WO2023097382A1

WO2023097382A1 - Processo e sistema de fabricação de um aglomerado sólido

Info

Publication number: WO2023097382A1
Application number: PCT/BR2022/050451
Authority: WO
Inventors: Ronald Lopes DE OLIVEIRA; Guilherme Francisco GONÇALVES; Stephen Michael POTTER; Rafael Araújo LOVATTI
Original assignee: Tecnored Desenvolvimento Tecnologico S.A.
Priority date: 2021-12-03
Filing date: 2022-11-17
Publication date: 2023-06-08
Also published as: BR102021024501A2

Abstract

A presente invenção está relacionada sistemas e processos de fabricação de aglomerados sólidos. Nesse cenário, a presente invenção provê um processo de fabricação de um aglomerado sólido (5), por meio de uma prensa de rolos (10) compreendendo dois rolos (10a, 10b) dotados de cavidades (11) preenchíveis com composições granuladas, o processo compreendendo as etapas de (i) fornecer, a partir de cima, uma primeira composição em uma primeira porção angular superior (12a) de cada um dos rolos (10a, 10b) da prensa de rolos (10); (ii) fornecer, a partir de cima, uma segunda composição em uma segunda porção angular superior (12b) de cada um dos rolos (10a, 10b) da prensa de rolos (10), em que, para um mesmo rolo (10a, 10b), a segunda porção angular superior (12b) está localizada a jusante da primeira porção angular superior (12a) tendo como referência o sentido de giro de cada rolo (10a, 10b); e (iii) prensar o material fornecido sobre os rolos (10a, 10b) de modo a formar um aglomerado sólido (5) compreendendo um núcleo (5n) formado pela segunda composição e um revestimento (5r) formado pela primeira composição. A presente invenção ainda provê um sistema associado ao método acima descrito.

Description

PROCESSO E SISTEMA DE FABRICAÇÃO DE UM AGLOMERADO SÓLIDO

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção está relacionada a aglomerados sólidos.

Mais especificamente, a presente invenção está relacionada a um processo e sistema de fabricação de aglomerados sólidos.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Um dos principais equipamentos onde o processo de redução do ferro ocorre é chamado de Alto-forno, sendo sua função provocar a separação do ferro Fe do seu minério FezOa. Esta separação ocorre por meio da redução química que envolve a separação de um metal de seu óxido, e se processa com a utilização de um agente redutor. Tal redutor é um material que deve apresentar maior atração pelo oxigênio, nas condições da operação, do que o metal que vai ser reduzido. O principal agente redutor utilizado na siderurgia é o coque, proveniente do carvão mineral.

[003] A indústria siderúrgica depende em larga escala do carvão mineral metalúrgico que representa uma grande parcela do custo final do aço produzido. O carvão mineral para siderurgia a coque integrada é denominado carvão coqueificável, que é uma substância essencial na redução do minério de ferro a ferro metálico, pois se combina com o oxigênio criando dióxido de carbono, ferro e escória.

[004] A classe de carvão comumente usada para uso siderúrgico é o carvão betuminoso (carvão macio) que forma uma massa sólida ao ser aquecido (carvão coqueificável); por outro lado, se ele não amolecer nem se agregar ao aquecimento, é chamado carvão não coqueificável.

[005] Atualmente, é cada vez mais comum a utilização de aglomerados na siderurgia. O processo de aglomeração consiste no agrupamento de materiais com granulometria fina, com o objetivo de obter um produto com maiores dimensões através do uso de ligantes. Através deste processo é possível obter, por exemplo, aglomerados metálicos ou briquetes de carvão com alta qualidade, aproveitando as pequenas frações que geralmente são descartadas. Em alguns casos, os aglomerados de carvão podem substituir o carvão mineral coqueificado e os aglomerados metálicos podem substituir o minério de ferro.

[006] Dentre os diferentes processos de aglomeração, a técnica de briquetagem de carvão vem ganhando espaço na indústria. Essa técnica, que pode ser usada tanto para carvão mineral quanto para vegetal, geralmente envolve as etapas de: (i) balanceamento granulométrico das partículas de carvão ou biomassa; (ii) mistura de ligantes (aglomerantes); (iii) compactação mecânica; e (iv) secagem dos briquetes. Os documentos abaixo descrevem exemplos de briquetes de carvão e seus respectivos processos de produção.

[007] O documento US8585786B2, por exemplo, descreve um método e sistema para briquetagem de combustível sólido, tal como carvão. Em tal documento, o combustível sólido é transportado através de uma instalação de tratamento de combustível sólido de alimentação contínua, tratado com energia eletromagnética e briquetado após o tratamento.

[008] O documento WO2014098413A1 descreve um briquete de carvão e um método para fabricação do mesmo. Tal método de fabricação de briquetes de carvão compreende as etapas de (i) fornecimento de carvão com baixa granulometria, (ii) produção de uma mistura obtida pela mistura de entre 1 e 5 partes em peso de um agente de endurecimento e entre 5 e 15 partes em peso de um aglutinante em relação para 100 partes em peso do carvão com baixa granulometria, e (iii) moldagem da mistura. Na etapa de fornecimento do carvão com baixa granulometria, o carvão com baixa granulometria compreende (i) mais de 0 e não mais de 50% em peso de carvão de baixo rank e (ii) um saldo de cinzas de carvão. O carvão de baixo rank tem entre 25% em peso e 40% em peso de uma fração volátil (base seca) e tem um número de dilatação do cadinho de mais de 0 e menos de 3. [009] O documento WO2013152959A1 descreve um processo para a produção de um briquete contendo carvões, onde os carvões juntamente com um sistema aglutinante são submetidos a mistura com introdução de vapor e a mistura obtida é submetida a prensagem para formar briquetes. Aqui, pelo menos uma das etapas: (i) secagem dos transportadores de carbono antes da mistura, (ii) configuração da temperatura dos transportadores de carbono a serem misturados com o sistema de aglutinante antes de misturar em uma faixa de temperatura predefinida, (iii) tratamento térmico dos briquetes após a prensagem, é realizada por meio de interação direta ou indireta com vapor superaquecido. O vapor residual obtido é usado como pelo menos parte do vapor introduzido durante a mistura.

[0010] O documento AU2008203855B2 descreve um processo de formação de um briquete composto de carvão de baixa classificação e material agregado, caracterizado pelo fato de que compreende: secar uma alimentação de carvão de baixa classificação para produzir um carvão seco com um teor de umidade entre 8 a 16% em peso; misturar o carvão seco com um material agregado; e compactar o carvão seco e a mistura de material agregado em briquetes.

[0011] Entretanto, o atual estado da técnica carece de técnicas que permitam a fabricação de briquetes que compreendam mais de uma composição diferente onde cada composição estaria localizada em uma determinada região do briquete.

[0012] A invenção ora proposta soluciona os problemas do estado da técnica acima descritos de forma simples e eficiente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0013] A presente invenção tem como objetivo principal prover um sistema e um processo para fabricação de um aglomerado sólido de modo que este compreenda mais de uma composição distinta em sua estrutura, onde cada composição estaria localizada em uma determinada região do mesmo. [0014] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção provê um processo de fabricação de um aglomerado sólido, por meio de uma prensa de rolos compreendendo dois rolos dotados de cavidades preenchíveis com composições granuladas, o_processo compreendendo as etapas de (i) fornecer, a partir de cima, uma primeira composição em uma primeira porção angular superior de cada um dos rolos da prensa de rolos, (ii) fornecer, a partir de cima, uma segunda composição em uma segunda porção angular superior de cada um dos rolos da prensa de rolos, em que, para um mesmo rolo, a segunda porção angular superior está localizada a jusante da primeira porção angular superior tendo como referência o sentido de giro de cada rolo, e (iii) prensar o material fornecido sobre os rolos de modo a formar um aglomerado sólido compreendendo um núcleo formado pela segunda composição e um revestimento formado pela primeira composição.

[0015] Adicionalmente, a presente invenção provê um sistema de fabricação de um aglomerado sólido, compreendendo uma prensa de rolos que possui dois rolos dotados de cavidades preenchíveis com composições granuladas, o sistema compreendendo (i) meios para fornecer, a partir de cima, uma primeira composição em uma primeira porção angular superior de cada um dos rolos da prensa de rolos, (ii) meios para fornecer, a partir de cima, uma segunda composição em uma segunda porção angular superior de cada um dos rolos da prensa de rolos, em que, para um mesmo rolo, a segunda porção angular superior está localizada a jusante da primeira porção angular superior tendo como referência o sentido de giro de cada rolo, e (iii) meios para prensar o material fornecido sobre os rolos de modo a formar um aglomerado sólido compreendendo um núcleo formado pela segunda composição e um revestimento formado pela primeira composição.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0016] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência. [0017] A figura 1 ilustra uma vista esquemática em corte de um sistema de prensa de rolos de acordo com o estado da técnica.

[0018] A figura 2 ilustra uma vista esquemática em corte de uma concretização preferencial do sistema da presente invenção.

[0019] A figura 3 ilustra uma vista esquemática da prensa de rolos de acordo com uma concretização preferencial do sistema da presente invenção.

[0020] A figura 4 ilustra uma vista esquemática de um aglomerado sólido fabricado a partir do processo e sistema da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0021] Preliminarmente, ressalta-se que 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.

[0022] A presente invenção provê um sistema de fabricação de um aglomerado sólido 5, compreendendo uma prensa de rolos 10 que possui dois rolos 10a, 10b girando em sentidos opostos e dotados de cavidades 11 preenchíveis com composições granuladas, conforme ilustrado na figura 1. Tal técnica, que já é conhecida do estado da técnica, compreende um alimentador central dotado de uma rosca dosadora 42 para alimentação de uma composição granulada entre os rolos 10a, 10b para prensagem e formação dos aglomerados sólidos 5.

[0023] Na presente invenção, diferentemente da técnica da figura 1, duas composições distintas são fornecidas aos rolos 10a, 10b em locais distintos de modo a se formar um aglomerado sólido 5 compreendendo um núcleo formado por uma composição e um revestimento formado por outra composição.

[0024] Fazendo referência às figura 2 e 3, que ilustram uma concretização preferencial do sistema da presenta invenção, são providos meios para fornecer, a partir de cima, uma primeira composição em uma primeira porção angular superior 12a de cada um dos rolos 10a, 10b da prensa de rolos 10. O fornecimento da primeira composição está indicado nas figuras 2 e 3 por setas verdes.

[0025] Os meios para fornecer a primeira composição em uma primeira porção angular superior 12a de cada um dos rolos 10a, 10b da prensa de rolos 10 podem incluir, por exemplo, (i) pelo menos um silo lateral 30 adaptado para armazenar a primeira composição, (ii) pelo menos uma rosca de dosagem lateral 32 da primeira composição e/ou (iii) pelo menos um silo de passagem 34 adaptado para direcionar a primeira composição sobre a primeira porção angular superior 12a de cada um dos rolos 10a, 10b da prensa de rolos 10.

[0026] Adicionalmente, a presente invenção ainda vai compreender meios para fornecer, a partir de cima, uma segunda composição em uma segunda porção angular superior 12b de cada um dos rolos 10a, 10b da prensa de rolos 10. O fornecimento da segunda composição está indicado nas figuras 2 e 3 por setas vermelhas.

[0027] Os meios para fornecer a segunda composição em uma segunda porção angular superior 12b de cada um dos rolos 10a, 10b da prensa de rolos 10 podem incluir, por exemplo, (i) pelo menos um silo central 40, que armazena a segunda composição (ii) pelo menos uma rosca de dosagem central 42 da segunda composição acionada por um motor 44. Preferencialmente, a rosca de dosagem central 42 realiza ainda a pré- compactação da segunda composição previamente à etapa de fornecê-la à prensa de rolos 10.

[0028] Define-se neste descritivo que a primeira 12a e segunda porções angulares superiores 12b de cada rolo 10a, 10b correspondem aos ângulos superiores complementares entre si dos cilindros (rolos), que juntos somam 180°. Na figura 3, a primeira porção angular superior 12a é representada em cada cilindro pelo quarto de círculo verde, enquanto que a segunda porção angular superior 12b é representada em cada cilindro pelo quarto de círculo vermelho.

[0029] Apesar de cada uma das porções angulares serem representadas na figura 3 por um ângulo de abertura de 90° (um quarto de círculo), tais porções não estão limitadas a esse ângulo específico, podendo variar de acordo com a necessidade. O importante é garantir que para um mesmo rolo 10a, 10b, a segunda porção angular superior 12b esteja localizada a jusante da primeira porção angular superior 12a tendo como referência o sentido de giro de cada rolo 10a, 10b.

[0030] Assim, para um determinado aglomerado sólido fabricado pelo sistema da presente invenção, o material do seu revestimento (primeira composição) será depositado primeiramente sobre os rolos na primeira porção angular superior 12a. Esse material irá preencher parcial ou totalmente as cavidades 11 dos rolos 10a, 10b. Em seguida, já na segunda porção angular superior 12b, próximo ao ponto de menor distância entre os rolos 10a, 10b, que é onde se realiza a prensagem, o material do núcleo do aglomerado sólido (segunda composição) é fornecido sobre os rolos 10a, 10b. Assim, quando da prensagem, será formado um aglomerado 5 compreendendo a primeira composição em seu revestimento 5r e a segunda composição em seu núcleo 5n, conforme mostrado na figura 4.

[0031] A proporção entre a quantidade de material no núcleo e no revestimento do aglomerado sólido 5 será regulada pela taxa de alimentação de cada material na prensa 10. Aumentando-se, por exemplo, a taxa de alimentação da segunda composição e mantendo-se a primeira inalterada, consegue-se um aglomerado sólido com um núcleo maior e/ou mais denso.

[0032] A presente invenção ainda provê um processo de fabricação de um aglomerado sólido 5, por meio de uma prensa de rolos 10 compreendendo dois rolos 10a, 10b dotados de cavidades 11 preenchíveis com composições granuladas, o processo compreendendo as etapas de: a) fornecer, a partir de cima, uma primeira composição em uma primeira porção angular superior 12a de cada um dos rolos 10a, 10b da prensa de rolos 10; b) fornecer, a partir de cima, uma segunda composição em uma segunda porção angular superior 12b de cada um dos rolos 10a, 10b da prensa de rolos 10, em que, para um mesmo rolo 10a, 10b, a segunda porção angular superior 12b está localizada a jusante da primeira porção angular superior 12a tendo como referência o sentido de giro de cada rolo 10a, 10b; e c) prensar o material fornecido sobre os rolos 10a, 10b de modo a formar um aglomerado sólido 5 compreendendo um núcleo 5n formado pela segunda composição e um revestimento 5r formado pela primeira composição.

[0033] Preferencialmente, a etapa de a etapa de fornecer uma primeira composição em uma primeira porção angular superior 12a é realizada simultaneamente e separadamente para cada rolo 10a, 10b, conforme mostrado nas figuras 2 e 3.

[0034] Preferencialmente, a etapa de fornecer uma segunda composição em uma segunda porção angular superior 12b é realizada em um mesmo local para ambos os rolos 10a, 10b. Mais preferencialmente, esta etapa é realizada entre os rolos 10a, 10b.

[0035] Preferencialmente, o processo da presente invenção compreende adicionalmente a etapa de pré-compactar a segunda composição previamente à etapa de fornecer uma segunda composição em uma segunda porção angular superior 12b de cada um dos rolos 10a, 10b da prensa de rolos 10. Como já mencionado, essa etapa é realizada preferencialmente pela rosca de dosagem central 42.

[0036] O aglomerado sólido 5 formado pelo processo e sistema acima descritos é ilustrado na figura 4 e compreende um núcleo 5n formado pela segunda composição e um revestimento 5r formado pela primeira composição. O aglomerado sólido 5 da presente invenção pode ser, por exemplo, um briquete combustível de carvão ou um aglomerado metálico, tal como uma pelota ou um briquete ferroso.

[0037] No caso do briquete combustível, preferencialmente, a segunda composição, que forma o núcleo 5n, compreende pelo menos um carvão coqueificável e pelo menos um ligante. O material do núcleo 5n, portanto, é o material coqueificável comumente utilizado nos briquetes combustíveis. Mais preferencialmente, a segunda composição, que forma o núcleo 5n, compreende 60 a 70% em massa de carvão coqueificável e 6 a 10% em massa de ligante.

[0038] Preferencialmente, a primeira composição, que forma o revestimento 5r, compreende um carvão não coqueificável, ou resíduo deste, e pelo menos um ligante. O carvão da composição do revestimento 5r pode ser, por exemplo, moinha de coque ou resíduos de carvão em geral, carvões de baixa qualidade, etc. Aqui vale ressaltar que qualquer resíduo inerte de carvão (não coqueificável) pode ser utilizado na composição do revestimento 5r. Dessa forma, quando do aquecimento no interior do forno de redução, o material do revestimento 5r não se coqueificará, o que evita a colagem entre as superfícies dos aglomerados e, consequentemente, a formação de cachos.

[0039] Mais preferencialmente, a primeira composição, que forma o revestimento 5r, compreende 70 a 95% em massa de carvão não coqueificável, moinha de coque, resíduos de carvão ou qualquer combinação destes, e 5 a 15% em massa de ligante.

[0040] Em uma segunda concretização da presente invenção, o aglomerado sólido 5 é um aglomerado metálico, tal como uma pelota ou briquete ferroso. Nesse caso, um material inerte, preferencialmente, metálico, é empregado no revestimento 5r do aglomerado para servir de material de sacrifício. O núcleo 5n seria formado pelo material de interesse.

[0041] O aglomerado sólido 5 da presente invenção pode ser fabricado em qualquer formato geométrico existente, de forma que o escopo de proteção da presente invenção não está limitado ao formato oval representado na figura 4.

[0042] Assim, conforme exposto acima, a presente invenção provê um sistema e um processo para fabricação de um aglomerado sólido de modo que este compreenda mais de uma composição distinta em sua estrutura, onde cada composição estaria localizada em uma determinada região do mesmo (revestimento e núcleo).

[0043] 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. Processo de fabricação de um aglomerado sólido (5), por meio de uma prensa de rolos (10) compreendendo dois rolos (10a, 10b) dotados de cavidades (11) preenchíveis com composições granuladas, caracterizado por compreender as etapas de: fornecer, a partir de cima, uma primeira composição em uma primeira porção angular superior (12a) de cada um dos rolos (10a, 10b) da prensa de rolos (10); fornecer, a partir de cima, uma segunda composição em uma segunda porção angular superior (12b) de cada um dos rolos (10a, 10b) da prensa de rolos (10), em que, para um mesmo rolo (10a, 10b), a segunda porção angular superior (12b) está localizada a jusante da primeira porção angular superior (12a) tendo como referência o sentido de giro de cada rolo (10a, 10b); e prensar o material fornecido sobre os rolos (10a, 10b) de modo a formar um aglomerado sólido (5) compreendendo um núcleo (5n) formado pela segunda composição e um revestimento (5r) formado pela primeira composição.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a etapa de fornecer uma primeira composição em uma primeira porção angular superior (12a) ser realizada simultaneamente e separadamente para cada rolo (10a, 10b).

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a etapa de fornecer uma segunda composição em uma segunda porção angular superior (12b) ser realizada em um mesmo local para ambos os rolos (10a, 10b).

4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a etapa de fornecer uma segunda composição em uma segunda porção angular superior (12b) ser realizada entre os rolos (10a, 10b).

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de pré-compactar a segunda composição previamente à etapa de fornecer uma segunda composição em uma segunda porção angular superior (12b) de cada um dos rolos (10a, 10b) da prensa de rolos (10).

6. Sistema de fabricação de um aglomerado sólido (5), compreendendo uma prensa de rolos (10) que possui dois rolos (10a, 10b) dotados de cavidades (11) preenchíveis com composições granuladas, o sistema caracterizado por compreender: meios para fornecer, a partir de cima, uma primeira composição em uma primeira porção angular superior (12a) de cada um dos rolos (10a, 10b) da prensa de rolos (10); meios para fornecer, a partir de cima, uma segunda composição em uma segunda porção angular superior (12b) de cada um dos rolos (10a, 10b) da prensa de rolos (10), em que, para um mesmo rolo (10a, 10b), a segunda porção angular superior (12b) está localizada a jusante da primeira porção angular superior (12a) tendo como referência o sentido de giro de cada rolo (10a, 10b); e meios para prensar o material fornecido sobre os rolos (10a, 10b) de modo a formar um aglomerado sólido (5) compreendendo um núcleo (5n) formado pela segunda composição e um revestimento (5r) formado pela primeira composição.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por os meios para fornecer uma primeira composição em uma primeira porção angular superior (12a) serem pelo menos um de: pelo menos um silo lateral (30) adaptado para armazenar a primeira composição; pelo menos uma rosca de dosagem lateral (32) da primeira composição; e pelo menos um silo de passagem (34) adaptado para direcionar a primeira composição sobre a primeira porção angular superior (12a) de cada um dos rolos (10a, 10b) da prensa de rolos (10).

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado por os meios para fornecer uma segunda composição em uma segunda porção angular superior (12b) serem pelo menos um de: pelo menos um silo central (40) adaptado para armazenar a segunda composição; e pelo menos uma rosca de dosagem central (42) da segunda composição acionada por um motor (44).