ITUD990160A1 - Forno per la riduzione diretta di ossidi di ferro - Google Patents

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"FORNO PER LA RIDUZIONE DIRETTA DI OSSIDI DI FERRO"

CAMPO DI APPLICAZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un forno per la produzione di ferro metallico mediante riduzione diretta a partire da minerale di ferro, in cui il ferro è presente in forma di ossidi. Il forno è di tipo gravitazionale ed è provvisto di un'apertura superiore dalla quale viene introdotto il minerale di ferro, grezzo o sotto forma di pellets, e di un'uscita inferiore dalla quale viene estratto il ferro ridotto direttamente (DRI). Il forno è provvisto di un zona centrale molto estesa nella quale, a diversi livelli, viene iniettato gas riducente per trasformare il minerale di ferro in ferro metallico.

STATO DELLA TECNICA

Sono noti forni di tipo gravitazionale o "shaft" per processi di riduzione diretta comprendenti diverse- zone funzionali : di preriscaldo , di riduzione, e di raffreddamento e carburazione .

Normalmente la zona di raffreddamento e carburazione è fisicamente localizzata nel cono di scarico del materiale, nel quale sono introdotti opportuni gas come metano, gas di processo, e/o gas di tenuta, detto anche "seal gas", al fine di sottrarre calore al prodotto già ridotto allo stato metallico.

Nei forni noti con scarica calda del materiale, la parte inferiore conica serve solamente o prevalentemente per convogliare il materiale verso il foro di uscita, dato che il processo di deposizione di carbone comincia già nella parte finale della zona di riduzione, ovvero appena al di sopra della parte inferiore conica.

In tali forni, pertanto, solamente una porzione, pari a circa il 50% dell'altezza totale, viene utilizzata per la reazione vera e propria, mentre una considerevole quota, pari a circa il 30% dell'intera altezza, viene esclusivamente utilizzata per convogliare il materiale verso il foro di uscita, con una notevole riduzione sull'efficienza del forno nel suo insieme, misurata come quantità di minerale prodotto in rapporto al volume del forno, ovvero alla sua altezza complessiva.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il forno per produrre ferro metallico dalla riduzione, diretta di ossidi di ferro, di cui al presente trovato, è espresso e caratterizzato nella rivendicazione principale.

Altri aspetti innovativi del presente trovato sono espressi nelle rivendicazioni secondarie.

Il forno secondo il presente trovato è del tipo in cui l'alimentazione, sia del materiale che del gas riducente, avviene in continuo, affinché si crei un flusso continuo verticale e gravitazionale del materiale ed avvenga contestualmente la riduzione diretta del minerale.

Il forno di riduzione secondo il trovato è dotato di mezzi di alimentazione dall'alto del minerale di ferro e di mezzi per l'evacuazione dal basso del ferro metallico ridotto ed è dotato di almeno un collettore di ingresso, disposto lateralmente, per l'iniezione del gas riducente in corrispondenza di una o più zone di riduzione all'interno del forno stesso.

Uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un forno di riduzione in cui, a parità del suo volume complessivo, sia incrementata l'efficienza ed il rendimento dello stesso ed in cui ci sia una stabile ed uniforme distribuzione del gas riducente in tutto il volume del forno riempito con minerale di ferro, così da ottenere sia una elevata produttività che una migliore qualità del ferro ridotto direttamente (DRI).

In accordo con tale scopo, il forno di riduzione secondo il presente trovato comprende una zona inferiore, conica o tronco conica, in cui mediante mezzi di iniezione ausiliari è atto ad essere iniettato gas riducente addizionale, aumentando così l'effettiva zona di riduzione all'interno del forno stesso.

Secondo una caratteristica del trovato, per incrementare ed ottimizzare la distribuzione del gas riducente, in detta zona inferiore possono essere utilizzati opportuni mezzi di distribuzione di gas riducente caldo con diramazioni a forma di abete, noti anche come "Alberi di Natale", che.sono stati fino ad oggi utilizzati per la distribuzione di gas di raffreddamento.

Con questa soluzione innovativa, a parità di volume del forno, la produzione può aumentare di almeno il 30% grazie al fatto che anche il volume del cono inferiore è attivo per la riduzione del minerale di ferro.

Se invece si sceglie di mantenere fissa la produzione , per esigenze legate alla capacità produttiva di un determinato impianto o per qualsiasi altro motivo, il volume complessivo del forno, e quindi la sua altezza, può diminuire di conseguenza rispetto ai forni di tipo noto .

Dato che il materiale , specialmente nel primo caso, fluisce più rapidamente nel forno di riduzione e mantiene una temperatura pressoché costante, non c ' è bisogno di ricorrere a mez z i per la facilitazione del f lusso , detti anche "burden feeders" .

Con il forno secondo il presente trovato, inoltre, può essere realizzata l’entrata multipla di gas caldo riducente, con tutti i vantaggi che tale soluzione comporta, come descritto nella domanda di brevetto N°UD98A000212 che la Richiedente ha depositato in data 11.12.1998.

L'eventuale raffreddamento del materiale prodotto dal forno secondo il presente trovato, e non inviato direttamente al forno ad arco elettrico ("EAF"), è atto ad essere realizzato in un recipiente o contenitore separato, alimentato da una miscela di gas di tipo noto, costituita da gas naturale, gas di processo e cosiddetto "top gas", per raggiungere i livelli di temperatura e carburazione necessarie per la passivazione e lo stoccaggio.

Nella zona superiore del forno, al di sopra della zona di reazione, o reattore vero e proprio, l'aspirazione del gas si realizza con la collaborazione di opportuni mezzi per l'intercettazione e l'intrappolamento dei fumi, come ad esempio una volta a ciclone del tipo descritto nella domanda di brevetto N°UD99A000158 che la Richiedente ha depositato in data 06.09.1999.

Una pluralità di aperture radiali sono anche previste per facilitare il deflusso dei gas, ridurre la loro velocità ed il conseguente asporto di polveri .

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del presente trovato saranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferita di realizzazione, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo con l'ausilio degli annessi disegni, in cui:

- la fig.1 è una vista laterale, schematizzata di un forno di riduzione diretta di ossidi di ferro secondo il presente trovato; e

- la fig.2 è una sezione secondo la linea A-A di fig.1 DESCRIZIONE DI UNA FORMA PREFERITA DI REALIZZAZIONE

Con riferimento alla fig.1, un forno 10 per la riduzione diretta di ossidi di ferro secondo il presente trovato comprende un contenitore 11 di forma sostanzialmente cilindrica, un serbatoio di caricamento superiore 12 dal quale è atto ad essere introdotto il minerale (ossidi di ferro), una zona mediana di reazione o reattore 14, in cui avviene la reazione di riduzione degli ossidi di ferro, ed una zona inferiore 15 di forma tronco-conica, con conicità rivolta verso il basso, provvista di un'apertura di uscita 13, dalla quale è atto ad essere estratto il ferro ridotto direttamente (DRI) . Il forno 10, in corrispondenza del reattore 14, comprende due condotti circonferenziali 16 e 17, attraverso i quali è atta ad essere introdotta una miscela di gas riducente, proveniente da un condotto 18.

Il gas riducente e l'impianto a monte del condotto 18 possono essere di qualsiasi tipo noto, per esempio del tipo descritto nella sopra citata domanda di brevettò N° UD98A000212.

Secondo una caratteristica del trovato, nella zona inferiore 15, attraverso un terzo condotto circonf erenziale 19, collegato al condotto 18, è atto ad essere introdotto gas riducente addizionale.

In questo modo la zona effettiva di reazione, ovvero il reattore 14, si estende fino in prossimità dell'apertura inferiore 13, aumentando il suo volume di almeno il 30%, con conseguente incremento della capacità produttiva complessiva.

Il volume complessivo di gas riducente introdotto nella zona inferiore 15 è esemplificativamente compreso fra il 20% ed il 40% della quantità totale di gas riducente introdotto nel forno 10.

Valvole di regolazione 20 sono disposte all ' ingresso di ogni condotto circonferenziale 16, 17 , 19 per regolare selettivamente l ' afflusso di gas riducente nel forno 10.

Secondo una variante , non rappresentata nei disegni, il gas riducente può essere iniettato nella zona inferiore 15 anche attraverso un apposito dispositivo interno al cono, atto a distribuire in maniera ottimale il f lusso del gas stesso ed a facilitare il deflusso gravitazionale della carica di minerale .

Il ferro ridotto, scaricato ancora caldo dal forno 10, è atto ad essere inviato direttamente in un forno fusorio 21, quale un forno elettrico ad arco (EAF), per la fusione finale, oppure ad un contenitore 22, nel quale può essere raffreddato in qualsiasi modo noto in sé.

Il contenitore cilindrico 11 è provvisto, nella sua zona superiore 23, di un'apertura laterale 25 dalla quale sono atti ad uscire i fumi prodotti dalla reazione diretta del ferro.

Nella zona superiore 23 è prevista una volta toroidale 24, nella parte interna della quale, per facilitare il deflusso dei fumi ed impedire che particelle solide fuoriescano insieme ai fumi stessi, sono ricavate quattro aperture radiali 26 (fig.2).

E' ovvio che al forno 10 fin qui descritto possono essere apportate modifiche o aggiunte di parti, senza per questo uscire dall'ambito del presente trovato.

E' altresì ovvio che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad un esempio specifico, una persona esperta del ramo potrà senz'altro realizzare molte altre forme equivalenti di forni per la riduzione diretta di ossidi di ferro, tutte rientranti nell'oggetto del presente trovato.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1 - Forno di tipo gravitazionale per la riduzione diretta di minerale di ferro comprendente almeno una zona superiore (23) provvista di mezzi di alimentazione (12) dall'alto del minerale di ferro, una zona mediana di reazione (14) nella quale avvengono le reazioni per la riduzione del minerale di ferro, una zona inferiore (15), conica o tronco conica, dalla quale è atto ad essere scaricato il ferro metallico ridotto, e primi mezzi di iniezione (16, 17) per l'introduzione di gas riducente in detta zona di reazione (14), caratterizzato dal fatto che secondi mezzi di iniezione (19)· per l'introduzione di gas riducente addizionale sono previsti in corrispondenza di detta zona inferiore (15), aumentando così l'effettiva zona di riduzione all'interno del forno (10) stesso. 2 - Forno come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti primi mezzi di iniezione comprendono almeno un primo condotto circonferenziale (16, 17) e che detti secondi mezzi di iniezione comprendono un ulteriore condotto circonferenziale (19). 3 - Forno come nella rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti condotti circonferenziali {16, 17 e 19) sono collegati ad un unico condotto (18) di gas riducente mediante valvole di regolazione del flusso (20). 4 - Forno come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta zona inferiore (15) è pari a circa il 30% di detta zona mediana di reazione (14), per cui anche la capacità produttiva complessiva aumenta proporzionalmente. 5 - Forno come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che in detta zona superiore (23) è prevista una volta toroidale (24), nella parte interna della quale è ricavata una pluralità di aperture radiali (26) atte a facilitare il deflusso dei fumi ed impedire che particelle solide fuoriescano dal forno insieme ai fumi stessi. 6 - Forno come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di iniezione (19) comprendono un dispositivo disposto all'interno di detta zona inferiore (15) ed atto a· distribuire in maniera ottimale il flusso di detto gas riducente ed a facilitare il deflusso gravitazionale della carica di minerale. 7 - Forno come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il volume complessivo di gas riducente introdotto in detta zona inferiore (15) è compreso fra 20% e 40% della quantità totale di gas riducente introdotto nel forno {10). 8 - Forno di tipo gravitazionale per la riduzione diretta di minerale di ferro, sostanzialmente come descritto con riferimento agli annessi disegni