MXPA01002154A - Proceso de fundicion directa - Google Patents

Abstract

Se describe un proceso de fundición directa para producir metal a partir de un material de alimentación metalífero. El proceso de fundición directa es un proceso basado en un baño de fundición, en el que la fundición ocurre predominantemente en la capa metálica, el gas portador/material de alimentación metalífero/material carbónico sólido se inyectan hacia dentro de la capa metálica vía lanzas / toberas, y se inyecta gas que contiene oxigeno en el espacio superior por encima del baño de fundición, y post-quema los gases de reacción desprendidos del baño. La inyección de material de alimentación metalifero y material carbónico sólido causa que el material fundido sea proyectado del baño de fundición como salpicaduras, gotitas y flujos, para formar una zona de transición. El proceso se caracteriza formando un tubo de un material sólido en un extremo de salida de al menos una lanza/tobera, mientras se inyecta el material de alimentación metalífero y el material carbónico por medio de las lanzas / toberas, con lo cual extienden la longitud efectiva de la lanza / tobera o las lanzas/toberas.

Description

PROCESO DE FUNDICIÓN DIRECTA La presente invención se refiere a un proceso para producir metales (en el que el término incluye aleaciones metálicas), en particular aunque no por medios exclusivamente de hierro, a partir de un material de alimentación metalífero, tal como minerales, minerales reducidos parcialmente y corrientes de desecho que contienen metal, en un recipiente metalúrgico que contiene un baño de fundición .

La presente invención se refiere en forma particular a un proceso de fundición directa (reducción química de un metal a partir de su mineral por medio de un proceso que involucra usualmente fusión), basado en un baño de metal fundido para producir metal fundido a partir de un material de alimentación metalífero.

Un proceso de fundición directa conocido, el cual cuenta con una capa de metal fundido como un medio de reacción, y se refiere en general como el proceso Hlsmelt, que se describe en la solicitud Internacional PCT/AU96/000197 (WO 96/31627) en el nombre del solicitante. (127608) El proceso Hlsmelt como se describe en la solicitud Internacional comprende: (a) la formación de un baño de hierro fundido y escoria dentro de un recipiente; (b) la inyección hacia adentro del baño de (i) un material de alimentación metalífero, tipicamente óxidos metálicos; y (ii) un material carbónico sólido, tipicamente carbón, que actúa como un reductor de los óxidos metálicos y como fuente de energía; y (c) la fundición del material de alimentación metalífero a metal en la capa metálica.

El término "fundición" se entiende que significa aqui el proceso térmico, en donde toman lugar reacciones químicas que reducen los óxidos metálicos para producir metal liquido.

El proceso Hlsmelt también comprende gases de la reacción de la post-combustion , tal como CO y H2, desprendidos del baño en el espacio por encima del baño con gas que contiene oxigeno y que transfiere el calor generado por medio de la post-combustión hacia el baño para contribuir a la energía térmica que se requiere para fundir los materiales de alimentación metalíferos.

El proceso Hlsmelt también comprende la formación de una zona de transición superior a la superficie inmóvil nominal del baño, en el que hay una masa favorable de ascenso y en consecuencia descenso de gotitas, salpicaduras o flujos de metal fundido y/o escoria, que proporcionan un medio efectivo para transferir al baño la energía térmica generada por los gases superiores de reacción de la post-combustión al baño.

El solicitante ha llevado a cabo trabajo extenso en planta piloto en el proceso Hlsmelt, y ha hecho una serie de descubrimientos significantes con relación al proceso.

Un descubrimiento significante es que es posible adquirir un grado sorprendentemente alto de control durante el proceso por medio de: (a) la inyección de materiales sólidos, tales como material de alimentación metalífero y material carbónico sólido, hacia adentro de la capa metálica via una pluralidad de lanzas /toberas colocadas en lo alto y que se extienden hacia la capa metálica; y (b) la formación de un tubo de un material sólido, que tipicamente es al menos predominantemente escoria, en los extremos de cada lanza/tobera que extiende por consiguiente las longitudes de las lanzas/ toberas .

El control es el resultado de las longitudes de los tubos que varian automáticamente con el nivel del metal fundido y que mantiene por consiguiente de esto un espaciamiento substancialmente constante entre los extremos efectivos de las lanzas /toberas y el metal.

La longitud de un tubo en una lanza/tobera se determina por el nivel de metal fundido en el baño de fundición en la cercanía de la lanza /tobera . Específicamente, cuando el nivel de metal fundido aumenta hay una probabilidad mayor que el metal fundido salpique o se proyecte de otra forma de la capa metálica que contactará y fundirá el extremo de un tubo debido a la alta transferencia de calor del metal comparado con la de la escoria. Además, cuando el nivel de metal fundido disminuye hay menos probabilidad de contacto del metal fundido y el tubo, y en consecuencia 'el extremo del tubo puede incrementarse progresivamente hacia la capa metálica. Las variaciones en el nivel de metal fundido ocurren en procesos de marcha continua (electro horno) de metal intermitente y continuo, de esta manera la invención es relevante para ambos tipos de procesos .

Además para .proporcionar un grado alto de control durante la inyección de materiales sólidos hacia dentro de la capa metálica -lo cual es importante en un proceso de fundición directa basado en metal, tal como el proceso Hlsmelt- la presente invención hace esto posible para operar con lanzas/toberas fijas de inyección de material sólido. Esto es una ventaja porque las lanzas/toberas móviles requieren sellos, y los sellos tienden a ser difíciles al diseño para que no derramen y fallen.

. Además de las ventajas anteriores, la presente invención hace posible colocar en una forma definida una lanza/tobera de la zona de salpicadura del metal fundido y que en consecuencia de esto evita el daño a la lanza/tobera por el contacto con el metal fundido, mientras se asegura que el extremo efectivo de la lanza/tobera sea lo mas cerca posible a la capa metálica. Esto hace posible usar una lanza/tobera enfriada por agua que tenga una lanza/tobera tan cerca al metal fundido para que sea un serio riesgo de seguridad. Esto es un problema particularmente importante en un proceso de fundición directa basado en capa fundida, tal como el proceso HIsmelt. De esta manera, la presente invención hace posible reconciliar los requisitos contradictorios de (i) seguridad, que dicta la colocación de las lanzas /toberas tan lejos como sea posible de la capa metálica y (ii) el desempeño, que dicta la colocación de las lanzas/toberas cerca de la capa metálica para optimizar la inyección de los reactivos hacia adentro de la capa metálica .

De acuerdo a la presente invención se proporciona un proceso de fundición directa, para producir metal a partir de un material de alimentación metalífero, que incluye las etapas de: (a) la formación de un baño de fundición, que tiene una capa metálica y una capa de escoria sobre la capa metálica dentro de un recipiente metalúrgico ; (b) la inyección de una gas portador, un material de alimentación metalífero, y un material carbónico sólido hacia adentro de la capa metálica via una pluralidad de lanzas /toberas de inyección de material sólido colocadas en lo alto, y que se extienden hacia la superficie de la capa metálica, y que causan que el material fundido sea proyectado del baño de fundición como salpicaduras, gotitas y flujos dentro de un espacio superior a la superficie inmóvil nominal del baño de fundición para formar una zona de transición; (c) la fundición del material de alimentación metalífero a metal en la capa metálica; (d) la inyección de un gas que contenga oxigeno hacia adentro del recipiente via una o más de una lanza/tobera y el desprendimiento de los gases de reacción de la post-combustión del baño de fundición, por medio de lo cual el ascenso y en consecuencia el descenso de salpicaduras, gotitas y flujos de material fundido en la zona de transición facilita la transferencia de calor al baño de fundición, con lo cual la zona de transición minimiza la pérdida de calor del recipiente via las paredes laterales que están en contacto con la zona de transición; y el proceso se caracteriza formando un tubo de un material sólido en el extremo de al menos una lanza/tobera, mientras inyecta el material de alimentación metalífero y el material carbónico por medio de las lanzas /toberas de inyección de material sólido que extiende en consecuencia la longitud efectiva de la lanza/tobera o las lanzas /toberas .

Tipicamente, el metal fundido esta en mayor parte y la escoria es la parte restante del material fundido en las salpicaduras, gotitas y flujos de material fundido de la capa metálica. Tipicamente, las salpicaduras, gotitas y flujos de material fundido transportan material fundido adicional (particularmente escoria) cuando estos se mueven en forma ascendente. Además, cada vez más, las salpicaduras, gotitas y flujos de material fundido pierden impulso y caen en forma descendente hacia la capa metálica. En vista de la densidad superior del metal que la de la escoria, la cantidad relativa de metal en el material fundido en las salpicaduras, gotitas y flujos disminuye con la distancia desde la capa metálica hasta el punto donde la zona de transición pueda incluir pequeñas cantidades, en caso de cualquier metal.

El término "capa metálica" se entiende aqui por significar aquella región del baño que es predominantemente metal. Específicamente, el término cubre una región o zona que incluye una dispersión de escoria fundida en un volumen continuo de metal.

El término "capa de escoria" se entiende aqui que significa aquella región del baño que es predominantemente escoria. Específicamente, el término cubre una región o zona que incluye una dispersión de metal fundido en un volumen continuo de escoria.

El espacio por encima de la superficie inmóvil nominal del baño se refiere más adelante como el 'espacio superior' El término "superficie inmóvil" en el contexto del baño de fundición se entiende por significar la superficie del baño de fundición bajo condiciones de proceso en los que no hay inyección de gas/sólidos, y por lo tanto no hay agitación en el baño.

Similarmente, el término "superficie inmóvil" en él contexto de la capa metálica se entiende por significar la superficie de la capa metálica bajo condiciones de proceso en los que no hay inyección de gas/sólidos, y por lo tanto no hay agitación en el baño.

Tipicamente, el tubo o tubos se forman al menos predominantemente a partir de la escoria que se solidifica. El o cada tubo puede incluir algún metal que se solidifique.

Preferentemente el proceso incluye la colocación de cada lanza/tobera de inyección de material sólido, para que el extremo de salida este debajo de la superficie del baño de fundición y por encima de la capa metálica.

Preferentemente el proceso incluye la colocación de cada lanza/tobera de inyección de material sólido, para que el extremo de salida sea de al menos 150 mm por encima de una superficie inmóvil de la capa metálica.

Preferentemente el proceso coloca cada lanza/tobera de inyección de material sólido, para que el extremo de salida sea no más de 500 mm, más preferentemente no más de 400 mm, por encima de una superficie inmóvil de la capa metálica.

En el contexto de las alturas de las lanzas/toberas de inyección de material sólido por encima de la superficie inmóvil de la capa metálica que se describió en los dos párrafos precedentes, dependen de parámetros tales como velocidad de flujo de masa de material sólido por medio de lanzas /toberas , el solicitante encontró en el trabajo de planta piloto que la longitud del tubo o tubos fue de arriba de 600 mm, tipicamente de al menos 200 mm . Esto puede apreciarse sin dificultad que una longitud de tubo de 600 mm, y un ángulo de lanza/tobera de 30-60° en vertical, inevitablemente significa que el tubo o tubos pueden extenderse hacia abajo de la superficie inmóvil de la capa metálica. Esto es un descubrimiento importante para un proceso que funde al menos predominantemente en la capa metálica, porque significa que hay penetración significante de material sólido en la capa metálica.

Preferentemente la etapa (d) incluye la formación del tubo o tubos inyectando el material de alimentación metalífero y el material carbónico por medio de lanzas/toberas de inyección de material sólido, para que la naturaleza endotérmica de estos materiales produzca una región alrededor de los extremos de las lanzas /toberas de inyección de material de sólido que este debajo de una temperatura en la que se solidifica la escoria. Un parámetro de control importante en este respecto es inyectar el material metalífero y el material carbónico con un gas deficiente de oxigeno.

De acuerdo con esto, la etapa (b) incluye preferentemente la inyección de material de alimentación metalífero y el material carbónico con un gas deficiente de oxigeno.

Preferentemente el proceso incluye la inyección de material metalífero y/o el material carbónico, para que el o cada tubo se forme como una extensión coaxial del o cada lanza/tobera de inyección de material sólido. Parámetros de control importantes en este respecto son la velocidad de flujo de masa del material de alimentación metalífero, el material carbónico y la velocidad de la corriente de gas portador, material de alimentación metalífero y el gas portador.

Preferentemente el proceso incluye mantener el extremo de salida de cada lanza/tobera de inyección de material sólido a una temperatura debajo de la que la escoria se solidifica para estimular la solidificación inicial de material sólido en los extremos.

Más preferentemente el extremo de salida de cada lanza/tobera de inyección de material sólido se enfria con agua y el agua de enfriamiento mantiene el extremo a una temperatura debajo de la que se solidifica la escoria .

Preferentemente el proceso es como se describe en la solicitud Internacional PCT/AU99/00538 titulado " Direct Smelting Process" en el nombre del solicitante, y la descripción de esa solicitud se incorpora aqui por referencia recíproca.

De acuerdo a la presente invención se proporciona un recipiente para producir metal a partir de un material de alimentación metalífero por medio de un proceso de fundición directa, en el que el recipiente contiene un baño de fundición que tiene una capa metálica y una capa de escoria, el recipiente incluye: (a) un hogar (cámara de fusión) formado de material refractario, que tiene base y lados que están en contacto con el metal fundido; b ) paredes laterales, las cuales se extienden en forma ascendente a partir de los lados del hogar y que están en contacto con la capa de escoria; (c) una o más de una lanza/tobera que se extiende en forma descendente dentro del recipiente y que inyecta un gas que contiene oxigeno hacia adentro del recipiente; (d) una pluralidad de lanzas/toberas de inyección de material sólido que se extienden en forma descendente e interiormente dentro del recipiente y que inyectan un gas portador, un material de alimentación metalífero, y un material carbónico hacia adentro de la capa metálica, un extremo de salida de al menos una lanza/tobera que se coloca por encima de la superficie de la capa metálica durante la operación del proceso de fundición directa en el recipiente, y que tiene encima un tubo solidificado de un material sólido que forma una extensión del extremo de salida de la lanza/tobera; y (e) un medio para descargar el metal fundido y escoria del recipiente.

Preferentemente el recipiente de reducción por fundición es como se describe en la solicitud Internacional PCT/AU99/00537 titulada "Direct Smelting Vessel" en el nombre del solicitante y la descripción en esa solicitud se incorpora aquí por referencia recíproca .

Preferentemente cada lanza/tobera de inyección de material sólido se coloca para que el extremo de salida este hacia abajo de la superficie del baño de fundición .

Preferentemente cada lanza/tobera de inyección de material sólido se coloca para que el extremo de salida sea de al menos 150 mm por encima de la superficie inmóvil de la capa metálica.

Preferentemente cada lanza/tobera de inyección de material sólido se coloca para que el extremo de salida no este más de 500 mm, más preferentemente no más de 400 mm, por encima de una superficie inmóvil de la capa metálica .

Preferentemente el tubo o tubos están al menos 200 mm, más preferentemente a menos de 300 mm, en diferentes etapas del proceso.

Preferentemente cada lanza/tobera de inyección de material sólido incluye: (a) un miembro alargado hueco que define un pasaje central para el material de alimentación, y tiene un extremo de entrada y un extremo de salida; y (b) una camisa externa de enfriamiento por agua Preferentemente el miembro se extiende más allá de la camisa de enfriamiento por agua en el extremo de salida de la lanza/tobera.

Preferentemente la superficie externa de la camisa de enfriamiento por agua incluye una formación de hendidura u otro perfil superficial que incrementa la exposición de área de la camisa de enfriamiento por agua .

Preferentemente las lanzas/toberas de inyección de material sólido se extienden en forma descendente e internamente dentro del recipiente en un ángulo de 30-60 ° en vertical .

Preferentemente el extremo de salida de cada lanza/tobera de inyección de material sólido se coloca en la capa de escoria.

La presente invención se describe además por medio de ejemplo con referencia a los dibujos acompañantes, de los cuales La Figura 1 es una sección vertical por medio del cual se ilustra un recipiente metalúrgico en forma esquemática de una modalidad preferida del proceso de la presente invención; y La Figura 2 es una sección transversal recortada de una modalidad preferida de la lanza/tobera para inyectar material sólido; La Figura 3 es una vista final de la lanza/tobera en la dirección de la flecha marcada con la C en la Figura 2; y La Figura 4 es una sección transversal a lo largo de la linea A-A en la Figura 2.

La siguiente descripción es en el contexto de mineral de hierro de fundición directa para producir hierro fundido, y se entiende que la presente invención no se limita a esta solicitud y es aplicable para cualquier mineral metálico apropiado y/o concentrados, y otros materiales de alimentación metalíferos -que incluyen minerales metálicos reducidos parcialmente y materiales de desecho que contengan metal- los cuales pueden precalent arse .

El recipiente mostrado en la figura tiene un hogar que incluye una base 3 y lados 55 formados de ladrillos refractarios; las paredes laterales 5 que forman un cuerpo generalmente cilindrico se extienden en forma ascendente a partir de los lados 55 del hogar, y que incluye una sección de cuerpo superior 51 y una sección de cuerpo inferior 53; una bóveda 7; una salida 9 para los gases de descarga; una horno de afino 57 para descargar en forma continua el metal fundido; y una abertura de drenaje 61 para descargar la escoria fundida .

En uso, el recipiente contiene un baño de fundición de hierro y escoria, que incluye una capa 15 de metal fundido y una capa 16 de escoria fundida sobre la capa metálica 15. La flecha marcada por el número 17 indica la posición de la superficie inmóvil nominal de la capa metálica 15, y la flecha marcada por el número 19 indica la posición de la superficie inmóvil nominal de la capa de escoria 16. El término "superficie inmóvil" se entiende por significar la superficie donde no hay inyección de gas y sólidos hacia adentro del recipiente .

El recipiente también incluye dos lanzas/toberas de inyección de sólidos 11, que se extienden en forma descendente e internamente a través de las paredes laterales 5, y hacia dentro de la capa de escoria 16 para inyectar mineral de hierro, material carbónico sólido, y agentes fundentes arrastrados en un gas portador deficiente de oxígeno en la capa metálica 15. La posición de las lanzas/toberas 11 se selecciona para que los extremos de salidas 35 estén por encima de la superficie de la capa metálica 15 durante la operación del proceso. Esta posición de las lanzas /toberas 11 reduce el riesgo de daño hacia las lanzas/toberas 11 debido al contacto con el metal fundido. Esta posición de las lanzas/toberas 11 también hace posible enfriar con agua las lanzas/toberas 11, lo que reduce significativamente los riesgos de seguridad asociados con el uso de agua de enfriamiento.

En uso, las lanzas/toberas 11 se enfrían con agua a una extensión suficiente para mantener los extremos 35 de las mismas debajo de la temperatura a la cual la escoria se solidifica. Esto estimula la solidificación inicial de material sólido en el extremo 35 de cada lanza/tobera 11, y el material solidificado es una base para el tubo 81 de material sólido que forma subsecuentemente una extensión de cada extremo 35 de las lanzas /toberas 11. El material sólido es al menos predominantemente escoria.

El principal mecanismo para la formación del tubo es la naturaleza endotérmica del mineral de hierro que se inyecta, y el material carbónico via las lanzas/toberas 11, que crea una región alrededor de los extremos 35 de las lanzas/toberas 11 que esta debajo de la temperatura de solidificación de la escoria. El uso de gas portador deficiente de oxigeno es importante en promover las reacciones endotérmicas.

Además, el control de los parámetros tales como la velocidad de flujo de masa de mineral de hierro y material carbónico, y la velocidad del gas portador de las lanzas /toberas 11 aseguran que los tubos 81 formen unas extensiones coaxiales de las lanzas /toberas 11.

Las longitudes de los tubos 81 se regulan automáticamente por medio del nivel de metal fundido en la capa metálica 15. Específicamente, como se discutió anteriormente, cuando el nivel de metal disminuye, el metal fundido que inevitablemente salpica o que de otra manera se protege de la capa metálica 15 dentro de la capa de escoria 16 pone en contacto los extremos de los tubos 81, y funde los extremos (debido a que la transferencia de calor del metal es superior cuando se compara con la de la escoria) . Además, cuando el nivel de metal disminuye, y hay contacto reducido de metal fundido con los extremos de los tubos 81, la escoria se solidifica y por consecuencia extiende los extremos de los tubos 81.

Es claro que a partir de lo anterior, que el espaciamiento entre los extremos de salida de los tubos 81, y metal fundido determina la longitud del tubo 81. Un resultado importante de esta interrelación es que hay un espaciamiento substancialmente uniforme entre los puntos de inyección de las lanzas /toberas 11 y la capa metálica 15, y esto ayuda considerablemente en el control del proceso.

Una modalidad preferida de la lanza/tobera 11 se muestra en las Figuras 2-4. La lanza/tobera 11 incluye un miembro hueco 71, el cual define un pasaje central para suministrar mineral de hierro, material carbónico sólido y agentes fundentes arrastrados en un gas portador apropiado desde una entrada 73 hasta una salida 75 en el extremo de salida 35 de la lanza/tobera 11. la lanza/tobera 11 también incluye una camisa de enfriamiento por agua 57, la cual encierra el miembro 71 para una parte substancial de la longitud del miembro 71. El extremo frontal del miembro 71 se extiende más allá del extremo frontal de la camisa 77. esta extensión 78 del miembro 71 tiene un diámetro más pequeño que la del resto del miembro 71. El miembro 71 incluye un reborde 79 que forma una transición entre las secciones de diámetros más pequeños y más grandes del miembro 71. El reborde 79 se localiza adyacente al extremo frontal 83 de la camisa de enfriamiento por agua 77, para que el reborde 79 y el extremo frontal 83 de la camisa 77 definan un hueco anular, identificado generalmente por el número 81. Este hueco 81 y la extensión 78 del miembro 71 ayudan en mantener un tubo de escoria en el extremo 35 de la lanza/tobera 11. La camisa de enfriamiento por agua 77 incluye una superficie formada por hendiduras, identificada generalmente por el número 85, que incrementa y expone el área superficial de la camisa 77, y que ayuda en promover la solidificación de una capa de escoria en la camisa 77, el cual protege la lanza/tobera 11.

En uso, bajo condiciones de proceso a régimen permanente, el mineral de hierro, material carbónico sólido (típicamente carbón), y agentes fundentes (típicamente cal y magnesia) arrastrados en un gas portador (típicamente N2) se inyectan en la capa metálica 15 vía las lanzas /toberas 11. El impulso del material sólido/gas portador causa que el material sólido y gas penetren la capa metálica 15. El carbón se desvolatiliza y en consecuencia produce gas en la capa metálica 15. El carbón se disuelve parcialmente dentro del metal y permanece parcialmente como carbón sólido. El mineral de hierro se funde a metal y la reacción de fundición genera gas de monóxido de carbono. Los gases transportados hacia adentro de la capa metálica 15 y generados via la desvolatilización y fundición producen elevación significante por flotación de metal fundido, carbón sólido, y escoria fundida (arrastrada hacia dentro de la capa metálica 15 por encima de la capa metálica como una consecuencia de sólido/gas/inyección) desde la capa metálica 15, que genera un movimiento ascendente de salpicaduras, gotitas y flujos de material fundido, y estas salpicaduras, gotitas, y flujos transportan escoria cuando se mueven a través de la capa de escoria 16.

La elevación por flotación de material fundido y carbón sólido causa agitación substancial en la capa metálica 15 y la capa de escoria 16, con el resultado que la capa de escoria 16 se expande en volumen y tiene una superficie que se indica por medio de la flecha 30. La extensión de agitación es tal que la capa metálica 15 y la capa de escoria 16 son cada una substancialmente homogéneas en aquellas zonas donde hay temperaturas razonablemente uniformes a lo largo de cada región -típicamente, 1450-1550° C con una variación de temperatura de no más de 30° C en cada región- y composiciones razonablemente uniformes a lo largo de cada región.

Además, el movimiento ascendente de salpicaduras, gotitas y flujos de metal fundido y escoria causado por la elevación por flotación de metal fundido, carbón sólido, y escoria se extiende en el espacio superior 31 por encima del material fundido en el recipiente y: (a) forma una zona de transición 23; y (b) proyecta algo de material fundido (predominantemente escoria) más allá de la zona de transición y en la parte de la sección de cuerpo cilindrico superior 51 de las paredes laterales 5, que esta por encima de la zona de transición 23 y en la bóveda 7.

En términos generales, la capa de escoria 16 es un volumen continuo de líquido, con burbujas de gas y metal (típicamente en la forma de gotitas), y la zona de transición 23 es un volumen continuo de gas con salpicaduras, gotitas, y flujos de material fundido (que es al menos en esta etapa predominantemente escoria ) .

La agitación substancial de la capa metálica 15 y la capa de escoria 16 causada por la elevación por flotación que se discutió anteriormente asegura que exista un mezclado firme de metal en la capa de escoria 16. La inyección deliberada de material carbónico sólido hacia adentro de la capa metálica 15 asegura que existan niveles altos de carbón disuelto en el metal que se mezcla en la capa de escoria. Como una consecuencia del carbón disuelto en el metal en la capa de escoria y el mezclado firme en la capa de escoria, la capa de escoria tiene niveles bajos deseables de FeO en la escoria (tipicamente menos de 5 % en peso) .

El recipiente incluye adicionalmente una lanza 13 para inyectar un gas que contenga oxígeno, la cual se localiza centralmente y se extiende verticalmente en forma descendente hacia adentro del recipiente. La posición de la lanza 13 y la velocidad de flujo de gas a través de la lanza 13 se seleccionan para que condiciones de régimen permanente penetren gas que contiene oxígeno a la región central de la zona de transición 23 y mantenga esencialmente un espacio libre metal/escoria 25 alrededor del extremo de la lanza 13.

En uso, bajo condiciones de régimen permanente, la inyección del gas que contiene oxigeno vía la lanza 13 post-quema los gases de reacción de CO y H2 en la zona de transición 23 y en el espacio libre 25 alrededor del extremo de la lanza 13, y genera temperaturas altas del orden de 2000° C o superiores en el espacio gas. El calor se transfiere hacia las salpicaduras, gotitas y flujos que ascienden y descienden de material fundido en la región de inyección de gas, y el calor posteriormente se transfiere hacia la capa metálica 15 cuando retorna el metal /escoria a la capa metálica 15.

Preferentemente, el nivel de post-combustión es de al menos 40%, donde la post-combustión se define como: [C02] + [H20] [C02] + [H20] + [CO] + [H2] donde [C02] = % volumen de C02 en la descarga gaseosa; [H20] = % volumen de H20 en la descarga gaseosa; [CO] = % volumen de CO en la descarga gaseosa; y [H2] = % volumen de H2 en la descarga gaseosa.

El espacio libre 25 alrededor del extremo de la lanza 13 es importante para adquirir niveles altos de post combustión, debido a que permite transportar los gases en el espacio superior encima de la zona de transición 23 hacia adentro en la región del extremo de la lanza 13, que incrementa por consecuencia la exposición de los gases de reacción disponibles a la post combustión.

El efecto combinado de la posición de la velocidad de flujo de gas de la lanza a través de la lanza 13, y el movimi ento ascendente de salpicaduras, gotitas y flujos de metal fundido y escoria es para formar la zona de transición 23 alrededor de la región inferior de la lanza 13 -identificado generalmente por los números 27. Esta región formada proporciona un cuerpo cilindrico parcial a la transferencia de calor por radiación hacia las paredes laterales 5.

Además, bajo condiciones de proceso de régimen permanente, las salpicaduras, gotitas y flujos que ascienden y descienden de escoria fundida es un medio efectivo de transferir calor desde la zona de transición 23 hasta el baño de fundición, con el resultado de que la temperatura de la zona de transición 23 en la región de las paredes laterales 5 es del orden de 1450-1550° C.

El recipiente se construye con referencia a los niveles de la capa de hierro 15, la capa de escoria 16, y la zona de transición 23 en el recipiente cuando el proceso se opera bajo condiciones de proceso de régimen permanente, y con referencia a las salpicaduras, gotitas y flujos de material fundido que se proyectan hacia adentro del espacio superior 31 encima de la zona de transición 23, cuando el proceso se opera bajo condiciones de operación en régimen permanente, de manera que : (a) el hogar y la sección cilindrica inferior 53 de las paredes laterales 5, que están en contacto con la capa metal/escoria 15/16 se formen de ladrillos de material refractario (indicado por el sombreado transversal en la figura ) ; [b) al menos parte de la sección cilindrica inferior 53 de las paredes laterales 5 se apoyan por paneles enfriados por agua 8; y c) la sección cilindrica superior 51 de las paredes laterales 5, y la bóveda 7 que está en contacto con la zona de transición 23 y el espacio superior 31 se forman de los paneles enfriados por agua 57, 59.

Cada panel enfriado por agua 8, 57, 59 (no se muestran) en la sección cilindrica superior 51 de las paredes laterales 5, tiene orillas inferiores y superiores paralelas, y orillas laterales paralelas, y esta curvada para definir una sección del cuerpo cilindrico. Cada panel incluye un tubo de enfriamiento por agua interno y un tubo de enfriamiento por agua externo. Los tubos se forman hacia adentro en una configuración de serpentina con secciones horizontales interconectados por secciones curvas. Cada tubo incluye adicionalmente una entrada de agua y una salida de agua. Los tubos se desplazan verticalmente para que las secciones horizontales del tubo externo no estén inmediatamente detrás de las secciones horizontales del tubo interno cuando se observe desde una cara expuesta del panel, i.e. la cara que se expone hacia el interior del recipiente. Cada panel incluye adicionalmente un material refractario apretado que llena los espacios entre las secciones rectas adyacentes de cada tubo, y entre los tubos. Cada panel contiene adicionalmente un plato de soporte que forma una superficie externa del panel .

El agua entra y el agua sale de los tubos que se conectan a un circuito de suministro de agua (no se muestra) que circula agua a alta velocidad de flujo por medio de los tubos .

El trabajo en planta piloto llevado a cabo por el solicitante ha establecido que el proceso y aparato que se describió anteriormente es una tecnología efectiva y eficiente para fundir mineral de hierro.

Pueden hacerse muchas modificaciones a la modalidad preferida de la presente invención que se describió anteriormente, sin apartarse del valor y alcance de la presente invención Por medio de ejemplo, aunque la modalidad preferida incluye la inyección de mineral de hierro, material carbónico sólido y flujos vía cada lanza/tobera 11, puede apreciarse sin esfuerzo que la presente invención no se limita y extiende a los arreglos en los que sólo uno o dos de estos materiales de alimentación se inyectan por medio de cada lanza/tobera.

Además, aunque la modalidad preferida incluye la descarga continua de metal via el horno de afino 57, la presente invención no se limita y extiende a la marcha intermitente de metal fundido.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por el solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Un proceso de fundición directa para producir metal a partir de un material de alimentación metalífero, caracterizado porque incluye las etapas de: (a) la formación de un baño de fundición, que tiene una capa metálica y una capa de escoria sobre la capa metálica dentro de un recipiente metalúrgico ; b) la inyección de una gas portador, un material de alimentación metalífero, y un material carbónico sólido hacia adentro de la capa metálica vía una pluralidad de lanzas /toberas de inyección de material sólido colocadas en lo alto, y que se extienden hacia la superficie de la capa metálica, y que causan que el material fundido sea proyectado del baño de fundición como salpicaduras, gotitas y flujos dentro de un espacio superior a la superficie inmóvil nominal del baño de fundición para formar una zona de transición; (c) la fundición del material de alimentación metalífero a metal en la capa metálica; (d) la inyección de un gas que contenga oxígeno hacia adentro del recipiente via una o más de una lanza/tobera y el desprendimiento de los gases de reacción de la post-combustión del baño de fundición, por medio de lo cual el ascenso y en consecuencia el descenso de salpicaduras, gotitas y flujos de material fundido en la zona de transición facilita la transferencia de calor al baño de fundición, con lo cual la zona de transición minimiza la pérdida de calor del recipiente vía las paredes laterales que están en contacto con la zona de transición; y el proceso se caracteriza formando un tubo de un material sólido en el extremo de salida de al menos una lanza/ tobera , mientras inyecta el material de alimentación metalífero- y el material carbónico por medio de las lanzas /toberas de inyección de material sólido que extiende en consecuencia la longitud efectiva de la lanza/tobera o las lanzas/ toberas .

2. El proceso definido en la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa (d) de formar el tubo o tubos incluye la inyección de material metalífero y/o el material carbónico, por medio de lanzas/toberas de inyección de material sólido, para que la naturaleza endotérmica de estos materiales forme una región alrededor de los extremos de salida de las lanzas/toberas de inyección de material sólido, la cual esta debajo de una temperatura en la que la escoria solidifica .

3. El proceso definido en la reivindicación 1, caracterizado porque el gas portador en la etapa (b) incluye un gas deficiente de oxígeno.

4. El proceso definido en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque incluye la inyección de material de alimentación metalífero y/o el material carbónico en la etapa (b) para que el o cada tubo se forme como una extensión coaxial del o cada lanza/tobera de material sólido.

5. El proceso definido en la reivindicación 4, caracterizado porque incluye el control de la velocidad de flujo dé masa del material de alimentación metalífero y el material carbónico y/o la velocidad de gas portador, material de alimentación metalífero y el material carbónico.

6. El proceso definido en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque incluye mantener el extremo de salida de cada lanza/tobera de inyección de material sólido a una temperatura debajo a la que la escoria solidifica, para estimular la solidificación inicial de material sólido en los extremos.'

7. El proceso definido en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque incluye la colocación de cada lanza/tobera de inyección de material sólido, para que el extremo de salida este debajo de la superficie del baño de fundición y por encima de la capa metálica.

8. Jn recipiente para producir metal a partir de un material de alimentación metalífero por medio de un proceso de fundición directa, caracterizado porque el recipiente contiene un baño de fundición que tiene una capa metálica y una capa de escoria sobre la capa metálica, el recipiente incluye: a ) un hogar (cámara de fusión) formado de material refractario, que tiene base y lados que están en contacto con el metal fundido; paredes laterales, las cuales se extienden en forma ascendente a partir de los lados del hogar y que están en contacto con la capa de escoria; (c) una o más de una lanza/tobera que se extiende en forma descendente dentro del recipiente y que inyecta un gas que contiene oxígeno hacia adentro del recipiente; (d) una pluralidad de lanzas/toberas de inyección de material sólido que se extienden en forma descendente e interiormente dentro del recipiente y que inyectan un gas portador, un material de alimentación metalífero, y un material carbónico hacia adentro de la capa metálica, un extremo de salida de al menos una lanza/tobera que se coloca por encima de la superficie de la capa metálica durante la operación del proceso de fundición directa en el recipiente, y que tiene encima un tubo solidificado de un material sólido que forma una extensión del extremo de salida de la lanza/tobera; y (e) un medio para descargar el metal fundido y escoria del recipiente.

9. El recipiente definido en la reivindicación 8, caracterizado porque el extremo de salida de cada lanza/tobera de inyección de material sólido esta al menos 150 mm encima de una superficie inmóvil de la capa metálica.

10. El recipiente definido en la reivindicación 8 o reivindicación 9, caracterizado porque el extremo de salida de cada lanza/tobera de inyección de material sólido no esta a más de 500 mm encima de una superficie inmóvil de la capa metálica.

11. El recipiente definido en cualquiera de una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque la lanza/tobera de inyección de material sólido incluye: (a) un miembro alargado hueco que define un pasaje central para el material de alimentación, y tiene un extremo de entrada y un extremo de salida; y (b) una camisa externa de enfriamiento por agua.

12. El recipiente definido en la reivindicación 11, caracterizado porque el miembro se extiende más allá de la camisa de enfriamiento por agua en el extremo de salida de cada lanza/ tobera .

13. El recipiente definido en cualquiera de una de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque cada lanza/tobera de inyección de material sólido se extiende en forma descendente e internamente dentro del recipiente en un ángulo de 30-60° en vertical. PROCESO DE FUNDICIÓN DIRECTA RESUMEN DE LA INVENCIÓN Se describe un proceso de fundición directa para producir metal a partir de un material de alimentación metalífero. El proceso de fundición directa es un proceso basado en un baño de fundición, en el que la fundición ocurre predominantemente en la capa metálica, el gas portador/material de alimentación metalífero/material carbónico sólido se inyectan hacia dentro de la capa metálica vía lanzas /toberas , y se inyecta gas que contiene oxígeno en el espacio superior por encima del baño de fundición, y post-quema los gases de reacción desprendidos del baño. La inyección de material de alimentación metalífero y material carbónico sólido causa que el material fundido sea proyectado del baño de fundición como salpicaduras, gotitas y flujos, para formar una zona de transición. El proceso se caracteriza formando un tubo de un material sólido en un extremo de salida de al menos una lanza/ obera , mientras se inyecta el material de alimentación metalífero y el material carbónico por medio de las lanzas/toberas, con lo cual extienden la longitud efectiva de la lanza/tobera o las lanzas/toberas.