ES2281384T3

ES2281384T3 - Metodo para procesar de manera reductora la escoria liquida y el polvo de la camara de filtros del horno de arco electrico.

Info

Publication number: ES2281384T3
Application number: ES01103864T
Authority: ES
Inventors: John A. Vallomy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-02-17
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2007-10-01
Anticipated expiration: 2021-02-16
Also published as: US6438154B2; EP1126039B1; US20010046251A1; ATE353980T1; DE60126526D1; EP1126039A1; DE60126526T2; JP2001323327A

Abstract

Método para procesar los subproductos de la escoria líquida y el polvo de la cámara de filtros generados mediante un horno de arco eléctrico para recuperar metales valiosos utilizando un aparato que tiene una carcasa (18) inferior y una carcasa (30) superior, comprendiendo dicho método: introducir escoria (16) líquida procedente de dicho horno (2) en una parte (18) de carcasa inferior; mantener la temperatura de dicha escoria líquida por encima de aproximadamente 1300ºC; introducir arena en dicha escoria líquida; situar dicha parte (18) de carcasa inferior por debajo de dicha parte (30) de carcasa superior; acoplar dicha parte (18) de carcasa inferior a dicha parte (30) de carcasa superior para formar una cámara; añadir simultáneamente una fuente de carbono a la escoria líquida, añadir el polvo (36) de la cámara de filtros a la escoria líquida a través de una lanza (40) que se extiende a través de la carcasa (30) superior, y calentar la escoria líquida, y formar un metal fundido en dicha parte de carcasa inferior con una capa de escoria sobre la misma; dejar escapar los gases de la cámara, conteniendo dichos gases monóxido de carbono, vapor (56) de plomo reducido y vapor (58) de zinc reducido; desacoplar dicha parte (18) de carcasa inferior de dicha parte (30) de carcasa superior; y someter a sangría la parte de carcasa inferior, extrayendo así la escoria de la capa inferior de metal fundido reducido de los contenidos de la parte (18) de carcasa inferior.

Description

Método para procesar de manera reductora la escoria líquida y el polvo de la cámara de filtros del horno de arco eléctrico.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método para procesar los subproductos de la escoria líquida y el desecho de polvo de la cámara de filtros de un horno de arco eléctrico para recuperar componentes metálicos valiosos a partir de los mismos. La presente invención se refiere además a un método para procesar los subproductos de la escoria líquida y el polvo de la cámara de filtros de un horno de arco eléctrico para reducir la cantidad de subproductos de desecho.

Antecedentes de la invención

La industria del acero en todo el mundo produce más de 750 millones de toneladas de acero bruto cada año. La producción moderna del acero produce una variedad de productos de desecho que son potencialmente dañinos para el medio ambiente y cuya eliminación es costosa. Los más predominantes de estos productos de desecho son la escoria y el polvo de la refinación del acero.

Por cada tonelada (tonelada métrica o 1000 kilogramos) de acero líquido producido por un horno de arco eléctrico (HAE), se producen aproximadamente 110 kg (kilogramos) de escoria líquida y aproximadamente 11 kg de polvo de la refinación del acero. La composición de la escoria depende de la calidad de la carga metálica (chatarra comercial, HRD (hierro de reducción directa), etc.) que se está introduciendo en el HAE así como del tipo de acero que se está produciendo y de los demás componentes añadidos al HAE en la producción y refinación del acero.

En la actualidad, la escoria líquida se extrae de un horno para la fabricación de acero, tal como un horno de arco eléctrico, mediante un proceso conocido como desescoriado, en el que se decanta la escoria desde una capa inferior de metal fundido. Durante el desescoriado, inevitablemente quedan atrapadas cantidades residuales de metal valioso dentro de la escoria líquida y posteriormente se decantan junto con la escoria líquida. Los metales también pueden excluirse accidentalmente en la fase líquida durante la etapa de sangría. En un esfuerzo por recuperar tal metal perdido, tradicionalmente se ha descargado la escoria líquida del horno de fusión a un parque de escoria en el que se permite que se enfríe la escoria líquida y la escoria sólida resultante se tritura y trata para recuperar parte del metal valioso. Algunas formas de escoria triturada, una vez envejecida, pueden usarse como una base en la construcción de carreteras. Sin embargo, la escoria procedente de un horno de arco eléctrico no puede usarse en la industria cementera por la composición química menos apropiada y el aumento de la variabilidad de la escoria del HAE comparado con la escoria del alto horno típico.

Desde un punto de vista medioambiental, el manejo de la escoria procedente de un HAE en un parque de escoria contribuye de manera importante a la contaminación de la planta de fabricación de acero y también puede ser peligroso, dependiendo de la composición química de la escoria. Cuando los componentes de la escoria pueden lixiviarse, la escoria debe desecharse en un vertedero.

El polvo de refinación del acero y los componentes químicos evaporados producidos durante el proceso de fabricación del acero proporcionan otra corriente de desecho de posibles contaminantes. Los componentes que escapan del HAE en la forma de polvo o vapor incluyen zinc, hierro, plomo, cloro, magnesio, manganeso, y pequeños porcentajes de otros metales, principalmente como óxidos. Aunque el polvo y el vapor (colectivamente, polvo de la cámara de filtros) pueden capturarse con equipo de cámara de filtros convencional, el polvo de cámara de filtros capturado debe tratarse como un desecho peligroso debido a su composición.

En la actualidad, el polvo se captura en y se recoge de la cámara de filtros y posteriormente se envía para procesarse, para recuperar principalmente zinc y plomo. El polvo de la cámara de filtros se considera que es peligroso, debido a los materiales potencialmente peligrosos que contiene, y por tanto, siempre debe manejarse de manera apropiada. Por tanto, la producción de acero que utiliza un HAE típico da como resultado un corriente de desecho de escoria y una corriente de desecho de polvo de la cámara de filtros, que contienen ambas materiales metálicos valiosos.

El documento GB 1412486 A se refiere a la recuperación de escorias metalúrgicas. Una escoria metalúrgica se somete a sangría y luego se trata con carbono y un material que contiene silicio o aluminio en forma libre o combinada a una temperatura tal como para evitar la formación de espuma y permitir que sedimente el metal que estaba originalmente en la escoria y el producido por reducción. La escoria se trata con cal o un material que contiene óxido de aluminio para hacerla de composición adecuada para la adición a cemento Portland o cemento de aluminato, o como cemento por sí misma.

El documento WO 99/14381 A se refiere a un procedimiento para volver a procesar escorias de acero y materiales ferríferos, tales como, por ejemplo, escoria de horno eléctrico y convertidor, mineral fino, polvo procedente la producción de acero, batiduras de laminación, y para producir arrabio y escorias compatibles desde el punto de vista medioambiental. La razón entre los volúmenes de la escoria fundida y el baño de hierro se selecciona para que sea superior a de 0,5 a 1, preferiblemente de entre 0,8:1 y 1,5:1. Se añaden materiales que llevan SiO_{2}, tales como, por ejemplo, fundición o arena de la fábrica de acero y/o mineral fino, con el fin de ajustar la razón de la escoria (CaO/SiO_{2}) entre 1,0 y 1,8, preferiblemente entre 1,2 y 1,8, con un contenido de Al_{2}O_{3} de entre el 10 y el 25% en peso, con respecto a la escoria. Al mismo tiempo, se insuflan viento caliente y carbón, opcionalmente con un gas inerte, en particular nitrógeno, y posiblemente oxígeno o aire caliente, a través del baño de hierro.

El documento EP 0285458 A se refiere a un método de tratamiento de polvo precipitado a partir de gases de desecho procedentes de procesos metalúrgicos, en particular polvo precipitado a partir de gases de desecho relacionados con la producción de acero, con el fin de transferir el polvo a una forma en la que puede depositarse sin peligro de contaminación medioambiental y de la que puede recuperarse los componentes valiosos del polvo. Según el método, el polvo se trata en las siguientes etapas: suministro continuo de polvo junto con agente reductor y fundentes a un horno de fundición electrotérmica cubierto estanco a los gases; fundición y reducción selectiva junto con la volatilización de los metales volátiles en el horno de fundición; sangría continua o intermitente de una fase de escoria inerte y una fase de metal líquido procedentes del horno de fundición; extracción continua del horno de fundición de una fase gaseosa que contiene principalmente gas CO, humos metálicos, azufre, cloruros y fluoruros junto con polvo sin reaccionar arrastrado; condensación selectiva opcional de uno o más metales de los humos metálicos en el gas de desecho procedente del horno de fundición; quemado posterior controlado de los componentes oxidables en el gas de desecho; extracción del polvo del gas de desecho; y purificación y neutralización finales del gas de desecho.

Lo que se necesita es un método para procesar escoria líquida y polvo de la cámara de filtros procedente de un HAE que recupera materiales metálicos valiosos de la escoria y el polvo. Además es necesario un método para procesar escoria líquida y polvo de la cámara de filtros procedente de un HAE que minimiza la contaminación en la planta de fabricación de acero correspondiente a partir de la que se producen la escoria y el polvo, reduciendo la cantidad de materiales peligrosos presentes en las corrientes de desecho de la escoria y el polvo de la cámara de filtros. Todavía es necesario además un aparato y método para procesar escoria líquida y polvo de la cámara de filtros procedente de un HAE que sea eficaz energéticamente y proporcione un manejo seguro y costes reducidos de eliminación de la escoria y el polvo.

Sumario de la invención

La invención proporciona un método para procesar escoria líquida y polvo de la cámara de filtros procedente de un HAE que recupera componentes metálicos valiosos de la escoria y el polvo. La invención también proporciona un método para procesar escoria líquida y polvo de la cámara de filtros procedentes de un HAE que minimiza la contaminación de la correspondiente planta de fabricación de acero a partir de la que se producen la escoria y el polvo. La invención también proporciona un método para procesar escoria líquida y polvo de la cámara de filtros procedentes de un HAE que es eficaz energéticamente y proporciona un manejo seguro y costes reducidos de eliminación.

El método de la invención se define en la reivindicación 1. Se facilitan realizaciones preferidas en las reivindicaciones dependientes 2 a 12.

El aparato usado en la presente invención incluye un recipiente de tratamiento que tiene una parte de carcasa inferior móvil para recibir la escoria líquida. La escoria y los materiales metálicos valiosos se introducen en la parte de carcasa inferior de un horno de arco eléctrico (HAE) durante el desescoriado. En la realización preferida, se introduce arena precalentada (SiO_{2}) en la escoria líquida que está presente en la carcasa inferior del horno. La arena precalentada ayuda a mantener la escoria en un estado líquido y reduce la cantidad de energía o calor que se requiere para procesar la escoria. El recipiente de tratamiento incluye también una parte de carcasa superior que se acopla con la parte de carcasa inferior móvil antes de la activación del recipiente de tratamiento. Tras añadir la arena precalentada, la parte de carcasa superior se acopla con la parte de carcasa inferior móvil, y el recipiente de tratamiento se activa por calor. El recipiente de tratamiento de la invención se hace funcionar preferiblemente mediante una fuente de alimentación de CA. Las realizaciones alternativas incluyen pero no se limitan al uso de una fuente de alimentación de CC o plasma para el funcionamiento del recipiente de tratamiento.

Tras la activación por calor del recipiente de tratamiento, se introduce carbono en la escoria como agente reductor. También se introduce polvo de la cámara de filtros en el recipiente de tratamiento. Durante el tratamiento, se reducen el óxido de hierro (FeO), óxido de manganeso (MnO), óxido de plomo (PbO), y óxido de zinc (ZnO) fundidos disueltos dentro de la escoria líquida y el polvo de la cámara de filtros. El hierro y manganeso metálicos resultantes se depositan en el fondo del recipiente de tratamiento. El plomo y zinc reducidos más volátiles se evaporan dentro del recipiente de tratamiento activado por calor.

Un gas de escape con vapor de plomo reducido, vapor de zinc reducido, y gas de monóxido de carbono sale del recipiente de tratamiento a través de un conducto de chimenea y posteriormente a través de una tubería de chimenea. Se inyecta el gas de escape en una cámara de combustión con aire de combustión en exceso y reacciona con el monóxido de carbono para formar dióxido de carbono. También oxida el vapor de plomo y el vapor de zinc. Se enfrían el óxido de plomo, óxido de zinc y dióxido de carbono en una cámara de enfriamiento, y posteriormente se capturan el óxido de plomo sólido y el óxido de zinc sólido a través de filtración en una cámara de filtración. El dióxido de carbono enfriado y limpio se descarga a una cuba.

Tras el tratamiento térmico, la escoria líquida tratada, que existe como una capa superior dentro de la parte de carcasa inferior móvil del recipiente de tratamiento, se somete a sangría en una estación de sangría decantando la escoria de la capa inferior de metal fundido reducido.

En una realización, la parte de carcasa inferior móvil del recipiente de tratamiento está equipada con ruedas para acoplarse a un raíl para llevar la parte de carcasa inferior cerca del HAE. En una realización alternativa, la parte de carcasa inferior móvil del recipiente de tratamiento se mueve mediante un brazo giratorio que tiene una horquilla de soporte, que soporta y transporta la parte de carcasa inferior móvil. El HAF (horno de aire forzado) y el recipiente de tratamiento se hacen funcionar preferiblemente mediante una fuente de alimentación de CA. Las realizaciones alternativas incluyen pero no se limitan al uso de una fuente de alimentación de CC o plasma.

Objetos de la invención

El principal objeto de la presente invención es proporcionar un método para procesar subproductos de la escoria líquida y el polvo de la cámara de filtros procedentes de un HAE para recuperar materiales metálicos valiosos.

Un objeto adicional de la invención es proporcionar un método para procesar escoria líquida y polvo de la cámara de filtros procedente de un HAE que minimiza la contaminación de la correspondiente planta de fabricación de acero a partir de la que se producen la escoria y el polvo.

Un objeto adicional de la invención es proporcionar un método para procesar escoria líquida y polvo de la cámara de filtros procedente de un HAE que es eficaz energéticamente y proporciona un manejo seguro y costes reducidos de eliminación.

Breve descripción de los dibujos

Los anteriores y otros objetos resultarán más fácilmente evidentes haciendo referencia a la siguiente descripción detallada y los dibujos adjuntos en los que:

La figura 1 es un diagrama esquemático de un aparato para procesar escoria líquida y polvo de la cámara de filtros procedente de un HAE según la presente invención.

La figura 2 es una vista desde arriba de la realización preferida de un aparato para procesar escoria líquida y polvo de la cámara de filtros procedente de un HAE en el que la parte de carcasa inferior móvil del recipiente de tratamiento está equipada con ruedas.

La figura 3 es una vista desde arriba de una realización alternativa de un aparato para procesar escoria líquida y polvo de la cámara de filtros procedente de un HAE en el que la parte de carcasa inferior móvil del recipiente de tratamiento puede moverse a través de un brazo giratorio.

Descripción detallada

La presente invención es un método para procesar escoria líquida y polvo de la cámara de filtros procedente un horno de arco eléctrico que recupera metales valiosos y reduce los niveles de componentes peligrosos contenidos en la escoria y el polvo. El método emplea un recipiente de tratamiento que recibe escoria líquida procedente de un HAE y polvo de la cámara de filtros procedente del proceso de fabricación de acero. El recipiente de tratamiento calienta y trata la escoria y el polvo de tal manera que se recuperan los componentes metálicos valiosos y se tratan los contaminantes no deseados para facilitar la eliminación posterior.

Haciendo referencia a los dibujos, el aparato es principalmente un recipiente 32 de tratamiento que tiene a parte 30 de carcasa superior y una parte 18 de carcasa inferior móvil separadas. La parte 30 de carcasa superior, que es preferiblemente fija y puede acoplarse de manera desmontable a la parte 18 de carcasa inferior, proporciona aberturas para de 1 a 3 electrodos como una fuente 4 de alimentación, una lanza 40 para la entrada de polvo de la cámara de filtros y otros componentes usados en el funcionamiento del recipiente 32 de tratamiento, y un conducto 60 de chimenea para la salida de gases y polvo procedentes del recipiente 32.

La parte 18 de carcasa inferior es un recipiente revestido refractario que se acopla de manera desmontable a la parte 30 de carcasa superior. La parte 18 de carcasa inferior tiene un extremo superior abierto para la recepción de escoria líquida procedente de un HAE y preferiblemente tiene una cuchara 20 para facilitar la sangría de la escoria y/o una capa de componentes metálicos de la parte 18 de carcasa inferior tras el tratamiento en el recipiente 32.

La parte 18 de carcasa inferior puede moverse con respecto al HAE real y también con respecto a la parte 30 de carcasa superior. Cuando recibe la escoria, la parte 18 de carcasa inferior se sitúa en las proximidades de y en comunicación con el HAE. Así que este tratamiento según el método de la invención no interfiere indebidamente con el funcionamiento por lo demás normal del HAE, la parte 18 de carcasa inferior cargada puede moverse entre el HAE y la ubicación de la parte 30 de carcasa superior, que puede situarse a cierta distancia del HAE. Aunque el movimiento de la parte de carcasa inferior puede conseguirse mediante cualquier medio conocido en la técnica, se prefiere que la parte 18 inferior completa esté soportada por un carro que tiene ruedas 22 que descansan sobre una vía a lo largo de la cual se propulsa la parte 18 inferior.

La escoria 16 sin tratar que va a tratarse mediante el proceso y aparato de la invención se suministra mediante un HAE típico en el que se funde una carga metálica, tal como chatarra comercial. El HAE 2 típico tiene un orificio 6 de introducción para la introducción de materiales de carga en el horno 2, un orificio 10 de rebose, y una solera 8 para la contención de los materiales de carga. Se proporciona calor mediante los electrodos 4, y el HAE transforma la carga metálica en una capa inferior de metal 14 fundido y una capa superior de escoria 16 líquida. Normalmente, el HAE se somete periódicamente a un proceso de desescoriado de tres a cuatro minutos durante el que la escoria líquida, a una temperatura de aproximadamente 1580°C, se extrae del HAE permitiendo que la escoria líquida rebose del HAE. En el presente documento, se proporciona la descripción del HAE meramente para facilitar la comprensión de la invención. El HAE descrito y su funcionamiento no se reivindican como parte de la presente invención.

Se recoge la escoria 16 sin tratar procedente del HAE en la parte 18 de carcasa inferior. Durante la recogida de la escoria 16 sin tratar procedente del HAE, la parte 18 de carcasa inferior está situada en una estación 24 de recepción, ubicada en las proximidades del HAE. Antes de recibir la escoria 16 sin tratar procedente del HAE, la parte 18 de carcasa inferior móvil, en la que se recoge la escoria, se mantiene a aproximadamente 1300°C tras el ciclo de tratamiento anterior. Puesto que la parte 18 inferior está implicada en procesos que implican temperaturas extremadamente altas, no es necesario proporcionar una fuente calorífica complementaria en la carcasa 18 inferior con el fin de mantener una temperatura de aproximadamente 1300ºC entre ciclos, siempre que las carcasas superior e inferior del recipiente de reacción estén cerradas y selladas entre los ciclos de tratamiento.

Tras la recogida de la escoria 16 sin tratar en la parte 18 inferior, se añade entonces un compuesto 26 de dióxido de silicio (arena), que se precalienta preferiblemente hasta una temperatura aproximada de 1200°C, a la escoria 16 líquida. El dióxido 16 de silicio reduce la razón de cal/sílice hasta justo por encima de 1. El dióxido de silicio se precalienta preferiblemente hasta aproximadamente 1200°C a través del uso del calor residual emitido como resultado de la combustión en la cámara 64 de combustión, descrito a continuación en el presente documento. El dióxido 26 de silicio precalentado ayuda a ralentizar la disminución de temperatura de la escoria 16 cuando se sitúa en la parte 18 de carcasa inferior, puesto que la escoria líquida está situada dentro de la parte 18 de carcasa inferior a aproximadamente 1580°C y seguirá siendo líquida hasta aproximadamente 1400°C o inferior. La adición de arena lleva la razón V (o razón de basicidad) CaO/SiO_{2} hasta un valor que dará como resultado una escoria que no puede lixiviarse cuando solidifica. Puede realizarse sin consumo de energía puesto que disminuye también la temperatura del líquido de la nueva composición resultante de la escoria.

Una vez que la escoria 16 y la arena 26 precalentada están presentes en la parte 18 de carcasa inferior móvil, se mueve la parte 18 de carcasa inferior desde la estación 24 de recepción hasta una estación 28 de tratamiento. Tal como se mencionó, la parte 18 de carcasa inferior preferida puede moverse a través de un carro con ruedas 22. Como una realización alternativa (figura 3), la parte 18 de carcasa inferior móvil puede moverse a través de un brazo 96 giratorio que tiene un extremo 98 de horquilla de soporte, y un extremo 100 de pivote opuesto al extremo 98 de horquilla de soporte. El extremo 98 de horquilla de soporte tiene una horquilla 102 de soporte para soportar la parte 18 de carcasa inferior móvil. El extremo 100 de pivote tiene un pivote 104 para mover de manera giratoria la parte 18 de carcasa inferior desde la estación 24 de recepción hasta la estación 28 de tratamiento.

En la estación 28 de tratamiento, la parte 30 de carcasa superior del recipiente 32 de tratamiento se acopla a la parte 18 de carcasa inferior del recipiente 32 de tratamiento. Tras el acoplamiento, se suministra energía a través de una fuente 4 de alimentación al recipiente 32 de tratamiento. Se mantiene la temperatura requerida para la reducción de los óxidos metálicos en el recipiente, que oscila desde 1400 hasta 1450°C, durante los tratamientos, mientras se combina una fuente de carbono 34 con el polvo 36 de la cámara de filtros y un gas 35 inerte tal como nitrógeno, y se alimenta a la escoria fundida. El carbono 34 se suministra normalmente a partir de coque derivado de carbón, pero puede obtenerse a partir de cualquier fuente que tenga sustancialmente la misma actividad química. Los constituyentes principales del polvo 36 de la cámara de filtros generado por el HAE son zinc, óxido de calcio, hierro, plomo, cloro, magnesio, y óxidos de manganeso, junto con pequeñas cantidades de una amplia variedad de otros óxidos metálicos.

Se insertan el carbono 34, el polvo 36 de la cámara de filtros, y el gas 35 inerte dentro del recipiente 32 de reacción a través de una lanza 40 que pasa a través de la carcasa 30 superior al interior del espacio encerrado entre las partes de carcasa 30 superior y 18 inferior. El carbono 34 y el gas 35 inerte actúan para reducir los componentes metálicos deseados contenidos dentro de la escoria 16 y el polvo 36 de la cámara de filtros, denominados colectivamente a continuación en el presente documento como escoria 16 que ha reaccionado o simplemente escoria 16. Se reducen el óxido 42 de hierro (FeO y/o Fe_{2}O_{3}) fundido, óxido 44 de manganeso (MnO) fundido, óxido 46 de plomo (PbO) fundido y óxido 48 de zinc (ZnO) fundido, que están disueltos dentro de la escoria 16 líquida. El hierro 50 reducido y el manganeso 52 reducidos resultantes se depositan en el fondo del recipiente 32 de tratamiento. El plomo reducido y el zinc reducido
resultantes están en la fase de vapor dentro del recipiente 32 de tratamiento a las temperaturas de funcionamiento.

El vapor 56 de plomo reducido, el vapor 58 de zinc reducido y el gas 70 de monóxido de carbono denominados colectivamente como gas 72 de escape salen del recipiente 32 de tratamiento a través de un conducto 60 de chimenea que pasa a través de la carcasa 30 superior. El conducto 60 de chimenea está conectado posteriormente en serie a una tubería 62 de chimenea, una cámara 64 de combustión, una cámara 66 de enfriamiento, y una cámara 68 de filtración. Un conducto 74 de aire de combustión está conectado a la tubería 62 de chimenea, entre la carcasa 30 superior y la cámara 64 de combustión. El gas 72 de escape fluye a través de la tubería 62 de chimenea hacia la cámara 64 de combustión, en la que se combina con un gas 76 de combustión que contiene oxígeno tal como aire, que entra a través del conducto 74 de aire de combustión. Dentro de la cámara 64 de combustión, el aire 76 oxidante, que está presente en exceso (es decir, cinco por ciento o más oxígeno en exceso), reacciona con el vapor 56 de plomo reducido y el vapor 58 de zinc reducido para producir óxido 78 de plomo y óxido 80 de zinc, y produce la combustión del gas 70 de monóxido de carbono para producir dióxido 82 de carbono. El gas 72 de escape entra entonces en una cámara 66 de enfriamiento en la que se enfrían el óxido 84 de plomo y el óxido 86 de zinc. Los óxidos 84, 86 se capturan posteriormente mediante filtración en la cámara 68 de filtración.

Tras la reducción, el hierro 50 fundido reducido y manganeso 52 fundido reducido resultantes se depositan en el fondo del recipiente 32 de tratamiento como metal 54 fundido reducido que tiene una composición parcial típica de aproximadamente el 4,5% de carbono, el 0,3% de silicio y el 7,4% de manganeso, siendo el resto hierro. La parte 30 de carcasa superior del recipiente 32 de tratamiento se extrae posteriormente de la parte 18 de carcasa inferior móvil, y entonces se mueve la parte 18 de carcasa inferior móvil hasta una estación 88 de sangría.

Preferiblemente, la carcasa inferior 18 es una estructura con forma de cuenco que tiene una superficie inferior redondeada. La carcasa inferior 18 descansa sobre una serie de laminadores 21 que están conectados con un carro que tiene ruedas 22. En funcionamiento, las ruedas 22 permiten el movimiento de la carcasa 18 inferior desde la estación 24 de recepción hasta la estación 28 de tratamiento, la estación 88 de sangría, y luego de vuelta a la estación 24 de recepción. Durante la sangría en la estación 88, la carcasa 18 inferior se mueve a lo largo de los laminadores 21 de tal manera que la carcasa 18 inferior se inclina hacia los lados, permitiendo que la escoria 16 tratada fluya a través de la granuladora 92.

La escoria 16 tratada, dentro la parte 18 de carcasa inferior móvil, se somete a sangría en primer lugar decantando la escoria 16 tratada fuera del metal 54 fundido reducido y al interior de una granuladora 92 para enfriar y granular la escoria 16 tratada. El metal 54 fundido reducido se somete a sangría posteriormente vertiendo el metal 54 fundido en una granuladora 92 para granular el hierro 50 fundido reducido, que tiene un alto contenido de dicho manganeso 52 fundido reducido. Alternativamente, el metal fundido puede verterse en una lingotera 93. Como resultado, se recuperan los metales valiosos, el hierro 50 fundido y el manganeso 52 fundido, como lingotes o hierro granulado.

El aparato y proceso de la invención recuperan cantidades valiosas de hierro y manganeso de la escoria de un HAE y recuperan cantidades valiosas de hierro, plomo y zinc del polvo de la cámara de filtros de un HAE. Además del valor de los componentes metálicos recuperados, la escoria tratada no puede lixiviarse y tiene propiedades cementosas que son adecuadas para usos de reciclado tales como aditivos en cemento, hormigón y otra construcción general. Además, se reduce enormemente el volumen del polvo de la cámara de filtros de salida, que se considera un desecho peligroso, mediante la extracción de zinc, plomo y hierro, disminuyendo así el coste del tratamiento y de eliminación.

Ejemplos

Los datos descritos en los ejemplos se basan en el uso de una carga metálica, tal como H.M. ("heavy melting") nº 2 (chatarra de fundición pesada), para producir acero al carbono. La escoria líquida que abandona un HAE que tiene una carga metálica de H.M. nº 2 se convierte en un líquido a 1400°C y tiene la siguiente composición en porcentaje en peso:

1

La composición en porcentaje en peso típica del polvo capturado en y recogido de los filtros de la cámara de filtros de un HAE se sabe que es:

2

3

La fuente de carbono preferida es carbón, que tiene generalmente un contenido de carbono de aproximadamente el 76%.

Ejemplo 1

El siguiente ejemplo muestra la cantidad de componentes metálicos que pueden recuperarse de la escoria del HAE que corresponden a una tonelada de acero fundido sometido a sangría. El dióxido de silicio en este ejemplo se introduce en la parte de carcasa inferior del recipiente de tratamiento a temperatura ambiente. También se muestran la entrada de energía eléctrica y las temperaturas de los componentes.

Entradas

100 kg de escoria no tratada (1400°C)

20,2 kg de SiO2 (25°C)

11 kg de polvo (25°C)

6,44 kg de carbón (25°C)

39 kWh

\vskip1.000000\baselineskip

\vskip1.000000\baselineskip

\vskip1.000000\baselineskip

(Tabla pasa a página siguiente)

Salidas

\vskip1.000000\baselineskip

4

Si la escoria a temperatura ambiente se alimenta en cambio al recipiente de tratamiento usando la misma configuración mencionada previamente, el consumo de energía será de 110 kWh, en lugar de 39 kWh. Si el calor del gas de escape y la cámara de combustión puede usarse para precalentar el dióxido de silicio hasta una temperatura razonable de 1200°C antes de la adición de la arena en la parte de carcasa inferior móvil, la entrada de electricidad puede disminuirse hasta aproximadamente 103 kWh.

El requerimiento de energía para la activación por calor del recipiente de tratamiento se suministra mediante 39 kWh de electricidad. Este requerimiento de energía se basa en precalentar la arena hasta 1200°C con el gas de escape, suponiendo una eficacia de la transferencia de calor del 95% desde el arco de CC y una pérdida del 4% de energía total dentro del propio recipiente de tratamiento.

Los productos obtenidos a partir del método para procesar los subproductos de la escoria líquida y el polvo de la cámara de filtros de un HAE, por tonelada de acero líquido producido en el HAE:

1) Aproximadamente 15,3 kg de hierro granulado, con un alto contenido de manganeso, que puede usarse como material de carga valioso en fundiciones de acero o hierro.

2) Aproximadamente 0,43 kg de óxido de plomo (PbO) que puede usarse para la producción de metal de plomo u otros productos.

3) Aproximadamente 3,8 kg de óxido de zinc (ZnO) que puede usarse para la producción de metal de zinc u otros productos, tales como negro de fundición.

4) Aproximadamente 108,6 kg de escoria tratada granulada pueden usarse en la industria cementera o la industria de la construcción.

Considerando que un horno de arco eléctrico de tamaño medio de la acería moderna produce 100 toneladas de acero líquido por hora, la salida por hora del tratamiento de la escoria líquida y el polvo de la cámara de filtros será:

6

Ejemplo 2

El calentamiento por carbón-oxígeno de la escoria se lleva a cabo con un quemador de oxifuel. Todas las figuras son por tonelada de acero fundido sometido a sangría. Se calentará el dióxido de silicio en la presente invención hasta 1200°C, a diferencia de la arena a temperatura ambiente en este ejemplo.

Entradas

100 kg de escoria (1400°C)

18,4 kg de SiO2 (25°C)

11 kg de polvo (25°C)

42,1 kg de carbón (25°C) (parcialmente por reducción; parcialmente por calentamiento)

25 Nm^{3}

\vskip1.000000\baselineskip

\vskip1.000000\baselineskip

\vskip1.000000\baselineskip

(Tabla pasa a página siguiente)

Salidas

7

Esto muestra que es mejor utilizar energía eléctrica.

Sumario de la consecución de los objetos de la invención

A partir de lo anterior, es fácilmente evidente que se ha inventado un método para procesar los subproductos de la escoria líquida y el polvo de la cámara de filtros de un HAE para la fabricación de acero, para recuperar metales valiosos, tales como hierro, manganeso, óxido de plomo y óxido de zinc; que la contaminación por la planta de fabricación de acero correspondiente a partir de la que se producen la escoria y el polvo; que se minimiza la cantidad de productos químicos peligrosos que contribuyen a la composición química de la escoria; y de este modo proporciona un manejo más seguro y costes de reducidos de eliminación de los materiales residuales.

Claims

1. Método para procesar los subproductos de la escoria líquida y el polvo de la cámara de filtros generados mediante un horno de arco eléctrico para recuperar metales valiosos utilizando un aparato que tiene una carcasa (18) inferior y una carcasa (30) superior, comprendiendo dicho método:

introducir escoria (16) líquida procedente de dicho horno (2) en una parte (18) de carcasa inferior;

mantener la temperatura de dicha escoria líquida por encima de aproximadamente 1300ºC;

introducir arena en dicha escoria líquida;

situar dicha parte (18) de carcasa inferior por debajo de dicha parte (30) de carcasa superior;

acoplar dicha parte (18) de carcasa inferior a dicha parte (30) de carcasa superior para formar una cámara;

añadir simultáneamente una fuente de carbono a la escoria líquida, añadir el polvo (36) de la cámara de filtros a la escoria líquida a través de una lanza (40) que se extiende a través de la carcasa (30) superior, y calentar la escoria líquida, y formar un metal fundido en dicha parte de carcasa inferior con una capa de escoria sobre la misma;

dejar escapar los gases de la cámara, conteniendo dichos gases monóxido de carbono, vapor (56) de plomo reducido y vapor (58) de zinc reducido;

desacoplar dicha parte (18) de carcasa inferior de dicha parte (30) de carcasa superior; y

someter a sangría la parte de carcasa inferior, extrayendo así la escoria de la capa inferior de metal fundido reducido de los contenidos de la parte (18) de carcasa inferior.

2. Método según la reivindicación 1, que comprende además precalentar dicha arena hasta al menos aproximadamente 1200ºC antes de introducir dicha arena en dicha escoria líquida.

3. Método según la reivindicación 1, que comprende además colocar un gas (35) inerte en dicha cámara de manera concurrente con la adición de dicha fuente de carbono (34) a la escoria líquida.

4. Método según la reivindicación 3, en el que el gas (35) inerte es nitrógeno.

5. Método según la reivindicación 1, en el que la fuente de carbono es coque derivado de carbón.

6. Método según la reivindicación 1, que comprende además combinar dicho gas de escape con un gas (76) de combustión que contiene oxígeno, oxidar dicho vapor de plomo, oxidar dicho vapor de zinc y producir la combustión de dicho monóxido de carbono.

7. Método según la reivindicación 6, que comprende además enfriar y solidificar dichos óxido de zinc oxidado y óxido de plomo oxidado.

8. Método según la reivindicación 7, que comprende además filtrar dichos óxido de zinc y óxido de plomo oxidados y enfriados.

9. Método según la reivindicación 1, que comprende además enfriar y granular dicha escoria sometida a sangría.

10. Método según la reivindicación 1, que comprende además someter a sangría dicho metal, enfriar y granular dicho metal.

11. Método según la reivindicación 1, que comprende además someter a sangría dicho metal para dar lingotes.

12. Método según la reivindicación 1, que comprende además introducir suficiente arena en dicha escoria líquida para mantener una razón de basicidad (CaO/SiO_{2}) que se aproxima a 1,0.