BRPI0715404A2 - equipamento e mÉtodo de produÇço de ferro fundido - Google Patents
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Abstract
EQUIPAMENTO E MÉTODO DE PRODUÇçO DE FERRO FUNDIDO. A presente invenção relaciona-se com um equipamento de produção de ferro fundido e um método de produção de ferro fundido que usa o mesmo, O método de produção de ferro fundido de acordo com a presente invenção inclui reduzir primeiros minérios de ferro carregando os primeiros minérios de ferro num reator de redução de leito fluidizado; fabricar ferro compactado compactando os primeiros minérios de ferro reduzidos; reduzir os segundos minérios de ferro em conjunto com os ferros compactados carregando os segundos minérios de ferro e os ferros compactados num reator de redução de leito com- pactado, em que um tamanho dos segundos minérios de ferro é maior do que um tamanho dos primeiros minérios de ferro; carregar o ferro compactado reduzidos e os segundos minérios de ferro num fusor- gasificador conectado ao reator de redução de leito compactado; preparando materiais carbonáceos a granel como fonte de aquecimento para fundir o ferro compactado reduzido e os segundos minérios de ferro; carregar os materiais carbonáceos a granel no fusor-gasificador e, depois, formar um leito de carvão compactado; e injetar oxigênio através de um alcaraviz instalado no fusor-gasificador e depois, produzir ferro fundido a partir do ferro compactado e dos segundos minérios de ferro.
Description
‘‘Equipamento e Metodo de Produgao de Ferro Fundido" Relatorio Descritivo Campo tecnico
A presente invengao relaciona-se com um equipamento
de produgao de ferro fundido e um metodo de produgao de ferro fundido usando ο mesmo. Mais especiflcamente, a presente invengao relaciona- se com um equipamento de produgao de ferro fundido e um metodo de produgao de ferro fundido usando ο mesmo para reduzir minerios de ferro finos com uma grande variedade de tamanho de grao dos mesmos.
Tecnica Antecedente
A indiistria do ferro e do ago e uma industria de nuicleo que supre os materials basicos necessarios para a construgao e ο fabrico de automoveis, navios, eletrodomesticos e muitos outros produ- tos que usamos. Tambem e uma indiistria com uma das mais longas historias que progrediu junto com humanidade. Numa fundigao de ferro, que desempenha um papel de articulagao na indiistria do ferro e do ago, depois que ο ferro fundido, que e ο ferro fundido num estado derretido, e produzido usando minerio de ferro e carvao como materias- primas, ο ago e produzido a partir do ferro fundido e e，entao, fornecido para os clientes.
No momento, aproximadamente 60% da produgao de ferro mundial e realizada usando ο processo do altoforno desenvolvido a partir do seculo 14. No processo do altoforno, os coques produzidos usando carvao betuminoso e ο minerio de ferro que sofreu um processo de sinterizagao sao carregados num altoforno e e fornecido oxigenio
para ο altoforno para reduzir ο minerio de ferro a ferro, produzindo, assim, ferro fundido.
O metodo do altoforno, que e ο mais popular em plantas de produgao de ferro fundido, exige que as materias-primas tenham yma resistencia de pelo menos um nivel predeterminado e tenham tamanhos de grao que consigam assegurar a permeabillidade no forno, levando em conta as caracteristicas da reagao. Por estas raz5es, os coques que sao obtidos por processamento especifico de carv5es brutos sao necessarios como fontes de carbono a serem usados como combus- tivel e como agente de redu9ao. Tambem os minerios sinterizados que sofreram um processo de aglomeragao sucessivo sao necessarios como fontes de ferro.
Em consequencia, ο metodo moderno do altoforno exige equipamento de processamento de materia-prima preliminar tal como equipamento de fabrico de coques e equipamento de sinterizagao. Isto e, exige-se estar equipado com instalagoes subsidiarias alem do altofor- no e tambem ter equipamento para prevenir e minimizar a poluigao gerada pelas instalagdes subsidiarias. Portanto, um investimento pesado nas instalagdes e equipamento adicionais leva ao aumento dos custos de fabrico.
A flm de resolver estes problemas do metodo do altoforno,
muita pesquisa esta sendo conduzida no processo de redugao de fusao para ο fabrico de ferro fundido em muitos paises. No processo de fusao de redugao, ο ferro fundido e fabricado num. fusor-gasiflcador usando diretamente carvao geral como combustivel e um agente de redugao e minerio de ferro como fonte de ferro.
Visto que se forma um leito de carvao compactado de carvdes no fusor-gasificador, os materials que incluem ferro e aditivos sao fundidos e formam escorias no leito de carvao compactado, sendo,
assim, descarregados como ferro fundido e escorias. O oxigenio e injetado no fusor-gasiilcador por uma pluralidade de alcaravizes instalados numa parede exterior, combustando, deste modo, um leito compactado de carvao no fusor-gasiflcador. O oxigenio e convertido num gas quente de redugao e e transferido para ο reator de redugao.
Entao, ο gas quente de redugao reduz e plastifica os minerios de ferro e aditivos e e descarregado para ο exterior.
Um reator de redugao de leito compactado ou um reator de redugao de leito fluidizado e usado como reator de redugao. No reator de redugao de leito compactado, os minerios contatam um gas de redugao que sobe por cavidades formadas entre as camadas de minerio e, entao, as camadas de minerio sao reduzidas, ao mesmo tempo em que as camadas de minerio se deslocam para baixo. Portanto, no reator de redugao de leito compactado, e exigido obter a ventilagao nos minerios para que um gas de redugao flua uniformemente nas camadas de minerio. Para isto, os minerios de ferro sao limitados a ter um tamanho predeterminado dentro de uma faixa dos recursos, no reator de redugao de leito compactado. Todavia, visto que os minerios de ferro sao reduzidos para flcarem difierenciados no reator de redugao de leito compactado, a relagao de particulas na fornalha e aumentada. Como resultado, uma ventilagao e deteriorada, formando-se, deste modo, um fluxo uniforme de gas de redugao nas camadas de minerio. Em conse- quencia, e impossivel suprir ο gas de redugao, ocasionando, assim, que ο processo seja parado.
Entretando, os flnos de minerio de ferro sao reduzidos para serem fluidizados usando um gas de redugao com uma alta velocidade no reator de redugao de leito fluidizado. Os ilnos de minerios de ferro devem ser reduzidos com um nivel predeterminado de relagao de redugao, a fim de minimizar uma relagao de combustivel no fusor- gasificador. Para isto, e suprido um gas de redugao com um baixo grau
de oxidagao para ο reator de redugao de leito fluidizado. Uma velocidade do gas de redugao no reator de redugao de leito fluidizado deve ser controlada a fim de formar uma camada uniforme de leito fluidizado no reator de redugao de leito fluidizado, em razao disso e dificil de administrar a operagao. Existe um problema no fato de que os finos de minerio de ferro sao dispersados para ο exterior com um gas de redugao de alta velocidade. Entretanto, as camadas do leito fluidizado sao desmoronadas no reator de redugao de leito fluidiza- do com um gas de redugao de baixa velocidade. Alem disso, se as camadas de leito fluidizado desmoronado sao mantidas por muito tempo, fica impossivel operar, visto que os finos de minerios de ferro sao fundidos para ser ligados uns aos outros. Portanto, se os minerios de ferro com uma grande variedade de tamanho sao reduzidos no reator de redugao de leito fluidizado, e mais dificil operar, visto que e dificil formar uma camada uniforme fluidizada no reator de redugao de leito fludizado. Isto e, se os minerios de ferro com uma grande variedade de tamanhos forem fluidizados para serem reduzidos, uma severa carga e aplicada ao reator de redugao de leito fluidizado, desse modo uma operagao e mais complexada e torna-se dificil.
A Publicagao de Pedido de Patente coreana 2001- 0065011 revela um equipamento de fabrico de ferro fundido usando simultaneamente ο reator de redugao de leito compactado acima mencionado e ο reator de redu?ao de leito fluidizado. Neste equipamen- to de fabrico de ferro fundido, um reator de redugao de leito compacta- do e simplesmente combinado com um reator de redugao de leito fluidizado dependendo do tamanho dos minerios de ferro com base no fusor-gasificador. Aqui, primeiramente， os minerios de ferro sao classificados em finos de minerios de ferro e minerios de ferro grossos com base no tamanho dos minerios de ferro. Depois que os finos de minerios de ferro sao reduzidos no reator de redugao de leito fluidizado, eles sao supridos para ο fusor-gasificador como um estado de materials
finos sem passar por um processo de compactagao. Depois que os minerios de ferro grossos sao reduzidos no reator de redugao de leito compactado, eles sao fornecidos ao fusor-gasificador. Portanto, ο problema de usar ο reator de redugao de leito compactado acima mencionado e ο reator de redugao de leito fluidizado e ainda acompa- nhado.
RevelaQao da Invengao Problema Tecnico
A fim de resolver os problemas acima descritos, e forneci- do um equipamento de fabrico de ferro fundido para ser capaz de reduzir e fundir minerios de ferro com uma grande variedade de tama- nhos e，depois, produzir ferro fundido.
Alem disso, e proporcionado um metodo de fabrico de ferro fundido usando ο equipamento acima descrito para produgao de ferro fundido.
Solugao Tecnica
Um metodo de fabrico de ferro fundido de acordo com uma modalidade da presente invengao inclui i) reduzir os primeiros minerios de ferro carregando os primeiros minerios de ferro num reator de redugao de leito fluidizado; ii) fabricar ferros compactados compac- tando os primeiros minerios de ferro reduzidos; iii) reduzir os segundos minerios de ferro em conjunto com os ferros compactados carregando os segundos minerios de ferro e os ferros compactados num reator de redugao de leito compactado, em que um tamanho dos segundos minerios de ferro e maior do que um tamanho dos primeiros minerios de ferro; iv) carregar os ferros compactados reduzidos e os segundos minerios de ferro num fusor-gasificador conectado ao reator de redugao de leito compactado; v) preparar materials carbonaceos a granel como fonte de aquecimento para fundir os ferros compactados reduzidos e os segundos minerios de ferro; vi) carregar os materials carbonaceos a granel no fusor-gasificador e, entao, formar um leito de carvao compac- tado; e vii) injetar oxigenio atraves de um alcaraviz instalado no fusor- gasiflcador e, depois，produzir ferro fundido a partir dos ferros compac- tados e dos segundos minerios de ferro.
A resistencia dos ferros compactados pode ser maior do que a resistencia dos segundos minerios de ferro na redugao dos segundos minerios de ferro em conjunto com os ferros compac tados. A resistencia dos ferros compactados pode ser igual ou maior do que 200 kg/cm2. A fragao vazia dos segundos minerios de ferro pode ser maior do que a fragao vazia dos ferros compactados. A razao de diferenciagao de redugao dos ferros compactados pode ser menor do que a razao de diferenciagao de redugao dos segundos minerios de ferro na redugao dos segundos minerios de ferro em conjunto com os ferros compacta- dos. O tamanho dos ferros compactados pode estar numa faixa de 8 mm ate 40 mm. O tamanho dos segundos minerios de ferro pode ser igual ou maior do que 5 mm.
O fabrico dos ferros compactado pode, alem disso, incluir esmagar os ferros compactados depois de compactar os primeiros minerios de ferro. Pode, alem disso, ser incluido suprir um gas de redugao gerado a partir do leito compactado de carvao para pelo menos um selecionado a partir de um grupo do reator de redugao de leito fluidizado e ο reator de redugao de leito compactado. Arrefecer ο gas de redugao antes de fornecer ο gas de redugao para ο reator de redugao pode ser ainda incluido. Adicionar um gas de retorno que e gerado removendo ο dioxido de carbono a partir de um gas de saida descarre- gado a partir do reator de redugao de leito fluidizado e ο reator de redugao de leito compactado para ο gas de redugao pode ser ainda incluido. O gas de redugao gerado a partir do leito de carvao compacta- do pode ser suprido para ο reator de redugao de leito fluidizado e ο
reator de redugao de leito compactado. O gas de retorno pode incluir um primeiro gas de retorno que e fornecido para ο reator de redugao de leito fluidizado e um segundo gas de retorno que e fornecido para ο reator de redugao de leito compactado. Uma quantidade do primeiro gas de retorno pode ser maior do que uma quantidade do segundo gas de retorno. Uma tempe- ratura do gas de redugao suprido para ο reator de redugao de leito fluidizado pode ser mais baixa que uma temperatura do gas de redugao fornecido para ο reator de redugao de leito compactado. Uma tempera- tura do gas de redugao suprido para ο reator de redugao de leito fluidizado pode ser igual ou mais elevada do que 700°C e e mais baixa do que 750°C. Uma temperatura do gas de redugao fornecido para ο reator de redugao de leito compactado pode estar numa faixa de 750°C ate 800°C.
Um metodo de fabrico de ferro fundido de acordo com outra modalidade da presente invengao inclui injetar um combustivel auxiliar no leito de carvao compactado atraves do alcaraviz. O combus- tivel auxiliar pode ser injetado no leito de carvao compactado para ser separado do oxigenio. O combustivel auxiliar pode ser um carvao fino que e pre-secado de modo a ter uma umidade cuja quantidade e igual ou menor do que 1,0% em peso. O combustivel auxiliar pode ser um carvao fino e um tamanho do carvao fino e igual ou menor do que 3,0 mm. O combustivel auxiliar pode ser um gas que contem hidrocarbone- to.
Um metodo de fabrico de ferro fundido de acordo com outra modalidade da presente invengao inclui carregar pelotas ou sinterizar minerios para dentro do reator de redugao de leito compacta- do e reduzi-los. Uma relagao de redugao dos primeiros minerios de ferro pode ser igual ou maior do que 45% na redugao dos primeiros minerios de ferro. Um tempo exigido para reduzir os ferros compacta- dos em conjunto com os segundos minerios de ferro no reator de
redugao de leito compactado pode ser mais longo do que um tempo exigido para reduzir os primeiros minerios de ferro no reator de redugao de leito fluidizado. Uma quantidade dos segundos minerios de ferro pode ser igual ou menor do que quarenta por cento de uma soma dos primeiros e segundos minerios de ferro. Uma relagao de redugao dos ferros compactados e dos segundos minerios de ferro e igual ou maior do que setenta por cento na redugao dos ferros compactados e os segundos minerios de ferro.
Um equipamento de fabrico de ferro fundido de acordo com uma modalidade da presente invengao inclui i) um reator de redugao de leito fluidizado que reduz os primeiros minerios de ferro; ii) um dispositivo para fabricar ferros compactados conectados ao reator de redugao de leito fluidizado e que compacta os primeiros minerios de ferro reduzidos e fabrica ferros copmpactados; iii) um reator de redugao de leito compactado conectado ao dispositivo de fabrico de ferros compactados, ο reator de redugao de leito compactado em que sao carregados e reduzidos em conjunto os ferros compactados e os segun- dos minerios de ferro cujo tamanho e maior do que um tamanho dos primeiros minerios de ferro; iv) um fusor-gasificador conectado ao reator de redugao de leito compactado, ο fusor-gasificador em que os segundos minerios de ferro, os ferros compactados e materials carbonaceos sao carregados e que fabrica ferro fundido injetando gas de oxigenio atraves de um alcaraviz instalado num Iado do fusor-gasificador.
Uma resistencia dos ferros compactados pode ser maior do que uma resistencia dos segundos minerios de ferros. A resistencia dos ferros compactados pode ser igual ou maior do que 200 kg/cm2. A fragao vazia do segundo minerio de ferro pode ser maior do que a fragao vazia dos ferros compactados. A razao de diferenciagao de redugao dos ferros compactados pode ser menor do que a razao de diferenciagao de redugao dos segundos minerios de ferro na redugao dos segundos minerios de ferro em conjunto com os ferros compactados. O tamanho
dos ferros compactados esta numa faixa de 8 mm ate 40 mm. O tama- nho dos segundos minerios de ferro pode ser igual ou maior do que 5 mm.
Um equipamento de produgao de ferro fundido de acordo com uma modalidade da presente invengao pode incluir, alem disso, um primeiro tubo de suprimento de gas de redugao que conecta ο fusor- gasificador ao reator de redugao de leito fluidizado; e um segundo tubo de suprimento de gas de redugao que conecta ο fusor-gasificador ao reator de redugao de leito compactado. Um equipamento de fabrico de ferro fundido de acordo com uma modalidade pode incluir, alem disso, um dispositivo para remover dioxido de carbono que supre um gas de retorno que e gerado removendo ο dioxido de carbono a partir de um gas de saida descarregado a partir do reator de redugao de leito fluidi- zado e ο reator de redugao de leito compactado para ο gas de redugao. Um equipamento de produgao de ferro fundido de acordo com uma modalidade pode incluir, alem disso, um gas de saida de arrefecimento que arrefece um gas de saida descarregado a partir de pelo menos um selecionado dentre um grupo do reator de redugao de leito fluidizado e ο reator de redugao de leito compactado.
Um equipamento de produgao de ferro fundido de acordo com uma modalidade da presente invengao pode incluir, alem disso, um primeiro e um segundo tubos de suprimento de gas de retorno que sao conectados ao dispositivo para remover dioxido de carbono; e ο primeiro tubo de suprimento de gas de retorno e conectado ao reator de redugao de leito fluidizado; e ο segundo tubo de suprimento de gas de retorno e conectado ao reator de redugao de leito compactado. Uma quantidade de um gas de retorno fornecido pelo primeiro tubo de suprimento de gas de retorno e maior do que uma quantidade de um gas de retorno fornecido pelo segundo tubo de suprimento de gas de retorno. Uma temperatura do gas de redugao suprido para ο reator de redugao de leito fluidizado pode ser mais baixa do que uma temperatura do gas de redugao fornecido para ο reator de redugao de leito compactado. O alcaraviz pode incluir uma linha de injegao de oxigenio atraves da qual e injetado oxigenio; e uma linha de injegao de combus- tivel auxiliar que e separadamente espagada da linha de injegao de oxigenio e que injeta combustivel auxiliar no fusor-gasificador. O oxige- nio e ο combustivel auxiliar podem encontrar-se um com ο outro e, entao, podem ser combustados num canal adutor do fusor-gasificador; e ο oxigenio e separadamente espagado a partir do alcaraviz. A linha de injegao de combustivel auxiliar pode ser instalada para penetrar atraves de uma extremidade frontal do alcaraviz. O combustivel auxiliar pode ser um gas que contem gas de hidrocarboneto ou finos de materials carbonaceos.
Um equipamento de produgao de ferro fundido de acordo com uma modalidade da presente invengao pode incluir, alem disso, um gas que arrefece ο gas de redugao antes que ο gas de redugao no fusor- gasiilcador seja fornecido para ο reator de redugao de leito fluidizado e ο reator de redugao de leito compactado. Uma relagao de redugao dos primeiros minerios de ferro no reator de redugao de leito fluidizado pode ser igual ou maior do que quarenta e cinco por cento. O reator de redugao de leito fluidizado pode incluir uma pluralidade de reatores de redugao de leito fluidizado que sao conectados uns aos outros numa forma de estagios miiltiplos.
Efeitos Vantajosos
Num metodo de produgao de ferro fundido de acordo com a presente invengao, ο fenomeno da perda de difusao e adesao no reator de redugao de leito fluidizado pode ser prevenido. Portanto, a produgao de uma quantidade do ferro fundido pode ser aumentada e a perda de detritos pode ser reduzida.
Os segundos minerios de ferro e ferros compactados sao carregados no reator de redugao de leito compactado e reduzidos em conjunto. Portanto, ainda que os segundos minerios de ferro sejam diferenciados pelo gas de redugao, ventila?ao apropriada pode ser assegurada devido aos ferros compactados.
Alem disso, uma quantidade do gas de redugao e aumen- tada a medida que ο combustivel auxiliar e injetado, dessa maneira tempo de permanencia dos segundos minerios de ferro e dos ferros compactados no fusor-gasificador pode ser aumentado. Portanto, os se- gundos minerios de ferro e os ferros compactados podem ser completa- mente reduzidos e, entao, facilmente fundidos.
Alem disso, visto que um gas de retorno gerado removen- do ο dioxido de carbono do gas de saida e reutilizado como gas de redu- gao, uma quantidade do gas de redugao pode ser eficazmente aumenta- da e a temperatura do gas de redugao pode ser adequadamente contro- lada.
Breve Descrigao dos Desenhos
A Figura 1 e uma vista esquematica de um equipamento de produgao de ferro fundido de acordo com a primeira modalidade exempliflcativa da presente invengao.
A Figura 2 e uma vista aumentada esquematica de ca- madas de minerio de ferro no reator de redugao de leito compactado da Figura 1.
A Figura 3 e uma vista esquematica de um equipamento de produgao de ferro fundido de acordo com a segunda modalidade exempliflcativa da presente invengao.
A Figura 4 ilustra esquematicamente uma parte IV
aumentada da Figura 3.
A Figura 5 e uma vista esquematica de um equipamento de produgao de ferro fundido de acordo com a terceira modalidade exemplificativa da presente invengao.
A Figura 6 e uma vista esquematica de um equipamento de produgao de ferro fundido de acordo com a quarta modalidade exemplificativa da presente invengao.
A Figura 7 e uma vista esquematica de um equipamento de produgao de ferro fundido de acordo com a quinta modalidade exemplificativa da presente invengao.
Melhor Modo de Bxecu^ao da Ιηνβηςάο
Modalidades exemplificativas da presente invengao serao explicadas abaixo com referenda as Figuras de 1 a 7. As modalidades exemplificativas sao para meramente ilustrar a presente invengao e a presente invengao nao fica limitada a elas.
A Figura 1 ilustra esquematicamente um equipamento de
fabrico de ferro fundido 100 de acordo com a primeira modalidade exemplificativa da presente invengao. O equipamento de produ?ao de ferro fundido 100 ilustrado na Figura 1 e meramente para ilustrar a presente invengao e a presente invengao nao ilea limitada a ele. Portanto, uma estrutura do equipamento de produgao de ferro fundido 100 pode ser modificada para outras formas.
Na Figura 1, um tubo de minerio atraves do qual sao passados os minerios de ferro e indicado por uma linha a cheio por conveniencia e um tubo de gas atraves do qual e passado um gas e indicado por uma linha fina. Alem disso, um tubo de carvao atraves do qual sao passados carv5es e indicado por uma linha pontilhada.
Na Figura 1，embora ο gas de redugao seja ilustrado como sendo fornecido para ο reitor de redugao do leito fluidizado 20 e ο reator de redugao de leito compactado 10 do fusor-gasificador 40，isto e meramente para ilustrar a presente invengao e a presente invengao nao ilea limitada a isso
No equipamento de produgao de ferro fundido 100
ilustrado na Figura 1，ο ferro fundido pode ser fabricado usando finos de minerios de ferro. Os materials carbonaceos a granel sao usados para a produgao de ferro fundido. Os carv5es com um grande tamanho ou briquetes de carvao sao usados como materials carbonaceos a granel. Os minerios de ferro reduzidos sao carregados no fusor- gasificador 40，ao passo que os materials carbonaceos a granel sao carregados no fusor-gasificador 40，deste modo pode ser fabricado ferro fundido.
O equipamento de fabrico de ferro fundido inclui ο reator de redugao de leito compactado 10，ο reator de redugao de leito fluidi- zado 20，ο dispositivo de produgao de ferros compactados 30 e ο fusor- gasificador 40. Alem disso, outros equipmentos podem ser ainda incluidos, se necessario.
Dois tipos de minerios de ferro podem ser usados no equipamento de produgao de ferro fundido 100. Dois tipos de minerios de ferro sao classificados e referenciados como primeiros e segundos minerios de ferro. Um tamanho dos segundos minerios de ferro e maior do que um tamanho dos primeiros minerios de ferro. Os primeiros minerios de ferro sao fluidizados enquanto passam no reator de redugao de leito fluidizado 20. Se ο tamanho dos minerios de ferro e a velocida- de de fluxo do gas de redugao no reator de redugao de leito fluidizado forem grandes, os primeiros minerios de ferro nao sao bem fluidiza- dos no reator de redugao de leito fluidizado. Portanto, os primeiros minerios de ferro podem ficar caidos no fundo do reator de redugao de
leito fluidizado 20，ficando, assim, agregados. Os primeiros minerios de ferro devem ter um tamanho capaz de nao difundir e permanecer no reator de redugao de leito fluidizado 20. Depois que os primeiros minerios de ferro sao reduzidos no reator de redugao de leito fluidizado 20，eles sao compactados no dispositivo de produgao de ferros compac- tados 30. A seguir, os primeiros minerios de ferro sao carregados no reator de redugao de leito compactado 10 e, depois, mais reduzidos.
Enquanto isso, os segundos minerios de ferro sao carargedos no reator de redugao de leito compactado 10 com os ferros compactados (materials reduzidos dos primeiros minerios de ferro) que foram compactados no dispositivo de produgao de ferros compactados 30. Os segundos minerios de ferro e os ferros compactados reduzidos no reator de redugao de leito compactado 10 sao carregados no fusor- gasificador 40 e, depois, fundidos. Um tamanho dos segundos minerios de ferro carregados no reator de redugao de leito compactado 10 έ determinado ser baseado numa condigao na faixa em que a deterioragao de ventilagao nao flea acima de um limite de operagao. Por exemplo, um tamanho dos segundos minerios de ferro pode ser igual ou maior do que 5 mm. Se um tamanho dos segundos minerios de ferro for de menos do que 5 mm, uma cavidade para passagem do gas de redugao que sobe a partir de uma parte mais baixa do reator de redugao de leito compactado 10 e muito pequena, quando os segundos minerios de ferro sao carregados. Portanto, um fluxo do gas de redugao e bloqueado e， entao, uma operagao fica instavel. As pelotas ou minerios sinterizados podem ser carregados no reator de redugao de leito compactado 10 ao Iado dos segundos minerios de ferro. Portanto, uma operagao usando ο equipamento de fabrico de ferro fundido 100 pode ficar mais estabiliza- da.
Cada um dos dispositivos incluidos no equipamento de produgao de ferro fundido 100 e explicado em seguida. Uma estrutura do dispositivo explicado abaixo e meramente para ilustrar a presente
invengao e a presente invengao nao fica limitada a ela. Miiltiplos reatores de redugao de leito fluidizado 20 sao conectados uns aos outros numa maneira de estagios miiltiplos. Na Figura 1, sao ilustrados reatores de redugao de leito fluidizado 20 com quatro etapas, isto e meramente para ilustrar a presente invengao e a presente invengao nao fica limitada a eles. Portanto, ο niimero dos reatores de redugao de leito fluidizado 20 pode ser variado. Os primei- ros minerios de ferro carregados nos reatores de redugao de leito fluidizado 20 sao reduzidos, ao mesmo tempo em que passam atraves dos reatores de redugao de leito fluidizado 20. Os aditivos podem ser carregados nos reatores de redugao de leito fluidizados 20 com os primeiros minerios de ferro, se necessario. O gas de redugao gerado no fusor-gasificador 40 passa seqeuncialmente atraves dos reatores de redugao de leito fluidizado de estagios miiltiplos 20 e, entao, descarre- gado para fora. Os primeiros minerios de ferro carregados nos reatores de redugao de leito fluidizado 20 sao pre-aquecidos, pre-reduzidos, reduzidos flnalmente e, depois, supridos ao dispositivo de produgao de ferros compactados 30. Depois que os primeiros minerios de ferro soa reduzidos em reatores de redugao de leito fluidizado 20, eles sao reduzidos novamente no reator de redugao de leito compactado 10. Portanto, nao e necessario que a relagao de redugao nos reatores de redugao de leito fluidizado 20 seja alta.
Enquanto isso, a relagao de redugao dos primeiros minerios de ferro nos reatores de redugao de leito fluidizado 20 pode ser suficientemente minimizada para compactar os primeiros minerios de ferro no dispositivo de produgao de ferros compactados 30. Por exem- plo, se a relagao de redugao dos primeiros minerios de ferro for menor do que 45 por cento nos reatores de redugao de leito fluidizado 20, e dificil compactar os primeiros minerios de ferro no dispositivo de fabrico de ferros compactados 30. Isto e porque uma quantidade de ferros puros, que podem funcionar como ligantes durante a compressao, e
muito menor. Como resultado, os primeiros minerios de ferro nao sao bem compactados e, entao, sao facilmente quebrados. Portanto, uma relagao de redugao dos primeiros minerios de ferro no reator de redugao de leito fluidizado 20 pode ser igual ou maior do que 45%. Uma estru- tura detalhada do reator de redugao de leito fluidizado 20 pode ser facilmente entendida pelo tecnico especializado, razao por que e omitida a descrigao detalhada da mesma.
Os primeiros minerios de ferro passados pelos reatores de redugao de leito fluidizado 20 sao compactados no dispositivo de produgao de ferros compactados 30. O dispositivo de produgao de ferros compactados 30 e conectado ao reator de redugao de leito fluidizado 20. O dispositivo de fabrico de ferros compactados 30 inclui uma tremonha 302, um par de roletes 304 e uma britadeira 306. Outros dispositivos podem ser ainda incluidos, se necessario.
O dispositivo de produgao de ferros compactados 30 comprime os primeiros minerios de ferro reduzidos usando um par de roletes 204 e, depois, fabrica ferros compactados longos conectados. Os ferros compactados sao esmagados pela britadeira 206 e, entao, sao transferidos para um dispositivo de equalizagao de pressao a quente 101. Os ferros compactados podem ser fabricados de forma a ter uma resistencia a compressao igual ou maior do que 200kg/cm2, a fim de ser diferenciado no reator de redugao de leito compactado 10. Uma estrutura detalhada do dispositivo de produgao de ferros compactados pode ser facilmente entendida pelo especialista na tecnica, razao pela qual e omitida a descrigao detalhada da mesma.
O ferro compactado fabricado no dispositivo de produgao
de ferros compactados 30 e carregado no reator de redugao de leito compactado 10 atraves do dispositivo de equalizagao de pressao a quente 101. Os segundos minerios de ferro tambem sao carregados no reator de redugao de leito compactado 10. Os segundos minerios de ferro e os ferros compactados podem ser simultaneamente carregados no reator de redugao de leito compactado 10 ou alternadamente nele carregados.
Os segundos minerios de ferro e os ferros compactados, que sao carregados no reator de redu?ao de leito compactado 10，sao reduzidos em conjunto com tempo suficiente. Um tempo exigido para reduzir os ferros compactados em conjunto com os segundos minerios de ferro no reator de redugao de leito compactado 10 pode ser mais longo do que aquele exigido para reduzir os primeiros minerios de ferro no reator de redugao de leito fluidizado 20. Portanto, os ferros compac- tados e os segundos minerios de ferro sao reduzidos com uma relagao de redugao igual ou maior do que 70%, desse modo pode ser minimiza- da uma relagao de combustivel do fusor-gasificador 40.
Os ferros compactados e os segundos minerios de ferro sao reduzidos no reator de redugao de leito compactado 10, uma quantidade dos segundos minerios de ferro e igual ou menor do que quarenta por cento de uma soma dos primeiros e dos segundos mine- rios de ferro. Como tal, quantidades dos primeiros e dos segundos minerios de ferro sao controladas de forma a otimizar um processo de produgao de ferro fundido. Se uma quantidade dos segundos minerios de ferro nao reduzidos for de mais de quarenta por cento, a ventilagao pode ser deteriorada devido a diferenciagao de redugao no reator de redugao de leito compactado. Alem disso, pode ser baixada uma relagao de redugao no reator de redugao de leito compactado.
Uma estrutura detalhada do reator de redugao de leito compactado 10 pode ser facilmente entendida pelo especialista na tecnica, razao pela qual e omitida a descrigao detalhada da mesma. O mecanismo de redugao do reator de redugao de leito compactado 10 sera descrito em detalhe com referenda a Figura 2.
Os segundos minerios de ferro e ferros compactados, que foram reduzidos no reator de redugao de leito compactado 10, sao carregados no fusor-gasificador 40. Enquanto isso, os materials carbonaceos que contem materias volateis como fonte de aquecimento para fundir os segundos minerios de ferro e os ferros compactados sao carregados no fusor-gasificador 40. Os briquetes de carvao ou carv5es a granel podem ser usados como material carbonaceo a granel. Os briquetes de carvao ou carv5es a granel sao carregados no fusor- gasificador 40 e entao formam um leito de carvao compactado.
O gas de redugao gerado por combustao dos materials carbonaceos a granel e suprido para ο reator de redugao de leito fluidizado 20 e ο reator de redugao de leito compactado 10 atraves de um tubo de suprimento de gas de redugao L50, respectivamente. Portanto, os minerios de ferro podem ser reduzidos usando um gas de redugao no reator de redugao de leito fluidizado 20 e ο reator de redu- gao de leito compactado de carvao 10.
Uma estrutura detalhada do fusor-gasificador 40 pode ser facilmente entendida pelo especialista na tecnica, razao pela qual e omitida a descrigao detalhada da mesma.
A Figura 2 ilustra uma vista aumentada de ferros com- pactados 800 e os segundos minerios de ferro 900 carregados no reator e redugao de leito compactado 10. Um estado de um mistura dos ferros compactados 800 e os segundos minerios de ferro 900 ilustrados na Figura 2 sao meramente para ilustrar a presente invengao e a presente invengao nao flea limitada a eles.
Uma pluralidade de ferros compactados 800 e uma
pluralidade de minerios de ferro 900 sao carregadas no reator de redugao de leito compactado 10. Visto que os ferros compactados 800 sao manualmente fabricados pelo dispositivo de produgao de ferros
compactados ilustrados na Figura 1，eles tern um tamanho semelhante. Visto que os ferros compactados 800 sao fabricados para serem esma- gados, eles podem ter uma forma irregular. Pelo contrario, visto que os segundos minerios de ferro 900 sao minerios de ferro coletados a partir de um lugar de produgao, os tamanhos dos mesmos sao nao uniformes e sao variados.
Conforme ilustrado na Figura 2，visto que os ferros compactados 800 sao suficientemente grandes, e facil assegurar a ventilagao no reator de redugao de leito compactado 10. O tamanho dos ferros compactados 800 pode ser aquele de uma pelota ou um minerio sinterizado. Isto e, um tamanho pode estar numa faixa de 8 mm ate 40 mm. Enquanto isso, visto que os ferros compactados 800 nao sao diferenciados, ο tamanho pode ser minimizado para 3 mm. Como descrito acima, ο tamanho dos segundos minerios de ferro 900 pode ser igual ou maior de que 5 mm.
A resistencia dos ferros compactados 800 e mais alta do
que aquela dos segundos minerios de ferro 900. Visto que os segundos minerios de ferro 900 sao coletados a partir de um lugar de produgao e sao usados diretamente, a resistencia a compressao dos mesmos e baixa. Pelo contrario, os ferros compactados 800 sao formados de maneira a serem comprimidos com uma pressao de 200 MPa pelo dispositivo de produgao de ferros compactados. Portanto, os ferros compactados 800 tem resistencia igual ou maior do que 200 kg/cm2. Visto que os ferros compactados 800 tem essa resistencia, nao sao bem diferenciados no reator de redugao de leito compactado 10.
O gas de redugao fornecido para ο reator de redugao de
leito compactado 10 reduz os ferros compactados 800 e os segundos minerios de ferro 900. Neste caso, os segundos minerios de ferro 900 sao reduzidos pelo gas de redugao e sao diferenciados. Pelo contrario, visto que os primeiros minerios de ferro, isto e, um recurso dos ferros compactados 800 ja sofreu um processo de pre-redugao, os ferros compactados nao sao bem diferenciados, enquanto estao sendo reduzi- dos pelo gas de redugao. Nomeadamente, a razao de diferencia?ao de redugao dos ferros compactados 800 e menor do que aquela dos segundos minerios de ferro 900 numa etapa de redugao dos segundos minerios de ferro 900 em conjunto com os ferros compactados 800. Portanto, ainda que os segundos minerios de ferro 900 sejam diferenci- ados no reator de redugao de leito compactado 10，a ventilagao do reator de redugao de leito compactado 10 pode ser estavelmente assegurada devido aos ferros compactados 800. Isto e possivel visto que os ferros compactados 800 carregados com os segundos minerios de ferro 900 tem uma baixo relagao de diferenciagao de redugao. Como resultado, visto que pode ser mantida uma cavidade no reator de redugao de leito compactado 10，a ventilagao pode ser mantida de modo estavel.
Como ilustrado numa circunferencia aumentada da
Figura 2，ο segundo minerio de ferro 900 tem uma pluralidade de vazios 9001 numa superficie da mesma. Como resultado, os segundos mine- rios de ferro 900 sao bem reduzidos. Pelo contrario, visto que os ferros compactados 800 sao fabricados comprimindo parcialmente os primei- ros minerios de ferro reduzidos, ο niimero dos vazios formados numa superficie dos mesmos e relativamente pequeno. Isto e, uma fragao vazia dos segundos minerios de ferro 900 e maior do que aquela dos ferros compactados 800. Portanto, os segundos minerios de ferro 900 sao reduzidos mais facilmente do que os ferros compactados 800. Todavia，visto que os ferros compactados sao reduzidos a certo nivel, uma diferenga entre a relagao de redugao final dos ferros compactados 800 e os segundos minerios de ferro 800 e muito pequena.
A Figura 3 ilustra um equipamento de produgao de ferro fundido 200 de acordo com uma segunda modalidade da presente invengao. Uma estrutura do equipamento de produgao de ferro fundido 200 ilustrado na Figura 3 e meramente para ilustrar a presente inven- gao e a presente invengao nao fica limitada a ela. Alem disso, visto que uma estrutura de equipamento de produgao de ferro fundido 200 e semelhante aquela do equipamento de produgao de ferro fundido 200 de acordo com uma primeira modalidade da presente invengao, elemen- tos semelhantes referem-se a niimeros de referencia semelhantes e e omitida a descrigao detalhada da mesma.
Como ilustrado na Figura 3，um combustivel auxiliar pode ser injetado no fusor-gasificador 40 com oxigenio pelo alcaraviz 402 numa segunda modalidade da presente invengao. O gas natural liquido (LNG) pode ser um exemplo do gas de hidrocarboneto.
Os materials carbonaceos a granel carregados no fusor- gasificador 40 incluem materials volateis, carbono fixo e cinzas. Os ma- terials carbonaceos a granel sao decompostos termicamente, enquanto estao afundando atraves de um leito de carvao compactado. A maior parte dos materials volateis contidos nos materials carbonaceos a granel sao convertidos num gas numa parte superior do leito de carvao compactado. Os carbonos fixos a partir dos quais os materials volateis e as cinzas foram removidos sao apenas descidos para uma parte mais baixa do leito de carvao compactado.
Enquanto isso, um alcaraviz 402 esta instalado num
piano lateral do fusor-gasificador 40 e numa parte mais baixa do leito de carvao compactado. O oxigenio e injetado no fusor-gasificador 40 pelo alcaraviz 40. O oxigenio injetado atraves do alcaraviz combusta ο carvao fixo acima descrito que desce para a parte mais baixa do leito de carvao compactado pela Formula Quimica 1 e, entao, e gerado gas quente de redugao.
Formula Quimica 1
C + I/2O2一CO Um monoxido de carbono quente sobe atraves do leito de carvao compactado, ao mesmo tempo em que transfere calor para os materials carbonaceos a granel e ferros compactados no leito de carvao compactado. Portanto, uma temperatura dos segundos minerios de ferro e os ferros compactados e elevada de forma a fundir. Num proces- so de temperatura em elevagao, ο oxido ferro (FeO) na reduzido contido nos segundos minerios de ferro e os ferros compactados sao parcial- mente reduzidos a partir do estado solido atraves de uma reagao indireta da seguinte Formula Quimica 2.
Formula Quimica 2
FeO + CO — Fe + CO2
Alem disso, durante ο processo de fusao acima, os oxidos de ferro nao reduzidos nos ferros compactados e os segundos minerios de ferro sao finalmente reduzidos com alguns carv5es fixos com alguns carbonos fixos por uma reagao de redugao direta da seguinte Formula Quimica 3.
Formula Quimica 3
FeO + C —Fe + CO
Aqui, uma reagao de redugao direta e uma reagao exo- termica e uma reagao de redugao direta e uma reagao endotermica. Portanto, e vantajoso aumentar a redugao indireta em relagao a redugao direta no leito de carvao compactado, a fim de reduzir uma quantidade dos materials carbonaceos a granel consumidos no fusor-gasificador 40. Nomeadamente, pode ser reduzida uma relagao de combustivel. A fim de aumentar uma redugao indireta, deve ser aumentado ο tempo de queda (tempo de permanencia) dos segundos minerios de ferro e os ferros compactados. Alem disso, visto que os segundos minerios de ferro e os ferros compactados podem ser carregados no fusor- gasificador 40 como num estado sendo parcialmente reduzido, o tempo de permanência no leito de carvão compactado deve ser aumentado em a fim de simultaneamente e ainda reduzir e fundir. . Além disso, deve ser aumentada uma quantidade do gás quente combustada no alcaraviz 402 e que sobe através do leito de carvão compactado.
Numa segunda modalidade da presente invenção, um combustível auxiliar é injetado pelo alcaraviz 402, aumentando, assim, uma quantidade de gás quente. Uma parte dos materiais carbonáceos a granel pode ser reposta pelo combustível auxiliar que contém materi- ais voláteis. O combustível auxiliar é combustado com oxigênio que é injetado em direção ao canal adutor formado de maneira a ficar separa- damente espaçado do alcaraviz 402, sendo, assim, convertido em gases quentes de monóxido de carbono e hidrogênio. Os gases quentes de monóxido de carbono e hidrogênio sobem através do leito de carvão compactado, ao mesmo tempo em que reduzem os segundos minérios de ferro e os ferros compactados na reduzidos que caem através do leito de carvão compactado por uma reação de redução indireta da Fórmula Química 4 a seguir.
Fórmula Química 4 2FeO + CO + H2 ->2Fe + CO2 + H2O
Portanto, a maior parte dos componentes de carvão e dos componentes de hidrogênio incluídos no combustível auxiliar é gasifica- da. Uma quantidade do gás gerado no alcaraviz injetando um combus- tível auxiliar é significativamente aumentada em relação a uma quanti- dade do gás gerada através apenas da combustão do carvão fixo nos materiais carbonáceos a granel. Além disso, quando é injetado um combustível auxiliar, os materiais carbonáceos a granel carregados a partir de uma parte superior do fusor-gasificador 40 são combustados no alcaraviz, desse modo a velocidade de término é reduzida. Portanto, um tempo para os materiais carbonáceos a granel, os reduzidos segun- dos minérios de ferro e os ferros compactados caírem através do leito de carvão compactado com um volume predeterminado para o alcaraviz, nomeadamente o tempo de residência é aumentado.
Como descrito acima, se for injetado o combustível
auxiliar, a quantidade de gás combustado no alcaraviz e que sobe no leito de carvão compactado é aumentada. Além disso, visto que o tempo de permanência dos segundos minérios de ferro reduzidos e ferros compactados no leito de carvão compactado, fica aumentada uma relação de redução indireta. Como resultado, pode ser reduzida a quantidade de combustível consumido no fusor-gasificador 40.
A Figura 4 ilustra esquematicamente uma estrutura interna do alcaraviz 402 que é a parte aumentada IV da Figura 3. Como ilustrado na Figura 4, o alcaraviz 402 inclui uma linha de injeção de oxigênio 4021 e uma linha de injeção de combustível auxiliar 4023. A linha de injeção de oxigênio 4021 é formada no centro do alcaraviz 402 e a linha de injeção de combustível auxiliar 4023 é separadamente espaçada da linha de injeção de oxigênio 4021, injetando, assim, combustível auxiliar no fusor-gasificador. Uma quantidade de combus- tível auxiliar pode ser controlada operando uma válvula 4025 instalada numa linha de injeção de combustível auxiliar 4023. Uma linha de injeção de combustível auxiliar 4023 está instalada de forma a penetrar uma extremidade frontal do alcaraviz 402.
A linha de injeção de oxigênio 4021 e a linha de injeção de combustível auxiliar 4023 podem ser separadamente espaçadas uma da outra. Quando o combustível auxiliar e o oxigênio são misturados e, depois, são injetados apenas pela linha de injeção de oxigênio 4021, o combustível auxiliar é combustado na linha de injeção de oxigênio 4021 através de um calor de radiação de uma região quente formada numa extremidade frental do alcaraviz 402. Portanto, a linha de injeção de oxigênio 4021 é fundida de modo a ficar danificada. Para prevenir este fenômeno, como ilustrado na Figura 4, o oxigênio e um combustível auxiliar são injetados separadamente. Neste caso, os materiais carbo- náceos finos e o oxigênio são separadamente espaçados um do outro, encontrando-se, assim, um com o outro num canal adutor formado numa extremidade frontal do alcaraviz 402. Os materiais carbonáceos finos e o oxigênio são combustados no canal adutor.
A Figura 5 ilustra um equipamento de produção de ferro fundido 300 de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção. Uma estrutura do equipamento de produção de ferro fundido 300 ilustrada na Figura 5 é meramente para ilustrar a presente inven- ção e a presente invenção não fica limitada a ela.. Além disso, visto que uma estrutura do equipamento de produção de ferro fundido 300 é semelhante àquela de acordo com uma segunda modalidade da presen- te invenção, elementos semelhantes referem-se a números de referência semelhantes e é omitida a descrição detalhada dos mesmos.
O gás de redução é gerado por combustão dos materiais carbonáceos a granel e um combustível auxiliar que são supridos para o fusor-gasificador 40. Portanto, uma quantidade dos materiais carbonáceos a granel carregados no fusor-gasificador 40 pode ser reduzida injetando o combustível auxiliar. Como tal, como uma quan- tidade dos materiais carbonáceos a granel é reduzida, uma quantidade do gás de redução gerado no fusor-gasificador 40 é reduzida. Essa quantidade do gás de redução é menor do que é necessário para reduzir os minérios de ferro no reator de redução de leito fluidizado 20 e o reator de redução de leito compactado 10. Portanto, na terceira moda- lidade da presente invenção, uma parte de um gás de saída descarrega- do a partir do reator de redução de leito fluidizado 20 e o reator de redução de leito compactado 10 é recuperada para ser gerada e, então, é ressuprida, mantendo, assim, adequadamente a quantidade do gás de redução.
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30 Conforme ilustrado na Figura 5, é arrefecido o gás de saída descarregado a partir do reator de redução de leito fluidizado 20 e o reator de redução de leito compactado 10, ao mesmo tempo em que passa através do gás de saída 52 e, então, é recuperado para suprimen- to para um dispositivo para remoção de dióxido de carbono 50. Um gás de saída parcialmente arrefecido pode ser descarregado para o exterior. O dispositivo para remover dióxido de carbono 50 supre um gás de retorno que é gerado por remoção do dióxido de carbono a partir do gás de saída até o reator de redução de leito fluidizado 20 e o reator de redução de leito compactado 10. O dióxido de carbono é removido pelo uso do dispositivo de remoção de dióxido de carbono 50, deste modo, a redução da energia do gás de redução é aumentada. Visto que uma estrutura detalhada do dispositivo para remover dióxido de carbono 50 pode ser facilmente entendida pelo técnico especialista, é omitida descrição detalhada da mesma.
O gás de retorno é misturado com o gás de redução gerado a partir do fusor-gasificador 40. Como tal, o gás de redução é reformado para ser circulado, assegurando, assim, uma quantidade do gás de redução para o reator de redução de leito fluidizado 20 e o reator de redução de leito compactado 10 independente de uma quantidade do gás de redução gerada a partir do fusor-gasificador 40. Portanto, a reação de redução pode ser adequadamente ocorrida no reator de redução de leito fluidizado 20 e o reator de redução de leito compactado 10.
Mais especificamente, um primeiro tubo de suprimento de gás de retorno L54 conecta o dispositivo de remoção de dióxido de carbono 50 ao reator de redução de leito fluidizado 20, suprindo, assim, o primeiro gás de retorno para o reator de redução de leito fluidizado 20. Enquanto isso, um segundo tubo de suprimento de gás de retorno L56 conecta o dispositivo de remoção de dióxido de carbono 50 ao reator de redução de leito compactado 10, suprindo, desse modo, o segundo gás de retorno para o reator de redução de leito compactado 10.
Como descrito acima, visto que o gás de retorno é dividido para o primeiro e o segundo gás de retorno, uma temperatura do gás de redução fornecido para o reator de redução de leito fluidizado e uma temperatura do gás de redução suprido para o reator de redução de leito compactado 10 podem ser controladas de maneira a serem diferentes uma da outra. Ou seja, uma quantidade do primeiro gás de retorno é controlada de forma a ser mais do que aquela do segundo gás de retorno. Visto que uma temperatura do gás de retorno é baixa, uma temperatura do gás de redução é abaixada, quando o gás de retorno é misturado com o gás de redução. Portanto, uma tempera- tura do gás de redução fornecido para o reator de redução de leito fluidizado 20 pode ser controlada de modo a ser mais baixa do que aquela do gás de redução fornecido para o reator de redução de leito compactado 10.
Visto que uma quantidade relativamente pequena do primeiro gás de retorno é misturada com o gás de redução fornecido para o reator de redução de leito compactado 10, uma temperatura do gás de redução pode ser mantida alta. Portanto, uma velocidade de redução dos segundos minérios de ferro e dos ferros compactados no reator de redução de leito compactado 10 pode ser maximamente aumentada. Por outro lado, visto que uma quantidade relativamente grande do segundo gás de retorno é misturada no gás de redução fornecido para o reator de redução de leito fluidizado 20, uma tempera- tura do gás de redução pode ser mantida relativamente baixa. Portan- to, o fenômeno de adesão a quente dos finos de minérios de ferro no reator de redução de leito fluidizado 20 pode ser prevenido.
20
D Λ
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Uma temperatura do gás de redução fornecido para o reator de redução de leito compactado 10 pode ser controlada numa faixa de 750°C até 800°C usando o gás de retorno acima descrito. Portanto, os segundos minérios de ferro e os ferros compactados podem ser adequadamente reduzidos. Além disso, uma temperatura do gás de redução fornecido para o reator de redução de leito fluidizado 20 pode ser controlada de maneira a ser igual ou mais alta do que 700°C e ser mais baixa do que 750°C. Portanto, os primeiros minérios de ferro são impedidos de aderirem ao interior do reator de redução de leito fluidiza- do 20.
A Figura 6 ilustra um equipamento de produção de ferro fundido 400 de acordo com uma quarta modalidade da presente invenção. Uma estrutura do equipamento de produção de ferro fundido 400 ilustrado na Figura 6 é meramente para ilustrar a presente inven- ção e a presente invenção não fica limitada a ele. Além disso, visto que uma estrutura do equipamento de fabrico de ferro fundido 400 é semelhante àquela de acordo com a terceira modalidade da presente invenção, elementos semelhantes referem-se a números de referência semelhantes e é omitida a descrição detalhada da mesma.
O equipamento de produção de ferro fundido 400 inclui, além disso, um arrefecedor de gás 406. O arrefecedor de gás 406 ramifica uma parte do gás de redução gerado a partir do fusor- gasificador 40 e arrefece-o. O arrefecedor de gás 406 mistura o gás de redução com o gás de redução fornecido para o reator de redução de leito fluidizado 20 e o reator de redução de leito compactado 10, abai- xando, desse modo, uma temperatura do gás de redução fornecido a ele. A temperatura do gás de redução é controlada, assim, é controlada uma relação de redução do reator de redução de leito fluidizado 20 ou o reator de redução de leito compactado 10 e os minérios de ferro são impedidos de aderirem devido à termalização. Além disso, é injetado um combustível auxiliar pelo alcaraviz 402 no equipamento de produ- ção de ferro fundido 400 e o gás de redução pode ser recuperado para ser reutilizado pelo dispositivo de remoção de dióxido de carbono 50, dessa forma, a eficiência pode ser otimizada.
Depois do gás de saída ser arrefecido enquanto passa através do gás de saída 52, é descarregado ou fornecido para o disposi- tivo de remoção de dióxido de carbono 50. Visto que podem ser removi- dos pós contidos no gás de saída, enquanto passa através do gás de saída 52, o fenômeno de bloqueio causado pelos pós pode ser previa- mente impedido.
Um ciclone 404 está instalado no fusor-gasificador 40. O ciclone 404 coleta pós dispersos a partir do fusor-gasificador 40 e retorna-os para o fusor-gasificador 40. Isto é, os pós descarregados através do tubo de gás L40 são filtrados no ciclone 404 e são retornados ao fusor-gasificador 40. O gás de redução separado a partir dos pós é fornecido para o reator de redução de leito fluidizado 20 e o reator de redução de leito compactado 10 através de um tubo de fornecimento de gás de redução L42.
Visto que o tubo de gás L42 é ramificado, uma parte do gás de redução é fornecida para o arrefecedor de gás 406 através do tubo de gás L44. Por exemplo, um scrubber pode ser usado como arrefecedor de gás 406. Depois do gás de redução ser arrefecido no arrefecedor de gás 406, é transferido para o tubo de gás L40 ou um tubo de fornecimento de gás de redução L50. Portanto, uma tempera- tura do gás de redução suprido para o reator de redução de leito fluidizado 20 ou o reator de redução de leito compactado 10 pode ser controlada misturando o gás de retorno suprido a partir do dispositivo acima descrito para remover dióxido de carbono 50 ou um gás de arrefecimento fornecido a partir do arrefecedor de gás 406 com o gás de redução gerado a partir do fusor-gasificador 40. Como descrito acima, na terceira modalidade, uma temperatura do gás de redução suprido para o reator de redução de leito compactado 10 pode ser controlada numa faixa de 750°C até 800°C. Portanto, os segundos minérios de ferros e os ferros compactados podem ser adequadamente reduzidos. Além disso, uma temperatura do gás de redução fornecido para o reator de redução de leito fluidizado 20 pode ser controlada de maneira a ser igual ou mais alta do que 700°C e mais baixa do que 750°C. Portanto, os primeiros minérios de ferro podem ser impedidos de aderirem ao interior do reator de redução de leito fluidizado 20.
A Figura 7 ilustra um equipamento de produção de ferro fundido 500 de acordo com uma quinta modalidade da presente invenção. Uma estrutura do equipamento de produção de ferro fundido é meramente para ilustrar a presente invenção e a presente invenção não fica limitada a ela. Além disso, visto que uma estrutura do equi- pamento de produção de ferro fundido 500 é semelhante àquela de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção, elementos semelhantes referem-se a números de referência semelhantes e é omitida a descrição detalhada da mesma.
Conforme ilustrado na Figura 7, os primeiros minérios de ferro podem ser reduzidos usando apenas um reator de redução de leito fluidizado 24. Como descrito acima, depois dos primeiros minérios de ferro serem reduzidos no reator de redução de leito fluidizado 24, eles são novamente reduzidos no reator de redução de leito compactado 10. Uma relação de redução dos ferros reduzidos carregados no fusor- gasificador 40 deve ser igual ou maior do que certo nível, a fim de minimizar uma relação de combustível do fusor-gasificador 40. Na presente invenção, visto que os primeiros minérios de ferro são reduzi- dos duas vezes usando tanto o reator de redução de leito fluidizado 24 como o reator de redução de leito compactado 10, a carga de redução aplicada ao reator de redução de leito fluidizado 24 pode ser significati- vamente reduzida. Portanto, ainda que seja usado apenas um reator de redução de leito fluidizado 24, os primeiros minérios de ferro podem ser reduzidos a uma relação de redução pretendida. Se for usado o equi- pamento de produção de ferro fundido 500, a sua estrutura fica simpli- ficada, existe, desse modo, uma vantagem de que os custos sao larga- mente reduzidos.
Se bem que a presente invenção tenha sido mostrada e descrita particularmente com referência a modalidades exemplificativas da mesma, ficará entendido por aqueles qualificados na técnica que podem ser feitas várias mudanças na forma e no detalhe da mesma sem sair do espírito e escopo da invenção como definida pelas Reivindicações anexas.
Claims (47)
1. - Método de Produção de Ferro Fundido, caracterizado por que compreende: reduzir os primeiros minérios de ferro carregando os primeiros minérios de ferro num reator de redução de leito fluidizado; produzir ferros compactados industriais compactando os primeiros os primeiros minérios de ferro reduzidos; reduzir os segundos minérios de ferro em conjunto com os ferros compactados carregando os segundos minérios de ferro e os ferros compactados num reator de redução de leito compactado, em que um tamanho dos segundos minérios de ferro é maior do que um tamanho dos primeiros minérios de ferro; carregar os ferros compactados reduzidos e os segundos minérios de ferro num fusor-gasificador conectado ao reator de redução de leito compactado; preparar materiais carbonáceos a granel como fonte de aquecimento para fundir os ferros compactados reduzidos e os segun- dos minérios de ferro; carregar os materiais carbonáceos a granel no fusor- gasificador e, depois, formar um leito de carvão compactado; e injetar oxigênio através de um alcaraviz instalado no fusor-gasificador e, depois, produzir ferro fundido a partir dos ferros compactados e dos segundos minérios de ferro.
2. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindi- cação 1, caracterizado por que a resistência dos ferros compactados é maior do que a resistência dos segundos minérios de ferro ao reduzir os segundos minérios de ferro em conjunto com os ferros compactados.
3. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindi- cação 2, caracterizado por que a resistência dos ferros compactados é igual ou maior do que 200kg/cm2 .
4. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindi- cação 2, caracterizado por que a fração vazia do segundo minério de ferro é maior do que a fração vazia dos ferros compactados.
5. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindi- cação 2, caracterizado por que a razão de diferenciação de redução dos ferros compactados é menor do que a razão de diferenciação de redução dos segundos minérios de ferro na redução dos segundos minérios de ferro em conjunto com os ferros compactados.
6. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindi- cação 1, caracterizado por que o tamanho dos ferros compactados está numa faixa de 8 mm até 40 mm.
7. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindi- cação 1, caracterizado por que o tamanho dos segundos minérios de ferro é igual ou maior do que 5 mm.
8. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindi- cação 1, caracterizado por que a produção dos ferros compactados compreende ainda esmagar os ferros compactados após compactação dos primeiros minérios de ferro.
9. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindi- cação 1, caracterizado por que compreende ainda suprir um gás de redução gerado a partir de um leito de carvão compactado a pelo menos um selecionado a partir de um grupo de reator de redução de leito fluidizado e o reator de redução de leito compactado.
10. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivin- dicação 9, caracterizado por que compreende ainda arrefecer o gás de redução antes de suprir o gás de redução para o reator de redução.
11. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivin- dicação 9, caracterizado por que compreende ainda adicionar um gás de retorno que é gerado removendo o dióxido de carbono a partir de um gás de saída descarregado a partir do reator de redução de leito fluidi- zado e o reator de redução de leito compactado para o gás de redução.
12. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivin- dicação 11, caracterizado por que o gás de redução gerado a partir do leito de carvão compactado é suprido para o reator de redução de leito fluidizado e o reator de redução de leito compactado.
13. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivin- dicação 11, caracterizado por que o gás de retorno compreende: um primeiro gás de retorno que é suprido para o reator de redução de leito fluidizado; e um segundo gás de retorno que é fornecido para o reator de redução de leito compactado.
14. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivin- dicação 13, caracterizado por que uma quantidade do primeiro gás de retorno é maior do que uma quantidade do segundo gás de retorno.
15. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivin- dicação 13, caracterizado por que uma temperatura do gás de redução suprido para o reator de redução de leito fluidizado é mais baixa do que uma temperatura do gás de redução fornecido para o reator de redução de leito compactado.
16. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivin- dicação 15, caracterizado por que uma temperatura do gás de redução suprido para o reator de redução de leito fluidizado é igual ou maior do que 700°C e é mais baixa do que 750°C.
17. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivin- dicação 15, caracterizado por que uma temperatura do gás de redução suprido para o reator de redução de leito compactado está numa faixa de 750°C até 800°C.
18. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivin- dicação 1, caracterizado por que além disso compreende ainda injetar um combustível auxiliar no leito de carvão compactado pelo alcaraviz.
19. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivin- dicação 18, caracterizado por que o combustível auxiliar é injetado no leito de carvão compactado a ser separado do oxigênio. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivin-
20. dicação 18, caracterizado por que o combustível auxiliar é um carvão íinmo que é pré-secado de modo a ter umidade cuja quantidade é igual ou menor do que 1,0% em peso.
21. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivin- dicação 18, caracterizado por que o combustível auxiliar é um carvão fino e um tamanho do carvão fino é igual ou menor do que 3,0 mm.
22. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivin- dicação 18, caracterizado por que o combustível auxiliar é um gás que contém hidrocarboneto.
23. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivin- dicação 1, caracterizado por disso compreende ainda carregar pelotas ou minérios sinterizados no reator de redução de leito compactado e reduzi-los.
24. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivin- dicação 1, caracterizado por que uma relação de redução dos primeiros minérios de ferro é igual ou maior do que 45% na redução dos primeiros minérios de ferro.
25. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivin- dicação 1, caracterizado por que um tempo exigido para reduzir os ferros compactados em conjunto com os segundos minérios de ferro no reator de redução de leito compactado é maior do que um tempo exigido para reduzir os primeiros minérios de ferro no reator de redução de leito fluidizado.
26. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivin- dicação 1, caracterizado por que uma quantidade dos segundos minérios de ferro é igual ou menor do que quarenta por cento de uma soma dos primeiros e segundos minérios de ferro.
27. - Método de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivin- dicação 1, caracterizado por que uma relação de redução dos ferros compactados e os segundos minérios de ferro é igual ou maior do setenta por cento na redução dos ferros compactados e dos segundos minérios de ferro.
28. - Equipamento de Produção de Ferro Fundido, caracterizado por que compreende: um reator de redução de leito fluidizado que reduz os primeiros minérios de ferro; um dispositivo de produção de de ferros compactados conectados ao reator de redução de leito fluidizado e que compacta os primeiros minérios de ferro reduzidos e produz ferro compactado; um reator de redução de leito compactado conectado ao dispositivo de produção de ferros compactados, o reator de redução de leito compactado em que são carregados e reduzidos em conjunto os ferros compactados e os segundos minérios de ferro cujo tamanho é maior do que um tamanho dos primeiros minérios de ferro; um fusor-gasificador conectado ao reator de redução de leito compactado, o fusor-gasificador em que são carregados os segun- dos minérios de ferro, os ferros compactados e os materiais carbonáceos a granel e que produz ferros fundidos injetando gás de oxigênio através de um alcaraviz instalado num lado do fusor-gasificador.
29. - Equipamento de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindicação 28, caracterizado por que uma resistência dos ferros compactados é maior do que uma resistência dos segundos minérios de ferro.
30. - Equipamento de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindicação 29, caracterizado por que a resistência dos ferros compactados é igual ou maior do que 200kg/cm2.
31. - Equipamento de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindicação 29, caracterizado por que a fração vazia do segundo minério de ferro é maior do que a fração vazia dos ferros compactados.
32. - Equipamento de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindicação 29, caracterizado por que a razão de diferenciação de redução dos ferros compactados é menor do que o razão de diferencia- ção de redução dos segundos minérios de ferro na redução dos segun- dos minérios de ferro em conjunto com os ferros compactados.
33. - Equipamento de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindicação 28, caracterizado por que o tamanho dos ferros compac- tados está numa faixa de 8 mm até 40 mm.
34. - Equipamento de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindicação 28, caracterizado por que o tamanho dos segundos minérios de ferro é igual ou maior do que 5 mm.
35. - Equipamento de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindicação 28, caracterizado por que compreende ainda: um primeiro duto de suprimento de gás de redução que conecta o fusor-gasiíicador ao reator de redução de leito fluidizado; e um segundo tubo de suprimento de gás de redução que conecta o fusor-gasiíicador ao reator de redução de leito compactado.
36. - Equipamento de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindicação 35, caracterizado por que compreende ainda um disposi- tivo de remoção de dióxido de carbono que supre um gás de retorno que é gerado por remoção de dióxido de carbono a partir de um gás de saída descarregado a partir do reator de redução de leito fluidizado e o reator de redução de leito compactado para o gás de redução.
37. - Equipamento de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindicação 36, caracterizado por que compreende ainda um gás de saída que arrefece um gás de saída descarregado a partir de pelo menos um selecionado de um grupo do reator de redução de leito fluidizado e o reator de redução de leito compactado.
38. - Equipamento de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindicação 36, caracterizado por que compreende ainda primeiro e segundo tubos de suprimento de gás de retorno que são conectados ao dispositivo para remover dióxido de carbono; e em que o primeiro tubo de suprimento de gás de retorno é conectado ao reator de redução de leito fluidizado; e em que o segundo tubo de suprimento de gás de retorno é conectado ao reator de redução de leito compactado.
39. - Equipamento de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindicação 38, caracterizado por que uma quantidade de um gás de retorno suprido através do primeiro tubo de suprimento de gás de retorno é maior do que uma quantidade de um gás de retorno fornecido pelo segundo tubo de suprimento de gás de retorno.
40. - Equipamento de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindicação 39, caracterizado por que uma temperatura do gás de redução suprido para o reator de redução de leito fluidizado é mais baixa que uma temperatura do gás de redução fornecido para o reator de redução de leito compactado.
41. - Equipamento de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindicação 28, caracterizado por que o alcaraviz compreende: uma linha de injeção de oxigênio através da qual é injetado oxigênio; e uma linha de injeção de combustível auxiliar que é separadamente espaçada da linha de injeção de oxigênio e que injeta um combustível auxiliar no fusor-gasificador.
42. - Equipamento de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindicação 41, caracterizado por que o oxigênio e o combustível auxiliar se encontram um com o outro e são, então, combustados num canal adutor do fusor-gasiíicador; e em que o oxigênio é separadamente espaçado do alcaraviz.
43. - Equipamento de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindicação 42, caracterizado por que a linha de injeção de combus- tível auxiliar está instalada de forma a penetrar através de uma extre- midade frontal do alcaraviz.
44. - Equipamento de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindicação 42, caracterizado por que o combustível auxiliar é um gás que contém gás de hidrocarboneto ou materiais carbonados finos.
45. - Equipamento de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindicação 35, caracterizado por que compreende ainda um arrefe- cedor de gás que arrefece o gás de redução antes que o gás de redução no fusor-gasificador seja suprido ao reator de redução de leito fluidizado e ao reator de redução de leito compactado.
46. - Equipamento de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindicação 28, caracterizado por que uma relação de redução dos primeiros minérios de ferro no reator de redução de leito fluidizado é igual ou maior do que quarenta cinco por cento.
47. - Equipamento de Produção de Ferro Fundido, de acordo com a Reivindicação 28, caracterizado por que o reator de redução de leito fluidizado compreende uma pluralidade de reatores de redução de leito fluidizado que são conectados uns aos outros de uma maneira de estágios múltiplos.
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