ES2338341T3 - Procedimiento de reduccion directa usando un solo lecho fluidizado. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento de reducción directa para un material metalífero que comprende suministrar el material metalífero, un material carbonáceo sólido, un gas con contenido de oxígeno y un gas fluidizante a un lecho fluidizado en una vasija y mantener el lecho fluidizado en la vasija, reduciendo al menos parcialmente el material metalífero en la vasija, y descargando de la vasija una corriente de producto que comprende el material metalífero al menos parcialmente reducido, procedimiento caracterizado por (a) reducir el material metalífero en estado sólido en una zona rica en metales en la vasija; (b) inyectar el gas que contiene oxígeno sobre el suministro del material metalífero en una zona rica en carbono en la vasija con un flujo descendente en un abanico de más o menos 40 grados con respecto a la vertical y generar calor mediante reacciones entre el oxígeno y el material metalífero, el material carbonáceo sólido y otros sólidos y gases oxidables en el lecho fluidizado; y (c) transferir calor desde la zona rica en carbono a la zona rica en metales mediante el movimiento de los sólidos dentro de la vasija.
Description
Procedimiento de reducción directa usando un
solo lecho fluidizado.
La presente invención versa acerca de un
procedimiento de reducción directa para un material metalífero de
alimentación, particularmente, aunque no exclusivamente en modo
alguno, acerca de un procedimiento de reducción directa para un
material de alimentación que contiene hierro, tal como mineral de
hierro.
La presente invención también versa sobre un
procedimiento para reducir un material metalífero de alimentación
que comprende un procedimiento de reducción directa para reducir
parcialmente material metalífero de alimentación en estado sólido y
un procedimiento de fundición para fundir y reducir adicionalmente
el material metalífero de alimentación parcialmente reducido a un
metal fundido.
La presente invención se realizó durante el
transcurso de un proyecto de investigación en curso llevado a cabo
por el solicitante para desarrollar la llamada "tecnología
CIRCOFER" para la reducción directa de mineral de hierro, tal
como se describe, por ejemplo, en el documento EP 1 753 883 B1.
La tecnología CIRCOFER es un procedimiento de
reducción directa que es capaz de reducir mineral de hierro en
estado sólido a una metalización del 50% o superior.
La tecnología CIRCOFER se basa en el uso de
lechos fluidizados. Los principales materiales suministrados a los
lechos fluidizados son gas fluidizante, óxidos metálicos
(típicamente finos de mineral de hierro), material carbonáceo
sólido (típicamente carbón) y gas que contiene oxígeno (típicamente
gas oxígeno). El principal producto producido en los lechos
fluidizados es óxidos metálicos metalizados, es decir, óxidos
metálicos que han sido reducidos al menos parcialmente.
Uno de los hallazgos del solicitante en el
proyecto de investigación es que resulta posible establecer zonas
de reacción separadas dentro de un único lecho fluidizado y de
optimizar las reacciones en estas zonas. Una zona de reacción es
una zona rica en carbono en la que se oxidan el material carbonáceo
sólido, como el carbón, y otros reactivos oxidables y se genera
calor. La otra zona de reacción es una zona rica en metal, en la que
el material metalífero de alimentación, como el mineral de hierro,
es reducido en estado sólido. Las dos zonas de reacción están
separadas dentro del lecho fluidizado, estando típicamente la zona
rica en metales en una sección inferior, y estando la zona rica en
carbono por encima de la zona rica en metales. Las zonas pueden ser
contiguas. El lecho fluidizado comprende flujos ascendentes y
descendentes de sólidos y este movimiento del material facilita la
transferencia del calor generado en la zona rica en carbono a la
zona rica en metales y mantiene la zona rica en metales a una
temperatura requerida para reducir al material metalífero de
alimentación.
El documento JP 10 280021 describe un aparato de
reducción fluidizado circulante que está compuesto por un lecho
fluidizado para reducir mientras se fluidiza óxido en polvo,
separadores de gases para recuperar el material en polvo del gas
descargado del lecho fluidizado, y un lecho de desplazamiento para
descargar en el lecho fluidizado y hacer circular el material en
polvo recuperado con los separadores de sólidos y de gases. El gas
que contiene oxígeno es inyectado en la superficie lateral del lecho
fluidizado y se coloca encima un suministro del material de
alimentación.
alimentación.
Conforme a la presente invención se proporciona
un procedimiento de reducción directa para un material metalífero
que comprende las características de la reivindicación 1.
Preferentemente, el procedimiento comprende
inyectar el gas que contiene oxígeno con un flujo descendente en un
abanico de más o menos quince grados con respecto a la vertical.
En el presente documento, la expresión "zona
rica en carbono" se entiende que significa una zona del lecho
fluidizado en la que hay una cantidad relativamente grande de
material que contiene carbono en relación con la cantidad de
material metalífero que en otras zonas del lecho fluidizado.
En el presente documento, la expresión "zona
rica en metales" se entiende que significa una zona en el lecho
fluidizado en la que hay una cantidad relativamente grande de
material metalífero en relación con la cantidad de material que
contiene carbono que en otras zonas del lecho fluidizado.
Preferentemente, el procedimiento comprende
formar la zona rica en metales en una sección inferior de la vasija
y la zona rica en carbono en una sección intermedia del reactor.
Preferentemente, la sección intermedia es
intermedia entre dicha sección inferior y una sección superior de
la vasija.
Preferentemente, el procedimiento comprende
inyectar el gas que contiene oxígeno en una zona central de la
vasija, es decir, una zona que está ubicada hacia el interior de una
pared lateral de la vasija.
\newpage
Preferentemente, el procedimiento comprende
controlar la diferencia de temperatura entre la temperatura global
en el lecho fluidizado y la temperatura media de la superficie que
da al interior de una pared lateral de la vasija para que no supere
los 100ºC.
En el presente documento, la expresión
"temperatura global" se entiende que significa la temperatura
media de todo el lecho fluidizado.
Más preferentemente, la diferencia de
temperatura no supera los 50ºC.
En el caso de reducción de material metalífero
en forma de finos de mineral de hierro, la temperatura global del
lecho fluidizado está preferentemente en el intervalo de 850ºC a
1000ºC.
Preferentemente, la temperatura global en el
lecho fluidizado es al menos 900ºC, más preferentemente al menos
950ºC.
Además, preferentemente, el procedimiento
comprende controlar la variación de temperatura para que sea de
menos de 50ºC dentro del lecho fluidizado.
La diferencia de temperatura puede ser
controlada mediante el control de varios factores que incluyen, a
título de ejemplo, la cantidad de los sólidos y los gases
suministrados a la vasija.
Además, en el caso de reducir material
metalífero en forma de finos de mineral de hierro, el procedimiento
comprende, preferentemente, controlar la presión en la vasija para
que esté en el intervalo de 100-1000 kPa absolutos
y preferentemente 400-800 kPa absolutos.
Preferentemente, el procedimiento comprende
inyectar el gas que contiene oxígeno para que haya un flujo
descendente de gas en la vasija.
Preferentemente, el procedimiento comprende
inyectar el gas que contiene oxígeno por medio de al menos una
lanza que tiene una punta de lanza con una salida colocada en la
vasija hacia el interior de de la pared lateral de la vasija en la
zona central de la vasija.
Preferentemente, la punta de la lanza está
dirigida hacia abajo.
Más preferentemente, la punta de la lanza está
dirigida verticalmente hacia abajo.
La posición de la lanza y, más particularmente,
la altura de la salida de la punta de la lanza están determinadas
por referencia a factores tales como la velocidad de inyección del
gas que contiene oxígeno, la presión de la vasija, la selección y
las cantidades de los otros materiales suministrados a la vasija, y
la densidad del lecho fluidizado.
Preferentemente, el procedimiento comprende
enfriar con agua al menos la punta de la lanza para minimizar la
posibilidad de que se formen acumulaciones en la punta de la lanza
que pudieran bloquear la inyección del gas que contiene
oxígeno.
Preferentemente, el procedimiento comprende
enfriar con agua al menos al menos una superficie exterior de la
lanza. Preferentemente, el procedimiento comprende inyectar el gas
que contiene oxígeno a través de una tubería central de la
lanza.
Preferentemente, el procedimiento comprende
inyectar el gas que contiene oxígeno con suficiente velocidad para
formar una zona sustancialmente libre de sólidos en la zona de la
punta de la lanza para minimizar la formación de acumulaciones en
la punta de la lanza que pudieran bloquear la inyección del gas que
contiene oxígeno.
Preferentemente, el procedimiento comprende
inyectar nitrógeno y/o vapor y/u otro gas envolvente adecuado y
rodear la zona de la salida de la punta de la lanza para minimizar
la oxidación del metal que pudiera resultar en la formación de
acumulaciones en la punta de la lanza que pudieran bloquear la
inyección del gas que contiene
oxígeno.
oxígeno.
Preferentemente, el procedimiento comprende
inyectar el gas envolvente en la vasija a una velocidad que es al
menos el 60% de la velocidad del gas que contiene oxígeno.
Preferentemente, el procedimiento comprende
suministrar al lecho fluidizado el mineral metalífero de
alimentación, el material carbonáceo, el gas que contiene oxígeno y
el gas fluidizante y mantener el lecho fluidizado con (a) un flujo
descendente del gas que contiene oxígeno, (b) un flujo ascendente de
sólidos y de gas fluidizante a contracorriente del flujo
descendente del gas que contiene oxígeno, y (c) un flujo descendente
de sólidos hacia el exterior del flujo ascendente de sólidos y de
gas fluidizante.
En el lecho fluidizado descrito en el párrafo
precedente, los sólidos de los flujos ascendente y descendente de
sólidos se calientan por el calor generado por las reacciones entre
el gas que contiene oxígeno, al material carbonáceo sólido y otros
materiales oxidables (tales como CO, volátiles y H_{2}) en la zona
rica en carbono. Los sólidos del flujo descendente de sólidos
transfieren calor a la zona rica en metales.
Además, los flujos ascendente y descendente de
sólidos protegen a la pared lateral de la vasija del calor radiante
generado por las reacciones entre el gas que contiene oxígeno y el
material carbonáceo sólido y otros sólidos y gases oxidables en el
lecho fluidizado.
En el caso de reducir material metalífero en
forma de finos de mineral de hierro, los finos tienen,
preferentemente, un tamaño de menos de 6 mm.
Preferentemente, los finos tienen un tamaño
medio de partícula en el intervalo de 0,1 a 0,8 mm.
Una de las ventajas del procedimiento es que
puede aceptar una cantidad sustancial de material metalífero de
alimentación con un tamaño de partícula de menos de 100 micrómetros
sin que una cantidad significativa de este material salga del
procedimiento arrastrada en la descarga gaseosa. Se cree que esto se
debe a un mecanismo de aglomeración que opera dentro del lecho
fluidizado que promueve un nivel deseado de aglomeración entre las
partículas de los materiales de alimentación, particularmente
partículas de menos de 100 micrómetros, sin que parezca que se
promueve una aglomeración incontrolada capaz de interrumpir el
funcionamiento del lecho fluidizado. De modo similar, los minerales
friables, que tienen una tendencia a desmenuzarse durante su
tratamiento y, por lo tanto, a aumentar la proporción de partículas
en el lecho fluidizado con un tamaño menor de 100 micrómetros,
pueden tratarse sin pérdida significativa de material de
alimentación en la descarga gaseosa del procedimiento.
Preferentemente, el material carbonáceo es
carbón. En tal situación, el procedimiento desvolatiliza el carbón
a coque de calidad inferior y al menos parte del coque reacciona con
el oxígeno y forma CO en el lecho fluidizado.
Preferentemente, el gas fluidizante comprende un
gas reductor, tal como CO y H_{2}.
Preferentemente, el procedimiento comprende
seleccionar la cantidad de H_{2} en el gas fluidizante para que
sea al menos el 15% en volumen del volumen total de CO y H_{2} en
el gas.
Preferentemente, el procedimiento comprende
descargar la corriente de producto que comprende material metalífero
al menos parcialmente reducido desde la sección inferior de la
vasija.
Preferentemente, la corriente de producto
también comprende otros sólidos (por ejemplo, coque).
Preferentemente, el procedimiento comprende
separar al menos una porción de los otros sólidos de la corriente
de producto.
Preferentemente, el procedimiento comprende
devolver a la vasija los sólidos separados.
Preferentemente, el procedimiento comprende
descargar una corriente de descarga gaseosa que contiene sólidos
arrastrados procedentes de una sección superior de la vasija.
Preferentemente, el procedimiento comprende
separar sólidos de la corriente de descarga gaseosa.
Preferentemente, el procedimiento comprende
mantener un lecho fluidizado circulante, separando los sólidos
arrastrados de la corriente de descarga gaseosa y devolviendo a la
vasija los sólidos separados de la descarga gaseosa.
Preferentemente, el procedimiento comprende
devolver los sólidos separados de la descarga gaseosa a la porción
inferior de la vasija.
Preferentemente, el procedimiento comprende
precalentar el material metalífero de alimentación con la descarga
gaseosa de la vasija.
Preferentemente, el procedimiento comprende
tratar la descarga gaseosa después de la etapa de precalentamiento
y devolver a la vasija al menos una porción de la descarga gaseosa
tratada como gas fluidizante.
Preferentemente, el tratamiento de la descarga
gaseosa comprende uno o más de (a) eliminación de sólidos, (b)
enfriamiento, (c) eliminación de H_{2}O, (d) eliminación de
CO_{2}, (e) compresión y (f) recalentamiento.
Preferentemente, el tratamiento de la descarga
gaseosa comprende devolver los sólidos a la vasija.
El procedimiento puede ser puesto en operación
para producir una corriente de producto que oscila entre una
metalización baja y una elevada, dependiendo de los requisitos
corriente abajo para el material metalífero al menos parcialmente
reducido. La metalización puede oscilar entre el 30 hasta más del
80%. En situaciones en las que se requiere una metalización mayor
del 50%, el procedimiento comprende preferentemente operar con un
gas reductor en el gas fluidizante. Una opción para el gas
fluidizante en este caso es la descarga gaseosa tratada procedente
de la vasija. En situaciones en las que se requiera una
metalización inferior al 50%, se contempla que no será necesario
operar con gas reductor en el gas fluidizante, y puede obtenerse
suficiente agente reductor por medio del material carbonáceo sólido
suministrado al procedimiento.
El gas que contiene oxígeno puede ser cualquier
gas adecuado.
Preferentemente, el gas que contiene oxígeno
comprende al menos un 90% de oxígeno en volumen.
Conforme a la presente invención, también se
proporciona un procedimiento para reducir un material metalífero
que comprende (a) un procedimiento de reducción directa para reducir
parcialmente material metalífero en estado sólido tal como se
describe en el presente documento y (b) un procedimiento de
fundición para fundir y reducir adicionalmente el material
metalífero parcialmente reducido a un metal fundido.
La presente invención se describe adicionalmente
con referencia a los dibujos adjuntos, de los cuales:
la Figura 1 es un diagrama de un aparato para la
reducción directa de un material metalífero mediante una
realización de un procedimiento conforme a la presente invención que
ilustra las zonas de reacción formadas por el procedimiento dentro
de la vasija mostrada en la Figura; y
la Figura 2 es el mismo diagrama básico mostrado
en la Figura 1 que ilustra el movimiento de los sólidos y los gases
causado por el procedimiento en la vasija.
La siguiente descripción está en el contexto de
la reducción directa de un material metalífero en forma de
partículas de mineral de hierro en estado sólido. La presente
invención no está limitada en ese sentido y se extiende a la
reducción directa de otros materiales que no contienen hierro (como
la ilmenita) y, más genéricamente, a otros materiales
metalíferos.
La siguiente descripción también está en el
contexto de la reducción directa de mineral de hierro con carbón
como material carbonáceo sólido, oxígeno como gas que contiene
oxígeno y una mezcla de al menos CO y H_{2} como gas fluidizante.
La presente invención no está limitada en ese sentido y se extiende
al uso de cualquier otro material carbonáceo adecuado, de cualquier
otro gas que contenga oxígeno y de cualquier otro gas
fluidizante.
Con referencia a las Figuras, los materiales
sólidos de alimentación, es decir, los finos de mineral de hierro y
el carbón, el oxígeno y el gas fluidizante, son suministrados a la
vasija 3 mostrada en las Figuras y establecen un lecho fluidizado
en la vasija.
Los materiales sólidos de alimentación son
suministrados a la vasija por medio de un dispositivo de
distribución de sólidos, como un avance por tornillo o una lanza 5
de inyección de sólidos que atraviesa una pared lateral 7 de la
vasija.
El oxígeno es inyectado en la vasija por medio
de una lanza 9 que tiene una salida situada dentro de una punta 11
de la lanza, que se extiende hacia abajo y que dirige el oxígeno
hacia abajo en una región central 31 (Figura 2) de la vasija. La
región central se extiende radialmente desde un eje central de la
vasija hacia la pared de la vasija. El oxígeno es inyectado para
que tenga un flujo descendente dirigido en el abanico entre la
vertical y cuarenta grados con respecto a la vertical, pero está,
preferentemente, dentro del abanico de la vertical a quince grados
con respecto a la vertical. Los sólidos dentro de la zona de la
salida de la lanza pueden llegar a ser arrastrados en el flujo de
oxígeno. Se cree que la interacción entre el flujo del oxígeno,
sustancialmente descendente, y el flujo del gas fluidizante,
sustancialmente ascendente, reduce significativamente la tendencia
de las partículas a ser arrastradas en el flujo de oxígeno para
entrar en contacto con las paredes laterales de la vasija y formar
acumulaciones.
El gas fluidizante es inyectado por media de una
serie de toberas o boquillas (no mostradas) en una base 13 de la
vasija.
El suministro anteriormente descrito de sólidos
y gases produce un flujo ascendente de gas fluidizante y de sólidos
arrastrados en la región central de la vasija. De forma creciente,
conforme se mueven los sólidos hacia arriba, los sólidos se
desprenden de la corriente ascendente de gas fluidizante y fluyen
hacia abajo en una zona anular entre la región central y la pared
lateral de la vasija. Estos sólidos recirculados se ven o bien
arrastrados de nuevo en la corriente ascendente de gas fluidizante o
salen de la vasija. Este movimiento de material en la vasija se
ilustra en la Figura 2.
El suministro anteriormente descrito de sólidos
y gases también produce las siguientes reacciones en la vasija.
La desvolatilización del carbón en coque de
calidad inferior y la descomposición de los volátiles del carbón en
productos gaseosos (tales como H_{2} y CO) y la reacción de al
menos parte del coque con oxígeno para formar CO.
La reducción directa del mineral de hierro hasta
mineral de hierro al menos parcialmente reducido mediante los
productos gaseosos CO y H_{2}. Estas reacciones, a su vez,
producen CO_{2} y H_{2}O.
La reacción de parte del CO_{2} con carbono
para formar CO (reacción de Boudouard).
La oxidación de sólidos y gases como el coque y
partículas de material metalífero de alimentación parcialmente
reducido, volátiles de carbón, CO y H_{2} con oxígeno, que genera
calor y promueve la aglomeración controlada de partículas de
mineral parcialmente reducido con otras partículas dentro del lecho
fluidizado.
Las densidades relativas de los sólidos y la
inyección de los sólidos y los gases anteriormente descrita,
incluyendo las ubicaciones de la inyección de los sólidos y el gas,
resultan en la formación de zonas de reacción dentro de la vasija.
Las zonas de reacción pueden ser contiguas.
Una zona de reacción es una zona 17 rica en
carbono en la zona de la punta 11 de lanza de la lanza 9. En esta
zona, las reacciones predominantes son reacciones oxidantes que
implican la combustión de coque, volátiles de carbón, CO y H_{2}
con oxígeno, que generan calor.
La otra zona de reacción es una zona 19 rica en
metales en la que (a) se desvolatiliza carbón y se forman coque y
volátiles de carbón y en la que (b) los finos de mineral de hierro
son reducidos al menos parcialmente mediante CO y H_{2}.
El flujo descendente de sólidos descrito
anteriormente en la región anular entre la región central y la pared
lateral facilita la transferencia de calor desde la zona rica en
carbono a la zona rica en metales.
Además, el flujo descendente de sólidos protege
parcialmente la pared lateral de una exposición directa al calor
radiante procedente de la región central de la vasija.
El procedimiento anteriormente descrito también
produce una corriente de descarga gaseosa y de sólidos arrastrados
que son descargados de la vasija por medio de una salida 27 en una
sección superior de la vasija. La corriente de descarga gaseosa es
tratada separando los sólidos de la descarga gaseosa y devolviendo a
la vasija los sólidos separados por medio de un soporte 29 de
retorno de sólidos. A continuación, la descarga gaseosa es tratada
mediante una serie de etapas que incluyen (a) la eliminación de
sólidos, (b) el enfriamiento de la descarga gaseosa, (c) la
eliminación de H_{2}O, (d) la eliminación de CO_{2}, (e) la
compresión y (f) el recalentamiento. A continuación, la descarga
gaseosa tratada es devuelta a la vasija como parte del gas
fluidizante.
El procedimiento anteriormente descrito produce
una corriente de sólidos, incluyendo mineral de hierro al menos
parcialmente reducido y coque, que sale de la vasija por medio de
una salida 25 en la base de la vasija. La corriente de sólidos
puede ser tratada separando el mineral de hierro al menos
parcialmente reducido y una porción de los otros sólidos. Los otros
sólidos, predominantemente coque, separados de la corriente de
producto pueden también devolverse a la vasija como parte del
suministro de sólidos para el procedimiento. El mineral de hierro
al menos parcialmente reducido recibe un tratamiento adicional según
se requiera. A título de ejemplo, el mineral de hierro al menos
parcialmente reducido puede suministrarse a un recipiente de
fundición basado en baño licuado y ser derretido hasta convertirse
en hierro fundido, por ejemplo mediante un procedimiento tal como
el denominado "procedimiento HIsmelt".
Tal como se ha indicado más arriba, la presente
invención se realizó durante el transcurso de un proyecto de
investigación en curso llevado a cabo por el solicitante para
desarrollar la tecnología CIRCOFER para la reducción directa de
mineral de hierro. El proyecto de investigación incluyó una serie de
ensayos en una instalación experimental en configuraciones de una
instalación de prueba del solicitante con un diámetro de 350 mm y
700 mm.
La siguiente exposición se centra en el trabajo
de investigación en la instalación de prueba con la vasija de 700
mm de diámetro.
La instalación de prueba comprende un aparato
del tipo mostrado en las Figuras 1 y 2. La instalación de prueba se
hizo funcionar como un lecho fluidizado circulante a presión
atmosférica. La vasija tiene una altura de 10,7 m. Una sección
superior de la vasija tiene una altura de aproximadamente 8,9 m y un
diámetro interno de 700 mm. Una sección inferior de la vasija tiene
una altura de aproximadamente 1,8 m y un diámetro interno de 500
mm. Esta altura de 1,8 m incluye la altura de una parrilla de
fluidización y una sección de transición entre las secciones con
diámetro de 500 mm y con diámetro de 700 mm. La vasija tiene
recubrimiento refractario.
Se trató la descarga gaseosa de la vasija para
eliminar los sólidos arrastrados haciendo pasar la descarga gaseosa
sucesivamente por 3 separadores ciclónicos colocados en serie. El
primer separador ciclónico (separador ciclónico 1) recibió la
descarga gaseosa directamente de la vasija. Los sólidos separados en
el separador ciclónico fueron devueltos a la vasija mediante un
depósito estanco que mantenía el cierre estanco a la presión. El
segundo separador ciclónico (separador ciclónico 2) recibió la
descarga gaseosa del separador ciclónico 1. Los sólidos separados
en el separador ciclónico fueron devueltos a la vasija mediante un
retorno directo de sólidos (es decir, sin depósito estanco). El
tercer separador ciclónico (separador ciclónico 3) recibió la
descarga gaseosa del segundo 2. Los sólidos separados por el
separador ciclónico 3 no fueron devueltos a la vasija.
Después de la separación por medio de los tres
separadores ciclónicos, la descarga gaseosa fue tratada
adicionalmente por medio de un lavador de gases de flujo radial,
que eliminó sólidos adicionales de la descarga gaseosa. Estos
sólidos fueron concentrados por medio de un tanque de sedimentación
y luego se los hizo pasar por un filtro giratorio para producir
lodo del tanque de sedimentación.
A continuación, la descarga gaseosa que sale del
lavador de gases de flujo radial fue tratada por medio de un
enfriador tubular que servía para deshidratar la descarga gaseosa
enfriándola al intervalo de 10-30ºC. Después del
tratamiento con el enfriador tubular, la descarga gaseosa fue
sometida a combustión.
El lecho fluidizado se fluidizó con aire durante
las etapas iniciales de prueba y, más tarde, fue fluidizado con una
mezcla de nitrógeno y de gas hidrógeno. Como no había instalaciones
para el tratamiento y el reciclado de la descarga gaseosa del
procedimiento, por ejemplo para la eliminación y la compresión de
CO_{2}, no fue posible devolverlo a la vasija como gas
fluidizante. En este sentido, se usó gas hidrógeno para simular el
efecto de usar la descarga gaseosa tratada como gas fluidizante.
En resumen, el trabajo de investigación demostró
lo siguiente:
- \quad
- El concepto de un procedimiento de reducción en lecho fluidizado basado en carbón con inyección de oxígeno, produciendo un producto reducido con niveles de metalización de hasta el 78%.
Inyectar oxígeno en un lecho fluidizado o cerca
del mismo con hasta un 42% de hierro metálico en el lecho parece
ser viable sin la formación de acumulaciones.
El concepto de reducir mineral de hierro y
quemar carbón parcialmente de manera simultánea en pro del ahorro
energético en una vasija de lecho único parece ser viable con cargas
de hierro metálico de hasta el 48% en el producto.
La posición de la lanza de oxígeno en la vasija
es importante, debido a la conveniencia de devolver el calor de la
oxidación al lecho a la vez que se minimiza el nivel de reoxidación
del hierro. La posición de 4 m es más o menos la correcta para las
condiciones objeto de ensayo.
Se fluidizó y se redujo con éxito mineral de
hierro Brockman rico en fósforo sin formación excesiva de polvo.
(El mineral de Brockman es un mineral de hierro friable de Australia
Occidental disponible gracias a Hamersley Iron Pty Ltd, Perth,
Australia Occidental).
\vskip1.000000\baselineskip
El objetivo fundamental era lograr un
funcionamiento estable durante un tiempo significativo con mineral
Brockman (-3 mm) rico en fósforo y carbón de Blair Athol.
El plan era trabajar con una proporción reducida
de mineral de hierro de alimentación (hasta un 20% en la salida de
producto) durante dos días, con la lanza de oxígeno en una posición
baja (1,9 m por encima de la plancha distribuidora (no mostrada en
la Figura)) de la vasija. El propósito era trabajar a continuación
durante tres días con una proporción elevada de mineral de
alimentación (hasta un 70% en el producto), con la lanza de oxígeno
en una posición superior (3,8 m por encima de la plancha
distribuidora).
\vskip1.000000\baselineskip
La campaña se inició el 9 de diciembre de 2003 a
las 06:00 horas con un calentamiento gradual de la vasija de 700 mm
(al que se alude en lo sucesivo como "LFC") usando alúmina como
material del lecho. Una vez que se alcanzó la temperatura diana, se
introdujeron carbón y oxígeno en la vasija a las 15:50 horas. El
caudal de oxígeno aumentó hasta 105 Nm^{3}/h, mientras que el
caudal de carbón estuvo en el intervalo de 300-450
kg/h.
\vskip1.000000\baselineskip
La operación con carbón, aire y oxígeno se
realizó el 10/12/03. La operación careció de complicaciones,
estabilizándose el sistema con gran rapidez y manteniendo la vasija
su temperatura de 900-930ºC sin ningún problema.
Las condiciones operativas estándar durante este
periodo fueron las siguientes:
- \quad
- Temperaturas del LFC: 930ºC en la parte superior y 900ºC en la parte superior
- \quad
- Caudal de flujo del gas fluidizante: 140 Nm^{3}/h (N_{2}) y 300 Nm^{3}/h (aire)
- \quad
- Caída de presión del LFC: 8-14 kPa
- \quad
- Caudal de flujo de oxígeno: hasta 100 Nm^{3}/h
- \quad
- Caudal de flujo de gas N_{2} envolvente: 30 Nm^{3}/h
- \quad
- Caudal de suministro de carbón: 340-450 kg/h
\vskip1.000000\baselineskip
Un resumen de los resultados es como sigue:
- \quad
- Caudal de salida del lecho: 100-160 kg/h
- \quad
- Salida del separador ciclónico 3: 10-14 kg/h
- \quad
- Análisis de la descarga gaseosa
El producto de salida era limpio, habiendo
únicamente algunos trozos pequeños de +2 mm que tenían el aspecto
de material refractario residual. La producción de polvo fue
razonablemente baja, llegando <10% de la descarga a la salida
del separador ciclónico final.
\vskip1.000000\baselineskip
Se introdujo mineral de hierro (<3 mm) en el
sistema de alimentación a las 22:00 el 10/12/03 con un caudal de 10
kg/h. También se introdujo hidrógeno en el gas fluidizante con un
volumen de 20 Nm^{3}/h para simular el uso de la descarga gaseosa
como gas fluidizante. La operación careció de complicaciones,
manteniéndose la \DeltaP del lecho a aproximadamente
10-12 kPa y teniendo el perfil de temperaturas un
intervalo de solo 10ºC entre la parte inferior y la parte superior
del lecho.
El producto tenía un aspecto fino, sin indicio
alguno de acumulaciones o aglomerados. Sin embargo, al cribar el
producto (a 2 mm) se encontró algún material de mayor tamaño de tipo
costra, pero se trataba únicamente de una proporción muy pequeña
del producto global. La costra parecía estar compuesta de
ceniza/coque y probablemente se formó en las paredes de la vasija o
en la plancha distribuidora en la vasija.
Las condiciones operativas estándar y los
resultados durante este periodo fueron los siguientes.
- \quad
- Temperaturas del LFC: 930ºC en la parte inferior y 900ºC en la parte superior
- \quad
- Caudal de flujo del gas fluidizante: 350 Nm^{3}/h (N_{2}) y 20 Nm^{3}/h (H_{2})
- \quad
- Caída de presión del LFC: 10-13 kPa
- \quad
- Caudal de flujo de oxígeno: 100-115 Nm^{3}/h
- \quad
- Caudal de flujo de gas N_{2} envolvente: 30 Nm^{3}/h
- \quad
- Caudal de suministro de carbón: 280-360 kg/h
- \quad
- Caudal de suministro de mineral de hierro: 10 kg/h
\vskip1.000000\baselineskip
Un resumen de los resultados es como sigue:
- \quad
- Caudal de salida del lecho: 125 kg/h
- \quad
- Salida del separador ciclónico: 15 kg/h
- \quad
- Análisis de la descarga gaseosa
El caudal del mineral de hierro de alimentación
se incrementó hasta 20 kg/h a las 06:00 del 11/12/03 hasta las
12:00 del 11/12/03 y el caudal de gas hidrógeno también se
incrementó hasta 40 Nm^{3}/h. La operación siguió careciendo de
complicaciones, sin ninguna perturbación. La presión del lecho de la
vasija se mantenía a aproximadamente 8-10 kPa y el
perfil de temperaturas tenía un intervalo de solo 10ºC entre la
parte inferior y la parte superior del lecho.
El aspecto del producto siguió siendo bueno, sin
indicio alguno de acumulaciones o aglomerados. Como antes, la única
excepción de esto fue algún que otro trozo de material de tipo
costra, que parecía estar compuesta de ceniza/coque.
Las condiciones operativas estándar y los
resultados durante este periodo fueron los siguientes.
- \quad
- Temperaturas del LFC: 952ºC en la parte inferior y 940ºC en la parte superior
- \quad
- Caudal de flujo del gas fluidizante: 350 Nm^{3}/h (N_{2}) y 40 Nm^{3}/h
- \quad
- Caída de presión del LFC: 8-10 kPa
- \quad
- Caudal de flujo de oxígeno: 112 Nm^{3}/h
- \quad
- Caudal de flujo de gas N_{2} envolvente: 30 Nm^{3}/h
- \quad
- Caudal de suministro de carbón: 430 kg/h
- \quad
- Caudal de suministro de mineral de hierro: 20 kg/h
\vskip1.000000\baselineskip
Un resumen de los resultados es como sigue:
- \quad
- Caudal de salida del lecho: 125 kg/h
- \quad
- Salida del separador ciclónico 3: 15 kg/h
- \quad
- Análisis de la descarga gaseosa
- \quad
- Análisis de producto: (09:00 11/12/03)
El caudal del mineral de hierro de alimentación
se incrementó hasta 40 kg/h a las 12:00 del 11/12/03 y se operó con
este caudal hasta las 06:00 del 12/12/03, mientras que el caudal de
gas hidrógeno se mantuvo a 40 Nm^{3}/h y el caudal de carbón fue
de aproximadamente 360-420 kg/h. La operación siguió
careciendo de complicaciones, sin ninguna perturbación, y la salida
del producto de hierro estaba muy metalizada. La producción de polvo
también fue baja, saliendo menos del 10% de la descarga total del
separador ciclónico final (es decir, el separador ciclónico 3). La
\DeltaP del lecho de la vasija se mantenía a aproximadamente
9-13,5 kPa y el perfil de temperaturas tenía un
intervalo de menos de 10ºC entre la parte inferior y la parte
superior del lecho.
El aspecto del producto siguió siendo bueno, sin
indicio alguno de acumulaciones o aglomerados.
Las condiciones operativas estándar y los
resultados durante este periodo fueron los siguientes.
- \quad
- Temperaturas del LFC: 953ºC en la parte inferior y 941ºC en la parte superior
- \quad
- Caudal de flujo del gas fluidizante: 370 Nm^{3}/h (N_{2}) y 40 Nm^{3}/h (H_{2})
- \quad
- Caída de presión del LFC: 9,8-13 kPa
- \quad
- Caudal de flujo de oxígeno: 113 Nm^{3}/h
- \quad
- Caudal de flujo de gas N_{2} envolvente: 30 Nm^{3}/h
- \quad
- Caudal de suministro de carbón: 426 kg/h
- \quad
- Caudal de suministro de mineral de hierro: 40 kg/h
\vskip1.000000\baselineskip
Un resumen de los resultados es como sigue:
- \quad
- Caudal de salida del lecho: 190-210 kg/h
- \quad
- Salida del separador ciclónico 3: 15-20 kg/h
- \quad
- Análisis de la descarga gaseosa
- \quad
- Análisis de producto: (11/12/03)
La elevada metalización lograda
(70-77%) indica que la lanza de oxígeno (incluso en
su posición de 1,9 m) no penetró demasiado hasta el fondo del lecho
y que hubo una buena segregación dentro del lecho. La parte
inferior del lecho es rica en hierro. La parte superior del lecho es
rica en carbono y este interactúa con la lanza de oxígeno para
generar calor, y este calor es devuelto entonces al lecho mediante
la recirculación de los sólidos a las partes inferiores del lecho.
La baja proporción de CO/CO_{2} en la descarga gaseosa indica el
logro de una poscombustión elevada, devolviéndose niveles de energía
al lecho, mientras que se mantienen niveles de metalización elevada
en la salida del producto.
Los niveles de hierro en el producto y el grado
de metalización indican que la vasija de 700 mm puede operar en
modo de gasificación con hasta un 20-25% de
contenido en hierro metálico sin ningún problema ni acumulaciones.
Este es un logro significativo.
La lanza fue extraída de la vasija de 700 mm y
fue inspeccionada el 12/12/03.
En resumen, la lanza estaba limpia. La tubería
enfriada por agua, así como la punta de la boquilla no presentaban
evidencia de ninguna acumulación de material.
La lanza se volvió a colocar en la vasija en una
posición más elevada, concretamente 3,8 m encima de la plancha
distribuidora. Se volvió a poner en marcha la vasija con carbón y
oxígeno, y después, una vez estabilizado, mineral de hierro e
hidrógeno.
\vskip1.000000\baselineskip
El caudal del mineral de hierro de alimentación
se incrementó de manera escalonada hasta 110 kg/h a las 06:25 del
13/12/03 y se operó con este caudal hasta las 12:00 del 13/12/03,
mientras que el caudal de gas hidrógeno también se incrementó de
manera escalonada hasta 110 Nm^{3}/h durante un periodo de 2
horas. El caudal de carbón fue de aproximadamente 360- 420 kg/h. La
operación siguió careciendo de complicaciones, sin ninguna
perturbación, y la salida del producto estaba metalizada hasta el
78%. La producción de polvo también fue baja, saliendo menos del
10% de la descarga total del separador ciclónico final (es decir, el
separador ciclónico 3). La \DeltaP del lecho de la vasija se
mantenía a aproximadamente 9-13,5 kPa y el perfil de
temperaturas tenía un intervalo de menos de 5ºC entre la parte
inferior y la parte superior del lecho.
Aumentar la altura de la lanza de 1,9 m a 3,8 no
parece que tuviera un impacto en el perfil de temperaturas del
lecho. De hecho, el margen de variación de las temperaturas fue de
menos de 5ºC desde la parte inferior a la inferior.
\vskip1.000000\baselineskip
El aspecto del producto siguió siendo bueno, sin
indicio alguno de acumulaciones o aglomerados.
Las condiciones operativas estándar y los
resultados durante este periodo fueron los siguientes.
- \quad
- Temperaturas del LFC: 953ºC en la parte inferior y 951ºC en la parte superior
- \quad
- Caudal de flujo del gas fluidizante en el LFC: 10 Nm^{3}/h (N_{2}) a 860ºC, 110 Nm^{3}/h (N_{2}) a 740ºC, 180 Nm^{3}/h (N_{2}) a 680ºC y 110 Nm^{3}/h (H_{2}) a 860ºC
- \quad
- Caída de presión del LFC: 8-10 kPa
- \quad
- Caudal de flujo de oxígeno: 110 Nm^{3}/h
- \quad
- Caudal de flujo de gas N_{2} envolvente: 30-40 Nm^{3}/h
- \quad
- Caudal de suministro de carbón: 360-400 kg/h
- \quad
- Caudal de suministro de mineral de hierro: 110 kg/h
\vskip1.000000\baselineskip
Un resumen de los resultados es como sigue:
- \quad
- Caudal de salida del lecho: 162 kg/h
- \quad
- Salida del separador ciclónico 3: 16 kg/h
- \quad
- Análisis de la descarga gaseosa
\newpage
- \quad
- Análisis de producto: (13/12/03)
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Con la posición más elevada de la lanza de
oxígeno se mantuvo el perfil de temperaturas uniforme del lecho de
la lanza más baja. Esto indica que incluso con la lanza de oxígeno
en la posición de 3,8 m, el perfil de recirculación de sólidos es
tal que se devuelve suficiente calor a la parte inferior del
lecho.
El perfil de temperaturas en la vasija y en los
separadores ciclónicos indicó que probablemente no hubo incremento
alguno en la producción de polvo con el aumento de mineral de hierro
de alimentación hasta los 110 kg/h. La salida del separador
ciclónico final con respecto a la vasija tampoco cambió
significativamente. Esto sugiere que o bien el mineral de hierro no
se desmenuza tanto como se había predicho o que todos los finos
generados vuelven a aglomerarse en la zona de temperatura elevada
de la lanza de oxígeno.
\vskip1.000000\baselineskip
Durante el primer periodo de esta operación,
desde las 17:00 del 13/12/03 hasta las 12:00 del 15/12/03, el
caudal de operación fue de aproximadamente 120 kg/h de mineral de
hierro de alimentación. Esto incluyó un periodo de perturbación en
el que no hubo suministro. El periodo final operó a aproximadamente
230 kg/h de mineral de hierro de alimentación.
La operación con el caudal de 230 kg/h de
mineral de hierro de alimentación siguió careciendo de
complicaciones, sin ninguna perturbación, y la salida del producto
de LFC oscilaba entre una metalización del 48% y el 78%. La
producción de polvo también fue baja, saliendo menos del 10% de la
descarga total del separador ciclónico 3. La \DeltaP del lecho de
la vasija se mantenía a aproximadamente 8-10 kPa y
el perfil de temperaturas había aumentado ahora a aproximadamente
20ºC entre la parte inferior y la parte superior del lecho.
Hacer funcionar la vasija con el caudal superior
de 200 kg/h de mineral de hierro de alimentación aumentó el
intervalo del perfil de temperaturas del LFC, estando ahora la parte
inferior del lecho hasta 20ºC más frío que la parte media del
lecho. Los niveles de metalización eran también inferiores con los
caudales más elevados de mineral de hierro de alimentación, pero
seguían en el intervalo de metalización del
60-80%.
\vskip1.000000\baselineskip
El aspecto del producto siguió siendo bueno, sin
indicio alguno de acumulaciones o aglomerados.
Las condiciones operativas estándar y los
resultados durante este periodo fueron los siguientes.
- \quad
- Temperaturas del LFC: 947ºC en la parte inferior y 960ºC en la parte superior
- \quad
- Temperatura del calentador de gases del LF: 740ºC y 615ºC el calentador principal
- \quad
- Caudal de flujo del gas fluidizante en el LFC: 20 Nm^{3}/h (N_{2}) a 840ºC, 100 20 Nm^{3}/h (N_{2}) a 740ºC, 185 20 Nm^{3}/h (N_{2}) a 615ºC y 140 Nm^{3}/h (H_{2}) a 840ºC
- \quad
- Caída de presión del LFC: 8,3-9,6 kPa
- \quad
- Caudal de flujo de oxígeno: 113 Nm^{3}/h
- \quad
- Caudal de flujo de gas N_{2} envolvente: 30-40 Nm^{3}/h
- \quad
- Caudal de suministro de carbón: 380 kg/h
- \quad
- Caudal de suministro de mineral de hierro: 200 kg/h
\newpage
Un resumen de los resultados es como sigue:
- \quad
- Caudal de salida del lecho: 227-286 kg/h
- \quad
- Salida del separador ciclónico 3: 18-24 kg/h
- \quad
- Análisis de la descarga gaseosa (04:00 horas del 15/12/03)
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- Análisis de producto: (13-15/12/03)
Con los caudales más elevados de mineral de
hierro de alimentación (200 kg/h), la salida de la vasija aumentó
significativamente, mientras que la salida del separador ciclónico
final únicamente aumentó ligeramente. Sin embargo, la salida del
separador ciclónico final con respecto a la vasija no pareció
cambiar. Se observó además que la cantidad de finos <0,1 mm en la
salida era inferior a la cantidad de finos <0,1 mm en la
entrada. Esto sugiere que o bien el mineral de hierro no se
desmenuza tanto como se había predicho o que todos los finos
generados vuelven a aglomerarse en la zona de temperatura elevada
de la lanza de oxígeno. El perfil de temperaturas en los separadores
ciclónicos también apoya esto, puesto que no hubo aumentos
significativos de temperaturas en el sistema de los separadores
ciclónicos con caudales más elevados de mineral de hierro de
alimentación. Los niveles de metalización del producto se
mantuvieron en el intervalo de 68-78% durante los
caudales elevados de mineral de hierro de alimentación, mientras que
la salida de producto tenía hasta un 48% de hierro metálico.
\vskip1.000000\baselineskip
La lanza fue extraída de la vasija de 700 mm y
fue inspeccionada el 16/12/03. En resumen, la lanza estaba bastante
limpia. La tubería enfriada por agua tenía un revestimiento delgado
de material, mientras que la punta de la boquilla estaba
relativamente limpia. La naturaleza de la acumulación (escamosa y
delgada) sugería que esto no llevaría a ningún problema
operativo.
\vskip1.000000\baselineskip
El análisis de la muestra del mineral de
Brockman usado como suministro del lecho fluidizado indicó un
contenido en finos de aproximadamente el 10,6% por debajo de 45
micrómetros. Cabía esperar que estas unidades apareciesen como
salida del separador ciclónico 3 o como lodo del tanque de
sedimentación. Debido a la naturaleza friable del mineral de
Brockman, cabía esperar que se produjesen finos adicionales durante
el tratamiento. Por lo tanto, se esperaba que el porcentaje de las
unidades de hierro que salieran del sistema a través del separador
ciclónico 3 superase el 10,6%.
Se observó que aproximadamente el 7% de las
unidades de hierro introducidas en el lecho fluidizado eran
descargadas del separador ciclónico 3, ya sea como salida directa
del separador ciclónico 3 (aproximadamente el 4%) o como salida del
lavador de gases de flujo radial (aproximadamente el 3%). El
análisis de la salida del producto principal del lecho fluidizado
indicó que dentro del proceso había presente un mecanismo de
aglomeración. Este mecanismo parecía ser fundamentalmente de
partículas menores, típicamente partículas por debajo de los 100
micrómetros, aglomerándose entre sí y con partículas mayores.
Pueden realizarse muchas modificaciones a las
realizaciones de la presente invención mostradas en las Figuras 1 y
2 sin apartarse del espíritu ni el alcance de la invención.
Claims (42)
1. Un procedimiento de reducción directa para un
material metalífero que comprende suministrar el material
metalífero, un material carbonáceo sólido, un gas con contenido de
oxígeno y un gas fluidizante a un lecho fluidizado en una vasija y
mantener el lecho fluidizado en la vasija, reduciendo al menos
parcialmente el material metalífero en la vasija, y descargando de
la vasija una corriente de producto que comprende el material
metalífero al menos parcialmente reducido, procedimiento
caracterizado por
- (a)
- reducir el material metalífero en estado sólido en una zona rica en metales en la vasija;
- (b)
- inyectar el gas que contiene oxígeno sobre el suministro del material metalífero en una zona rica en carbono en la vasija con un flujo descendente en un abanico de más o menos 40 grados con respecto a la vertical y generar calor mediante reacciones entre el oxígeno y el material metalífero, el material carbonáceo sólido y otros sólidos y gases oxidables en el lecho fluidizado; y
- (c)
- transferir calor desde la zona rica en carbono a la zona rica en metales mediante el movimiento de los sólidos dentro de la vasija.
2. El procedimiento conforme a la reivindicación
1, caracterizado por inyectar el gas que contiene oxígeno
con un flujo descendente en un abanico de más o menos quince grados
con respecto a la vertical.
3. El procedimiento conforme a las
reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por la formación de la
zona rica en metales en una sección inferior de la vasija y de la
zona rica en carbono en una sección intermedia de la vasija.
4. El procedimiento conforme a la reivindicación
3, caracterizado porque la sección intermedia es intermedia
entre dicha sección inferior y una sección superior de la
vasija.
5. El procedimiento conforme a cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por inyectar el
gas que contiene oxígeno en una zona central de la vasija.
6. El procedimiento conforme a cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por controlar la
diferencia de temperatura entre la temperatura global en el lecho
fluidizado y la temperatura media de la superficie que da al
interior de una pared lateral de la vasija para que no supere los
100ºC, más preferentemente para que no supere los 50ºC.
7. El procedimiento conforme a cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en el que el material metalífero está
en forma de finos de mineral de hierro, caracterizado porque
la temperatura global en el lecho fluidizado está en el intervalo
de 850ºC a 1000ºC.
8. El procedimiento conforme a la reivindicación
7, caracterizado porque la temperatura global en el lecho
fluidizado es al menos 900ºC, más preferentemente al menos
950ºC.
9. El procedimiento conforme a cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por controlar la
variación de temperatura para que sea de menos de 50ºC dentro del
lecho fluidizado.
10. El procedimiento conforme a cualquiera de
las reivindicaciones precedentes en el que el material metalífero
está en forma de finos de mineral de hierro, caracterizado
porque la presión en la vasija está controlada para que esté en el
intervalo de 100-1000 kPa absolutos y
preferentemente 400-800 kPa absolutos.
11. El procedimiento conforme a cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado por inyectar
el gas que contiene oxígeno para que haya un flujo descendente de
gas en la vasija.
12. El procedimiento conforme a cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado por inyectar
el gas que contiene oxígeno por medio de al menos una lanza que
tiene una punta de lanza con una salida colocada en la vasija hacia
el interior de de la pared lateral de la vasija en la zona central
de la vasija.
13. El procedimiento conforme a la
reivindicación 12, caracterizado porque la punta de la lanza
está dirigida verticalmente hacia abajo.
14. El procedimiento conforme a las
reivindicaciones 12 o 13, caracterizado porque la posición de
la lanza y, más particularmente, la altura de la salida de la punta
de la lanza están determinadas por referencia a factores tales como
la velocidad de inyección del gas que contiene oxígeno, la presión
de la vasija, la selección y las cantidades de los otros materiales
suministrados a la vasija, y la densidad del lecho fluidizado.
15. El procedimiento conforme a cualquiera de
las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado por enfriar con
agua al menos la punta de la lanza.
16. El procedimiento conforme a cualquiera de
las reivindicaciones 12 a 15, caracterizado por enfriar con
agua al menos una superficie exterior de la lanza.
17. El procedimiento conforme a cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado por inyectar
el gas que contiene oxígeno a través de una tubería central de la
lanza.
18. El procedimiento conforme a cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado por inyectar
el gas que contiene oxígeno con suficiente velocidad para formar una
zona sustancialmente libre de sólidos en la zona de la punta de la
lanza.
19. El procedimiento conforme a cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado por inyectar
nitrógeno y/o vapor y/u otro gas envolvente adecuado y rodear la
zona de la salida de la punta de la lanza.
20. El procedimiento conforme a la
reivindicación 19, caracterizado por inyectar el gas
envolvente en la vasija a una velocidad que es al menos el 60% de
la velocidad del gas que contiene oxígeno.
21. El procedimiento conforme a cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado por
suministrar al lecho fluidizado el mineral metalífero de
alimentación, el material carbonáceo, el gas que contiene oxígeno y
el gas fluidizante y mantener el lecho fluidizado con (a) un flujo
descendente del gas que contiene oxígeno, (b) un flujo ascendente
de sólidos y de gas fluidizante a contracorriente del flujo
descendente del gas que contiene oxígeno, y (c) un flujo
descendente de sólidos hacia el exterior del flujo ascendente de
sólidos y de gas fluidizante.
22. El procedimiento conforme a la
reivindicación 21, caracterizado porque los sólidos de los
flujos ascendente y descendente de sólidos se calientan por el
calor generado por las reacciones entre el gas que contiene oxígeno,
al material carbonáceo sólido y otros materiales oxidables en la
zona rica en carbono.
23. El procedimiento conforme a las
reivindicaciones 21 o 22, caracterizado porque los flujos
ascendente y descendente de sólidos protegen la pared lateral de la
vasija del calor radiante generado por las reacciones entre el gas
que contiene oxígeno y el material carbonáceo sólido y otros sólidos
y gases oxidables en el lecho fluidizado.
24. El procedimiento conforme a cualquiera de
las reivindicaciones precedentes en el que el material metalífero
está en forma de finos de mineral de hierro, caracterizado
porque los finos tienen un tamaño de menos de 6 mm.
25. El procedimiento conforme a cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los
finos tienen un tamaño medio de partícula en el intervalo de 0,1 a
0,8 mm.
26. El procedimiento conforme a cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
material carbonáceo es carbón.
27. El procedimiento conforme a cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el gas
fluidizante comprende un gas reductor, tal como CO y H_{2}.
28. El procedimiento conforme a la
reivindicación 27, caracterizado por seleccionar la cantidad
de H_{2} en el gas fluidizante para que sea al menos el 15% en
volumen del volumen total de CO y H_{2} en el gas.
29. El procedimiento conforme a cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado por descargar
la corriente de producto que comprende material metalífero al menos
parcialmente reducido desde la sección inferior de la vasija.
30. El procedimiento conforme a la
reivindicación 29 en el que la corriente de producto comprende
también otros sólidos, caracterizado por separar al menos
una porción de los otros sólidos de la corriente de producto.
31. El procedimiento conforme a la
reivindicación 30, caracterizado por devolver a la vasija los
sólidos separados.
32. El procedimiento conforme a cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado por descargar
una corriente de descarga gaseosa que contiene sólidos arrastrados
procedentes de una sección superior de la vasija.
33. El procedimiento conforme a la
reivindicación 32, caracterizado por separar sólidos de la
corriente de descarga gaseosa.
34. El procedimiento conforme a cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado por mantener
un lecho fluidizado circulante separando los sólidos arrastrados de
la corriente de descarga gaseosa y devolviendo a la vasija los
sólidos separados de la descarga gaseosa.
35. El procedimiento conforme a la
reivindicación 34, caracterizado por devolver los sólidos
separados de la descarga gaseosa a la porción inferior de la
vasija.
\newpage
36. El procedimiento conforme a cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado por
precalentar el material metalífero de alimentación con la descarga
gaseosa de la vasija.
37. El procedimiento conforme a cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado por tratar la
descarga gaseosa después de la etapa de precalentamiento y devolver
a la vasija al menos una porción de la descarga gaseosa tratada
como gas fluidizante.
38. El procedimiento conforme a la
reivindicación 37, caracterizado porque el tratamiento de la
descarga gaseosa comprende uno o más de (a) eliminación de sólidos,
(b) enfriamiento, (c) eliminación de H_{2}O, (d) eliminación de
CO_{2}, (e) compresión y (f) recalentamiento.
39. El procedimiento conforme a las
reivindicaciones 37 o 38, caracterizado porque el tratamiento
de la descarga gaseosa comprende devolver los sólidos a la
vasija.
40. El procedimiento conforme a cualquiera de
las reivindicaciones precedentes en el que la metalización de la
corriente de producto es mayor del 50%, caracterizado por la
operación con gas reductor en el gas fluidizante.
41. El procedimiento conforme a cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el gas
que contiene oxígeno comprende al menos un 90% de oxígeno en
volumen.
42. El procedimiento conforme a cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el
procedimiento adicional de fundición para fundir y reducir
adicionalmente el material metalífero parcialmente reducido a un
metal fundido.
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