ES2974662T3 - Horno metalúrgico para producir aleaciones metálicas - Google Patents

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Abstract

La presente invención se refiere a procesos y equipos metalúrgicos y, más particularmente, a un horno metalúrgico que es capaz de operar con una amplia gama de materias primas y combustibles, incluidos aquellos que contienen altos niveles de impurezas. Para ese fin, el horno metalúrgico de la presente invención comprende (i) al menos un recipiente superior (1), (ii) al menos un recipiente inferior (2), (iii) al menos un alimentador de combustible (5) colocado sustancialmente entre el al menos un recipiente superior (1) y el al menos un recipiente inferior (2), (iv) al menos una fila de toberas (3, 4) colocadas en al menos uno de al menos un recipiente superior (1) y el al menos un recipiente inferior (2), colocando dicha al menos una fila de toberas (3, 4) el interior del horno en comunicación fluida con el ambiente externo, y (v) al menos una campana denominada muro cortina ubicada en el recipiente superior, que se extiende longitudinalmente hacia abajo del horno, y (vi) al menos un sistema de carga de combustible permeabilizante en el centro del recipiente superior llamado sistema de carga de refuerzo. El uso del sistema de carga de refuerzo (8) junto con el muro cortina (6) permite canalizar el gas generado durante la combustión del combustible en el recipiente inferior (2) con el aire inyectado a través de las toberas primarias (3) y secundarias (4), controlando de forma más eficiente la distribución del gas en el horno. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Horno metalúrgico para producir aleaciones metálicas
Campo técnico de la invención
La presente invención se refiere a procesos y aparatos metalúrgicos. Más particularmente, la presente invención se refiere a procesos y aparatos metalúrgicos para producir aleaciones metálicas o no metálicas.
Descripción del estado de la técnica
Los procesos clásicos para producir arrabio ya se conocen, como, por ejemplo, en altos hornos y hornos de reducción eléctrica. También se conocen otros procesos para producir aleaciones a partir de óxido de hierro o mineral de hierro después del acondicionamiento granulométrico, peletizados clásicos u otros aglomerados tradicionales, obteniendo mediante operaciones tradicionales en estos hornos hierro líquido o sólido de una determinada composición.
En los altos hornos, el relleno que puede estar compuesto por mineral clasificado, peletizados, sinterizado u otros aglomerados clásicos, coque y piedra caliza se carga secuencialmente a través de la parte superior del horno, formando una columna continua. En el fondo del alto horno se introduce aire atmosférico, precalentado en calentadores regenerativos o no, a una temperatura aproximada de 300 a 1200 °C, a través de una hilera de toberas en la parte superior de un crisol. En este sitio se forma una zona con atmósfera reductora debido a la presencia de monóxido de carbono, formado por la reacción del CO<2>con el carbono del coque. Este CO se combina con el oxígeno del óxido de hierro, reduciéndolo a hierro metálico y produciendo arrabio.
Las impurezas, es decir, la ganga de mineral y las cenizas de coque forman con la piedra caliza una escoria líquida, menos densa, que flota sobre la superficie del arrabio fundido.
Los gases formados en contracorriente con el relleno lo precalientan y salen por la parte superior. Este gas consiste principalmente en CO, CO<2>, H<2>y N<2>y se conduce a los precalentadores regenerativos del aire de combustión que ingresa al horno y otros dispositivos de calentamiento.
También se sabe que, en los peletizados clásicos, la reducción se realiza mediante la reducción del relleno oxidado por el CO generado a partir de la combustión parcial del coque. El CO se difunde dentro del aglomerado o las partículas de mineral, y se produce la reducción de acuerdo con la reacción MeO CO 4 Me CO<2>. El CO<2>generado en esta reacción se propaga en la dirección opuesta al CO y se incorpora a la corriente de gas que sale del horno desde la parte superior. Esta reacción requiere un cierto tiempo para la difusión completa de CO dentro del mineral o el peletizado clásico, requiriendo así hornos con altos tiempos de residencia de relleno en el interior, como suelen ser los altos hornos.
Los peletizados autorreductores, por otro lado, presentan condiciones mucho más favorables para la reducción. El contacto más cercano entre el mineral u óxido y el material carbonoso, que están finamente divididos, proporciona un tiempo de reacción más corto ya que no hay necesidad de la etapa de difusión de CO en el gránulo, la reducción tiene lugar por medio de las reacciones a continuación,preconstruidas dentro del gránulo para este propósito: 2MeO C ^ 2Me CO<2>CO<2>+ C ^ 2CO MeO CO ^ Me CO<2>
En este sentido, el propio aglomerado establece, en la práctica, un sistema semicerrado en el que la atmósfera se va reduciendo durante el periodo de tiempo en el que hay carbono disponible en su interior. Alternativamente, los aglomerados autorreductores, como la propia designación, mantienen en su parte interior una atmósfera reductora que no depende de las características de la atmósfera externa, es decir, del tipo de atmósfera dentro del horno de chimenea proporcionada por los gases ascendentes.
Por lo tanto, es posible convertir el CO presente en la atmósfera del horno resultante de la combustión parcial del combustible y la reacción de reducción dentro de los gránulos en energía para el proceso.
Por otro lado, en los procesos de fusión en hornos de chimenea, la presencia de coque u otro combustible sólido, cargado desde la parte superior durante la operación, viaja hacia abajo con el resto del relleno, reaccionando con el CO<2>, viajando hacia arriba, en contracorriente, de acuerdo con la reacción de Boudouard CO<2>+ C<2>^ 2CO, aumentando así el consumo de material carbonoso, sin resultar en un uso efectivo en el proceso de reducción-fusión. Si fuera posible quemar este gas CO en el proceso en sí, se lograría una mayor eficiencia, lo que resultaría en ahorros en el coque de combustible en los hornos de cúpula y en el combustible y el reductor en los altos hornos, como en el caso de todos los demás hornos utilizados en la reducción/fusión o solo en la fusión de cualquier otra aleación.
El documento PI9403502-4, del mismo solicitante, resuelve el problema anterior al proporcionar un horno que comprende una alimentación de combustible separada de la entrada de llenado (materia prima). En particular, el horno descrito en el documento PI9403502-4 muestra una chimenea superior, que recibe los rellenos (óxidos/minerales, por ejemplo) y una inferior, estando el combustible insertado aproximadamente en la unión entre las dos chimeneas.
Los gases de la zona inferior, en contracorriente con el relleno, le transfieren la energía térmica necesaria para el calentamiento y la reducción o simple fusión. Como el relleno de la chimenea superior no contiene coque, carbón ni ningún otro combustible sólido, no se produce la reacción de Boudouard (CO<2>+ C ^ 2CO), que es endotérmica y además consume cantidades apreciables de carbono. Por lo tanto, los gases de escape que salen del aparato consisten principalmente en CO<2>y N<2>.
Sin embargo, a pesar de tener numerosas ventajas, como las mencionadas anteriormente, el horno descrito en el documento PI9403502-4 no tiene un control adecuado del flujo gaseoso en la chimenea superior, lo que permite un escape abrupto de gases en ciertos puntos del horno, lo que dificulta el control del intercambio de energía entre el gas y el relleno en la chimenea superior.
Para el uso de aglomerados autorreductores es fundamental un adecuado control del flujo gaseoso para permitir la autorreducción de los aglomerados de forma homogénea.
US 2002/0134199 A1 se refiere a un método para la producción de metal fundido mediante la reducción de óxidos del metal, más particularmente utilizado en asociación con un horno de cuba que puede producir hierro fundido, arrabio u otras aleaciones metálicas.
EP 2202325 A1 se refiere a un método de funcionamiento de un horno de cuba.
Objetivos de la invención
El objetivo de la presente invención es proporcionar un horno metalúrgico para obtener aleaciones metálicas por autorreducción de aglomerados que contienen óxidos metálicos. Esto incluye la obtención de hierro líquido, incluyendo arrabio y hierro fundido, así como aleaciones metálicas.
Breve descripción de la invención
Para lograr los objetivos descritos anteriormente, la presente invención proporciona un horno metalúrgico, que comprende (i) al menos una chimenea superior, (ii) al menos una chimenea, (iii) al menos un alimentador de combustible colocado sustancialmente entre al menos una chimenea superior y la al menos una chimenea inferior, y (iv) al menos una fila de toberas colocadas en al menos una de la al menos una chimenea superior y al menos una chimenea inferior, en donde la al menos una fila de toberas pone en comunicación fluida el interior del horno con el entorno externo, en donde el horno de la presente invención comprende además (v) al menos una campana llamada fachada pasante ubicada en la chimenea superior que se extiende longitudinalmente a través del horno, que se limita por encima de las toberas secundarias, en donde la campana está adaptada para, cuando está en uso, proporcionar un combustible permeabilizante en el centro, de modo que se proporcione al menos una columna de combustible permeabilizante. El horno puede comprender además (vi) al menos un sistema de carga de combustible permeabilizante en el centro de la chimenea superior llamado sistema de carga de refuerzo.
Descripción de las figuras
La descripción detallada que se muestra a continuación se refiere a las figuras adjuntas, en donde:
la figura 1 muestra una primera realización del horno metalúrgico de acuerdo con la presente invención;
la figura 2 muestra una segunda realización del horno metalúrgico de acuerdo con la presente invención;
la figura 3 muestra una campana de acuerdo con una realización preferida de la presente invención;
la figura 4 muestra el sistema de carga de refuerzo de acuerdo con una realización preferida de la presente invención; en la figura 5 se muestra el flujo gaseoso obtenido a través de las modificaciones de instalación de la instalación de la fachada pasante con el sistema de carga refuerzo en relación con el flujo gaseoso del horno descrito en el documento PI9403502-4.
Descripción detallada de la invención
Esta descripción comienza con una realización preferida de la invención. No obstante, la invención no se limita a esta realización específica, como será evidente para un experto en la técnica. Además, el contenido del documento PI9403502-4 se incluye en este documento como referencia.
La presente invención proporciona un horno metalúrgico con innovaciones que permiten un control adecuado del flujo gaseoso para permitir la reducción de aglomerados autorreductores de manera homogénea, controlando también el intercambio de energía entre el gas y el relleno, principio fundamental del proceso de autorreducción.
El horno metalúrgico de la presente invención se muestra en las Figuras 1 y 2, que consisten esencialmente en una chimenea superior 1 donde el relleno (carga de alimentación) se carga en el horno. Como se puede observar, la Figura 1 muestra una chimenea de forma cilíndrica (sección transversal circular), mientras que la Figura 2 muestra una chimenea de forma paralelepipédica (sección transversal rectangular). Por lo tanto, observemos que la presente invención no se limita a ninguna forma específica del horno.
En la chimenea superior 1 hay un conjunto de al menos una fila de toberas secundarias 4, que son preferiblemente orificios que permiten el inflado de aire atmosférico caliente o frío para quemar CO y otros gases combustibles presentes en el gas ascendente. El aire inflado puede comprender opcionalmente enriquecimiento de O<2>. Además, se puede inyectar combustible gaseoso, líquido o sólido en las toberas 4 junto con el aire soplado.
El horno de la presente invención comprende además una chimenea inferior 2, preferentemente de sección transversal circular o rectangular, de diámetro o dimensiones suficientes para la alimentación de combustible sólido. El diámetro o ancho de la sección transversal de la chimenea 2 es mayor que el de la chimenea 1 suficiente para posicionar los alimentadores de combustible. En los alimentadores, ubicados alrededor de la unión de la chimenea superior 1 y la inferior 2, los conductos de suministro de combustible 5 pueden acoplarse para garantizar la carga de combustible en el lecho del horno evitando la aparición de arrastre de relleno cuando se usan materiales delgados. A medida que la carga cae sobre el alimentador, se produce el precalentamiento, el presecado y la destilación de las fracciones volátiles presentes en los combustibles sólidos y los residuos carbonosos combustibles.
La chimenea inferior 2 tiene una o más filas de toberas primarias 3 que, así como las toberas secundarias descritas anteriormente, sirven para soplar aire caliente o frío y se pueden enriquecer con O<2>o no. También es posible inyectar combustibles líquidos, gaseosos o sólidos líquidos para la combustión parcial del combustible, produciendo gas y proporcionando la energía térmica necesaria para la reducción y/o fusión del relleno.
Si se sopla aire caliente en las toberas primarias y/o secundarias 4, se pueden usar los conjuntos de soplador 7, como se muestra en la Figura 2, que se pueden conectar con cualquier sistema de calentamiento de aire (no mostrado) conocido de la técnica anterior.
Opcionalmente, la chimenea inferior 2 puede tener revestimiento refractario y/o tener paneles refrigerados.
Además, la chimenea superior 1 comprende un capó denominado fachada pasante 6, como se muestra en la Figura 3. Esta fachada pasante 6 consiste en un aparato que sirve para canalizar el gas generado, controlando así la distribución de gas de toda la chimenea superior 1. La fachada pasante 6 se encuentra por encima de la chimenea superior 1 y se extiende longitudinalmente a través del horno, estando limitado por encima de las toberas secundarias 4, está formado por un conjunto de paneles estructurados de hierro fundido, acero o cualquier otra aleación, rellenos de hormigón refractario y anclados en una placa soldada en la estructura del horno. La fachada pasante 6 también puede estar hecho total o parcialmente de un panel refrigerado. Durante el funcionamiento, parte de la fachada pasante 6 se entierra en el relleno, forzando el paso de los gases generados tanto en la región de la tobera primaria 3 como en la región de las toberas secundarias 4, es decir, la fachada pasante actúa como canalización de gas.
El modelo operativo básico prevé la carga de un combustible permeabilizante en el centro que tiene la función de asegurar el paso de los gases en la zona de cohesión 11, como se muestra en la figura 4. La zona de cohesión 11 es donde se produce el reblandecimiento y fusión del relleno metálico, siendo esta la zona de menor permeabilidad, dificultando considerablemente el paso de gases. Esta dificultad en el paso de gas provoca un paso preferencial del gas en puntos específicos de la chimenea superior 1, imposibilitando el control del flujo gaseoso y provocando un intercambio térmico irregular entre el relleno y el gas. Con el sistema de carga de refuerzo 8 propuesto en la presente invención, se produce una formación de columna de combustible permeabilizante en el centro del horno, permitiendo dicha columna la formación de una ventana de permeabilidad en el medio de la zona de cohesión y permitiendo que el gas se dirija hacia el área de combustible permeabilizante, teniendo dicha área la mayor permeabilidad.
El sistema de carga del refuerzo 8 es un sistema simple con un silo cerrado 9 y un silo abierto 10, con válvulas dosificadoras en la descarga de cada silo; también tiene un sistema de igualación de presión para permitir la carga del combustible del permeabilizador desde el silo cerrado hacia el interior del horno. El sistema de carga de refuerzo 8 junto con la fachada pasante 6 permite una canalización del gas generado en la combustión del combustible de la chimenea inferior 2 con el aire soplado por las toberas primarias 3 y las toberas secundarias 4, controlando de manera más eficiente la distribución de gas en el horno.
La Figura 5 muestra la diferencia en el flujo gaseoso del horno de la presente invención 12 con respecto al flujo gaseoso del horno descrito en el documento (PI9403502-4) 13. Cabe señalar que en el horno de la presente invención hay una canalización del gas generado debido al área de mayor permeabilidad formada por el combustible permeabilizador cargado por el sistema de carga de refuerzo 8. Esto permite un mayor control de la permeabilidad de la chimenea superior 1, controlando así el intercambio de energía entre el gas y el relleno, permitiendo la reducción de aglomerados autorreductores de manera homogénea generando ganancias de estabilidad operativa del proceso.
La configuración de la fachada pasante 6 define la distribución del relleno en el horno. Por lo tanto, el relleno toma las dimensiones impuestas por él, es decir, el ancho entre las paredes de la fachada pasante 6 es el ancho de la columna de combustible permeabilizante en el estacón superior que cumplirá con las dimensiones y distancias entre las paredes. Durante el funcionamiento, parte de la fachada pasante 6 se entierra en la carga, forzando el paso de los gases generados tanto en la región de la tobera primaria 3 como en la región de las toberas secundarias 4, como se muestra en la figura 5.
Por lo tanto, el horno de la presente invención evita que el combustible se cargue completamente con el relleno en la parte superior de la chimenea, lo que difiere de los procesos de fabricación clásicos y minimiza las reacciones de gasificación de carbono (reacciones de Boudouard) y un aumento tanto del calor como del consumo de combustible en el horno.
El horno de la presente invención difiere del horno descrito en el documento PI9403502-4, ya que el combustible se utiliza en pequeñas cantidades en la parte superior de la chimenea para obtener solo un control de la permeabilidad de la chimenea superior 1. El uso de este combustible permeabilizador no afecta la reducción y fusión del relleno, debido a que en este horno se utilizan briquetas autorreductoras, es decir, el carbono necesario para la reducción del relleno está contenido dentro de la briqueta autorreductora, no requiriendo que todo el gas pase por la columna de relleno como se realiza en el horno descrito en el documento PI9403502-4 y en los procesos clásicos de fabricación.
Con las mejoras en las chimeneas y las diferentes zonas de reacción, la flexibilidad en la forma de las chimeneas y la presencia de toberas secundarias, el horno de acuerdo con la presente invención mejora el calor de combustión del combustible, reduciendo el consumo y mejorando el rendimiento. Esto se debe a que, a diferencia de las tecnologías de fabricación tradicionales, como los altos hornos u otros hornos de chimenea, el monóxido de carbono y otros gases formados en la parte inferior del horno pueden quemarse en la parte superior, debido a la inyección de aire en las toberas secundarias, transfiriendo energía al relleno que baja por la chimenea. En otras palabras, los gases procedentes de la zona inferior, en contracorriente con el relleno, se queman en la chimenea superior y transfieren la energía térmica necesaria al calentamiento, la reducción y/o la simple fusión del relleno.
El horno metalúrgico propuesto en la presente invención permite, debido a su alto poder calorífico y eficiencia, una mayor flexibilidad de operaciones, y se puede utilizar para la fusión de chatarra, arrabio, hierro esponjoso, materiales metálicos devueltos de fundición o acería, así como cualquier aleación, como, por ejemplo, las utilizadas en el horno de cúpula clásico.
Se permiten innumerables variaciones que afectan el alcance de protección de esta aplicación. Por lo tanto, debe enfatizarse que esta invención no se limita a las configuraciones/realizaciones específicas descritas anteriormente.

Claims (4)

REIVINDICACIONES
1. Un horno metalúrgico que comprende:
al menos una chimenea superior (1);
al menos una chimenea inferior (2);
al menos un alimentador de combustible colocado sustancialmente entre la al menos una chimenea superior (1) y la al menos una chimenea inferior (2); y
al menos una fila de toberas (3, 4) colocadas en al menos una de la al menos una chimenea superior (1) y al menos una chimenea inferior (2),
y al menos una fila de toberas (3, 4) que proporcionan una comunicación fluida entre el interior del horno y el entorno externo, colocadas en al menos una de la al menos una chimenea superior (1) y al menos una chimenea inferior (2), y caracterizado porque comprende además al menos una campana (6), ubicada en la chimenea superior (1), que se extiende longitudinalmente a través del horno, estando limitada por encima de las toberas secundarias (4),
en donde la campana (6) está adaptada para, cuando está en uso, proporcionar un combustible permeabilizante en el centro, de modo que se proporcione al menos una columna de combustible permeabilizante.
2. El horno metalúrgico, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la al menos una campana (6) consiste en un conjunto de paneles estructurados hechos de hierro fundido, acero o cualquier otra aleación, rellenos de hormigón refractario y anclados en una lámina soldada a la estructura del horno.
3. El horno metalúrgico, de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la al menos una campana (6) está hecha total o parcialmente de un panel refrigerado.
4. El horno metalúrgico, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque comprende además un sistema de carga de refuerzo (8) que consiste en un silo cerrado (9) y un silo abierto (10), con válvulas dosificadoras en la descarga de cada silo; y un sistema de igualación de presión para permitir la carga del combustible permeabilizador desde el silo cerrado al interior del horno.
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