperature
JP4326581B2 (ja) * 2007-09-06 2009-09-09 新日本製鐵株式会社 竪型炉の操業方法
BR102015005373A2 (pt) * 2014-12-16 2016-10-25 Tecnored Desenvolvimento Tecnologico S A forno metalúrgico de obtenção de ligas metálicas

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR9403502A (pt) * 1994-09-09 1996-09-03 Tecnored Tecnologia De Auto Re Processo e equipamento para produçao de metais ferrosos ou nao ferrosos a partir de minérios ou aglomerados auto-redutores e auto-fundentes ou nao

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