MXPA03008238A

MXPA03008238A - Metodo y aparato para practicar la metalurgia con base en materiales carbonosos.

Info

Publication number: MXPA03008238A
Application number: MXPA03008238A
Authority: MX
Inventors: James Laubis Terry
Original assignee: Calderon Energy Company Of Bow
Priority date: 2001-03-16
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2004-11-12
Also published as: RU2003130068A; UA74063C2; PL369933A1; TW559629B; JP2004538363A; KR20030082993A; CN1553964A; NZ528496A; ZA200307071B; RU2282664C2; CN1302123C; US6409790B1; BR0208134A; WO2002075002A1; HUP0303445A2; EP1377688A1; CA2440243A1; CZ20032818A3; AU2002242294B2; KR100851447B1

Abstract

Un metodo y aparato, eficiente en energia, basado en carbon mineral, un reactor (10), que son favorables ambientalmente, los cuales producen un producto metalizado / carbon bajo presion y el metal fundido directamente desde materiales abundantes en carbon mineral u otro material carbonoso, y particulas finas de bajo costo (o un concentrado), en que el metal fundido carece de material de ganga y posee la ventaja inherente de retener el calor sensible para el proceso subsiguiente.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA PRACTICAR LA METALURGIA CON BASE EN MATERIALES CARBONOSOS Introducción Esta invención se refiere a la producción de metales a partir de óxidos metálicos, haciendo uso de un material carbonoso, en progreso de la descripción contenida en la solicitud pendiente de los solicitantes, que lleva el No. de Serie 09/241,649, presentada el 1 de febrero de 1999, y cedida a Art . Unit 1742. Específicamente, esta invención incorpora además desarrollos en la materia descrita en la solicitud referenciada particularmente con respecto a la alimentación de materias primas, el calentamiento de los mismas y la reacción de estas materias primas entre si. También se revelan aquí desarrollos adicionales con respecto a las operaciones de fundición y de la escoria, con el fin de suministrar un proceso y aparato integrados eficientes para practicar los mismos, que son favorables ambientalmente y de costo competitivo, en la producción de metales.

Antecedentes Es bien conocido que los métodos existentes para el proceso de materiales metálicas no tratados en productos ferrosos y no ferrosos, no son eficientes, contaminan y son muy costosos de financiar, de operar y de mantener. Además, existen problemas que se relacionan con peligros a la salud, que afectan a los trabajadores en estos campos, en virtud de la exposición a temperaturas extremadamente altas y la inhalación de polvos perjudiciales y de gases contaminados. El método y aparato descrito aqui tiene aplicabilidad al proceso de varios minerales metálicos, tal como los minerales de hierro, aluminio, cobre, etc., que incluyen polvos, desechos y residuos de tales materiales metálicos . Puesto que el mineral de hierro es el material de carga dominante en el campo de la metalurgia, en forma de ejemplo, la descripción de esta solicitud se enfocará al proceso del hierro denominado de "carbotratamiento" , con un material carbonoso, tal como el carbón mineral, para producir un producto de hierro / carbón, el cual se funde con un oxidante, denominado el "oxifundidor" para obtener un hierro fundido.

Objetivos de la Invención El objeto principal de este desarrollo es proporcionar un método y aparato, el cual sea eficiente de energía, para reducir los gases de invernadero. Otro ob eto de la presente invención es suministrar un método y aparato, en un ambiente cerrado, el cual permita y sea aceptado fácilmente por varias entidades, que incluyen las agencias de protección ambiental y el público. Aún otro objeto de esta invención es proporcionar un método y aparato, funcionalmente eficientes, para practicar los mismos con el fin de producir un producto de bajo costo y hacer posible que la industria sobreviva en un mercado global competitivo. Asimismo, otro objeto de esta invención es suministrar un método y aparato que requiera baja inversión de capital, para habilitar a la industria con facilidades de finanzas y crear empleos . Aún otro objeto de esta invención es proporcionar un método y aparato, que no sea perjudicial a los empleados, tanto desde el punto de vista de las condiciones de trabajo peligrosas como los efectos de deterioro por períodos prolongados, respecto a la salud. Otros objetos de esta invención serán evidentes de la siguiente descripción y las reivindicaciones anexas. Se hace referencia a los dibujos acompañantes, los cuales describen ciertas estructuras de aparatos para la práctica de este método de obtener unidades metálicas y como ellas se relacionan para fabricar hierro en la forma de hierro reducido directamente, hierro en briquetas metálicas, producto de hierro / carbón y hierro fundido. Este hierro fundido puede subsiguientemente ser convertido en acero directamente, mientras se funde o moldea en lingotes, los cuales se enfrian y luego se transportan en forma sólida a una planta de proceso. Se entenderá que el método y aparato, aquí descritos no se limitan solamente al proceso de materiales que llevan hierro.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es una representación del equipo usado para llevar a cabo el método de obtener un producto metalizado / carbón el cual luego se funda para obtener el metal fundido; la Figura 2 es una sección, tomada en 2-2, de un reactor mostrado en la Figura 1, dentro del cual toma lugar el carbotratamiento ; la Figura 3 es una variación de la cámara de reactor mostrada en la Figura 1 ; la Figura 4 es una vista terminal de la Figura 1, que muestra una pluralidad de reactores que descargan en un solo fundidor / homogeneizador; la Figura 5 es una configuración para producir directamente unidades de hierro reducido y el enfriamiento de tales unidades, antes de descargar en la atmósfera; la Figura 6 es aún otra configuración para producir unidades de hierro, las cuales forman briquetas, antes de su descarga en la atmósfera; la Figura 7 representa la descarga de unidades metálicas reducidas, calientes, en un contenedor, el cual está aislado y sellado, para conservar la energía e impedir la re-oxidación; la Figura 8 es una representación de la carga de materiales en el sistema, con las etapas en secuencia 8-1 hasta 8-6, que muestran varias posiciones del equipo para efectuar la carga, en que un núcleo de combustible se crea y tal núcleo está rodeado por el mineral que se va a reducir y la Figura 9 es una sección tomada en 9-9 de la Figura 8. Antes de describir en detalle la presente invención, se entenderá que esta invención no se limita a los detalles o el arreglo de las partes ilustradas en los dibujos anexos, ya que la invención puede hacerse operativa usando otras modalidades. También se entenderá que la terminología contenida es para fines de descripción y no de limitación.

Descripción Detallada de ios Dibujos Haciendo referencia a la Figura 1, el número 10 denota un reactor, donde toma lugar el tratamiento del mineral de hierro con el carbón, para obtener un producto de hierro / carbón; este tratamiento del mineral en seguida es denominado como el "carbotratamiento" . El número 11 denota un fundidor / homogeneizador, donde se funde el producto de hierro / carbón con un oxidante, para obtener metal fundido y escoria, en seguida denominado el "oxifundidor" . Un tubo erecto, denotado por el número 1, se conecta al fundidor / homogeneizador 11. Un depósito de metal es provisto para recibir el metal fundido y la escoria y se denota por el número 13. Haciendo referencia a la Figura 4, un sistema de almacenamiento para contener las materias primas se denota por el número 14; comprende las tolvas 58, 59 y 60, para almacenar los materiales de carga, tal como el mineral, carbón y fundente, respectivamente. Un mezclador de la materia prima se denota por el número 61 y sirve para mezclar los materiales de carga, conforme ellos se transportan a la tolva cerrada 36, que está, a su vez, equipada con una válvula superior 84 y un control 62 de carga inferior. Haciendo referencia de nuevo a la Figura 1, para una descripción más detallada de la estructura, que hace posible practicar el método, el reactor 10 consiste de un dispositivo de empuje, denotado por el número 15, el cual está equipado con un ariete 16 en el extremo de carga del reactor 10, que sirve para empujar la carga mezclada que cae desde la tolva 36 dentro de la cavidad 17. Este ariete 16 es accionado empujando el dispositivo 15, que comprime la carga y la avanza dentro de la cámara de proceso, la cual se marca por el número 28, y que se ahusa por su longitud. La cámara 28 de proceso se conecta a la cavidad 17, y se compone de una cubierta de presión, marcada por el número 26, el aislamiento 27 y el elemento 25 de alentamiento de pared. El quemador 19, a su vez, comunica con el elemento calentador 25 por medio de la puerta 29. Este elemento calentador 25 está equipado con pasajes, mostrados por el número 53 en la Figura 2; ellos sirven como un conducto para dirigir los gases calientes desde el quemador 19 a través de la entrada 29 para fluir a través de los pasajes (humeros) 53 por la longitud de la cámara 28 de proceso y salen de la cámara por la salida 30. El extremo de descarga de la cámara 28, que se marca por el número 20, se une al codo 21. Este codo 1 se diseña de tal manera como para tener una pared reflexiva 23 con respaldo de aislamiento y contenida dentro de una cubierta de presión, con el fin de formar una zona radiante, para reflejar la energía térmica intensa contra el material que es carbotratado en el extremo 20 de descarga. Una primera lanza (o una pluralidad de las mismas) denotada por el número 22, se monta en el codo 2; esta lanza 22 se adapta para ser avanzada hacia o retractada desde el material que se va a procesar. El controlador 24 sirve para controlar el aire / oxígeno y el refrigerante, para hacer operativa a la lanza 22. Dicha lanza puede también contener combustible para fines del arranque . El reactor 10 comunica con el fundidor / homogeneizador 11 por medio de la transición 32, que dirige el material reducido (el producto de hierro / carbón) desde la cámara 28 al fundidor / homogeneizador 11, que comprende la cubierta 75, el forro 86, la parte superior 87 y el fondo 88. Una segunda lanza, .denotada por el número 34, sirve para suministrar oxidante en la forma de aire u oxígeno (o una combinación de los dos) , con el fin de reaccionar con el carbón en el producto de hierro / carbón y con los gases producidos dentro del proceso, para suministrar el calor necesario para fundir el hierro reducido en este producto de hierro / carbón, para suministrar un hierro fundido 42, y una escoria fundida 43, la cual flota sobre el hierro fundido 42. La lanza 34, que se mantiene fría, se eleva y baja por medio de un montacargas 39, para ajustar su nivel a la altura de trabajo dentro del fundidor / homogeneizador 11. Un drenaje / puerta, denotado por 31 y dispuesto en el fondo del fundidor / homogeneizador 11, conecta al tubo erecto 12. A través del drenaje / puerta 31 los gases, el hierro fundido y la escoria fundida fluyen. Una descarga del gas de escape, marcada por el número 47, es provista al tubo erecto 12 para desviar una corriente lateral de tales gases, con el fin de control, que se dirige al ciclón 46 para la recolección principal 37. Tanto el hierro fundido como la escoria fundida caen dentro del depósito 13, mientras el volumen de gases fluyen con el hierro y la escoria. El ciclón 46 comunica con la descarga 47, remueve la materia en partículas del gas de escape. El fondo del ciclón 46 es suministrado con una tolva 40 de ondas, que alimenta la tolva cerrada 41; las válvulas 44 y 45 de control traban y destraban la tolva cerrada 41, con el fin de descargar la materia de partículas recogida en el recipiente 33, las cuales se reciclan con los materiales cargados en el reactor 10. Un controlador de presión, denotado por el número 50, el cual controla la retro-presión del fundidor / homogeneizador 11 y el reactor 10 y el tubo erecto 112 se ubica corriente abajo del ciclón 46; la corriente lateral deja el sistema por el conducto 49, para el tratamiento ulterior en una instalación de tratamiento de gas, la cual no se muestra, pero es conocida en la técnica. El fondo 88 del fundidor / homogeneizador 11 se configura como un cono, con un drenaje / puerta 31 haciendo conexión con el tubo erecto 12, el cual, a su vez, hace conexión con el depósito 13 de metal en un modo sumergido. Se suministra un elemento de serpentín que alienta por inducción, denotado por el número 335, para suministrar calor auxiliar y asegurar que el metal fundido y la escoria fundida no solidifique cuando dejan el fundidor/ homogeneizador 11. En el caso que tal solidificación tome lugar, especialmente cuando el fundidor/ homogeneizador se detiene, el elemento calentador por inducción 35 se energiza para fundir el hierro y la escoria solidificada. El forro del tubo erecto 12 se hace de un material que acoplará con el elemento 35 calentador de inducción. El depósito 13 de metal consiste de una cámara forrada, adatada para girar alrededor del lecho 93 de segmento de rodillo, para efectuar el vaciado el hierro fundido 42 por medio del agujero 55 de la espita en el cucharón 51 y la escoria 43 por el tubo de descarga 54 dentro del pote 52. Haciendo referencia a la Figura 3, el número 10 es una configuración modificada, en que el elemento calentador 25 por la longitud de la cámara 28, es obviado. En esta configuración, la entrada de calor es por vía de la lanza 22, que se adapta para perforar en el lecho 28 por medio dé un oxidante, después que toma lugar el encendido. La lanza 22 está equipada con una punta de inyección, denotada por el número 48, la cual puede tener boquillas multi-direccionales para inyectar oxidante en varias direcciones . Orificios auxiliares de oxidante, mostrados por el número 92, son provistos en la lanza 22, para quemar el carbón y coque en la mezcla, al igual que los gases generados desde el carbón en la carga. La cámara 28 de calentamiento puede ser hecha de una estructura compuesta de la cual parte es metálica, como se nota por el número 117, y parte refractaria como se nota por el número 27. Haciendo de nuevo referencia a la Figura 4, la cual es una configuración en que una pluralidad de reactores, tal como el reactor 10, se montan costado contra costado para formar una batería, dentada por el número 104, con los reactores 10 que descargan en producto de hierro / carbón en un fundidor / homogeneizador 11 común. Este reactor 10, el cual está colocado a nivel del suelo, sirve como un repuesto. Una grúa, denotada por el número 63, puede ser añadida a la batería 104 de servicio. En la Figura 5, la invención se configura para obtener directamente el hierro reducido (DRI) o un producto de hierro / carbón, el cual se puede fundir fuera del sitio. El número 10 en el reactor con una tolva de olas corriente abajo, denotada por el número 64, la cual es seguida por el enfriador 65. Este enfriador 65 puede tomar uno de los varios acercamientos conocidos, que incluyen un alimentador de tornillo enfriado, mostrado por el número 38. Este enfriador alimenta el DRI enfriado o el producto de hierro / carbón en la tolva 66 de ondas. Debajo de esta tolva 66 de ondas, una tolva cerrada, denotada por el número 67, hace posible la descarga del producto DRI o el producto de hierro / carbón en la misma manera en la atmósfera y sobre el transportador 70, haciendo uso de las válvulas 68 y 69. Un ciclón, similar al ciclón 95 mostrado en la Figura 6 y descrito aquí, puede ser usado para la separación de la materia arrastrada en partículas . Haciendo referencia a la Figura 6, el número 10 es el reactor y el número 21 es el codo. Debajo del codo 21, es provista una transición, denotada por el número 94, a través de la cual se descarga el material carbotratado por medio del tubo descendente 73, dentro del aparato 71 que forma briquetas en caliente, el cual se adapta para formar estas briquetas desde el material carbotratado. Un alimentador de tornillo, denotado por el número 72, se dispone corriente arriba del aparato 71 de briquetas, para controlar la carga dentro de este aparato. Debajo del aparato 71 de briquetas, la tolva de ondas 74 seguido por la tolva cerrada 75 son provistas para la descarga de las briquetas formadas en la atmósfera y sobre el transportador 70. Las válvulas 76 y 77 sirven para trabar y destrabar la tolva cerrada 75. Adyacente a la transición 94, el ciclón 95 se monta para hacer uso del tubo 78, de tal manera como para pasar los gases calientes a través del ciclón 95, con el fin de remover la materia en partículas de los gases. Esta transición 94, la cual está equipada con superficies de impacto, tal como los desviadores en cascada 89, tienden a romper el material carbotratado caliente, para liberar el exceso de materia en partículas, tal materia permanecerá arrastrada en los gases de escape, se desacopla en un ciclón, denotado por el número 95. Este ciclón 95 está equipado con elementos 98 de control de presión y la tolva de ondas 96 es seguida por la tolva cerrada 97. El recipiente 79 de recolección se dispone debajo de la tolva cerrada 97, para recibir la materia en partículas removida de los gases, que se recicla (no mostrado) . Haciendo referencia a la Figura 7, una caja, denotada por el número 118, puede ser provista debajo de la tolva cerrada 75, para contener el producto de hierro / carbón y ser transportado por cualquier medio conocido, tal como un camión de elevación, para el proceso ulterior. Esta caja 118 se designa de tal manera que será aislada para aceptar los productos calientes, con el fin de conservar la energía térmica y prevenir la re-oxidación del producto. Se hace ahora referencia a la Figura 8, para la descripción de la estructura para alimentar el material carbonoso como un núcleo, el cual está rodeado por el mineral metálico. Un arreglo de almacenamiento de materiales es provisto y denotado por el número 80, el cual comprende la tolva 81 para contener el material carbonoso (combustible) y la tolva 82 para contener el mineral. Los alimentadores 101 y 102 controlan el flujo del combustible y mineral desde las tolvas 81 y 82, respectivamente. Las válvulas 10-3 y 105 suministran el servicio a la tolva cerrada 81 y las válvulas 104 y 106 proporcionan servicio a la tolva cerrada 82. El tubo 83 de carga está provisto en el fondo del almacén 80 de materiales, el cual es flanqueado por el dispositivo 90 de carga en un costado y el reactor 10 en el otro costado. El dispositivo 90 de carga se compone de un ariete de empuje, denotado por el número 99, y el émbolo de empuje 100 con el ariete 99 se avanzan y retractan por el elemento de impulso, tal como los cilindros 107, y este émbolo 100 es avanzado y retractado por el elemento de impulso, tal como el cilindro 108, proporcionando así un movimiento independiente en cualquiera del ariete 99 o el émbolo 100, con este émbolo 100 siendo alojado dentro de la ariete 99, el cual es anular en con iguración y el cual, a su vez, está alojado dentro del tubo 83 de carga. El ariete 90 pasa un agujero 109 de carga para permitir que el combustible caiga dentro de una cavidad, cuando el émbolo 100 está en la posición retractada. Durante la descripción detallada de la operación de la formación del núcleo que sigue, la clarificación ulterior será descrita con la ayuda de las Figuras 8-1 hasta 8-6.

Descripción Detallada de la Operación Al explicar la operación del método y aparato aquí descritos, esta Ddescripcion será como sigue: (i) . el modo de alimentar el mineral y carbón, y el calentamiento de tales materiales para el carbotratamiento del mineral, para suministrar un producto metalizado / carbón; y (ii) . la fusión del producto metalizado / carbón para suministrar el metal fundido por medio de la oxifundición.

Con respecto al carbotratamiento, en que un núcleo del combustible se forma en el óxido metálico (mineral) cargado, se hace referencia a la Figura 8, sus Figuras 8-1 a 8-6 en secuencia, y la Figura 9. En la Figura 8-1, tanto el ariete 99 como el émbolo 100 se muestran en la posición avanzada con el núcleo del combustible siendo denotado por el número 110 y el óxido que lo rodea se denota por el número 111. El émbolo 100 se retracta a la posición mostrada en la Figura 8-2 por medio del cilindro 108, mientras retiene el ariete 99 en la posición avanzada. Una cantidad dosificada de combustible (carbón), marcada por el número 112, se deja caer en la cavidad 13, por medio del agu ero 109 de carga. Este émbolo 100 es luego avanzado en parte para empujar el combustible 112 hacia el núcleo del combustible, que se ha cargado y compactado durante el ciclo previo, como se muestra en la Figura 8-3. En seguida, el ariete 99 es retractado usando la carrera completa de los cilindros 107, mientras el émbolo 100 es estacionado en la parte del camino de la posición avanzada. Una cantidad dosificada de óxido, marcada por el número 114, se deja caer en la cavidad 115, como se muestra por la Figura 8-4, esta cavidad rodea el émbolo 100. En seguida de esta etapa, tanto el ariete 99 como el émbolo 100 son avanzados simultáneamente en forma inicial, los materiales sueltos comienzan a ser compactados, como se muestra en la Figura 8-5 por el número 116, y conforme procede el avance del ariete 99 y el émbolo 100 el combustible y el óxido llegan a ser compactados completamente con el núcleo siendo formado dentro del óxido, y el óxido rodeando completamente el núcleo de combustible, la carrera de tanto el ariete 99 como el émbolo 100 se mantiene avanzada después de la compactacion y todos los contenidos del reactor 10 comienzan a moverse, para resultar en el producto metalizado / carbón caliente que se descarga desde el extremo de descarga del reactor 10, como se ilustra en la Figura 8; la descarga de tal producto se detiene cuando el ariete 99 y el émbolo 100 hacen su carrera completa a la posición avanzada. Al final de la carera del ariete 99 y el émbolo 100, la relación del ariete y el émbolo se muestran en la Figura 8-6, la cual es la misma como la mostrada en la Figura 8-1. En este punto, se completa el ciclo. La formación de un núcleo 110 de combustible procede cíclicamente para resultar en el suministro del núcleo 110 rodeado por el óxido 111, mostrado en la sección transversal de la Figura 9. Este ciclo repetitivo suministra así un núcleo de combustible rodeado con el óxido por la longitud de la cama 28 del reactor 10. La operación del carbotratamiento , con referencia a las Figuras 1, 3 y 4, se presente en seguida. Suponiendo que el método ya está en un estado estable y a presión, y el mineral (preferiblemente en forma concentrada, fina) , el carbón y el fundente contenidos en el sistema 14 de entrega de materiales, se mezclan proporcionalmente y se alimentan como una mezcla por medio de la tolva 36 dentro de la cavidad 17 de la cámara 28 del proceso. El ariete 16 es luego accionado por el dispositivo 15 de empuje, para compactar la mezcla en tal extensión como para hacerla sustancialmente impermeable, como se muestra por la representación densificada (número 18) en el extremo de carga del reactor 10. Conforme la mezcla es avanzada en la cama 28 del reactor 10, se alienta por cualquiera de las siguientes formas de alentamiento, es decir, por radiación, conducción, convección o cualquier combinación de estos sistemas, para causar la evolución de los gases desde el carbón, con la forma impermeable de la mezcla forzando a los gases a fluir dentro de la cámara 28 hacia el extremo 20 de descarga . Una porción de estos gases se quema en el extremo de descarga para suministrar una zona altamente radiante para reflejar la energía térmica intensa al máximo para calentar la mezcla a tal temperatura como para causar que el oxígeno en el mineral reaccione con los gases altamente reductores, liberados del carbón y/o con el carbón residual desde el carbón original , para reducir el mineral al hierro metalizado. Para reducir la transferencia de calor a la mezcla, las lanzas, tal como la lanza 22, son provistas, estas lanzas se adaptan para inyectar un oxidante en la forma de aire, oxígeno o una combinación de ambos, dentro de la mezcla de materiales en la cámara 28, conforme la mezcla avanza en la cama 28. Además, estas lanzas que se mantienen frías por medio de un refrigerante son también adaptadas para avanzar y retractarse para la transferencia óptima de calor. Las variaciones de la inyección de la lanza oxidante puede también tomar la forma de penetración en la propia mezcla, como se muestra en las Figuras 1 y 3, con chorros suplementarios de oxidante (véase el número 92) para la postcombustión para aumentar más la transferencia de calor en la mezcla. En el caso que se suministre un calor no conductivo a través de la pared de la cámara 28, la lanza 22 puede tomar la forma de un quemador de oxígeno-combustible (carbón, gas o aceite) , para iniciar la combustión y con la provisión de una vez encendidos los gases de carbón y el carbón , llegan a ser estables en la entrada del combustible desde que la lanza es cerrada, y el carbón y sus gases suministran la energía térmica necesaria para sustentar las reacciones, produciendo así el producto de hierro / carbón, . el cual se descarga en el fundidor / homogeneizador 11. Un arreglo alternativo puede ser el suministro de combustible a través de la lanza 22, tal como la inyección de carbón pulverizado sobre el mineral, o una combinación de los arreglos aquí descritos y otros que son conocidos en la técnica. El producto de hierro / carbón obtenido de este método es relativamente ligero en comparación con la densidad volumétrica del mineral de hierro y especialmente el metal fundido comparado; además, el tamaño del producto de hierro / carbón, conforme se descarga del reactor 10 es diverso en tamaño y no es uniforme. Cuando tal producto se descarga en un fundidor que contiene metal fundido y escoria, el producto de hierro / carbón tiende a flotar sobre la parte superior de la escoria y el metal fundido causa el retardo en la productividad y la pérdida de energía por la incapacidad de obtener fácilmente el producto de hierro / carbón en solución. Es para este fin que un fundidor que actúa también como un homogeneizador sin un baño de metal fundido y de escoria fundida es provisto, el cual toma la forma de un fundidor / homogeneizador 11, el cual es capaz de drenar el hierro fundido y la escoria fundida conforme ellos se forman. La oxifundición del producto metalizado / carbón será ahora descrita haciendo referencia a la Figura 1. Dentro del fundidor / homogeneizador 11, la lanza 34 suministra el oxidante para fundir el producto de hierro/carbón que se alimenta desde el reactor 10, por medio del tubo descendente 32. El oxidante reacciona con los gases y con el carbón procedente de la etapa de carbotratamiento, para casar una liberación de energía intensa la cual funde el hierro en el producto de hierro / carbón, la ganga que fue parte del óxido de hierro, las cenizas del carbón al igual que el material de fundente /desulfurador, usados como aditivos, resultan en obtener un hierro fundido y una escoria fundida, esta combinación deja continuamente el fundidor / homogeneizador 11 por via del drenaje / puerta 31 junto con varios gases presurizados , calientes producidos, tales gases, que fluyen a través del drenaje 7 puerta 31, mantienen el hierro fundido y la escoria fluyendo fuera del fundidor / homogeneizador 11 y dentro del depósito 13 , haciendo uso del tubo erecto 12 , cuya punta se sumerge en el metal fundido dentro del depósito 13 ; esta inmersión suministra un sello de líquido el cual mantiene la presión en el sistema. Por medio de la válvula 50 de control, la retro-presión en el reactor 10, el fundidor / homogeneizador 11 y el tubo erecto 12 se equilibran, mientras los gases generados durante el carbotratamiento en el reactor 10 y los gases generados durante la hoz fundición en el fundidor / homogeneizador 11, son guiados junto con el metal fundido y la escoria fundida al depósito 13, donde estos gases burbujean fuera del baño y se queman para liberar energía adicional, inyectando un oxidante a través de la boquilla 119. El gas de escape es recogido en la campana 120 para el tratamiento, no mostrado pero conocido en la técnica. El polvo metálico y las cenizas arrastradas en tales gases, permanecen en el baño en virtud de este baño que sirve como un depurador de humedad, y aumenta el rendimiento del metal fundido. Una corriente lateral de tales gases, que fluyen a través de la tubería maestra 37, se usa para el control de presión por medo de la válvula 50 y se dirigen al ciclón 46, por la descarga 47 para el tratamiento. La materia en partículas espada en el ciclón 46 se recicla con el material de carga y calor auxiliar, si fuera necesario, se mantiene en el tubo erecto 12 por medio del calentamiento 35 de inducción. La operación en el reactor 10 y en el fundidor / omogeneiz dor 11 es mantenida intencionalmente reducida, para impedir la re-oxidación del hierro y minimizar la formación de los NOx y lo C0X, mientras proporciona condiciones eficientes de desulfuración para remover el azufre, el cual se origina desde el carbón que lo contiene. Con respecto a la aplicación de esta invención a los metales no ferrosos, pueden tomar lugar variaciones a esas descritas; sin embargo, la intención no es apartase del espíritu de esta descripción. Ante todo, se expone aquí que la presente invención proporciona mayores mejoras sobre la práctica / metalurgia convencional , que se pueden usar con materias primas de bajo costo, y que son eficientes en energía, favorables ambientalmente y requieren poca inversión de capital .

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un método para procesar térmicamente un óxido metálico con un material carbonoso, en una o más cámaras, en que cada cual de la una o más cámaras tiene un extremo de carga y un extremo de descarga, para producir un producto metalizado / carbón, el cual es subsiguientemente fundido en un fundidor, para obtener un metal fundido y escoria fundida, este método comprende: cargar el óxido metálico y el material carbonoso en el extremo de carga de una o más cámaras, y formar este óxido metálico y el material carbonoso, hacia el extremo de descarga de esta una o más cámaras; inyectar un oxidante, de tal manera como para utilizar al menos una porción de la energía contenida en dicho material carbonoso, para liberar energía térmica y producir los gases reductores presurizados para reducir el óxido metálico y formar un producto metalizado/ carbón; descargar dicho producto metalizado / carbón caliente desde esta una o más cámaras, dentro del fundidor; calentar este producto metalizado / carbón en el fundidor, para producir un gas de escape presurizado, caliente, un metal fundido y una escoria fundida; y segregar el gas de escape, la escoria fundida y el metal fundido .
2. Un método para procesar térmicamente un óxido metálico con un material carbonoso en una o más cámaras, en que cada cual de esta una o más cámaras tiene un extremo de carga y un extremo de descarga, para producir un producto metalizado / carbón caliente, el cual es fundido subsiguientemente en un fundidor, para obtener el metal fundido y la escoria fundida, este método comprende: cargar el óxido metálico y el material carbonoso al extremo de carga de dicha una o más cámaras, en tal manera como para formar un núcleo con un espacio anular que rodea el núcleo, para la reacción eficiente del óxido metálico con el material carbonoso, y forzar este óxido metálico y el material carbonoso hacia el extremo de descarga de esta una o más cámaras ; inyectar un oxidante, de tal manera como para utilizar al menos una porción de la energía contenida en el material carbonoso, para liberar energía térmica y producir gases reductores presurizados para reducir el óxido metálico y formar un producto metalizado / carbón caliente; descargar dicho producto metalizado / carbón, caliente, desde esta una o más cámaras, dentro del fundidor; calentar el producto metalizado / carbón en el fundidor, para producir un gas de escape presurizado caliente, un metal fundido y una escoria fundida; y segregar el gas de escape, la escoria fundida y el metal fundido .
3. El método definido en la reivindicación 2, en que la etapa de inyectar un oxidante incluye la inyección del oxidante dentro del extremo de descarga de esta una o más cámaras .
4. El método definido en la reivindicación 2, en que un grupo de cámaras se ensamblan juntas en forma de batería, con cada cámara siendo un módulo separado para la facilidad del aumento progresivo y el mantenimiento.
5. El método definido en la reivindicación 2 , en que el calentamiento del producto metalizado / carbón en el fundidor, comprende la etapa de consumir al menos una porción del carbón en dicho fundidor.
6. El método definido en la reivindicación 2, que además comprende controlar las presiones para mantener las etapas del método en equilibrio.
7. El método definido en la reivindicación 2, que además comprende proporcionar el calentamiento de inducción como un calentamiento suplementario al fundidor.
8. El método definido en la reivindicación 7, que comprende agregar un oxidante pax~a suplementar dicho calentamiento de inducción.
9. El método definido en la reivindicación 2, en que el oxidante es sustancialmente el oxígeno puro.
10. El método definido en la reivindicación 2, en que el oxidante comprende el aire.
11. El método definido en la reivindicación 2, en que el oxidante es aire enriquecido con el oxígeno .
12. El método definido en la reivindicación 2 , que además comprende suministrar una zona de calentamiento radiante, corriente abajo desde el extremo de descarga de dicha una o más cámaras, para reflejar la energía térmica hacia los materiales que se procesan, con el fin de la transferencia eficiente de calor por radiación, para acelerar la conversión del óxido metálico en un producto metalizado / carbón.
13. El método definido en la reivindicación 2, que además comprende calentar dicha cama pasando, los gases calientes a través de humeros, provistos en las paredes de dicha cámara, para calentar adicionalmente los materiales en la cámara por conducción.
14. El método definido en la reivindicación 2, en que se introduce energía adicional en dicha zona radiante, quemando gases ahí, para acelerar más la reducción de dicho óxido metálico.
15. El método definido en la reivindicación 2 , en que los materiales en dicha cama son avanzados y descargados desde dicha cámara, de tal manera como para proporcionar repetidamente una nueva capa de los materiales que se procesan al extremo de descarga de dicha cámara.
16. El método definido en la reivindicación 2, que además comprende guiar el metal fundido y la escoria fundida dentro de un depósito.
17. El método definido en la reivindicación 16, que además comprende guiar el metal fundido y la escoria fundida en un depósito en un modo sumergido, para suministrar un sello de líquido.
18. El método definido en la reivindicación 2, en que el método está cerrado ambientalmente , para impedir emisiones de contaminación.
19. El método definido en la reivindicación 2, en que dicha cámara incluye una porción ahusada que diverge hacia el extremo de descarga de dicha cámara.
20. El método definido en la reivindicación 2, en que el óxido metálico está comprendido de óxido de hierro.
21. El método definido en la reivindicación 2, en que el material carbonoso está comprendido de carbón mineral.
22. El método definido en la reivindicación 2, que además comprende guiar el metal fundido y la escoria fundida a un depósito, junto con un flujo de gases, que se queman para liberar energía térmica.
23. El método definido en la reivindicación 2, que además comprende homogeneizar el metal fundido en dicho fundidor .
24. El método definido en la reivindicación 2, que además comprende homogeneizar el metal fundido en el hierro.
25. El método definido en la reivindicación 2, que además comprende homogeneizar el metal fundido en el acero.
26. El método definido en la reivindicación 2, que incluye la inyección del oxidante por medio de una lanza.
27. El método definido en la reivindicación 2, que incluye inyectar el oxidante por medio de una pluralidad de lanzas .
28. El método definido en la reivindicación 2, que además comprende la adición de un material de fundente al óxido metálico y el material carbonoso.
29. El método definido en la reivindicación 2, que además comprende la adición de un material desulfurador al óxido de metal y al material carbonoso.
30. El método definido en la reivindicación 2, que además comprende incluir al menos una porción de dicho material carbonoso en el óxido metálico, para formar una mezcla.
31. El método definido en la reivindicación 2, que además comprende cargar dicho material carbonoso en dicha cámara, de tal manera como para formar un núcleo de combustible .
32. El método definido en la reivindicación 31, que además comprende dirigir un oxidante hacia dicho núcleo de combustible, desde el extremo de descarga de dicha cámara.
33. El método definido en la reivindicación 32, en que dicho oxidante penetra el núcleo de combustible.
34. Un método para procesar térmicamente un óxido metálico con un material carbonoso, en una o más cámaras, en que cada cual de esta una o más cámaras tiene un extremo de carga y un extremo de descarga, para producir un producto metalizado / carbono, el cual se funde subsiguientemente en un fundidor, para obtener un metal fundido y escoria fundida, este método comprende : alimentar el óxido metálico y el material carbonoso al extremo de carga de una o más camas y forzar el óxido metálico y el material carbonoso hacia el extremo de descarga de esta una o más camas : inyectar un oxidante, de tal manera como para utilizar al menos una porción de la energía contenida en dicho material carbonoso, para liberar energía térmica y producir gases reductores presurizados para reducir el óxido metálico y formar un producto metalizado / carbón caliente; descargar dicho producto metalizado / carbón desde esta una o más cámaras, dentro de un contenedor,- descargar el producto metalizado / carbón desde el contenedor en un fundidor y calentar el producto metalizado / carbón en este fundidor, para producir un gas de escape presurizado, un metal fundido y escoria fundida; y segregar el gas de escape, la escoria fundida y el metal fundido.
35. El método definido en la reivindicación 34, en que el contenedor ayuda a mantener el calor y prevenir la reoxidación del producto metalizado / carbón.
36. El método definido en la reivindicación 35, que además comprende enfriar el producto metalizado / carbón, en dicho contenedor, antes de exponer este producto a la atmósfera .
37. El método definido en la reivindicación 34, en que el producto metalizado / carbón se forma en briquetas, antes de su descarga dentro del contenedor.
38. El método definido en la reivindicación 37, en que el producto metalizado / carbón en briquetas se enfria antes de exponer el producto a la atmósfera.
39. Aparato para el proceso térmico de un óxido metálico y un material carbonoso, en una o más cámaras, este aparato comprende : un reactor, que incluye una cámara de calentamiento, que tiene un extremo de carga y un extremo de descarga; un dispositivo de carga, para alimentar el óxido metálico y el material carbonoso en el extremo de carga de dicha cámara, y forzar el óxido metálico y el material carbonoso hacia el extremo de descarga de dicha cámara ; un elemento de inyección de oxidante, adaptado para inyectar un oxidante para causar que el material carbonoso se eleve en temperatura y reaccione con el óxido metálico para formar un producto metalizado / carbón; un fundidor, en comunicación con el extremo de descarga de dicha cámara, adaptado para recibir el producto metalizado / carbón desde esta cámara, este fundidor se adapta para calentar el producto metalizado / carbón para producir gas de escape presurizado, metal fundido y escoria fundida y elementos para segregar el gas de escape, escoria y metal fundido.
40. El aparato definido en la reivindicación 39, que además comprende un depósito para aceptar el metal fundido y la escoria fundida desde dicho fundidor.
41. El aparato definido en la reivindicación 40, que además comprende un depósito para aceptar el metal fundido y la escoria fundida desde dicho fundidor, en un modo sumergido .
42. El aparato definido en la reivindicación 40, en que el depósito se adapta para desviar el metal fundido separadamente desde la escoria fundida.
43. El aparato definido en la reivindicación 39, en que dicha cámara incluye una zona radiante, adaptada para radiar energía térmica hacia el extremo de descarga de dicha cámara .
44. El aparato definido en la reivindicación 39, que además comprende un elemento de equilibrio de presión, adaptado para equilibrar la presión del sistema.
45. El aparato definido en la reivindicación 39, en que dicho elemento de inyección se adapta para avanzar o retractarse selectivamente.
46. El aparato definido en la reivindicación 39, que además comprende un elemento de inyección de oxidante, conectado operativamente con dicho fundidor.
47. El aparato definido en la reivindicación 39, que además comprende elementos de calentamiento por inducción, conectados operativamente con dicho fundidor.
48. El aparato definido en la reivindicación 39, que además comprende un elemento para suministrar calor suplementario a dicho fundidor.
49. El aparato definido en la reivindicación 48, en que dicho elemento para suministrar calor suplementario a dicho fundidor, comprende un elemento calentador por inducción .
50. El aparato definido en la reivindicación 48, en que dicho elemento para suministrar calor suplementario a dicho fundidor, comprende un elemento de inyección de oxidante .
51. El aparato definido en la reivindicación 39, que además comprende una combinación de un elemento de inyección de oxidante, adaptado para inyectar oxidante al igual que combustible.
52. El aparato definido en la reivindicación 51, en que el combustible es gaseoso.
53. El aparato definido en la reivindicación 51, en que el combustible es el carbón pulverizado.
54. Aparato para procesar térmicamente un óxido metálico y un material carbonoso, en una o más cámaras, este aparato comprende : un reactor, que incluye una cama de alentamiento, que tiene un extremo de carga y un extremo de descarga; un dispositivo de carga, para alimentar el óxido metálico y el material carbonoso en el extremo de carga de dicha cámara, como un núcleo, con un espacio anular rodeante, y forzar el óxido metálico y el material carbonoso hacia el extremo de descarga de dicha cámara; elementos de inyección de oxidante, adaptados para inyectar un oxidante, para causar que el material carbonoso eleve su temperatura y reaccione con el óxido metálico, para formar un producto metalizado / carbón; un fundidor, en comunicación con el extremo de descarga de dicha cámara, adaptado para recibir el producto metalizado / carbón desde dicha cámara, dicho fundidor se adapta para calentar el producto metalizado 7 carbón, para producir un gas de escape presurizado, caliente, el metal fundido y la escoria fundida; y elementos para segregar el gas de escape, la escoria fundida y el metal fundido.
55. El aparato definido en la reivindicación 54, que además comprende elementos para la formación de dicho núcleo desde el material carbonoso, con el óxido metálico rodeando dicho núcleo.
56. El aparato definido en la reivindicación 54, que además comprende elementos de inyección de oxidante, adaptados para dirigir el oxidante dentro de dicho núcleo.