ES2272090T3

ES2272090T3 - Metodo de produccion de hierro fundido en hornos dobles.

Info

Publication number: ES2272090T3
Application number: ES99961551T
Authority: ES
Inventors: Glenn E. Hoffman; Ronald D. Gray
Original assignee: Midrex Technologies Inc
Current assignee: Midrex Technologies Inc
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2007-04-16
Anticipated expiration: 2019-10-29
Also published as: EP1144696A1; ATE332982T1; WO2000026420A1; AU1810400A; CA2346977A1; EP1144696A4; CN1330723A; TW518366B; DE69932357T2; AR021028A1; DE69932357D1; EP1144696B1; CN100343396C; JP2002528645A; JP4060034B2; US6251156B1; CA2346977C; AU761344B2

Abstract

Método para producir un producto de hierro fundido que contiene carbono a partir de un material rico en hierro y carbono, teniendo dicho producto de hierro concentraciones de desde aproximadamente el 1% hasta aproximadamente el 5% de carbono (C) y desde aproximadamente el 93, 4% hasta aproximadamente el 98, 8% de hierro (fe), comprendiendo dicho método las etapas de: (a) formar compactos que comprenden materiales ferruginosos y que contienen carbono y compuestos de formación de escoria; (b) reducir previamente dichos compactos en un horno de solera giratoria que tiene una descarga calentando los compactos hasta una temperatura de 700ºC a 1100ºC y produciendo así hierro metalizado que contiene carbono; (c) introducir directa, continua y herméticamente el hierro metalizado que contiene carbono en un horno de fusión eléctrico mediante un ramal de alimentación; (d) calentar y fundir el hierro metalizado que contiene carbono en el horno de fusión eléctrico a temperaturas elevadas formando el producto de hierro fundido que contiene carbono que comprende además mantener una temperatura de 1550ºC a 1630ºC dentro de dicho horno de fusión eléctrico para potenciar la eliminación de azufre de dicho producto de hierro fundido que contiene carbono; (e) minimizar la entrada de aire en dicha etapa de calentamiento; (f) reducir los compuestos de formación de escoria para ayudar a la desulfuración del hierro fundido; y (g) descargar el producto de hierro fundido que contiene carbono desde el horno de fusión eléctrico.

Description

Método de producción de hierro fundido en hornos dobles.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a un método mejorado para la producción de hierro fundido en un funcionamiento continuo de horno doble. Más particularmente, esta invención se refiere a un método de tratamiento continuo de hierro de reducción directa caliente en un horno de fusión eléctrico.

Antecedentes de la invención

En el pasado se ha utilizado un compacto poroso, de baja densidad, de mezcla preparada, que contiene humo de sílice, agentes reductores carbonosos finamente divididos tales como coque de petróleo o carbón, y de manera óptima con hierro y un aglutinante.

En el pasado se ha llevado ha cabo una reducción utilizando gas de escape generado por un horno de fusión en un horno de solera giratoria. Se fomentó un método de funcionamiento que requería menos energía y un horno de fusión menor introduciendo reductores gaseosos y combustible en el horno de solera giratoria.

Se ha llevado a cabo un método de preparación de un producto de ferroaleación fundido en un horno de fusión a partir de una briqueta de alimentación de hierro metalizado, óxido metálico de aleación granulado y un material carbonoso.

Se conoce un método mejorado mediante el nombre comercial o la marca comercial de FASTMET y un aparato para producir hierro de reducción directa a partir de óxido de hierro y compactos de carbono y ferruginosos que se disponen en capas de no más de dos capas anchas sobre una solera giratoria, y se metalizan calentando los compactos hasta temperaturas de aproximadamente 1316º a 1427ºC, durante un periodo corto de tiempo. Para una comprensión general de la técnica reciente, la patente de los EE.UU. número 5.730.775 se incorpora al presente documento como referencia.

Bauer, K. H. et al., Stahl Und Eisen, vol. 110, nº 7, 13 de julio de 1990, páginas 89-96 describe un procedimiento para "reciclado de residuos metalúrgicos según el proceso de reducción directa Inmetco". Bauer, et al., enseñan un procedimiento para recuperar residuos metalúrgicos ricos en hierro utilizando un procedimiento para formar pastillas verdes premezcladas que combina el residuo férrico y reductores de grano fino a base de carbón para preparar pastillas, que se alimentan luego a un horno de solera giratoria. Las pastillas o briquetas de hierro se calientan hasta 1250ºC, reduciendo luego el óxido de hierro a hierro esponjoso. En un proceso posterior, el hierro esponjoso puede refinarse en un horno de arco eléctrico dando como resultado un metal de bajo contenido en azufre adecuado para la carga en la planta de fabricación de acero LD. Bauer, et al., han reconocido que la utilidad potencial de este procedimiento y la construcción de una planta de demostración están actualmente siendo estudiados.

Todos los procedimientos principales de fabricación de acero requieren la entrada de materiales ferruginosos como materias primas del procedimiento. En un procedimiento de fabricación de acero que utiliza un horno con soplado de oxígeno, los materiales de alimentación ferruginosos son normalmente metal caliente de alto horno y chatarra de acero. Una fuente de hierro usada ampliamente es un producto conocido como hierro de reducción directa ("HRD") que se produce mediante la reducción en estado sólido de mineral de hierro u óxido de hierro a hierro metalizado son la formación de hierro líquido. "Metalizado" en este sentido, y en toda la memoria descriptiva, no significa recubierto con metal, sino que significa sustancialmente reducido al estado metálico.

Se buscan mejoras dentro de la industria para modificaciones de horno y métodos mejorados de funcionamiento que proporcionan una producción continua eficaz de hierro de alta pureza con un intervalo de contenido de carbono en el que los óxidos de hierro se reducen de manera eficaz a hierro purificado en el procedimiento mientras que se separan componentes de escoria del hierro purificado.

Específicamente, se busca un producto de hierro de alta pureza con un intervalo especificado de contenido de carbono, un intervalo especificado de contenido de silicio y manganeso, y un bajo contenido de azufre y bajo contenido de fósforo por la industria de la fabricación de acero. El producto de hierro fundido de esta calidad se produce normalmente mediante un alto horno o se acondiciona tras la producción en alto horno. Otros hornos de fusión tales como los hornos de arco eléctrico u hornos de arco sumergido convencionales producen hierro fundido que tiene diferente química, en el que no se consigue de manera eficaz el contenido de silicio reducido preferido. El motivo por el que los hornos de fusión alternativos no pueden cumplir los requisitos químicos de la industria para metal caliente es que estos hornos fracasan en proporcionar las condiciones simultáneas necesarias de equilibrio óptimo del proceso termodinámico y una fusión rápida. El método de la invención proporciona el entorno así como la flexibilidad del procedimiento de manera que el contenido de silicio en el metal caliente puede conseguirse fácilmente (aumentarse o disminuirse) ajustando la potencia de entrada al horno de fusión eléctrico (temperatura).

Sumario de la invención

El método de la invención según la reivindicación 1 alimenta continuamente material que contiene óxido de hierro y compuestos carbonosos en una secuencia de etapas de proceso en caliente. La primera etapa de proceso en caliente emplea un horno de solera giratoria, que funciona por debajo del punto de fusión del material, que efectúa la reducción previa del material. El material de salida del horno de solera giratoria se introduce continua y herméticamente en un horno de fusión eléctrico en el que el material se reduce adicionalmente a temperaturas superiores al punto de fusión del material. El material que sale del horno de solera giratoria de reducción previa no se expone nunca al aire ni se enfría entre el orificio de salida del horno de reducción previa y la entrada al horno de fusión eléctrico. El método de la invención produce una masa fundida de hierro de alta pureza que contiene un porcentaje especificado de carbono. Los materiales de partida se introducen en el proceso de reducción previa de solera giratoria en capas en la forma de compactos (por ejemplo, material comprimido). El material reducido previamente procedente de la etapa de solera giratoria se alimenta continua y directamente a la zona interior central del horno de fusión eléctrico. El horno de fusión eléctrico se mantiene a una temperatura que sobrepasa el punto de fusión del material y se minimiza la entrada de oxígeno para garantizar una reducción eficaz. Se extrae periódicamente el producto de hierro de alta pureza del horno de fusión eléctrico y se hace la sangría a una temperatura de 1550ºC a 1630ºC.

Utilizar una etapa de reducción previa de calentamiento de compactos ferruginosos en un horno de solera giratoria, luego alimentar directa y continuamente el hierro metalizado que contiene carbono en un horno de fusión eléctrico efectúa un producto de muy alto contenido de hierro que tiene altos porcentajes de carbono. Además, las condiciones del procedimiento de fusión son tales que se minimiza el contenido de azufre, parte del SiO_{2} se reduce a silicio, y parte del MnO se reduce a manganeso en el producto final. Por tanto, se proporciona un producto con un contenido de hierro extremadamente deseable para su uso por la industria de fabricación de acero.

Objetos de la invención

El principal objeto de la presente invención es proporcionar un método de obtención de una reducción eficaz de un material rico en óxido de hierro a temperaturas elevadas en una serie de hornos.

Otro objeto de la invención es proporcionar un método de obtención de una producción continua eficaz de hierro líquido de alta pureza que tiene concentraciones de aproximadamente el 1% a aproximadamente el 5% de carbono a temperaturas elevadas en una serie de hornos con separación de los componentes de escoria del producto final de hierro-carbono líquido purificado.

Un objeto adicional de la invención es proporcionar un método de desulfuración de hierro de alta pureza y reducción de los contaminantes en hierro de reducción directa alimentándolo continuamente a un horno de fusión eléctrico.

Los objetos de la invención se satisfacen mediante un método para producir un producto de alto porcentaje de carbono y hierro sumamente purificado a partir de materiales ricos en óxido de hierro, según la reivindicación 1, que comprende las etapas de proporcionar un horno para la reducción directa de materiales ricos en óxido de hierro, que contienen carbono, en la forma de compactos, disponer en capas los compactos ricos en óxido de hierro y carbono en el horno, reducir previamente los compactos de óxido de hierro y carbono, realizando la etapa de reducción previa en un horno que tiene una superficie de solera giratoria, produciendo la etapa de reducción previa hierro metalizado que contiene carbono caliente, luego usar un horno de fusión eléctrico para alojar el hierro metalizado que contiene carbono caliente procedente de la etapa de reducción previa, la segunda etapa del proceso en caliente incluye colocar dicho horno de fusión eléctrico en las proximidades del horno de solera giratoria. Tras la etapa en el horno de solera giratoria, el material de hierro metalizado que contiene carbono sólido, caliente, se utiliza para cargar directa y continuamente un horno de fusión eléctrico. La carga se inserta dentro de la zona interior central del horno de fusión eléctrico más próxima a la superficie de contacto del baño de hierro fundido/electrodo, o en otros hornos de fusión eléctricos, insertada en la región de escoria mínima, realizando un rápido calentamiento del hierro metalizado que contiene carbono hasta temperaturas de licuefacción mientras se minimiza la entrada de oxígeno para garantizar condiciones de reducción óptimas. En último lugar, el producto de hierro de alta pureza procedente del horno de fusión eléctrico se retira periódicamente sin interrumpir el funcionamiento continuo de los hornos. El método de utilizar una etapa de reducción previa de calentamiento de compactos carbonosos que contienen óxido de hierro en un horno de solera giratoria, y directamente, alimentar continua y herméticamente el hierro metalizado que contiene carbono sólido, caliente, procedente de este horno a un horno de fusión eléctrico proporciona un producto de alto contenido de hierro que tiene altos porcentajes de carbono, con una desulfuración significativa del producto, una reducción significativa de los óxidos de silicio a silicio, y una reducción del óxido de manganeso a manganeso.

Breve descripción de los dibujos

Los objetos anteriores y otros resultarán más fácilmente evidentes haciendo referencia a la siguiente descripción detallada y el dibujo adjunto en el que:

La figura 1 es un diagrama de flujo del método para producir hierro de alta pureza según esta invención.

La figura 2 es una vista desde arriba esquemática del horno de solera giratoria según la invención.

La figura 3 es una sección transversal vertical de un horno de fusión eléctrico típico, un horno de arco eléctrico trifásico, para su uso con la invención.

Descripción detallada

Ahora se describirá la presente invención con más detalle a continuación en el presente documento con referencia a los dibujos adjuntos, en los que se muestra una realización preferida de la invención. Sin embargo, esta invención puede realizarse en muchas formas diferentes y no debe interpretarse como limitada a la realización expuesta en el presente documento; en su lugar, se proporciona esta realización de modo que esta descripción será rigurosa y completa, y transmitirá el alcance de la invención totalmente a los expertos en la técnica. Los números similares se refieren a elementos similares en todo el documento.

Haciendo referencia ahora a la figura 1, el método 10 global usa un primer y un segundo proceso en caliente para producir el producto final deseado. Los materiales de entrada consiste en: óxidos 12 de hierro o materiales residuales ferruginosos tales como limaduras, lodos, batiduras de laminación, o una combinación de los mismos 22; reductores 14 tales como polvo de carbón, finos de carbón y otros materiales carbonosos; formadores 16 de escoria tales como SiO_{2}, CaO, Al_{2}O_{3}, CaF_{2} (espato flúor) y/o MgO; y un aglutinante 18. Estos materiales se forman para dar compactos 19, preferiblemente en la forma de briquetas o pastillas de tamaño uniforme. Los compactos llenan una tolva 20 desde la que se transportan continuamente hasta un orificio de entrada de un horno 28 de solera giratoria. Los compactos ricos en óxido de hierro se colocan en una capa o capas sobre la superficie 42 de la solera. La solera gira, haciendo avanzar el material a través de dos o más zonas calientes que realizan una reducción de los óxidos sin volverse líquido el material. El material de salida, hierro con reducción previa, HRD, de este primer proceso en caliente es hierro metalizado en un 70% a un 95% a una temperatura de aproximadamente 700ºC a aproximadamente 1100ºC. El material de HRD con reducción previa se transporta directa, hermética y continuamente a través del ramal 29 de alimentación desde la solera giratoria para cargar un horno 34 de fusión eléctrico. El HRD se alimenta directa y continuamente a la parte central del horno de fusión, en la que se licua muy rápidamente (en el plazo de segundos). El horno de fusión refina además el material de hierro líquido también. El ensayo del material de hierro final puede modificarse fácilmente controlando las condiciones en el horno. Pueden usarse modificadores 32 de escoria o materiales 31 carbonosos, según sea necesario, para controlar el material de salida final y/o la viscosidad de la escoria. Se realiza la sangría del horno de fusión periódicamente para retirar una parte de la escoria 38 y posteriormente, el producto 36 de hierro líquido. Pueden añadirse materiales 31 carbonosos tras la sangría. Puede obtenerse hierro fundido de alta pureza, con contenido extremadamente bajo de azufre, y de carbono y silicio especificados, a una temperatura de salida de aproximadamente 1300ºC a aproximadamente 1700ºC dentro de los intervalos facilitados en la tabla 1. Puede especificarse la posición dentro de cada intervalo.

TABLA 1

Producto final
Fe	98,8%	93,4%
C	1,0%	5,0%
Si	0,2%	1,5%
S	\sim0,00%	0,10%

Lo anterior es una breve visión general del método. Ahora se desarrollarán los detalles en una discusión del aparato usado.

Véase la figura 2 para los elementos del horno 28 de solera giratoria. El tratamiento térmico puede realizarse mediante quemadores de gas fijos, quemadores de gas basculantes u otros dispositivos para calentar un horno. Los materiales de entrada procedentes de la tolva 20 son compactos 19 que consisten en óxidos 12 de hierro y/o materiales 22 residuales ferruginosos, reductores 14 tales como polvo de carbón, finos de carbón y otros materiales carbonosos; formadores 16 de escoria tales como SiO_{2}, CaO, Al_{2}O_{3}, CaF_{2} (espato flúor) y/o MgO, y un aglutinante 18. El transportador 21 puede ser un transportador alimentador vibratorio u otro transportador habitual de cinta, neumático o de espiral continuo de materiales dimensionados como pastillas. Los compactos 19 contienen material 16 de alimentación de formadores de escoria con adiciones de CaO y/o MgO de modo que la razón de cal/sílice, C/S (%CaO/%SiO_{2}) y/o la razón "V" (%CaO + %MgO/(%SiO_{2} + %Al_{2}O_{3}) puede adaptarse a una composición específica que luego influye en la desulfuración del baño por la escoria generada en el horno de fusión. Véase la tabla 2.

TABLA 2

Razones de escoria
Razón	Definición	Mínimo aproximado	Máximo aproximado
C/S	%CaO/%SiO_{2}	0,5	2,2
V	(%CaO + %MgO) /(%SiO_{2} + %Al_{2}O_{3})	0,4	1,4

La colocación del material dentro del horno de solera giratoria incluye la disposición en capas de los compactos 19 de material rico en óxido de hierro sobre la superficie 42 de la solera en una única capa (carga del 100%) o múltiples capas (por ejemplo, carga del 200%). La carga se realiza mediante la tasa a la que se suministran compactos al horno en combinación con la altura de una niveladora 44 sobre la superficie de la solera. Este procedimiento se presta por sí mismo al calentamiento uniforme de los compactos y produce una química uniforme del producto de HRD.

El material de hierro metalizado descargado del horno 28 de solera giratoria de la etapa de reducción previa incluye azufre, fósforo y compuestos de óxido metálico procedentes de los formadores de escoria contenidos en los materiales de alimentación ferruginosos, ceniza reductora. El producto de HRD caliente contiene suficiente carbono para albergar la carburación del metal caliente en el horno 34 de fusión eléctrico asó como la reducción del FeO residual y la reducción parcial (de aproximadamente el 1% a aproximadamente el 99%) de otras especies de óxido tales como SiO_{2} y MnO, más cualquier carbono en exceso, según se requiera por el procedimiento. La temperatura del material de salida procedente del horno 28 de solera giratoria debe estar preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 700ºC a aproximadamente 1100ºC. El producto de hierro metalizado que contiene carbono procedente del horno 28 de solera giratoria se metaliza hasta aproximadamente un contenido de hierro del 70% al 95% sobre la superficie de la solera. El material se transporta directa, continua y herméticamente para cargar un horno de fusión eléctrico mediante el ramal 29 de alimentación que es un transportador de descarga.

Haciendo referencia a la figura 3, que es una sección transversal esquemática de un horno 34 de fusión eléctrico habitual. Pueden adaptarse diversos tipos de hornos de fusión eléctricos para esta aplicación. Existen dos tipos básicos, tipos de arco y tipos de inducción. Puede utilizarse cualquier tipo. Se prefieren para su uso los tipos de arco eléctrico. Existen varias variaciones en los diseños de horno de arco. El tipo ilustrado en el presente documento es un horno 34 de arco eléctrico que emplea una solera 48 no conductora y alimentación 54 de corriente alterna (CA) trifásica. El horno se utiliza tanto para fundir como para refinar la carga. El horno preferido tiene una bóveda 52 aislante, en la que penetran electrodos 50. Los electrodos ilustrados se alimentan mediante una fuente de alimentación trifásica. También pueden utilizarse los tipos de CC y CA monofásica. El secundario del transformador que impulsa los electrodos 50 ilustra el hecho de que la potencia de entrada, y por tanto la temperatura, puede ajustarse fácilmente.

Como parte de la etapa de alimentación, se carga directamente HRD caliente en el horno 34 de fusión de arco eléctrico y se dirige preferiblemente hacia el centro del horno de fusión, cerca de la región de formación de arco entre los electrodos y el baño de hierro fundido. Pueden añadirse compuestos 31 carbonosos y modificadores 32 de escoria adicionales, incluyendo cal, silicatos y agentes fundentes al horno de fusión de arco eléctrico, según sea necesario, para aumentar la composición del HRD descargado desde el horno 28 de solera giratoria. La fusión de los compactos de HRD se produce apenas en segundos tras cargarse en el horno 34 de fusión de arco eléctrico.

Para la etapa de calentamiento en el horno de fusión eléctrico, se prefiere el uso de electrodos de grafito o carbono precocidos a los electrodos de tipo Sorderburg (de autococción). Esto simplifica el funcionamiento, reduce el gasto de capital y mejora la eficacia eléctrica. Mantener la integridad atmosférica incluye eliminar o minimizar la entrada de aire y otros gases indeseables en el horno de fusión. La minimización de la entra de aire evita una nueva oxidación del hierro reducido, hierro fundido y cualquier otra especie reducida o especie aleada en el hierro fundido. Para el horno de fusión de arco eléctrico, puede utilizarse un cierre especial que tiene capacidad para gas de purga, alrededor de la configuración en delta de electrodos u otra configuración de electrodos en la que los electrodos 50 penetran en el horno de fusión a través de la bóveda 52.

Puesto que un horno de fusión eléctrico no depende de la combustión de combustibles con aire o aire enriquecido en oxígeno, o de la combustión posterior de combustibles desprendidos del baño de hierro fundido con aire, aire enriquecido en oxígeno u oxígeno, se mantiene fácilmente la atmósfera reductora. Por ejemplo, algunos procedimientos híbridos de reducción por fundición se basan en la combustión posterior de los gases de CO y H_{2} desprendidos de un gasificador de baño de hierro fundido para la entrada de energía al mineral de hierro precalentado del procedimiento y/o materiales ricos en óxido de hierro reducidos. De hecho, los procedimientos de fusión o fundición basados en la combustión pueden producir productos de combustión que están en equilibrio con el hierro fundido, o favorecer la reducción de los materiales ricos en óxido de hierro, pero todavía oxidando a otras especies reducidas o aleadas que son componentes deseables en el hierro fundido, por ejemplo, especies tales como Si y Mn. En el método de funcionamiento de la invención, el horno 34 de fusión eléctrico tiene una ventaja definida sobre los hornos de fusión y/o hornos de fundición basados en la combustión.

Como parte de la etapa de calentamiento dentro del horno de fusión eléctrico, se mantiene una condición de escoria de baja densidad dentro del horno de fusión eléctrico como una consideración clave del procedimiento porque la escoria de baja densidad fomenta la fácil penetración de los compactos de HRD calientes en la zona de fusión eléctrica. Además, la escoria de baja densidad confiere rápidamente una alta transferencia de calor al HRD, que mejora la velocidad de fusión del HRD dentro del horno de fusión eléctrico. La condición de escoria de baja densidad se crea haciendo reaccionar la pequeña cantidad del FeO residual contenido en el HRD con el carbono en disolución dentro del baño de hierro fundido, o con carbono contenido en la fase de escoria del material de alimentación, liberando monóxido de carbono, CO, que produce la espumación de la escoria. El grado de espumación de la escoria dentro del horno de fusión eléctrico depende de la metalización del HRD de entrada. Se produce un grado mayor de espumación de la escoria cuando el HRD de entrada no está excesivamente metalizado, es decir, el nivel de metalización de hierro del material es inferior al 90%, confiriendo una transferencia de calor superior al hierro de reducción directa. Si el HRD de entrada está sumamente metalizado, es decir, niveles de metalización del hierro superiores al 90%, se producirá un grado menor de espumación de la escoria, confiriendo una transferencia de calor inferior al HRD. Puesto que es deseable una espumación controlada de la escoria dentro del horno de fusión eléctrico, la condición óptima para el horno de fusión eléctrico es proporcionar compactos de HRD calientes procedentes del horno de solera giratoria que están en el intervalo de metalización del hierro del 70% al 92%, pero preferiblemente en el intervalo del 80% al 90%. Esta condición se prefiere a pesar del hecho de que el uso de HRD de metalización superior requiere menos energía eléctrica para el tratamiento en el horno de fusión eléctrico que el HRD de metalización inferior.

Como beneficio de la etapa de reducción previa, y el uso posterior de un horno de fusión eléctrico, el SiO_{2} y el MnO contenidos en los compactos de HRD calientes alimentados directamente al horno de fusión se someten a un entorno de fusión en el horno 34 de fusión eléctrico que puede manipularse para ser propicio para la reducción de SiO_{2} y/o SiO a [Si] (silicio contenido en el hierro fundido), y la reducción de MnO a [Mn] (Mn contenido en el hierro fundido) que se asimila fácilmente en el hierro fundido. El grado de reducción del óxido de silicio y el óxido de manganeso se controla fácilmente mediante la temperatura del baño, es decir, cuanto mayor es la temperatura, mayor es el grado de reducción del óxido de silicio o del óxido de manganeso, y mayor es la velocidad de captación de silicio y manganeso en el baño de hierro líquido. Las temperaturas del baño del horno de fusión eléctrico pueden controlarse variando la potencia de entrada al horno de fusión a través de los electrodos. Otra alternativa es la adición en el horno de fusión eléctrico de óxidos de silicio, óxidos de aluminio y otros materiales 32 de acondicionamiento de la escoria.

El funcionamiento óptimo del horno de fusión eléctrico para la desulfuración de los compactos de HRD calientes se logra mediante altas temperaturas y los componentes básicos (CaO y MgO) contenidos en los compactos de HRD. A medida que el SiO_{2} contenido en los compactos de HRD se reduce a Si, aumenta la razón eficaz de cal con respecto a sílice (CaO/SiO_{2}) en la escoria, que a su vez aumenta el potencial de desulfuración de la escoria. Este fenómeno, combinado con una escoria de bajo contenido de FeO permite que el horno 34 de fusión eléctrico produzca hierro líquido con un contenido de azufre extremadamente bajo. Se ha observado que la razón de reparto de azufre en escoria/metal caliente, K, oscila desde aproximadamente 50 hasta aproximadamente 150.

K = \frac{(S)}{[S]}

en la que (S) es la concentración de azufre en la fase de escoria y [S] es la concentración de azufre en la fase metálica. Esta condición fortuita de procedimiento da como resultado niveles de azufre en metal caliente que se observa que oscilan desde aproximadamente el 0,01 hasta aproximadamente el 0,016% en las temperaturas de sangría del horno de aproximadamente 1450ºC a aproximadamente 1550ºC. Pueden conseguirse niveles de azufre en metal caliente incluso inferiores a temperaturas de sangría superiores, es decir, oscilando el %S desde aproximadamente el 0,005% hasta aproximadamente el 0,009% a una temperatura de sangría del horno que oscila desde aproximadamente 1550ºC hasta aproximadamente 1630ºC.

El horno 34 de fusión eléctrico debe mantener un gran resto de hierro fundido de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 veces la cantidad de metal sangrado. La temperatura óptima para los funcionamientos normales del horno de fusión eléctrico para reducir los óxidos de silicio es el intervalo de temperatura de aproximadamente 1450ºC a aproximadamente 1550ºC en la sangría. Se realiza la sangría del horno periódicamente tanto para el metal caliente como para la escoria sin interrumpir las operaciones de fusión y carga continuas. Entonces, se vuelven a cerrar los agujeros de sangría utilizando métodos conocidos en la técnica.

El funcionamiento óptimo del horno 34 de fusión eléctrico requiere minimizar la entrada de oxígeno mientras se mantienen las temperaturas descritas anteriormente. La salida 36 del método 10 mejorado es hierro de alta pureza que tiene un contenido de azufre y un contenido de silicio máximos especificados deseablemente bajos y un contenido de carbono especificado deseablemente alto. La escoria 38, que tiene bajas concentraciones de hierro, se separa dentro del horno 34 de fusión eléctrico y se retira por separado del producto 36 de hierro de alta pureza. El hierro de bajo contenido de azufre que tiene las características descritas anteriormente incluyendo un alto contenido de carbono es extremadamente deseable para los fabricantes de acero porque la desulfuración normal en el recipiente de fabricación de acero o bien se minimiza o bien es innecesaria. El método de funcionamiento descrito anteriormente conduce tanto a un aumento de la productividad del producto de hierro de pureza superior como a costes de funcionamiento inferiores en la industria de fabricación de acero.

Sumario de la consecución de los objetos de la invención

A partir de lo anterior, es fácilmente evidente que se ha inventado un método que consigue la reducción eficaz de materiales ricos en óxido de hierro a temperaturas elevadas en una serie de hornos, la producción continua eficaz de hierro líquido de alta pureza que tiene concentraciones de carbono de aproximadamente el 1% a aproximadamente el 5% a temperaturas elevadas con separación de los componentes de escoria del producto final de hierro-carbono líquido purificado, y la desulfuración del hierro de alta pureza y reducción de los contaminantes en hierro de reducción directa alimentando continuamente un horno de fusión eléctrico.

La invención se ha descrito en detalle, con referencia a ciertas realizaciones preferidas, con el fin de permitir al lector practicar la invención sin excesiva experimentación.

Claims

1. Método para producir un producto de hierro fundido que contiene carbono a partir de un material rico en hierro y carbono, teniendo dicho producto de hierro concentraciones de desde aproximadamente el 1% hasta aproximadamente el 5% de carbono (C) y desde aproximadamente el 93,4% hasta aproximadamente el 98,8% de hierro (fe), comprendiendo dicho método las etapas de:

(a): formar compactos que comprenden materiales ferruginosos y que contienen carbono y compuestos de formación de escoria;

(b): reducir previamente dichos compactos en un horno de solera giratoria que tiene una descarga calentando los compactos hasta una temperatura de 700ºC a 1100ºC y produciendo así hierro metalizado que contiene carbono;

(c): introducir directa, continua y herméticamente el hierro metalizado que contiene carbono en un horno de fusión eléctrico mediante un ramal de alimentación;

(d): calentar y fundir el hierro metalizado que contiene carbono en el horno de fusión eléctrico a temperaturas elevadas formando el producto de hierro fundido que contiene carbono que comprende además mantener una temperatura de 1550ºC a 1630ºC dentro de dicho horno de fusión eléctrico para potenciar la eliminación de azufre de dicho producto de hierro fundido que contiene carbono;

(e): minimizar la entrada de aire en dicha etapa de calentamiento;

(f): reducir los compuestos de formación de escoria para ayudar a la desulfuración del hierro fundido; y

(g): descargar el producto de hierro fundido que contiene carbono desde el horno de fusión eléctrico.

2. Método según la reivindicación 1, en el que dicho horno de reducción previa es un horno de solera giratoria que tiene una superficie de solera que puede girar, y dichos compactos se sitúan sobre dicha superficie de solera que puede girar.

3. Método según la reivindicación 2, que comprende además disponer en capas dichos compactos de manera uniforme en una pluralidad de capas sobre dicha superficie de solera que puede girar.

4. Método según la reivindicación 1, en el que la etapa de calentamiento y fusión se lleva a cabo con electrodos de material precocido seleccionado del grupo que consiste en carbono y grafito.

5. Método según la reivindicación 1, que comprende además mantener una escoria con espumación durante dicha etapa de calentamiento y fusión.

6. Método según la reivindicación 1, que comprende además mantener un entorno reductor dentro de dicho horno de fusión eléctrico.

7. Método según la reivindicación 6, que comprende además establecer una purga de nitrógeno o un gas inerte dentro de dicho horno de fusión eléctrico.

8. Método según la reivindicación 7, en el que dicha etapa de reducción previa comprende mantener la temperatura de 700ºC a 1100ºC en la descarga de dicho horno de reducción previa.

9. Método según la reivindicación 1, en el que dichos compactos se forman con reductores (14) en ellos, seleccionándose los reductores del grupo que consiste en polvo de carbón, finos de carbón, grafito, ceniza, coque de petróleo y otros compuestos carbonosos.

10. Método según la reivindicación 1, en el que dichos compactos se forman a partir de materiales seleccionados del grupo que consiste en reductores (14), tales como polvo de carbón, finos de carbón, grafito, ceniza, coque de petróleo y otros compuestos carbonosos; óxidos (12) de hierro o materiales residuales ferruginosos tales como lodos de acería, batiduras de laminación, limaduras ferruginosas o combinaciones de los mismos; formadores (16) de escoria tales como compuestos de óxido de silicio, arena, taconita, compuestos de óxido de manganeso, compuestos de óxido de magnesio, compuestos de óxido de aluminio; y un aglutinante (18).

11. Método según la reivindicación 1, en el que el producto de hierro fundido que contiene carbono de alta pureza tiene niveles de azufre de desde aproximadamente el 0,005% hasta aproximadamente el 0,016%.

12. Método según la reivindicación 1, en el que el producto de hierro fundido que contiene carbono de alta pureza contiene al menos aproximadamente un 95% de hierro.

13. Método según la reivindicación 1, que comprende además añadir compuestos (31) que contienen carbono en dicho horno de fusión eléctrico.

14. Método según la reivindicación 1, que comprende además añadir materiales (32) de acondicionamiento de escoria en el horno de fusión eléctrico.