MX2011011848A - Planta siderurgica integrada con produccion de dri caliente o frio. - Google Patents

Abstract

Un diseño de planta siderúrgica integrada para combinar eficientemente la operación continua de un reactor de reducción que produce DRI caliente con la operación intermitente por lo menos de un horno de fusión de DRI. El reactor de reducción directa para producir DRI caliente para su consumo en un horno de fusión de DRI o para producir DRI frio cuando la producción continua de DRUI excede la velocidad de consumo de DRI del horno de fusión o cuando dicho horno tiene demoras de operación significativas. El reactor de reducción tiene una zona de enfriamiento de DRI dentro del mismo recipiente del reactor que opera selectivamente para enfriar el DRI en el mismo recipiente del reactor cuando el DRI caliente producido en el reactor no se consume por el horno de fusión y cuando la capacidad de las tolvas de DRI caliente que alimenta al horno de fusión es insuficiente para acumular la cantidad de DRI caliente que no va a ser consumido. Se evita la necesidad de tener un recipiente de enfriamiento de DRI con sus sistemas asociados de compresor y sistemas de limpieza y enfriamiento de gas, disminuyendo así los costos de capital y de cooperación de dicha planta siderúrgica. La invención también permite una construcción flexible y modular y la operación de la planta siderúrgica es aplicable a reactores de reducción diseñados para operar a alta o baja presión.

Description

PLANTA SIDERÚRGICA INTEGRADA CON PRODUCCIÓN DE DRI CALIENTE O FRÍO CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere al campo de "mini-milis" integrados que tienen una planta de reducción directa para producir hierro de reducción directa (DRI) el cual es fundido en hornos de arco eléctrico (EAF) o en equipos similares para producir hierro fundido que a su vez es usado para la producción de productos de acero. Más particularmente, la invención se relaciona con un sistema de reducción capaz de producir DRI caliente a altas temperaturas para ser fundido en hornos de arco eléctrico o ser briqueteado en caliente, y también DRI frío que puede almacenarse para uso posterior, utilizando el mismo reactor de reducción. La invención permite una conexión mejor y más flexible entre el productor de DRI (la Planta de Reducción Directa) y el usuario de DRI (EAF) dentro de la planta mini-mili y una coordinación ventajosa entre la fuente de producción continua de DRI y el horno de fusión del tipo discontinuo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La utilización de DRI en la industria siderúrgica se está expandiendo y el número de plantas llamadas mini-milis, que son plantas siderúrgicas de capacidad de producción relativamente pequeña y mediana, está aumentando. Estas plantas mini-mili comprenden una o más plantas de reducción directa, donde el DRI se produce a partir de minerales de hierro, y hornos de arco eléctrico (EAF) para fundir dicho DRI y producir hierro líquido y acero. Las ventajas económicas y de operación de las plantas siderúrgicas modernas (mini-milis) han sido reconocidas en el arte previo y algunos de los métodos y aparatos han sido propuestos para hacer estas instalaciones más eficientes cón menores costos de inversión y de operación.

Es conocido producir DRI frío en reactores de cuba vertical de lecho móvil que tienen una zona de reducción en su parte superior donde partículas de mineral de hierro, en forma de trozos, pellets o mezclas de éstos, se hacen reaccionar con un gas reductor que comprende hidrógeno y monóxido de carbono alimentado a dichos reactores a temperaturas del orden de aproximadamente 800°C a aproximadamente 1050°C, por lo que el DRI caliente es enfriado en una zona de enfriamiento en la parte inferior del reactor a temperaturas menores a 100°C antes de ser descargado del reactor y ponerse en contacto con el aire. La temperatura de descarga debe ser menor a aproximadamente 100°C para evitar que el DRI se reoxide espontáneamente. Reactores de este tipo que producen DRI frío se describen por ejemplo, en las patentes de Estados Unidos 3,765,872, 4,046,557 y 4,150,972.

También es conocido producir DRI en reactores de cuba vertical de lecho móvil diseñados para resistir las altas temperaturas del DRI, entre aproximadamente 500°C y aproximadamente 1000°C y promover en el reactor un flujo de sólidos másico por gravedad, lo cual significa que las partículas sólidas se mueven uniformemente a través de la zona de reducción en contacto con el gas reductor, asegurando así que todas las partículas se reduzcan químicamente al mismo grado de contenido de hierro metálico. Esto es importante para asegurar una buena calidad uniforme del DRI.

Ejemplos de reactores que producen DRI caliente se describen en las patentes de Estados Unidos 3,799,367; 4,188,022; 4,725,309 y 6,214,086. Los solicitantes han encontrado que las siguientes referencias de arte previo están relacionadas con la presente invención.

La patente de Estados Unidos 6,241 , 804 a Roselfellner describe un proceso para producir briquetas de hierro y/o hierro esponja frío. Esta patente muestra un reactor de reducción directa de cuba vertical y lecho móvil 1 donde el DRI caliente desciende de la zona de reducción 2 y se enfría en la zona de 10 por medio de un sistema de gas de enfriamiento 13. El DRI frío es descargado a una temperatura de 30°C a 100°C por la zona de descarga de producto 11. Puede producirse DRI caliente, a una temperatura de 600°C a 1000°C extrayéndolo de la zona 16 localizada debajo de la zona de reducción utilizando transportadores de tornillo 17. Unas máquinas briqueteadoras 18 para hierro caliente se localizan cerca de los transportadores de tornillo 17 para producir briquetas de hierro y poder almacenarlo. Aunque en esta patente se contempla el objeto general de producir los dos tipos de productos, es decir, hierro esponja frío y también briquetas de hierro calientes con el mismo reactor de reducción, el reactor propuesto tiene un diseño más complicado y está dirigida para producir DRI frío la mayor parte del tiempo, mientras que la producción de briquetas calientes de hierro se propone como excepción cuando se tiene que interrumpir la producción normal del DRI frío. Esta patente no hace ninguna mención de la manera en que los transportadores de tornillo están dispuestos bajo la zona de reducción, lo cual es muy importante considerando que normalmente las partículas sólidas de DRI fluyen hacia abajo a través del reactor para ser descargadas frías, y por lo tanto se concluye que en la práctica, los transportadores de tornillo van a interferir la mayoría del tiempo con el flujo de DRI.

La patente de Estados Unidos 6,214,086 a Montague et al. describe un método y aparato para suministrar simultáneamente proporciones variadas de DRI caliente y frío de una fuente de DRI caliente para ser fundido, almacenado, briqueteado o transportado. El sistema de esta patente usa un transportador de DRI por gravedad y la producción de DRI frío se hace enfriando el DRI caliente en un recipiente e enfriamiento separado fuera del reactor de reducción, el cual está diseñado para producir solamente DRI caliente.

Las patentes de Estados Unidos Nos. 5,296,015 y 5,445,363 a Becerra-Novoa et al. describen un método para el transporte neumático de DRI caliente o frío como un medio eficiente para manejar y transportar DRI caliente desde un reactor de reducción a una variedad de puntos de uso para dicho DRI, por ejemplo a un horno de fusión de DRI, a una máquina briqueteadora o a una tolva de almacenamiento. Aunque las patentes anteriores sugieren la posibilidad de enfriar el hierro esponja caliente dentro del reactor de reducción circulando de un gas de enfriamiento a través de la porción inferior del reactor de reducción, estas patentes sin embargo no proporcionan ninguna de las ventajas que provee la presente invención cuando se integra la producción continua de DRI caliente en un reactor de cuba vertical de lecho móvil con una acería utilizando uno o más hornos para fundir el DRI de tipo intermitente, por ejemplo hornos de arco eléctrico (EAF).

La práctica actual en el diseño y operación de plantas siderúrgicas basadas en DRI que tienen normalmente descarga caliente es proporcionar un recipiente de enfriamiento de DRI separado para enfriar el DRI y poder descargarlo a la atmósfera abierta para su almacenamiento seguro y su transporte a granel. Sin embargo, este recipiente de enfriamiento separado, requiere una tolva adicional para enfriarlo (cuando ya existe un cono de descarga en el reactor) con toda la tubería adicional asociada y el equipo para manejo del producto caliente necesario para accesar la tolva de enfriamiento, aumentándose los costos de inversión y de operación de una planta siderúrgica.

Los documentos citados en este texto (incluyendo las patentes extranjeras), y todos los documentos citados o referenciados en los documentos citados en este texto se incorporan aquí por referencia. Los documentos incorporados a este texto por referencia, o cualesquiera enseñanzas contenidas en ellos pueden usarse en la práctica de esta invención.

La presente invención no requiere un recipiente de enfriamiento de DRI separado y está dirigida a proporcionar un sistema de reactor de reducción directa diseñado para una producción normal de DRI caliente y excepcionalmente para enfriar dicho DRI para su almacenamiento y posterior utilización, donde el cambio de producto de DRI caliente a DRI frío y vice-versa se lleva a cabo de manera coordinada con un mínimo de perturbaciones en la operación y producción de la planta siderúrgica integrada.

OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN Es por lo tanto un objetivo de la presente invención proporcionar una planta siderúrgica de tipo mini-mili con alta eficiencia y bajos costos de operación e inversión.

Es otro objetivo de la invención proporcionar un sistema y un método para combinar eficientemente la operación continua de un reactor de reducción produciendo DRI caliente con la operación intermitente de un horno de arco eléctrico para fundir dicho DRI caliente.

Es además otro objetivo de la invención proporcionar flexibilidad en el diseño de una planta de DRI que no esté restringido por limitaciones debidas a restricciones impuestas por el usuario final del DRI.

Es otro objetivo de la invención proporcionar la posibilidad de expandir modularmente una planta de DRI, que produce DRI frío al principio, y tener la capacidad de proveerle en el futuro los medios necesarios para producir DRI caliente, usando el mismo equipo ya instalado y simplemente agregando algunos equipos nuevos.

Es otro objetivo de la invención proporcionar un sistema de reactor de reducción directa (RD) capaz de producir DRI caliente o DRI frío con menos equipos.

BREVE RESUMEN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un método para operar una planta siderúrgica integrada que comprende un reactor de reducción directa adaptado para producir un flujo continuo normal de DRI caliente para su consumo en por lo menos un horno de fusión de DRI y también para descargar DRI frío, proveyendo a dicho reactor con una zona de reducción donde las partículas de mineral de hierro se reducen a DRI caliente por reacción con un gas reductor a una temperatura de aproximadamente 850°C a aproximadamente 1 100°C; y una zona de enfriamiento de DRI dentro del mismo recipiente del reactor con una capacidad de enfriamiento suficiente para enfriar la producción de DRI caliente de la zona de reducción; por lo menos uno o más hornos de fusión de DRI; por lo menos una o más tolvas de alimentación de DRI caliente; y conductos apropiados de DRI para llevar dicho DRI caliente de dicho reactor de reducción a dichas por lo menos una o más tolvas de alimentación de DRI caliente y después a dichas por lo menos uno o más hornos de fusión; y medios para dirigir selectivamente el DRI caliente a dichas por lo menos una o más tolvas de alimentación o para descargar separadamente DRI frío del reactor de reducción; donde dicho método comprende: a) alimentar las partículas de mineral de hierro a la zona de reducción de dicho reactor; b) hacer que dichas partículas reaccionen con un gas reductor a alta temperatura para producir DRI caliente; c) determinar si el DRI caliente producido en dicho reactor después de ser descargado va a poder ser consumido por dichos por lo menos uno o más hornos de fusión y si la capacidad de dichas por lo menos una o más tolvas de alimentación de DRI caliente es suficiente para acumular la cantidad de DRI caliente que se descarga del reactor y que no se consume por dichos por lo menos uno o más hornos de fusión; d) circular selectivamente una corriente de gas de enfriamiento no oxidante a través de la zona de enfriamiento del reactor para enfriar dicho DRI caliente que proviene de la zona de reducción a una temperatura segura debajo de aproximadamente 100°C cuando se determine que la capacidad de dichas por lo menos una o más tolvas de alimentación de DRI caliente es insuficiente para acumular la cantidad de DRI caliente que no va a consumirse por dichos por lo menos uno o más hornos de fusión; y e) operar los medios para dirigir el dicho DRI para descargar separadamente DRI frío de dicho reactor cuando dichos por lo menos uno o más hornos de fusión descontinúen la velocidad de fusión normal y que la velocidad de producción de DRI caliente exceda la capacidad de dichas por lo menos una o más tolvas de alimentación de DRI.

La presente invención se relaciona además con una planta siderúrgica integrada en la cual se combina en forma más efectiva la operación continua de un reactor de reducción para producir DRI caliente con la operación intermitente de por lo menos uno o más hornos de fusión de DRI, que comprende: un reactor de reducción directa que tiene una zona de reducción adaptada para producir continuamente DRI caliente y también una zona de enfriamiento de DRI capaz de producir DRI frío a partir del DRI caliente recibido de la zona de reducción; por lo menos uno o más hornos de fusión de DRI; por lo menos una o más tolvas de alimentación para acumular y alimentar intermitentemente dichos por lo menos uno o más hornos de fusión de DRI; caracterizado por: medios para dirigir DRI caliente, recibido de la zona de reducción vía la zona de enfriamiento inactiva, a dichos por lo menos uno o más hornos de fusión y para activar selectivamente la zona de enfriamiento en el reactor y dirigir el DRI frío resultante para ser descargado separadamente cuando se detecte que el DRI caliente producido en el reactor no va a ser consumido por el horno de fusión de DRI y que la capacidad de cualquiera de las tolvas de alimentación de DRI caliente sea insuficiente para acumular la cantidad de DRI caliente que no va a ser consumida en dicho horno de fusión; por lo que no se requiere un recipiente separado de dicho reactor para enfriar el DRI.

Más preferiblemente, la invención es particularmente útil donde el reactor es del tipo de cuba vertical de lecho móvil y típicamente con un horno de fusión que es un horno de arco eléctrico con ductos de transporte neumático y tolvas intermedias de desenganche y acumulación de DRI. Se entenderá que los medios para dirigir pueden incluir medios para detectar y ser controlados por computadora.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama esquemático de una planta siderúrgica integrada incorporando la invención y mostrando un sistema de reactor de reducción directa para producir DRI Frío o caliente operando a presión relativamente alta sobre la presión atmosférica, y una acería para DRI que tiene un horno de arco eléctrico con ductos de transporte neumático y tolvas intermedias de desenganche y acumulación.

La Figura 2 es un diagrama esquemático de una planta siderúrgica integrada incorporando la invención aplicada a un sistema de reactor de reducción directa que opera a una presión relativamente baja para producir DRI frío o caliente.

La Figura 3 es un diagrama esquemático de una planta siderúrgica integrada que incorpora la invención aplicada a una acería alimentada por gravedad desde un reactor para producir DRI caliente o frío.

Descripción detallada algunas modalidades preferidas de la invención La utilización de DRI en la industria siderúrgica se está expandiendo y el número de las plantas llamadas "mini-milis", que son plantas siderúrgicas de capacidad de producción relativamente pequeña y mediana, está aumentando. Estas plantas mini-milis comprenden una o más plantas de reducción directa, donde se produce DRI a partir de minerales de hierro, y hornos de arco eléctrico para fundir dicho DRI y producir hierro y acero líquido.

Las ventajas económicas y operacionales de las plantas siderúrgica mini-milis modernas han sido reconocidas en el arte previo y se han propuesto algunos métodos y aparatos para hacer las instalaciones de los mini-milis más eficientes con costos más bajos de inversión y de operación.

El DRI es un material sólido granular que se produce por la reacción de minerales de hierro (principalmente óxidos de hierro) en fase sólida, con un gas reductor a alta temperatura, en el orden de 900°C a 1100°C en un reactor de reducción con o sin zona de enfriamiento para el DRI. El DRI se funde, preferiblemente en un horno de arco eléctrico, para producir hierro líquido y transformarse a acero líquido.

Las plantas de reducción directa comprenden típicamente un reactor continuo de lecho móvil que descarga DRI caliente o frío. El término "DRI frío" se aplica al DRI descargado a temperatura típicamente de aproximadamente 100°C, y el término DRI "caliente" se aplica al DRI descargado a temperaturas típicamente arriba de 350°C, e.g. a DRI no enfriado en el reactor de reducción. Algunos de los reactores de reducción directa operan a una presión relativamente alta sobre la presión atmosférica, e.g. arriba de aproximadamente 5 bars arriba de la presión atmosférica, y otros operan a una presión más baja, e.g. hasta aproximadamente 5 bars, usualmente a aproximadamente 2 a 3 bars sobre la presión atmosférica.

Con referencia a la Figura 1 , el numeral 10 designa en forma general un reactor de reducción directa al que se alimenta mineral de hierro 12 a través de por lo menos una entrada 14 en forma de trozos, pellets o cualquier mezcla de éstos. Las partículas de mineral de hierro 12 se alimentan desde una tolva de alimentación 13 al reactor 10 a través de tolvas esclusas 15 provistas de válvulas de sello de gas 17 como es conocido en el arte.

El mineral de hierro desciende por la zona de reducción 16 del reactor 10 y reacciona, en contacto a contra-corriente, con un gas reductor a alta temperatura . El gas reductor se introduce al reactor por el punto 20, localizado en la parte baja de la zona de reducción 16, y se extrae del reactor por el punto 22 localizado en la parte superior de dicha zona de reducción 16. Se regenera el potencial reductor de una porción importante de este gas reductor y se recircula al reactor 0 por la entrada 20, como es bien conocido en el arte.

En la parte inferior del reactor 10 está una sección de descarga 24 preferiblemente de forma cónica que converge a por lo menos una salida 26, a través de la cual el mineral ya reducido, DRI, se descarga frío o caliente. Cuando el DRI necesita ser directamente descargado frío (a una temperatura menor a 100°C), para evitar problemas de reoxidación que pueden ocurrir cuando el hierro esponja caliente se pone en contacto con el oxígeno y la humedad atmosféricos), la sección inferior de descarga 24 se usa también como una zona de enfriamiento de DRI 24. En esta zona de enfriamiento de DRI 24 se circula normalmente una corriente de gas de enfriamiento (que comprende cualquier gas no-oxidante, inerte o reductor, por ejemplo gas natural) a contra-corriente para extraer calor del DRI caliente. Este gas de enfriamiento se introduce por el tubo 28 en la parte inferior de la zona cónica 24, y se extrae caliente de la parte superior de la zona 24 a través de un tubo indicado como 30, y luego se recircula en un circuito cerrado de nuevo al tubo 28. En el circuito de enfriamiento, el gas caliente se limpia y enfría antes de ser reintroducido al reactor. Para este fin, el circuito de recirculación incluye una torre de enfriamiento 32, un compresor 34 y un tubo 36. Se puede alimentar una corriente de repuesto de gas de enfriamiento desde una fuente adecuada 38 directamente a la parte inferior del cono del reactor o a través de un punto de alimentación en el circuito de enfriamiento.

Cuando se desea descargar el DRI a alta temperatura, lo cual es lo normal, se desactiva el circuito de gas de enfriamiento, y entonces el DRI no tiene ningún enfriamiento antes de ser descargado del reactor 10.

El DRI es descargado del reactor 10 a una velocidad regulada por un mecanismo 40 que puede ser una válvula rotatoria, una mesa vibratoria, un transportador tipo tornillo o cualquier otro medio conocido en el arte.

El DRI puede ser enviado selectivamente por medio de la válvula selectora 42, al ducto 44 si el DRI ya está frío, o al ducto 46, si el DRI está caliente. El DRI frío se descarga a través de la salida 48 de la tolva esclusa 50, que se presuriza y despresuriza por medio de válvulas de sello de gas 52 y 54, típicamente hacia un transportador 56 de DRI frío.

La tolva 50, que recibe el DRI frío del reactor 10, cuando se produce DRI frío, puede utilizarse como mecanismo para obtener muestras de DRI para análisis de laboratorio cuando el DRI se descarga caliente. En este caso, se hace fluir un gas de enfriamiento a través de la tolva para enfriar el DRI antes de llenar los recipientes de muestras.

El DRI caliente, producido cuando no se opera el circuito de gas de enfriamiento en la zona cónica inferior 24 del reactor 10, se envía aun homo de arco eléctrico 60, por ejemplo por medio de un tubo de transporte neumático 46 y un sistema de gas de transporte asociado (no mostrado por simplicidad). La invención no está limitada a la utilización de un transporte neumático y el transporte de DRI caliente puede hacerse por otros medios, por ejemplo por medio de transportadores metálicos cerrados, o por gravedad a través de tubos provistos de medios para evitar el contacto del DRI caliente con oxígeno y humedad.

Una corriente de gas de transporte 61 que se hace circular por el ducto 46, transporta reumáticamente el DRI cal:ente a la tolva 62. Esta tolva 62 se usa para separar el gas de transporte 61 (que puede ser por ejemplo nitrógeno o cualquier gas de proceso no-oxidante) de las partículas sólidas por una simple expansión del área de flujo.

En una modalidad preferida de la invención, se usa nitrógeno caliente como gas de transporte 61 que se recicla en un circuito cerrado. La corriente de gas de transporte, después de separarse del DRI en la tolva receptora 62, fluye por la salida 64 y se limpia y enfría antes de ser comprimida y reciclada al tubo de gas de transporte 46. Se puede calentar la corriente de gas de transporte 61 para minimizar las pérdidas de temperatura del DRI caliente.

El DRI caliente, después de su separación del gas de transporte 61 utilizado en su transporte neumático, pasa a una segunda tolva 66 que puede usarse como tolva esclusa para descargar el DRI caliente a presión atmosférica a un EAF 60. La presurización y despresurización de la tolva 66 se hace por medio de válvulas de sello de gas 68 y 70. La regulación del flujo de sólidos de la tolva receptora 62 a la tolva esclusa 66 se hace por medio de un mecanismo de descarga de sólidos 72, por ejemplo una válvula rotatoria o mecanismo similar. El DRI caliente se alimenta luego al EAF 60 a través de los ductos 74 y 76 a una velocidad controlada por un mecanismo dosificador 78, por ejemplo una válvula rotatoria.

Una tolva de muestreo/dosificación 80 se localiza arriba del EAF 60 por conveniencia y puede también usarse para alimentar otros materiales al EAF 60.

Cuando ocurre un paro del EAF 60 no programado, la producción continua de DRI en el reactor 10 puede continuar, porque el DRI caliente se enfría dentro del reactor 10 hasta que es adecuado descargarlo a la atmósfera. En este punto, sabiendo la duración del paro de la planta de acería, es posible continuar la producción d DRI almacenándolo como DRI frío.

Para un paro corto del EAF, las condiciones de operación del reactor permanecen sin cambios, y el DRI caliente producido se acumula en las tolvas 62 y 66. Cuando se restablece la producción de acero, el DRI caliente puede descargarse inmediatamente al EAF en forma inmediata.

Por otra parte, para un paro largo del EAF, se activa el circuito de gas de enfriamiento a través de la zona de descarga 24 del cono del reactor, y se puede detener temporalmente la descarga del reactor para enfriar el DRI como lecho fijo hasta llegar a la temperatura de descarga del DRI (menor a 100°C). Después se puede restablecer la velocidad de producción normal con una descarga desviada del DRI ya frío.

La producción de DRI frío directamente dentro del reactor tiene las ventajas de reducir los costos de capital y de operación y también de mejorar la calidad del producto porque los finos que resultan normalmente como consecuencia del movimiento de las partículas de mineral y de DRI dentro del reactor, permanecen distribuidas entre las partículas de DRI grandes. Por lo tanto la transferencia de calor y masa entre las partículas sólidas y el gas de enfriamiento es más uniforme si se compara con el contacto gas-sólido que tiene el DRI que se ha descargado del reactor de reducción 10 y se alimenta a un recipiente de enfriamiento separado (ya que los finos se segregan cuando se cargan a un recipiente de enfriamiento separado con la consecuente formación de un flujo de gas irregular).

Otra ventaja proporcionada por la invención es que puede realizarse el mantenimiento del circuito de transporte neumático además del EAF sin interrumpir la producción de DRI del reactor 10, aprovechando así los tiempos muertos que se tienen cuando hay paros en la acería.

Cuando ocurre un paro programado del EAF, es posible planear el enfriamiento del DRI dentro del reactor de tal manera que cuando se detiene la producción de acero, la producción de DRI continúa porque el DRI se descarga del reactor después de ser enfriado a la temperatura adecuada para ser descargado en forma segura en contacto con la atmósfera. Durante el período requerido para enfriar el DRI en el lecho móvil dentro de la zona cónica 24 del reactor 10, el material descargado se alimenta al EAF a una temperatura que disminuye gradualmente. Aunque se alimenta brevemente al EAF, DRI parcialmente-enfriado, durante este período de transición, esto se contrarresta ventajosamente por la producción continua de DRI a lo largo de la transición para descargar en forma segura DRI frío a la atmósfera. Como consecuencia, es evidente que la adaptación de un reactor capaz de producir ambos DRI caliente y DRI frío hace innecesario un recipiente enfriador externo para operar la planta. Por lo tanto, por esta invención, se hace posible una configuración sin un recipiente enfriador externo.

Como los paros no programados de una planta siderúrgica son unos pocos al año, las pérdidas de producción asociadas a estos eventos, i.e. el enfriamiento en forma de lecho fijo dentro del reactor que requiere unas pocas horas sin producción de DRI, no son significativas. Por esta razón, una planta siderúrgica basada en DRI puede diseñarse y construirse sin un enfriador externo de DRI a un menor costo. Esta configuración es sólo un poco menos flexible pero más económica y más simple que las plantas siderúrgicas con un enfriador externo.

Finalmente, otra ventaja de la presente invención es que se puede instalar y operar la planta en etapas graduales, simplemente agregando piezas de equipo que se integran con otras ya construidas. Por ejemplo, en una primera etapa, la planta puede equiparse sólo para producir DRI que se descarga frío. En una segunda fase, se puede instalar el sistema de transporte neumático para mover DRI caliente del reactor al EAF. En este caso, los paros programados se controlan por medio de una planeación del enfriamiento del material dentro del reactor mientras que los paros no programados están asociados con una pérdida de producción de DRI limitada por el tiempo requerido para enfriar el DRI. Al final, si es necesaria una máxima flexibilidad de planta garantizada, se puede agregar un enfriador externo de DRI. De esta m&nera, se pueden manejar también los paros no programados sin pérdidas de producción importantes.

Con referencia ahora a la Figura 2, en la cual los mismos numerales designan los mismos elementos de la Figura 1 , se muestra una modalidad de la invención donde el reactor 10 no opera a una presión relativamente alta, y por lo tanto, es necesario proveer una tolva de presurización intermedia 82, entre el reactor 10 y el ducto de transporte neumático 46 de manera que el gas de transporte 61 a alta presión pueda ser alimentado al ducto 46. La tolva presurizable 82 está provista de válvulas de sello de gas 84 y 86 para admitir DRI caliente del reactor 10 que opera a una presión más baja que el sistema de transporte neumático.

De acuerdo con otra modalidad de la invención, descrita con referencia a la Figura 3, y donde los mismos numerales designan los mismos elementos de las Figuras 1 y 2; el reactor de reducción 10 está localizado a una altura adecuada arriba del nivel del EAF 60 de manera que sea posible transportar por gravedad el DRI caliente desde el reactor 10 al EAF 60. En este caso, cuando se enfría el DRI dentro del reactor 10, es desviado a través del tubo 88 hacia el transportador 56 de DRI frío.

Se debe entender ^or supuesto que las descripciones anteriores solamente son para propósitos ilustrativos, y que presentan algunas modalidades preferidas de la invención, y que se pueden hacer numerosas modificaciones y adiciones a estas modalidades sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.

Lo que se reclama como propiedad es:

Claims (19)

REIVINDICACIONES

1. Un método de operar una planta siderúrgica integrada que comprende un reactor de reducción directa adaptado para producir un flujo de DRI caliente normalmente continuo para ser consumido en por lo menos un horno de fusión de DRI y también para descargar DRI frío, proveyendo a dicho reactor con una zona de reducción donde partículas de mineral de hierro son reducidas a DRI caliente por reacción con un gas reductor a una temperatura de aproximadamente 850°C a aproximadamente 1100°C; y una zona de enfriamiento de DRI dentro del mismo recipiente del reactor con una capacidad de enfriamiento suficiente para enfriar la producción de DRI caliente del a zona de reducción; por lo menos uno o más hornos de fusión de DRI, por lo menos una o más tolvas de alimentación de DRI caliente, y ductos adecuados de DRI para transportar dicho DRI caliente desde dicho reactor de reducción a dichos por lo menos una o más tolvas de alimentación de DRI y luego a dichos por lo menos uno o más hornos de fusión; y medios de desvío del DRI para dirigir selectivamente el DRI caliente a dichas por lo menos una o más tolvas de alimentación de DRI o para descargar separadamente DRI frío del reactor de reducción; donde dicho método comprende: a) alimentar las partículas de mineral de hierro a la zona de reducción del reactor; b) hacer que dichas partículas reaccionen con un gas reductor a alta temperatura para producir DRI caliente; c) determinar si el DRI caliente producido en dicho reactor, as ser descargado del reactor va a ser consumido por dichos por lo menos uno o más hornos de fusión y si la capacidad de dichas por lo menos una o más tolvas de alimentación de DRI caliente es suficiente para acumular la cantidad de DRI caliente que es descargada del reactor mientras no se consume por dichos por lo menos uno o más hornos de fusión; d) circular selectivamente una corriente de gas de enfriamiento no-oxidante a través de la zona de enfriamiento del reactor para enfriar dicho DRI caliente de la zona de reducción hasta una temperatura segura menor a aproximadamente 100°C cuando se determine que la capacidad de dichas por lo menos una o más tolvas de alimentación de DRI es insuficiente para acumular la cantidad de DRI caliente que no va a ser consumido por dichos por lo menos uno o más hornos de fusión; y e) operar los medios desviadores de DRI para selectivamente descargar de dicho reactor DRI frío cuando dichos por lo menos uno o más hornos de fusión interrumpan su velocidad de fusión normal y la velocidad de producción de DRI caliente exceda la capacidad e dichas por lo menos una o más tolvas de alimentación de DRI.

2. Un método de conformidad con la reivindicación 1 , donde dicho reactor de reducción es un reactor de cuba vertical de lecho móvil.

3. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, donde se alimenta DRI caliente a sólo un horno.

4. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 3, donde dicho gas de enfriamiento es un gas no-oxidante.

5. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 3, donde dicho gas de enfriamiento es gas natural.

6. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 3, donde dicho gas de enfriamiento es un gas derivado de la gasificación de carbón.

7. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dichas partículas de mineral de hierro están en forma de trozos, pellets o mezclas de estos materiales.

8. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dicho horno de fusión de DRI es un horno de arco eléctrico.

9. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además operar dicho reactor a una presión relativamente baja sobre la presión atmosférica.

10. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el transporte de DRI caliente se hace por gravedad desde el reactor a un horno de arco eléctrico.

1 1. Una planta siderúrgica integrada para combinar en forma más efectiva la operación continua de un reactor de reducción para producir DRI caliente con la operación intermitente de por lo menos uno o más hornos de fusión de DRI, que comprende: un reactor de reducción directa que tiene una zona de reducción adaptada para producir continuamente DRI caliente y también una zona de enfriamiento de DRI capaz de producir DRI frío a partir del DRI caliente recibido de la zona de reducción; por lo menos uno o más hornos de fusión de DRI; por lo menos una o más tolvas de alimentación para acumular y alimentar intermitentemente dichos por lo menos uno o más hornos de fusión de DRI; caracterizado por: medios para dirigir DRI caliente, recibido de la zona de reducción vía la zona de enfriamiento inactiva, a dichos por lo menos uno o más hornos de fusión y para activar selectivamente la zona de enfriamiento en el reactor y dirigir el DRI frío resultante para ser descargado separadamente cuando se detecte que el DRI caliente producido en el reactor no va a ser consumido por el horno de fusión de DRI y que la capacidad de cualquiera de las tolvas de alimentación de DRI caliente sea insuficiente para acumular la cantidad de DRI caliente que no va a ser consumida en dicho horno de fusión; por lo que no se requiere un recipiente separado de dicho reactor para enfriar el DRI.

12. Una planta siderúrgica de conformidad con la reivindicación 11 , donde dichos por lo menos uno o más hornos de fusión de DRI son hornos de arco eléctrico.

13. Una planta siderúrgica de conformidad con una de las reivindicaciones 1 1 ó 12, donde el reactor de reducción es un reactor de cuba vertical de lecho móvil.

14. Una planta siderúrgica de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, donde se tiene solamente un horno de fusión.

15. Una planta siderúrgica de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 1 a 14, donde dicho reactor está adaptado para operar a una presión superior a aproximadamente 4 bars arriba de la presión atmosférica.

16. Una planta siderúrgica de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 11 a 14, donde dicho reactor está adaptado para operar a una presión hasta aproximadamente 4 bars arriba de la presión atmosférica

17. Una planta siderúrgica de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 11 a 16, que comprende además medios para circular una corriente de gas de enfriamiento a través de la zona de enfriamiento del reactor para enfriar dicho DRI caliente a una temperatura menor a aproximadamente 100°C.

18. Una planta siderúrgica de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 11 a 17, que comprende además un sistema de transporte neumático para transportar DRI caliente desde dicho reactor de reducción a uno o más de dichos hornos de fusión de DRI.

19. Una planta siderúrgica de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 11 a 17, que comprende además ductos para transportar DRI caliente posicionados desde dicho reactor hasta uno o más de dichos hornos de fusión de DRI para transportar el DRI caliente por gravedad. EXTRACTO DE LA INVENCIÓN Un diseño de planta siderúrgica integrada para combinar eficientemente la operación continua de un reactor de reducción que produce DRI caliente con la operación intermitente de por lo menos un horno de fusión de DRI. El reactor de reducción directa está adaptado para producir DRI caliente para su consumo en un horno de fusión de DRI o para producir DRI frío cuando la producción continua de DRI excede la velocidad de consumo de DRI del horno de fusión o cuando dicho horno tiene demoras de operación significativas. El reactor de reducción tiene una zona de enfriamiento de DRI dentro del mismo recipiente del reactor que se opera selectivamente para enfriar el DRI en el mismo recipiente del reactor cuando el DRI caliente producido en el reactor no se consume por el horno de fusión y cuando la capacidad de las tolvas de DRI caliente que alimentan al horno de fusión es insuficiente para acumular la cantidad de DRI caliente que no va a ser consumido. Se evita la necesidad de tener un recipiente de enfriamiento de DRI con sus sistemas asociados de compresor y sistemas de limpieza y enfriamiento de gas, disminuyendo así los costos de capital y de operación de dicha planta siderúrgica. La invención también permite una construcción flexible y modular y la operación de la planta siderúrgica es aplicable a reactores de reducción diseñados para operar a alta o baja presión.