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WO2025137750A1 - System and method for separating fine metal particles from the top gas of a metallurgical furnace, and metallurgical furnace for producing pig iron and separating fine metal particles - Google Patents

System and method for separating fine metal particles from the top gas of a metallurgical furnace, and metallurgical furnace for producing pig iron and separating fine metal particles Download PDF

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Publication number
WO2025137750A1
WO2025137750A1 PCT/BR2024/050574 BR2024050574W WO2025137750A1 WO 2025137750 A1 WO2025137750 A1 WO 2025137750A1 BR 2024050574 W BR2024050574 W BR 2024050574W WO 2025137750 A1 WO2025137750 A1 WO 2025137750A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
metal particles
fine metal
particle separator
separator element
furnace
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/BR2024/050574
Other languages
French (fr)
Portuguese (pt)
Inventor
Stephen Michael POTTER
Ronald Lopes DE OLIVEIRA
Guilherme Francisco GONÇALVES
Manoel Vítor Borel GONÇALVES
André Silva DA LUZ
Pedro Henrique Ferreira BRAGA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tecnored Desenvolvimento Tecnologico SA
Original Assignee
Tecnored Desenvolvimento Tecnologico SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from BR102023027583-4A external-priority patent/BR102023027583B1/en
Application filed by Tecnored Desenvolvimento Tecnologico SA filed Critical Tecnored Desenvolvimento Tecnologico SA
Publication of WO2025137750A1 publication Critical patent/WO2025137750A1/en
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10—Details, accessories or equipment specially adapted for furnaces of these types
    • F27B1/18—Arrangements of dust collectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
    • F27D17/20—Arrangements for treatment or cleaning of waste gases
    • F27D17/22—Arrangements for treatment or cleaning of waste gases for removing solid constituents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D50/00—Combinations of methods or devices for separating particles from gases or vapours
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B11/00—Making pig-iron other than in blast furnaces
    • C21B11/02—Making pig-iron other than in blast furnaces in low shaft furnaces or shaft furnaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10—Details, accessories or equipment specially adapted for furnaces of these types
    • F27B1/16—Arrangements of tuyeres
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
    • F27D17/20—Arrangements for treatment or cleaning of waste gases
    • F27D17/22—Arrangements for treatment or cleaning of waste gases for removing solid constituents
    • F27D17/25—Arrangements for treatment or cleaning of waste gases for removing solid constituents using cyclones

Definitions

  • the present invention relates to a system and method applied to steelmaking. Specifically, the present invention relates to a system and method for manufacturing pig iron and fine metal particles.
  • Fine metal particles such as metal particles comprising essentially zinc particles, are especially problematic for the operation of steel furnaces and blast furnaces in the production of pig iron.
  • Prior art steel furnaces generally have a load limiting control of these fine metal particles, so as to avoid a recirculation flow within the furnace between a vapor and condensate state that is detrimental to the operation of the steel furnace.
  • Some steel furnaces have an operating temperature that allows some of these particles to be volatilized. In these furnaces, these particles evaporate in hotter regions, but as soon as the vapors from these fine metal particles come into contact with cooler/higher regions, the fine metal particles begin to condense and deposit on the cold surface.
  • An example of a colder region of the furnace is its top; state-of-the-art steel furnaces generally have a top temperature of around 150 °C, which is too low to volatilize the fine metal particles.
  • the maximum zinc content accepted in blast furnace operation is close to 150 g of zinc per ton of hot metal produced.
  • This process means that the steel furnace has to have its operation interrupted frequently, which is unfeasible for the reactor's productivity.
  • patent document BR 10 2013 033702 1 Bl describes a metallurgical furnace capable of operating with a wide range of raw materials and fuels, including those with high levels of impurities.
  • the metallurgical furnace comprises (i) at least one upper tank, (ii) at least one lower tank, (iii) at least one fuel feeder positioned substantially between the at least one upper tank and the at least one lower tank, (iv) at least one row of tuyeres positioned in at least one of the at least one upper tank and the at least one lower tank, the at least one row of tuyeres fluidly communicating the interior of the furnace with the external environment, and (v) at least one burner positioned in at least one of the at least one upper tank and the at least one lower tank, the use of at least one burner in conjunction with the at least one row of tuyeres generates a very intense release of heat due to the exothermic reactions that occur through this combination.
  • Patent document BR 11 2017 012467 0 Bl describes a metallurgical furnace capable of operating with a wide range of raw materials and fuels, including those with high levels of impurities.
  • the metallurgical furnace comprises (i) at least one upper tank, (ii) at least one lower tank, (iii) at least one fuel feeder positioned substantially between the at least one upper tank and the at least one lower tank, (iv) at least one row of tuyeres positioned in at least one of at least one upper tank and at least one lower tank, at least one row of tuyeres fluidly communicating the interior of the furnace with the external environment, (v) at least one hood called Curtain Wall located in the upper tank that extends longitudinally through the furnace, and (vi) at least one permeabilizing fuel charging system in the center of the upper tank called a booster charging system.
  • the use of the booster charging system together with the Curtain Wall allows channeling of the gas generated in the combustion of the fuel in the lower tank with the air blown through the primary tuyeres and secondary tuyeres, controlling the gas distribution in the furnace more efficiently.
  • the production of metal alloys from fine metal particles, such as zinc particles is commonly done using a Waelz furnace.
  • the process that uses the Waelz furnace to concentrate zinc is a pyrometallurgical route to recover zinc from materials/co-products that contain zinc, mainly in the form of zincite (ZnO) and/or franklinite (ZnFeiC), such as electric steel mill dust.
  • This process involves feeding the residue into a rotary kiln, where it is heated to temperatures close to 1200°C.
  • the zinc present in the residue is reduced and reoxidized, being collected in a dust collection system.
  • the prior art fails to disclose a system and method for separating fine metal particles from a steel furnace top gas that enables the recovery of fine metal particles, like zinc, from the top gas.
  • a first objective of the present invention is to solve this technical problem by providing a system and method for separating fine metal particles from a steel furnace top gas.
  • a second objective of the present invention is to solve this technical problem by providing a steel furnace for manufacturing pig iron and separating fine metal particles.
  • a third object of the present invention is to provide a steelmaking furnace for manufacturing pig iron and separating fine metal particles as an alternative to the Waelz furnace.
  • a fourth objective of the present invention is to provide a steelmaking furnace for manufacturing pig iron and separating fine metal particles that can be fed with material rich in fine metal particles without compromising the operation of the steelmaking furnace.
  • the present invention relates to a system for separating fine metal particles from a top gas of a steelmaking furnace, comprising: at least one gas transport channel configured to transport the top gas out of the steelmaking furnace; at least one coarse particle separator element for separating coarse particles from the top gas; at least a first collection tank coupled downstream of the at least one coarse particle separator element; at least one fine particle separator element for separating fine metal particles from the top gas; and at least a second collection tank coupled downstream of the at least one fine particle separator element, wherein the at least one second collection tank is configured to receive a slurry comprising the fine metal particles separated from the top gas; wherein the at least one gas transport channel connects the at least one first collection tank to the at least one second collection tank. downstream of the steel furnace, at least one coarse particle separator element and at least one fine particle separator element.
  • the present invention relates to a system for separating fine metal particles from an overhead gas of a steelmaking furnace 20, comprising: at least one gas transport channel 10 configured to transport the overhead gas out of the steelmaking furnace 20; at least one coarse particle separator element 11 for separating coarse particles from the overhead gas; at least a first collection tank 12 coupled downstream of the at least one coarse particle separator element 11; at least one fine particle separator element 13 for separating fine metal particles from the overhead gas; and at least a second collection tank 14 coupled downstream of the at least one fine particle separator element 13, wherein the at least one second collection tank 14 is configured to receive a slurry comprising the fine metal particles separated from the overhead gas; wherein the at least one gas transport channel 10 connects downstream the steelmaking furnace 20, the at least a coarse particle separator element 11 and the at least one fine particle separator element 13.
  • Figure 1 illustrates the fine metal particle separation system of the present invention.
  • Figure 1 illustrates the at least one coarse particle separator element 11 for separating coarse particles from overhead gas, at least a first collection tank 12 coupled downstream of the at least one coarse particle separator element 11, at least one fine particle separator element 13 for separating fine metal particles from overhead gas, and at least a second collection tank 14 coupled downstream of the at least one fine particle separator element 13.
  • the at least one gas transport channel 10 is coupled to the top of the steel furnace 20 to capture the gases expelled by the furnace 20 and transport them to the at least one coarse particle separator element 11.
  • the at least one coarse particle separator element 11 is a cyclone.
  • the at least one coarse particle separator element 11 there is separation of coarse particles from the overhead gas pool and fine metal particles by vortex separation using rotational and gravitational effects. Coarse solid particles tend to hit the inner walls of the at least one coarse particle separator element and lose speed, falling to the bottom of the underflow element, where they settle in at least a first collection tank 12.
  • the at least one first collection tank 12 is coupled downstream of the at least one coarse particle separator element 11 and is where the collection of coarse particles occurs.
  • the fine metal particles and the lighter top gas are forced upwards, by means of the formation of a negative pressure in the center of the vortex, and expelled in the upper region of the at least one coarse particle separator element 11, where they are transported by at least one gas transport channel 10 to the at least one fine particle separator element 13.
  • the coarse particles deposited in the at least one first collection tank 12 have a low concentration of fine metal particles, so that the gas that goes to the at least one fine particle separator element 13 remains with a high concentration of fine metal particles.
  • the at least one fine particle separator element 13 is a venturi scrubber.
  • atomization of a scrubbing liquid occurs, in which the scrubbing liquid is injected to separate the fine metal particles from the overhead gas inserted in this element.
  • this scrubbing liquid is responsible for capturing the fine metal particles from the overhead gas.
  • the scrubbing liquid is water. The fine metal particles are separated from the overhead gas due to the phenomenon of difference in exit velocity of the gas particles and the scrubbing liquid from inside the at least one fine particle separator element 13.
  • This phenomenon causes fine metal particles to be separated from the top gas in the form of sludge or mud that settles to the bottom. of at least one second collection tank 14.
  • the at least one second collection tank 14 is coupled downstream of the at least one fine particle separator element 13. Furthermore, the at least one second collection tank 14 has a preferably prismatic and inclined bottom to allow the flow of the fine metal particle slurry and facilitate its collection.
  • the overhead gas is ejected from the at least one fine particle separator element 13 and falls into the at least one second collection tank 14. While the fine metal particle slurry settles at the bottom of the at least one second collection tank 14, the less dense overhead gas remains in the at least one second collection tank 14, with a phase separation occurring inside the at least one second collection tank 14 until this overhead gas is preferably forwarded to at least one demister dehumidifier 15 or for burning.
  • the system of the present invention further comprises at least one demister dehumidifier 15 connected downstream of the at least one second collection tank 14 for collecting overhead gas hovering at the top of the at least one second collection tank 14 and for dehumidifying the remaining overhead gas.
  • at least one demister dehumidifier 15 connected downstream of the at least one second collection tank 14 for collecting overhead gas hovering at the top of the at least one second collection tank 14 and for dehumidifying the remaining overhead gas.
  • each of the at least one dehumidifier 15 preferably comprises a metal mesh for intercepting liquid droplets in the gas and drying it. It is noted that it is possible that part of these liquid droplets comprise fine metal particles, which are captured by the metal mesh so that the dry top gas exits the at least one dehumidifier 15 and the liquid droplets comprising fine metal particles intercepted in the metal mesh fall into the at least one second collection tank 14.
  • the at least one second collection tank 14 comprises at least one sludge drain 17, responsible for draining the sludge of fine metallic particles out of the system. This drain is facilitated by the preferably prismatic and inclined shape of the at least one second collection tank 14.
  • collection may be done from an upper portion of at least a second collection tank 14, without using the sludge drain 17.
  • the at least one second collection tank 14 further comprises at least one water insertion channel 16 for inserting water into the at least one second collection tank 14 for cleaning and eventual maintenance of the at least one second collection tank 14.
  • the at least one gas transport channel 10 the at least one coarse particle separator element 11, the at least one fine particle separator element 13 and the at least one demister dehumidifier 15 are internally coated with a refractory material.
  • the fine metal particles are zinc particles.
  • the method of the present invention further comprises collecting the deposited coarse particles in at least one first collection tank 12 coupled downstream of the at least one coarse particle separator element 11, wherein the at least one coarse particle separator element 11 consists of a cyclone.
  • the coarse particles are separated from the overhead gas and fine metal particles by rotational and gravitational effects from within the at least one coarse particle separator element 11.
  • the coarse particles are deposited at the bottom of the at least one first collection tank 12, where they are collected.
  • collecting a slurry comprising the fine metal particles separated from the overhead gas in at least one second collection tank 14 comprises collecting the slurry through an upper opening of the at least one second collection tank 14.
  • the present invention also relates to a steel furnace 20 for manufacturing pig iron and separating fine metal particles, comprising: at least one upper tank 1; at least one lower tank 2; at least one fuel feeder positioned between the at least one upper tank 1 and the at least one lower tank 2; and at least one row of tuyeres 3, 4 positioned in at least one of the at least one upper tank 1 and the at least one lower tank 2, the at least one row of tuyeres 3, 4 fluidly communicating the interior of the furnace 20 with the external environment; and at least one burner positioned in at least one of the at least one tank upper 1 and at least one lower tank 2; and a system for separating fine metal particles from a top gas of the steelmaking furnace 20 of the present invention connected to a gas outlet of the steelmaking furnace 20; wherein the steelmaking furnace 20 is fed with a plurality of solid agglomerates comprising fine metal particles.
  • Figure 2 illustrates the steel furnace 20 for manufacturing pig iron and separating fine metal particles, the steel furnace 20 comprising at least one upper tank 1, at least one lower tank 2 and at least one row of tuyeres 3, 4.
  • the metallurgical furnace 20 of the present invention essentially consists of an upper tank 1 where the charge (raw material) is loaded into the furnace 20.
  • the upper tank 1 there is a set of at least one row of secondary tuyeres 4, which are preferably holes that allow the insufflation of hot or cold atmospheric air for burning CO and other combustible gases present in the ascending gas.
  • the insufflated air may, eventually, comprise O2 enrichment.
  • gaseous, liquid or solid fuel may be injected through the tuyeres 4 together with the insufflated air.
  • the furnace 20 of the present invention further comprises a lower tank 2, preferably circular or rectangular in cross-section, with a diameter or dimensions sufficient for feeding solid fuel.
  • the diameter or width of the cross-section of tank 2 is greater than that of tank 1, sufficient for positioning fuel feeders.
  • fuel supply ducts 5 can be coupled to ensure the fuel load to the furnace bed, avoiding load dragging when using fine materials. As the load descends into the feeder, preheating, pre-drying and distillation of the volatile fractions present in the solid fuels occur and combustible carbonaceous waste.
  • the lower tank 2 has one or more rows of primary tuyeres 3 which, like the secondary tuyeres described above, serve to blow hot or cold air, which may or may not be enriched with O2.
  • Solid powder, liquid or gaseous fuels may also be injected for partial combustion of the fuel, producing gas and providing the thermal energy necessary for the reduction and/or fusion of the load.
  • At least part of the primary or secondary tuyeres 3, 4 preferably comprise gas burners.
  • These burners positioned in the tuyeres 4 preferably comprise a coaxial tube, that is, a small central tube, through which the fuel is injected, and an outer tube surrounding it, through which passes the air blown by the tuyeres 3, 4 or any other oxidizer.
  • the steel furnace 20 of the present invention is preferably the steel furnace of patent BR102013033702-1, from the same holder, the contents of which are fully incorporated into the present description for ready reference.
  • FIG 3 illustrates the coupling of the separation system fine metal particles from an overhead gas of the present invention to the steelmaking furnace 20.
  • the at least one gas transport channel 10 connecting the furnace 20 to the at least one coarse particle separator element 11, the at least one coarse particle separator element 11 connected downstream to the at least one first collection tank 12, the at least one gas transport channel 10 further connecting the at least one coarse particle separator element 11 to the at least one fine particle separator element 13, and the at least one second collection tank 14 connected downstream to the at least one fine particle separator element 13.
  • the red arrows SI inside the at least one gas transport channel 10 indicate the direction of flow of gas that is expelled by the steel furnace 20. Furthermore, the red arrow S2 on the at least one coarse particle separator element 11 indicates the direction of flow of gas comprising fine particles and the arrow S3 indicates the direction of the coarse particles towards the at least one first collection tank 12. It is also possible to note the sludge drain 17 for collecting the sludge comprising fine metal particles from the at least one second collection tank 14. Finally, the clean gas, with no or little presence of fine metal particles, is eliminated from the at least one collection tank 14 for dehumidification. This clean gas is represented by the arrow S4.
  • the steel furnace is fed with a metal charge (raw material) and fuel.
  • the metal charge is the plurality of solid agglomerates comprising fine metal particles.
  • the plurality of solid agglomerates comprising fine metal particles consists of a plurality of solid agglomerates comprising electric steel mill powder. More preferably, the plurality of solid agglomerates comprising electric steel mill powder
  • the electric steel mill consists of a plurality of briquettes comprising electric steel mill dust.
  • the fine metallic particles are zinc particles.
  • the source of zinc in the solid agglomerate used by the present invention is not limited to electric steel mill dust; it is possible to use other sources of zinc, such as, for example, one or more of oxygen steel mill dust, willemite residues (zinc mine), steel by-products comprising zinc, or processed scrap comprising zinc. This characteristic provides the invention with the advantage of better treatment and reuse of these steel mill residues for the production of zinc.
  • the plurality of solid agglomerates comprising fine metal particles of the present invention consists of a plurality of solid agglomerates comprising one or more of oxygen steelmaking dust, willemite residues, steelmaking co-products comprising zinc, or processed scrap comprising zinc.
  • the steel furnace 20 is fed with a metal charge comprising self-reducing briquettes, in which the metal percentage is composed of any steel co-product that meets the minimum iron contents required for the production of pig iron according to this route.
  • this metal charge is reduced for the production of pig iron.
  • the steel furnace 20 has a top temperature between 600 °C and 700 °C. This temperature associated with the blow flow rate of the furnace 20 allows the zinc to be eliminated from the furnace 20 in its top gas before solidifying on the internal walls of the furnace 20. It is emphasized that the blow flow rate of the furnace of the present invention is driven by the presence of at least one row of tuyeres (3, 4) and of at least one burner.
  • the steelmaking furnace 20 for making iron The system and method for separating fine metal particles from the top gas of a steelmaking furnace 20 according to the present invention are attractive because they provide a means for the simultaneous production of pig iron and zinc, being an alternative to the traditional pyrometallurgical process, which is the Waelz furnace. It is also worth noting that the Waelz furnace has as its only product the most concentrated zinc.
  • the system, method and steelmaking furnace 20 proposed in the present invention have as their products pig iron and concentrated zinc.
  • the steelmaking furnace 20 used by the present invention can be fed with materials with a high concentration of zinc, such as electric steel mill dust, without the accumulation of condensed zinc on the internal walls of the furnace.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

The present invention relates to a system for separating fine metal particles from the top gas of a metallurgical furnace (20), comprising: at least one gas transport pipe (10) configured to convey the top gas out of the metallurgical furnace (20); at least one coarse particle separator (11) for separating coarse particles from the top gas; at least one first collection tank (12) coupled downstream of the at least one coarse particle separator (11); at least one fine particle separator (13) for separating fine metal particles from the top gas; and at least one second collection tank (14) coupled downstream of the at least one fine particle separator (13), the at least one second collection tank (14) being configured to receive a slurry comprising the fine metal particles separated from the top gas; wherein the at least one gas transport pipe (10) forms a downstream connection between the metallurgical furnace (20), the at least one coarse particle separator (11) and the at least one fine particle separator (13). The invention also relates to a method for separating fine metal particles from the top gas of a metallurgical furnace (20), as well as to a metallurgical furnace (20) for producing pig iron and separating fine metal particles.

Description

SISTEMA E MÉTODO DE SEPARAÇÃO DE PARTÍCULAS METÁLICAS FINAS DE UM GÁS DE TOPO DE UM FORNO SIDERÚRGICO, E, FORNO SIDERÚRGICO PARA FABRICAÇÃO DE FERRO GUSA E SEPARAÇÃO DE PARTÍCULAS METÁLICAS FINAS CAMPO TÉCNICO SYSTEM AND METHOD FOR SEPARATING FINE METAL PARTICLES FROM A TOP GAS OF A STEEL FURNACE, AND STEEL FURNACE FOR MANUFACTURING PIG IRON AND SEPARATION OF FINE METAL PARTICLES TECHNICAL FIELD

[001] A presente invenção se refere a um sistema e método aplicados a siderurgia. Especificamente, a presente invenção se refere a um sistema e método de fabricação de ferro gusa e partículas metálicas finas. [001] The present invention relates to a system and method applied to steelmaking. Specifically, the present invention relates to a system and method for manufacturing pig iron and fine metal particles.

FUNDAMENTOS FUNDAMENTALS

[002] Partículas metálicas finas, como por exemplo partículas metálicas compreendendo essencialmente partículas de zinco, são especialmente problemáticas para operação de fomos siderúrgicos e altos- fornos na produção de ferro gusa. Fomos siderúrgicos do estado da técnica geralmente possuem um controle de limitação de carga dessas partículas metálicas finas, de forma a evitar um fluxo de recirculação dentro do forno entre um estado de vapor e condensado que é prejudicial para a operação do forno siderúrgico. [002] Fine metal particles, such as metal particles comprising essentially zinc particles, are especially problematic for the operation of steel furnaces and blast furnaces in the production of pig iron. Prior art steel furnaces generally have a load limiting control of these fine metal particles, so as to avoid a recirculation flow within the furnace between a vapor and condensate state that is detrimental to the operation of the steel furnace.

[003] Alguns fomos siderúrgicos possuem temperatura de operação que permite que parte dessas partículas seja volatilizada. Nestes fomos, essas partículas evaporam em regiões mais quentes, mas assim que os vapores dessas partículas metálicas finas entram em contato com regiões mais frias/superiores, as partículas metálicas finas começam a condensar e se depositar na superfície fria. Um exemplo de região mais fria do forno é o seu topo, fornos siderúrgicos do estado da técnica geralmente possuem uma temperatura de topo em torno de 150 °C, que é baixa para volatilizar as partículas metálicas finas. Como consequência, o teor máximo de zinco aceito na operação do alto-fomo é próximo a 150g de zinco por tonelada de hot metal produzido. [003] Some steel furnaces have an operating temperature that allows some of these particles to be volatilized. In these furnaces, these particles evaporate in hotter regions, but as soon as the vapors from these fine metal particles come into contact with cooler/higher regions, the fine metal particles begin to condense and deposit on the cold surface. An example of a colder region of the furnace is its top; state-of-the-art steel furnaces generally have a top temperature of around 150 °C, which is too low to volatilize the fine metal particles. As a consequence, the maximum zinc content accepted in blast furnace operation is close to 150 g of zinc per ton of hot metal produced.

[004] Quando os vapores de partículas metálicas finas não são eliminados, o acúmulo dessa matéria nas paredes do forno pode começar a formar camadas grossas (cascão) de metal na parte superior do forno (onde as temperaturas são mais baixas). [004] When fine metal particle vapors are not eliminated, the accumulation of this material on the walls of the furnace can begin to form thick layers (scab) of metal in the upper part of the furnace (where temperatures are lower).

[005] Esse processo faz com que o forno siderúrgico tenha que ter sua operação frequentemente interrompida, o que é inviável para a produtividade do reator. [005] This process means that the steel furnace has to have its operation interrupted frequently, which is unfeasible for the reactor's productivity.

[006] Dentre as soluções conhecidas para produção de ferro gusa, o documento patentário BR 10 2013 033702 1 Bl descreve um forno metalúrgico capaz de operar com uma ampla gama de matérias-primas e combustíveis, incluindo aqueles com altos níveis de impurezas. Para tal, o forno metalúrgico compreende (i) pelo menos uma cuba superior, (ii) pelo menos uma cuba inferior, (iii) pelo menos um alimentador de combustível posicionado substancialmente entre a pelo menos uma cuba superior e a pelo menos uma cuba inferior, (iv) pelo menos uma fileira de ventaneiras posicionada em pelo menos um de pelo menos uma cuba superior e pelo menos uma cuba inferior, a pelo menos uma fileira de ventaneiras comunicando de maneira fluida o interior do forno com o ambiente externo, e (v) pelo menos um queimador posicionado em pelo menos um de pelo menos uma cuba superior e pelo menos uma cuba inferior, a utilização de pelo menos um queimador em conjunto com a pelo menos uma fileira de ventaneiras gera uma liberação de calor muito intensa em função das reações exotérmicas que acontecem através dessa combinação. [006] Among the known solutions for pig iron production, patent document BR 10 2013 033702 1 Bl describes a metallurgical furnace capable of operating with a wide range of raw materials and fuels, including those with high levels of impurities. To this end, the metallurgical furnace comprises (i) at least one upper tank, (ii) at least one lower tank, (iii) at least one fuel feeder positioned substantially between the at least one upper tank and the at least one lower tank, (iv) at least one row of tuyeres positioned in at least one of the at least one upper tank and the at least one lower tank, the at least one row of tuyeres fluidly communicating the interior of the furnace with the external environment, and (v) at least one burner positioned in at least one of the at least one upper tank and the at least one lower tank, the use of at least one burner in conjunction with the at least one row of tuyeres generates a very intense release of heat due to the exothermic reactions that occur through this combination.

[007] O documento patentário BR 11 2017 012467 0 Bl descreve um forno metalúrgico capaz de operar com uma ampla gama de matérias- primas e combustíveis, incluindo aqueles com altos níveis de impurezas. Para tal, o forno metalúrgico compreende (i) pelo menos uma cuba superior, (ii) pelo menos uma cuba inferior, (iii) pelo menos um alimentador de combustível posicionado substancialmente entre a pelo menos uma cuba superior e a pelo menos uma cuba inferior, (iv) pelo menos uma fileira de ventaneiras posicionada em pelo menos uma de pelo menos uma cuba superior e pelo menos uma cuba inferior, a pelo menos uma fileira de ventaneiras comunicando de maneira fluida o interior do forno com o ambiente externo, (v) pelo menos uma coifa chamada de Curtain Wall localizada na cuba superior que se estende longitudinalmente pelo forno, e (vi) pelo menos um sistema de carregamento de combustível permeabilizador no centro da cuba superior chamado de sistema de carregamento de booster. A utilização do sistema de carregamento booster juntamente com a Curtain Wall possibilita uma canalização do gás gerado na combustão do combustível da cuba inferior com o ar insuflado pelas ventaneiras primarias e ventaneiras secundarias, controlando com maior eficiência a distribuição gasosa no forno. [008] Por outro lado, a produção de ligas metálicas a partir de partículas metálicas finas, como por exemplo partículas de zinco, são comumente feitas a partir da utilização de um forno Waelz. O processo que utiliza o forno Waelz para concentrar zinco é uma rota pirometalúrgica para recuperar zinco a partir de materiais/coprodutos que contenham zinco, majoritariamente na forma de zincita (ZnO) e/ou franklinita (ZnFeiC ), como por exemplo o pó de aciaria elétrica. Este processo envolve a alimentação do resíduo em um forno rotativo, onde é aquecido a temperaturas próximas a 1200°C. O zinco presente no resíduo é reduzido e reoxidado, sendo coletado em um sistema coletor de poeira. [007] Patent document BR 11 2017 012467 0 Bl describes a metallurgical furnace capable of operating with a wide range of raw materials and fuels, including those with high levels of impurities. To this end, the metallurgical furnace comprises (i) at least one upper tank, (ii) at least one lower tank, (iii) at least one fuel feeder positioned substantially between the at least one upper tank and the at least one lower tank, (iv) at least one row of tuyeres positioned in at least one of at least one upper tank and at least one lower tank, at least one row of tuyeres fluidly communicating the interior of the furnace with the external environment, (v) at least one hood called Curtain Wall located in the upper tank that extends longitudinally through the furnace, and (vi) at least one permeabilizing fuel charging system in the center of the upper tank called a booster charging system. The use of the booster charging system together with the Curtain Wall allows channeling of the gas generated in the combustion of the fuel in the lower tank with the air blown through the primary tuyeres and secondary tuyeres, controlling the gas distribution in the furnace more efficiently. [008] On the other hand, the production of metal alloys from fine metal particles, such as zinc particles, is commonly done using a Waelz furnace. The process that uses the Waelz furnace to concentrate zinc is a pyrometallurgical route to recover zinc from materials/co-products that contain zinc, mainly in the form of zincite (ZnO) and/or franklinite (ZnFeiC), such as electric steel mill dust. This process involves feeding the residue into a rotary kiln, where it is heated to temperatures close to 1200°C. The zinc present in the residue is reduced and reoxidized, being collected in a dust collection system.

[009] Apesar de o estado da técnica apresentar fomos siderúrgicos para a produção de ferro gusa e o fomo Waelz como uma alternativa para concentrar zinco, o estado da técnica falha em revelar um fomo siderúrgico para fabricação de ferro gusa e separação de partículas metálicas finas, como o zinco, de forma simultânea. [009] Although the state of the art presents steel mills for the production of pig iron and the Waelz furnace as an alternative for concentrating zinc, the state of the art fails to reveal a steel mill for the production of pig iron and the separation of fine metal particles, such as zinc, simultaneously.

[0010] Além disso, o estado da técnica falha em revelar um sistema e método de separação de partículas metálicas finas de um gás de topo de um fomo siderúrgico que possibilite a recuperação das partículas metálicas finas, como o zinco, do gás de topo. [0010] Furthermore, the prior art fails to disclose a system and method for separating fine metal particles from a steel furnace top gas that enables the recovery of fine metal particles, like zinc, from the top gas.

OBJETIVOS OBJECTIVES

[0011] Um primeiro objetivo da presente invenção é resolver este problema técnico fornecendo um sistema e método de separação de partículas metálicas finas de um gás de topo de um forno siderúrgico. [0011] A first objective of the present invention is to solve this technical problem by providing a system and method for separating fine metal particles from a steel furnace top gas.

[0012] Um segundo objetivo da presente invenção é resolver este problema técnico fornecendo um forno siderúrgico para fabricação de ferro gusa e separação de partículas metálicas finas. [0012] A second objective of the present invention is to solve this technical problem by providing a steel furnace for manufacturing pig iron and separating fine metal particles.

[0013] Um terceiro objetivo da presente invenção é fornecer um forno siderúrgico para fabricação de ferro gusa e separação de partículas metálicas finas como uma alternativa ao forno Waelz. [0013] A third object of the present invention is to provide a steelmaking furnace for manufacturing pig iron and separating fine metal particles as an alternative to the Waelz furnace.

[0014] Um quarto objetivo da presente invenção é fornecer um forno siderúrgico para fabricação de ferro gusa e separação de partículas metálicas finas que possa ser alimentado com matéria rica em partículas metálicas finas sem comprometer a operação do forno siderúrgico. [0014] A fourth objective of the present invention is to provide a steelmaking furnace for manufacturing pig iron and separating fine metal particles that can be fed with material rich in fine metal particles without compromising the operation of the steelmaking furnace.

SUMÁRIO SUMMARY

[0015] A presente invenção é relacionada a um sistema de separação de partículas metálicas finas de um gás de topo de um forno siderúrgico, compreendendo: pelo menos um canal de transporte de gás configurado para transportar o gás de topo para fora do forno siderúrgico; pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras para separação de partículas grosseiras do gás de topo; pelo menos um primeiro tanque de coleta acoplado a jusante do pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras; pelo menos um elemento separador de partículas finas para separação das partículas metálicas finas do gás de topo; e pelo menos um segundo tanque de coleta acoplado a jusante do pelo menos um elemento separador de partículas finas, em que o pelo menos um segundo tanque de coleta é configurado para receber uma lama compreendendo as partículas metálicas finas separadas do gás de topo; em que o pelo menos um canal de transporte de gás conecta a jusante o forno siderúrgico, o pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras e o pelo menos um elemento separador de partículas finas. [0015] The present invention relates to a system for separating fine metal particles from a top gas of a steelmaking furnace, comprising: at least one gas transport channel configured to transport the top gas out of the steelmaking furnace; at least one coarse particle separator element for separating coarse particles from the top gas; at least a first collection tank coupled downstream of the at least one coarse particle separator element; at least one fine particle separator element for separating fine metal particles from the top gas; and at least a second collection tank coupled downstream of the at least one fine particle separator element, wherein the at least one second collection tank is configured to receive a slurry comprising the fine metal particles separated from the top gas; wherein the at least one gas transport channel connects the at least one first collection tank to the at least one second collection tank. downstream of the steel furnace, at least one coarse particle separator element and at least one fine particle separator element.

[0016] A presente invenção é adicionalmente relacionada a um método de separação de partículas metálicas finas de um gás de topo de um forno siderúrgico, compreendendo: transportar o gás de topo para fora do forno siderúrgico através de pelo menos um canal de transporte de gás; separar partículas grosseiras do gás de topo através de pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras; coletar as partículas grosseiras depositadas em pelo menos um primeiro tanque de coleta acoplado a jusante do pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras, separar as partículas metálicas finas do gás de topo através de pelo menos um elemento separador de partículas finas; e coletar uma lama compreendendo as partículas metálicas finas separadas do gás de topo em pelo menos um segundo tanque de coleta, acoplado a jusante do pelo menos um elemento separador de partículas finas. [0016] The present invention further relates to a method of separating fine metal particles from an overhead gas of a steelmaking furnace, comprising: transporting the overhead gas out of the steelmaking furnace through at least one gas transport channel; separating coarse particles from the overhead gas through at least one coarse particle separator element; collecting the deposited coarse particles in at least a first collection tank coupled downstream of the at least one coarse particle separator element, separating the fine metal particles from the overhead gas through at least one fine particle separator element; and collecting a slurry comprising the fine metal particles separated from the overhead gas in at least a second collection tank, coupled downstream of the at least one fine particle separator element.

[0017] A presente invenção é adicionalmente relacionada a um forno siderúrgico para fabricação de ferro gusa e separação de partículas metálicas finas, compreendendo: pelo menos uma cuba superior; pelo menos uma cuba inferior; pelo menos um alimentador de combustível posicionado entre a pelo menos uma cuba superior e a pelo menos uma cuba inferior; e pelo menos uma fileira de ventaneiras posicionada em pelo menos um de pelo menos uma cuba superior e pelo menos uma cuba inferior, a pelo menos uma fileira de ventaneiras comunicando de maneira fluida o interior do forno com o ambiente externo; e pelo menos um queimador posicionado em pelo menos um de pelo menos uma cuba superior e pelo menos uma cuba inferior; e um sistema de separação de partículas metálicas finas de um gás de topo do forno siderúrgico da presente invenção conectado a uma saída de gases do forno siderúrgico; em que o forno siderúrgico é alimentado com uma pluralidade de aglomerados sólidos compreendendo partículas metálicas finas. [0017] The present invention is additionally related to a steel furnace for manufacturing pig iron and separating fine metal particles, comprising: at least one upper tank; at least one lower tank; at least one fuel feeder positioned between the at least one upper tank and the at least one lower tank; and at least one row of tuyeres positioned in at least one of the at least one upper tank and the at least one lower tank, the at least one row of tuyeres fluidly communicating the interior of the furnace with the external environment; and at least one burner positioned in at least one of the at least one upper tank and the at least one lower tank; and a system for separating fine metal particles from a top gas of the steel furnace of the present invention connected to a gas outlet of the steel furnace; wherein the steel furnace is fed with a plurality of solid agglomerates comprising fine metallic particles.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0018] Uma compreensão mais completa da presente divulgação pode ser obtida em referência à descrição detalhada quando considerada em conjunto com as Figuras ilustrativas que se seguem. [0018] A more complete understanding of the present disclosure may be obtained by reference to the detailed description when considered in conjunction with the following illustrative Figures.

[0019] A Figura 1 ilustra o sistema de separação de partículas metálicas finas de um gás de topo de um forno siderúrgico de acordo com uma concretização da presente invenção. [0019] Figure 1 illustrates the system for separating fine metal particles from a steel furnace top gas according to an embodiment of the present invention.

[0020] A Figura 2 ilustra o forno siderúrgico do sistema para fabricação de ferro gusa e separação de partículas metálicas finas de acordo com uma concretização da presente invenção. [0020] Figure 2 illustrates the steelmaking furnace of the system for manufacturing pig iron and separating fine metal particles according to an embodiment of the present invention.

[0021] A Figura 3 ilustra o forno siderúrgico acoplado ao sistema de separação de partículas metálicas finas de um gás de topo de um forno siderúrgico de acordo com uma concretização da presente invenção. [0021] Figure 3 illustrates the steel furnace coupled to the system for separating fine metal particles from a top gas of a steel furnace according to an embodiment of the present invention.

DESCRIÇÃO DETALHADA DETAILED DESCRIPTION

[0022] A presente invenção se refere a um sistema de separação de partículas metálicas finas de um gás de topo de um forno siderúrgico 20, compreendendo: pelo menos um canal de transporte de gás 10 configurado para transportar o gás de topo para fora do forno siderúrgico 20; pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras 11 para separação de partículas grosseiras do gás de topo; pelo menos um primeiro tanque de coleta 12 acoplado a jusante do pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras 11; pelo menos um elemento separador de partículas finas 13 para separação das partículas metálicas finas do gás de topo; e pelo menos um segundo tanque de coleta 14 acoplado a jusante do pelo menos um elemento separador de partículas finas 13, em que o pelo menos um segundo tanque de coleta 14 é configurado para receber uma lama compreendendo as partículas metálicas finas separadas do gás de topo; em que o pelo menos um canal de transporte de gás 10 conecta a jusante o forno siderúrgico 20, o pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras 11 e o pelo menos um elemento separador de partículas finas 13. [0022] The present invention relates to a system for separating fine metal particles from an overhead gas of a steelmaking furnace 20, comprising: at least one gas transport channel 10 configured to transport the overhead gas out of the steelmaking furnace 20; at least one coarse particle separator element 11 for separating coarse particles from the overhead gas; at least a first collection tank 12 coupled downstream of the at least one coarse particle separator element 11; at least one fine particle separator element 13 for separating fine metal particles from the overhead gas; and at least a second collection tank 14 coupled downstream of the at least one fine particle separator element 13, wherein the at least one second collection tank 14 is configured to receive a slurry comprising the fine metal particles separated from the overhead gas; wherein the at least one gas transport channel 10 connects downstream the steelmaking furnace 20, the at least a coarse particle separator element 11 and the at least one fine particle separator element 13.

[0023] A descrição detalhada de concretizações exemplificativas aqui faz referência aos desenhos anexos que mostram concretizações da presente invenção. Embora estas concretizações exemplificadoras sejam descritas em detalhes suficientes para permitir que aqueles versados na técnica pratiquem as revelações, deve ser compreendido que outras concretizações podem ser realizadas e que mudanças e adaptações lógicas em projeto e construção podem ser feitas de acordo com esta revelação e com os ensinamentos do presente documento. Dessa forma, a descrição detalhada aqui é apresentada para fins de ilustração apenas e não de limitação. [0023] The detailed description of exemplary embodiments herein refers to the accompanying drawings showing embodiments of the present invention. While these exemplary embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the disclosures, it should be understood that other embodiments may be realized and that logical changes and adaptations in design and construction may be made in accordance with this disclosure and the teachings herein. Accordingly, the detailed description herein is presented for purposes of illustration only and not of limitation.

[0024] A Figura 1 ilustra o sistema de separação de partículas metálicas finas da presente invenção. Em particular, a Figura 1 ilustra o pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras 11 para separação de partículas grosseiras do gás de topo, pelo menos um primeiro tanque de coleta 12 acoplado a jusante do pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras 11, pelo menos um elemento separador de partículas finas 13 para separação das partículas metálicas finas do gás de topo, e pelo menos um segundo tanque de coleta 14 acoplado a jusante do pelo menos um elemento separador de partículas finas 13. [0024] Figure 1 illustrates the fine metal particle separation system of the present invention. In particular, Figure 1 illustrates the at least one coarse particle separator element 11 for separating coarse particles from overhead gas, at least a first collection tank 12 coupled downstream of the at least one coarse particle separator element 11, at least one fine particle separator element 13 for separating fine metal particles from overhead gas, and at least a second collection tank 14 coupled downstream of the at least one fine particle separator element 13.

[0025] Preferencialmente, o pelo menos um canal de transporte de gás 10 é acoplado no topo do forno siderúrgico 20 para captar os gases expelidos pelo forno 20 e transportá-los até o pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras 11. [0025] Preferably, the at least one gas transport channel 10 is coupled to the top of the steel furnace 20 to capture the gases expelled by the furnace 20 and transport them to the at least one coarse particle separator element 11.

[0026] Preferencialmente, o pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras 11 é um ciclone. Em particular, no pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras 11 , há a separação das partículas grosseiras do conjunto de gás de topo e partículas metálicas finas através de separação por vórtex, usando efeitos rotacionais e gravitacionais. As partículas sólidas grosseiras tendem a bater nas paredes internas do pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras l i e perder velocidade, caindo para o fundo do elemento underflow , onde se depositam em pelo menos um primeiro tanque de coleta 12. O pelo menos um primeiro tanque de coleta 12 é acoplado a jusante do pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras 11 e é onde ocorre a coleta das partículas grosseiras. [0026] Preferably, the at least one coarse particle separator element 11 is a cyclone. In particular, in the at least one coarse particle separator element 11, there is separation of coarse particles from the overhead gas pool and fine metal particles by vortex separation using rotational and gravitational effects. Coarse solid particles tend to hit the inner walls of the at least one coarse particle separator element and lose speed, falling to the bottom of the underflow element, where they settle in at least a first collection tank 12. The at least one first collection tank 12 is coupled downstream of the at least one coarse particle separator element 11 and is where the collection of coarse particles occurs.

[0027] Por outro lado, as partículas metálicas finas e o gás de topo, mais leves, são forçadas para cima, por meio da formação de uma pressão negativa no centro do vórtex, e expelidos na região superior do pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras 11 , onde são transportadas por pelo menos um canal de transporte de gás 10 até o pelo menos um elemento separador de partículas finas 13. Nota-se que as partículas grosseiras depositas no pelo menos um primeiro tanque de coleta 12 possuem baixa concentração de partículas metálicas finas, de forma que o gás que se encaminha para o pelo menos um elemento separador de partículas finas 13 se mantém com alta concentração de partículas metálicas finas. [0027] On the other hand, the fine metal particles and the lighter top gas are forced upwards, by means of the formation of a negative pressure in the center of the vortex, and expelled in the upper region of the at least one coarse particle separator element 11, where they are transported by at least one gas transport channel 10 to the at least one fine particle separator element 13. It is noted that the coarse particles deposited in the at least one first collection tank 12 have a low concentration of fine metal particles, so that the gas that goes to the at least one fine particle separator element 13 remains with a high concentration of fine metal particles.

[0028] Preferencialmente, o pelo menos um elemento separador de partículas finas 13 é um lavador venturi. Em particular, no interior do pelo menos um elemento separador de partículas finas 13, ocorre a atomização de um líquido de lavagem, em que é injetado o líquido de lavagem para separar as partículas metálicas finas do gás de topo inserido neste elemento. Especificamente, este líquido de lavagem é responsável por captura as partículas metálicas finas do gás de topo. Opcionalmente, o líquido de lavagem é água. As partículas metálicas finas são separadas do gás de topo devido ao fenômeno de diferença de velocidade de saída das partículas do gás e do líquido de lavagem do interior do pelo menos um elemento separador de partículas finas 13. [0028] Preferably, the at least one fine particle separator element 13 is a venturi scrubber. In particular, inside the at least one fine particle separator element 13, atomization of a scrubbing liquid occurs, in which the scrubbing liquid is injected to separate the fine metal particles from the overhead gas inserted in this element. Specifically, this scrubbing liquid is responsible for capturing the fine metal particles from the overhead gas. Optionally, the scrubbing liquid is water. The fine metal particles are separated from the overhead gas due to the phenomenon of difference in exit velocity of the gas particles and the scrubbing liquid from inside the at least one fine particle separator element 13.

[0029] Este fenômeno faz com que as partículas metálicas finas sejam separadas do gás de topo na forma de lodo ou lama que se deposita no fundo de pelo menos um segundo tanque de coleta 14. O pelo menos um segundo tanque de coleta 14 é acoplado a jusante do pelo menos um elemento separador de partículas finas 13. Além disso, o pelo menos um segundo tanque de coleta 14 possui um fundo preferencialmente prismático e inclinado para permitir o escoamento da lama de partículas metálicas finas e facilitar a sua coleta. [0029] This phenomenon causes fine metal particles to be separated from the top gas in the form of sludge or mud that settles to the bottom. of at least one second collection tank 14. The at least one second collection tank 14 is coupled downstream of the at least one fine particle separator element 13. Furthermore, the at least one second collection tank 14 has a preferably prismatic and inclined bottom to allow the flow of the fine metal particle slurry and facilitate its collection.

[0030] O gás de topo é ejetado do pelo menos um elemento separador de partículas finas 13 e cai no pelo menos um segundo tanque de coleta 14. Enquanto a lama de partículas metálicas finas se deposita no fundo do pelo menos um segundo tanque de coleta 14, o gás de topo, menos denso, permanece no pelo menos um segundo tanque de coleta 14, havendo uma separação de fases no interior do pelo menos um segundo tanque de coleta 14 até que este gás de topo é encaminhado preferencialmente para pelo menos um desumidificador demister 15 ou para queima. [0030] The overhead gas is ejected from the at least one fine particle separator element 13 and falls into the at least one second collection tank 14. While the fine metal particle slurry settles at the bottom of the at least one second collection tank 14, the less dense overhead gas remains in the at least one second collection tank 14, with a phase separation occurring inside the at least one second collection tank 14 until this overhead gas is preferably forwarded to at least one demister dehumidifier 15 or for burning.

[0031 ] Preferencialmente, o sistema da presente invenção compreende ainda pelo menos um desumidificador demister 15 conectado a jusante do pelo menos um segundo tanque de coleta 14 para coletar o gás de topo que paira na parte superior do pelo menos um segundo tanque de coleta 14 e para desumidificar o gás de topo remanescente. [0031] Preferably, the system of the present invention further comprises at least one demister dehumidifier 15 connected downstream of the at least one second collection tank 14 for collecting overhead gas hovering at the top of the at least one second collection tank 14 and for dehumidifying the remaining overhead gas.

[0032] Além disso, cada um do pelo menos um desumidificador 15 compreende preferencialmente uma malha metálica para interceptar gotículas de líquido no gás e secá-lo. Ressalta-se que é possível que parte dessas gotículas de líquido compreendam partículas metálicas finas, que são capturadas pela malha metálica de forma que o gás de topo seco saí do pelo menos um desumidificador 15 e as gotículas de líquido compreendendo partículas metálicas finas interceptadas na malha metálica caem no pelo menos um segundo tanque de coleta 14. [0032] Furthermore, each of the at least one dehumidifier 15 preferably comprises a metal mesh for intercepting liquid droplets in the gas and drying it. It is noted that it is possible that part of these liquid droplets comprise fine metal particles, which are captured by the metal mesh so that the dry top gas exits the at least one dehumidifier 15 and the liquid droplets comprising fine metal particles intercepted in the metal mesh fall into the at least one second collection tank 14.

[0033] Preferencialmente, para a realização da coleta da lama de partículas metálicas finas, o pelo menos um segundo tanque de coleta 14 compreende pelo menos um dreno de lama 17, responsável pelo escoamento da lama de partículas metálicas finas para fora do sistema. Este escoamento é facilitado pela forma preferencialmente prismática e inclinada do pelo menos um segundo tanque de coleta 14. [0033] Preferably, for carrying out the collection of the fine metal particle slurry, the at least one second collection tank 14 comprises at least one sludge drain 17, responsible for draining the sludge of fine metallic particles out of the system. This drain is facilitated by the preferably prismatic and inclined shape of the at least one second collection tank 14.

[0034] Opcionalmente, a coleta pode ser feita por uma parte superior do pelo menos um segundo tanque de coleta 14, sem a utilização do dreno de lama 17. [0034] Optionally, collection may be done from an upper portion of at least a second collection tank 14, without using the sludge drain 17.

[0035] Opcionalmente, o pelo menos um segundo tanque de coleta 14 compreende ainda pelo menos um canal de inserção de água 16 para inserir água no pelo menos um segundo tanque de coleta 14 para limpeza e eventual manutenção do pelo menos um segundo tanque de coleta 14. [0035] Optionally, the at least one second collection tank 14 further comprises at least one water insertion channel 16 for inserting water into the at least one second collection tank 14 for cleaning and eventual maintenance of the at least one second collection tank 14.

[0036] Preferencialmente, devido às altas temperaturas de saída do gás de topo do forno siderúrgico 20, o pelo menos um canal de transporte de gás 10, o pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras 11, o pelo menos um elemento separador de partículas finas 13 e o pelo menos um desumidificador demister 15 são revestidos internamente com um material refratário. [0036] Preferably, due to the high outlet temperatures of the top gas from the steelmaking furnace 20, the at least one gas transport channel 10, the at least one coarse particle separator element 11, the at least one fine particle separator element 13 and the at least one demister dehumidifier 15 are internally coated with a refractory material.

[0037] Preferencialmente, as partículas metálicas finas são partículas de zinco. [0037] Preferably, the fine metal particles are zinc particles.

[0038] A presente invenção é adicionalmente relacionada a um método de separação de partículas metálicas finas de um gás de topo de um forno siderúrgico 20, compreendendo: transportar o gás de topo para fora do forno siderúrgico 20 através de pelo menos um canal de transporte de gás 10; separar partículas grosseiras do gás de topo através de pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras 11 ; coletar as partículas grosseiras depositadas em pelo menos um primeiro tanque de coleta 12 acoplado a jusante do pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras 11, separar as partículas metálicas finas do gás de topo através de pelo menos um elemento separador de partículas finas 13; e coletar uma lama compreendendo as partículas metálicas finas separadas do gás de topo em pelo menos um segundo tanque de coleta 14, acoplado a jusante do pelo menos um elemento separador de partículas finas 13. [0038] The present invention further relates to a method of separating fine metal particles from an overhead gas of a steelmaking furnace 20, comprising: conveying the overhead gas out of the steelmaking furnace 20 through at least one gas transport channel 10; separating coarse particles from the overhead gas through at least one coarse particle separator element 11; collecting the deposited coarse particles in at least a first collection tank 12 coupled downstream of the at least one coarse particle separator element 11, separating the fine metal particles from the overhead gas through at least one fine particle separator element 13; and collecting a slurry comprising the fine metal particles separated from the overhead gas in at least a second collection tank 14, coupled downstream of the at least one fine particle separator element 13.

[0039] Preferencialmente, após separar partículas grosseiras do gás de topo, o método da presente invenção compreende ainda coletar as partículas grosseiras depositadas em pelo menos um primeiro tanque de coleta 12 acoplado a jusante do pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras 11, em que o pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras 11 consiste em um ciclone. As partículas grosseiras são separadas do gás de topo e das partículas metálicas finas por efeitos rotacionais e gravitacionais do interior do pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras 11. As partículas grosseiras são depositadas no fundo de pelo menos um primeiro tanque de coleta 12, onde são coletadas. [0039] Preferably, after separating coarse particles from the overhead gas, the method of the present invention further comprises collecting the deposited coarse particles in at least one first collection tank 12 coupled downstream of the at least one coarse particle separator element 11, wherein the at least one coarse particle separator element 11 consists of a cyclone. The coarse particles are separated from the overhead gas and fine metal particles by rotational and gravitational effects from within the at least one coarse particle separator element 11. The coarse particles are deposited at the bottom of the at least one first collection tank 12, where they are collected.

[0040] Preferencialmente, separar as partículas metálicas finas do gás de topo através de pelo menos um elemento separador de partículas finas 13 compreende injetar um líquido de lavagem no pelo menos um elemento separador de partículas finas 13, em que o pelo menos um elemento separador de partículas finas 13 consiste em um lavador venturi. Opcionalmente, o líquido de lavagem é água. O líquido de lavagem é responsável por capturar as partículas metálicas finas do gás de topo que são separados pelo fenômeno de diferença de velocidade de saída do líquido de lavagem, e do tamanho de suas gotas (atomização), e do gás de topo que ocorre no interior do pelo menos um elemento separador de partículas finas 13. As partículas metálicas finas são então depositadas no fundo de pelo menos um segundo tanque de coleta 14 na forma de lama ou lodo. Preferencialmente, o pelo menos um segundo tanque de coleta 14 sendo acoplado a jusante do pelo menos um elemento separador de partículas finas 13. [0040] Preferably, separating the fine metal particles from the overhead gas through at least one fine particle separator element 13 comprises injecting a washing liquid into the at least one fine particle separator element 13, wherein the at least one fine particle separator element 13 consists of a venturi scrubber. Optionally, the washing liquid is water. The washing liquid is responsible for capturing the fine metal particles from the overhead gas that are separated by the phenomenon of difference in exit velocity of the washing liquid, and of the size of its droplets (atomization), and from the overhead gas that occurs inside the at least one fine particle separator element 13. The fine metal particles are then deposited at the bottom of at least one second collection tank 14 in the form of slurry or mud. Preferably, the at least one second collection tank 14 being coupled downstream of the at least one fine particle separator element 13.

[0041] Preferencialmente, o método da presente invenção compreende ainda interceptar gotículas de líquido podendo compreender partículas metálicas finas remanescentes no gás de topo através de uma malha metálica de pelo menos um desumidificador demister 15, em que o pelo menos um desumidificador demister 15 é conectado a jusante do pelo menos um segundo tanque de coleta 14. Além de aumentar a captação de partículas metálicas finas, a malha metálica nesta etapa também opera para desumidificar o gás de topo, capturando gotí cuias de líquido presente no gás. Estas gotículas de líquido compreendendo partículas metálicas finas interceptadas na malha metálica caem no pelo menos um segundo tanque de coleta 14, enquanto o gás de topo seco é eliminado do pelo menos um desumidificador 15. [0041] Preferably, the method of the present invention further comprises intercepting liquid droplets which may comprise particles fine metal particles remaining in the overhead gas through a metal mesh of at least one demister 15, wherein the at least one demister 15 is connected downstream of the at least one second collection tank 14. In addition to increasing the capture of fine metal particles, the metal mesh in this step also operates to dehumidify the overhead gas by capturing liquid droplets present in the gas. These liquid droplets comprising fine metal particles intercepted in the metal mesh fall into the at least one second collection tank 14, while the dried overhead gas is eliminated from the at least one demister 15.

[0042] Preferencialmente, coletar uma lama compreendendo as partículas metálicas finas separadas do gás de topo em pelo menos um segundo tanque de coleta 14 compreende coletar as partículas metálicas finas através de um dreno de lama 17 do pelo menos um segundo tanque de coleta 14. [0042] Preferably, collecting a slurry comprising the fine metal particles separated from the overhead gas in at least one second collection tank 14 comprises collecting the fine metal particles through a slurry drain 17 of the at least one second collection tank 14.

[0043] Opcionalmente, coletar uma lama compreendendo as partículas metálicas finas separadas do gás de topo em pelo menos um segundo tanque de coleta 14 compreende coletar a lama por uma abertura superior do pelo menos um segundo tanque de coleta 14. [0043] Optionally, collecting a slurry comprising the fine metal particles separated from the overhead gas in at least one second collection tank 14 comprises collecting the slurry through an upper opening of the at least one second collection tank 14.

[0044] A presente invenção também é relacionada a um forno siderúrgico 20 para fabricação de ferro gusa e separação de partículas metálicas finas, compreendendo: pelo menos uma cuba superior 1; pelo menos uma cuba inferior 2; pelo menos um alimentador de combustível posicionado entre a pelo menos uma cuba superior 1 e a pelo menos uma cuba inferior 2; e pelo menos uma fileira de ventaneiras 3, 4 posicionada em pelo menos um de pelo menos uma cuba superior 1 e pelo menos uma cuba inferior 2, a pelo menos uma fileira de ventaneiras 3, 4 comunicando de maneira fluida o interior do forno 20 com o ambiente externo; e pelo menos um queimador posicionado em pelo menos um de pelo menos uma cuba superior 1 e pelo menos uma cuba inferior 2; e um sistema de separação de partículas metálicas finas de um gás de topo do forno siderúrgico 20 da presente invenção conectado a uma saída de gases do forno siderúrgico 20; em que o forno siderúrgico 20 é alimentado com uma pluralidade de aglomerados sólidos compreendendo partículas metálicas finas. [0044] The present invention also relates to a steel furnace 20 for manufacturing pig iron and separating fine metal particles, comprising: at least one upper tank 1; at least one lower tank 2; at least one fuel feeder positioned between the at least one upper tank 1 and the at least one lower tank 2; and at least one row of tuyeres 3, 4 positioned in at least one of the at least one upper tank 1 and the at least one lower tank 2, the at least one row of tuyeres 3, 4 fluidly communicating the interior of the furnace 20 with the external environment; and at least one burner positioned in at least one of the at least one tank upper 1 and at least one lower tank 2; and a system for separating fine metal particles from a top gas of the steelmaking furnace 20 of the present invention connected to a gas outlet of the steelmaking furnace 20; wherein the steelmaking furnace 20 is fed with a plurality of solid agglomerates comprising fine metal particles.

[0045] A Figura 2 ilustra o forno siderúrgico 20 para fabricação de ferro gusa e separação de partículas metálicas finas, o forno siderúrgico 20 compreendendo a pelo menos uma cuba superior 1, a pelo menos uma cuba inferior 2 e a pelo menos uma fileira de ventaneiras 3, 4. O forno metalúrgico 20 da presente invenção é constituído essencialmente de uma cuba superior 1 onde a carga (matéria-prima) é carregada no forno 20. [0045] Figure 2 illustrates the steel furnace 20 for manufacturing pig iron and separating fine metal particles, the steel furnace 20 comprising at least one upper tank 1, at least one lower tank 2 and at least one row of tuyeres 3, 4. The metallurgical furnace 20 of the present invention essentially consists of an upper tank 1 where the charge (raw material) is loaded into the furnace 20.

[0046] Na cuba superior 1 têm-se um conjunto de pelo menos uma fileira de ventaneiras secundárias 4, que são preferencialmente orifícios que permitem insuflação de ar atmosférico quente ou frio para queima de CO e outros gases combustíveis presentes no gás ascendente. O ar insuflado pode, eventualmente, compreender enriquecimento de O2. Além disso, pode-se injetar pelas ventaneiras 4 combustível gasoso, líquido ou sólido juntamente com o ar insuflado. [0046] In the upper tank 1 there is a set of at least one row of secondary tuyeres 4, which are preferably holes that allow the insufflation of hot or cold atmospheric air for burning CO and other combustible gases present in the ascending gas. The insufflated air may, eventually, comprise O2 enrichment. In addition, gaseous, liquid or solid fuel may be injected through the tuyeres 4 together with the insufflated air.

[0047] O forno 20 da presente invenção compreende ainda uma cuba inferior 2, de seção transversal preferencialmente circular ou retangular, com diâmetro ou dimensões suficientes para alimentação de combustível sólido. O diâmetro ou largura da seção transversal da cuba 2 é superior ao da cuba 1 suficiente para posicionamento de alimentadores de combustível. [0047] The furnace 20 of the present invention further comprises a lower tank 2, preferably circular or rectangular in cross-section, with a diameter or dimensions sufficient for feeding solid fuel. The diameter or width of the cross-section of tank 2 is greater than that of tank 1, sufficient for positioning fuel feeders.

[0048] Nos alimentadores, localizados ao redor da junção da cuba superior 1 com a inferior 2, dutos de abastecimento de combustível 5 podem ser acoplados para garantir a carga de combustível para a cama do forno evitando ocorrências de arraste de carga quando da utilização de materiais finos. Com a descida da carga no alimentador, ocorre o pré-aquecimento, pré- secagem e destilação das frações voláteis presentes nos combustíveis sólidos e resíduos carbonosos combustíveis. [0048] In the feeders, located around the junction of the upper tank 1 with the lower tank 2, fuel supply ducts 5 can be coupled to ensure the fuel load to the furnace bed, avoiding load dragging when using fine materials. As the load descends into the feeder, preheating, pre-drying and distillation of the volatile fractions present in the solid fuels occur and combustible carbonaceous waste.

[0049] Preferencialmente, a cuba inferior 2 possui uma ou mais fileiras de ventaneiras primárias 3 que, assim como as secundárias descritas acima, servem para insuflar ar quente ou frio, podendo ainda ser enriquecido com O2 ou não. Pode-se injetar também combustíveis sólidos em pó, líquidos ou gasosos para queima parcial do combustível, produzindo gás e fornecendo energia térmica necessárias à redução e/ou à fusão da carga. [0049] Preferably, the lower tank 2 has one or more rows of primary tuyeres 3 which, like the secondary tuyeres described above, serve to blow hot or cold air, which may or may not be enriched with O2. Solid powder, liquid or gaseous fuels may also be injected for partial combustion of the fuel, producing gas and providing the thermal energy necessary for the reduction and/or fusion of the load.

[0050] Em adição, pelo menos parte das ventaneiras primárias ou secundárias 3, 4 compreende preferencialmente queimadores de gás. Esses queimadores posicionados nas ventaneiras 4 compreendem, preferencialmente, um tubo coaxial, ou seja, um pequeno tubo central, por onde é injetado o combustível, e um tubo exterior que o envolve, por onde passa o ar soprado pelas ventaneiras 3, 4 ou qualquer outro comburente. [0050] In addition, at least part of the primary or secondary tuyeres 3, 4 preferably comprise gas burners. These burners positioned in the tuyeres 4 preferably comprise a coaxial tube, that is, a small central tube, through which the fuel is injected, and an outer tube surrounding it, through which passes the air blown by the tuyeres 3, 4 or any other oxidizer.

[0051] Assim, ar insuflado atravessa o tubo exterior do queimador, enquanto combustível atravessa o tubo central 12. O ar é então misturado com o combustível para que a mistura seja queimada na região a jusante do queimador, região essa localizada no interior do forno. Assim garante-se uma maior segurança para o processo de queima, uma vez que a mistura do combustível com o comburente e posterior queima somente ocorrem no interior do forno. [0051] Thus, blown air passes through the outer tube of the burner, while fuel passes through the central tube 12. The air is then mixed with the fuel so that the mixture is burned in the region downstream of the burner, a region located inside the furnace. This ensures greater safety for the burning process, since the mixing of the fuel with the oxidizer and subsequent burning only occur inside the furnace.

[0052] A combinação do ar soprado nas ventaneiras 3, 4 com o combustível injetado (gás, líquido ou sólido) e queimado nos queimadores gera uma liberação de calor muito intensa em função das reações exotérmicas que acontecem através dessa combinação. [0052] The combination of air blown into tuyeres 3, 4 with the injected fuel (gas, liquid or solid) and burned in the burners generates a very intense release of heat due to the exothermic reactions that occur through this combination.

[0053] Ressalta-se que o forno siderúrgico 20 da presente invenção é preferencialmente o forno siderúrgico da patente BR102013033702-1, do mesmo titular, cujos conteúdos são integralmente incorporados à presente descrição para pronta referência. [0053] It should be noted that the steel furnace 20 of the present invention is preferably the steel furnace of patent BR102013033702-1, from the same holder, the contents of which are fully incorporated into the present description for ready reference.

[0054] A Figura 3 ilustra o acoplamento do sistema de separação de partículas metálicas finas de um gás de topo da presente invenção ao forno siderúrgico 20. Destacam-se, além do forno siderúrgico 20, o pelo menos um canal de transporte de gás 10 conectando o forno 20 ao pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras 11, o pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras 11 conectado a jusante ao pelo menos um primeiro tanque de coleta 12, o pelo menos um canal de transporte de gás 10 conectando ainda o pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras 11 ao pelo menos um elemento separador de partículas finas 13, e o pelo menos um segundo tanque de coleta 14 conectado a jusante ao pelo menos um elemento separador de partículas finas 13. [0054] Figure 3 illustrates the coupling of the separation system fine metal particles from an overhead gas of the present invention to the steelmaking furnace 20. In addition to the steelmaking furnace 20, the at least one gas transport channel 10 connecting the furnace 20 to the at least one coarse particle separator element 11, the at least one coarse particle separator element 11 connected downstream to the at least one first collection tank 12, the at least one gas transport channel 10 further connecting the at least one coarse particle separator element 11 to the at least one fine particle separator element 13, and the at least one second collection tank 14 connected downstream to the at least one fine particle separator element 13.

[0055] A setas vermelhas SI no interior do pelo menos um canal de transporte de gás 10 indica o sentido de fluxo de gás que é expelido pelo forno siderúrgico 20. Ainda, a seta vermelha S2 no pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras 11 indica a direção de fluxo de gás compreendendo partículas finas e a seta S3 indica a direção das partículas grosseiras para o pelo menos um primeiro tanque de coleta 12. É possível notar também o dreno de lama 17 para coletar a lama compreendendo partículas metálicas finas do pelo menos um segundo tanque de coleta 14. Por fim, o gás limpo, com ausência ou pouca presença de partículas metálicas finas, é eliminado do pelo menos um tanque de coleta 14 para desumidificação. Este gás limpo é representado pela seta S4. [0055] The red arrows SI inside the at least one gas transport channel 10 indicate the direction of flow of gas that is expelled by the steel furnace 20. Furthermore, the red arrow S2 on the at least one coarse particle separator element 11 indicates the direction of flow of gas comprising fine particles and the arrow S3 indicates the direction of the coarse particles towards the at least one first collection tank 12. It is also possible to note the sludge drain 17 for collecting the sludge comprising fine metal particles from the at least one second collection tank 14. Finally, the clean gas, with no or little presence of fine metal particles, is eliminated from the at least one collection tank 14 for dehumidification. This clean gas is represented by the arrow S4.

[0056] Além disso, o forno siderúrgico é alimentado com uma carga metálica (matéria-prima) e combustível. Preferencialmente, a carga metálica é a pluralidade de aglomerados sólidos compreendendo partículas metálicas finas. [0056] Furthermore, the steel furnace is fed with a metal charge (raw material) and fuel. Preferably, the metal charge is the plurality of solid agglomerates comprising fine metal particles.

[0057] Preferencialmente, a pluralidade de aglomerados sólidos compreendendo partículas metálicas finas consiste em uma pluralidade de aglomerados sólidos compreendendo pó de aciaria elétrica. Mais preferencialmente, a pluralidade de aglomerados sólidos compreendendo pó de aciaria elétrica consiste em uma pluralidade de briquetes compreendendo pó de aciaria elétrica. Preferencialmente, as partículas metálicas finas são partículas de zinco. Ressalta-se que a fonte de zinco do aglomerado sólido utilizado pela presente invenção não se limita ao pó de aciaria elétrica, é possível utilizar outras fontes de zinco como, por exemplo, um ou mais dentre pó de aciaria a oxigênio, resíduos de willemita (mina de zinco), coprodutos siderúrgicos compreendendo zinco, ou sucata processada compreendendo zinco. Esta característica fornece a invenção a vantagem de melhor tratamento e reaproveitamento desses resíduos siderúrgicos para a produção de zinco. [0057] Preferably, the plurality of solid agglomerates comprising fine metal particles consists of a plurality of solid agglomerates comprising electric steel mill powder. More preferably, the plurality of solid agglomerates comprising electric steel mill powder The electric steel mill consists of a plurality of briquettes comprising electric steel mill dust. Preferably, the fine metallic particles are zinc particles. It should be noted that the source of zinc in the solid agglomerate used by the present invention is not limited to electric steel mill dust; it is possible to use other sources of zinc, such as, for example, one or more of oxygen steel mill dust, willemite residues (zinc mine), steel by-products comprising zinc, or processed scrap comprising zinc. This characteristic provides the invention with the advantage of better treatment and reuse of these steel mill residues for the production of zinc.

[0058] Em vista disso, opcionalmente, a pluralidade de aglomerados sólidos compreendendo partículas metálicas finas da presente invenção consiste em uma pluralidade de aglomerados sólidos compreendendo um ou mais dentre pó de aciaria a oxigênio, resíduos de willemita, coprodutos siderúrgicos compreendendo zinco, ou sucata processada compreendendo zinco. [0058] In view of this, optionally, the plurality of solid agglomerates comprising fine metal particles of the present invention consists of a plurality of solid agglomerates comprising one or more of oxygen steelmaking dust, willemite residues, steelmaking co-products comprising zinc, or processed scrap comprising zinc.

[0059] Preferencialmente, o forno siderúrgico 20 é alimentado com uma carga metálica compreendendo briquetes autorredutores, nos quais o percentual metálico é composto por qualquer coproduto siderúrgico que atenda aos teores mínimos de ferro exigidos para a produção de ferro gusa segundo essa rota. Preferencialmente, esta carga metálica é reduzida para a produção de ferro gusa. [0059] Preferably, the steel furnace 20 is fed with a metal charge comprising self-reducing briquettes, in which the metal percentage is composed of any steel co-product that meets the minimum iron contents required for the production of pig iron according to this route. Preferably, this metal charge is reduced for the production of pig iron.

[0060] Preferencialmente, o forno siderúrgico 20 possui uma temperatura de topo entre 600 °C e 700 °C. Esta temperatura associada à vazão de sopro do forno 20 permite que o zinco seja eliminado do forno 20 em seu gás de topo antes de solidificar nas paredes internas do forno 20. Ressalta-se que a vazão de sopro do forno da presente invenção é impulsionada pela presença da pelo menos uma fileira de ventaneiras (3, 4) e do pelo menos um queimador. [0060] Preferably, the steel furnace 20 has a top temperature between 600 °C and 700 °C. This temperature associated with the blow flow rate of the furnace 20 allows the zinc to be eliminated from the furnace 20 in its top gas before solidifying on the internal walls of the furnace 20. It is emphasized that the blow flow rate of the furnace of the present invention is driven by the presence of at least one row of tuyeres (3, 4) and of at least one burner.

[0061] Deste modo, o forno siderúrgico 20 para fabricação de ferro gusa e separação de partículas metálicas finas e o sistema e o método de separação de partículas metálicas finas de um gás de topo de um forno siderúrgico 20 conforme a presente invenção se mostram atrativos por fornecerem um meio de produção simultânea de ferro gusa e zinco, sendo uma alternativa ao processo pirometalúrgico tradicional, que é o forno Waelz. Vale destacar ainda que o forno Waelz tem como único produto o zinco mais concentrado. Já o sistema, o método e o forno siderúrgico 20 propostos na presente invenção tem como produtos ferro gusa e zinco concentrado. Além disso, o forno siderúrgico 20 utilizado pela presente invenção pode ser alimentado com materiais com alta concentração de zinco, como o pó de aciaria elétrica, sem que haja acúmulo de zinco condensado nas paredes internas do forno. Isto também elimina a necessidade de um controle rígido de concentração de zinco do material que alimenta o forno, requerido pelos fomos siderúrgicos do estado da técnica para evitar o depósito desse material em suas paredes internas. A ausência de acúmulo de zinco nas paredes do fomo 20 possibilita que este não requeira tantas paradas de manutenção, não comprometendo a sua produtividade. [0061] Thus, the steelmaking furnace 20 for making iron The system and method for separating fine metal particles from the top gas of a steelmaking furnace 20 according to the present invention are attractive because they provide a means for the simultaneous production of pig iron and zinc, being an alternative to the traditional pyrometallurgical process, which is the Waelz furnace. It is also worth noting that the Waelz furnace has as its only product the most concentrated zinc. The system, method and steelmaking furnace 20 proposed in the present invention have as their products pig iron and concentrated zinc. In addition, the steelmaking furnace 20 used by the present invention can be fed with materials with a high concentration of zinc, such as electric steel mill dust, without the accumulation of condensed zinc on the internal walls of the furnace. This also eliminates the need for strict control of the zinc concentration of the material fed to the furnace, required by prior art steelmaking furnaces to prevent the deposit of this material on its internal walls. The absence of zinc accumulation on the walls of oven 20 means that it does not require as many maintenance stops, thus not compromising its productivity.

[0062] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção do presente pedido são permitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/concretizações particulares acima descritas. [0062] Numerous variations affecting the scope of protection of the present application are permitted. In this way, it is reinforced that the present invention is not limited to the particular configurations/embodiments described above.

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Sistema de separação de partículas metálicas finas de um gás de topo de um forno siderúrgico (20), caracterizado pelo fato de que compreende: pelo menos um canal de transporte de gás (10) configurado para transportar o gás de topo para fora do forno siderúrgico (20); pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras (11) para separação de partículas grosseiras do gás de topo; pelo menos um primeiro tanque de coleta (12) acoplado a jusante do pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras (11); pelo menos um elemento separador de partículas finas (13) para separação das partículas metálicas finas do gás de topo; e pelo menos um segundo tanque de coleta (14) acoplado a jusante do pelo menos um elemento separador de partículas finas (13), em que o pelo menos um segundo tanque de coleta (14) é configurado para receber uma lama compreendendo as partículas metálicas finas separadas do gás de topo; em que o pelo menos um canal de transporte de gás (10) conecta a jusante o forno siderúrgico (20), o pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras (11) e o pelo menos um elemento separador de partículas finas (13). 1. A system for separating fine metal particles from an overhead gas of a steelmaking furnace (20), characterized in that it comprises: at least one gas transport channel (10) configured to transport the overhead gas out of the steelmaking furnace (20); at least one coarse particle separator element (11) for separating coarse particles from the overhead gas; at least a first collection tank (12) coupled downstream of the at least one coarse particle separator element (11); at least one fine particle separator element (13) for separating fine metal particles from the overhead gas; and at least a second collection tank (14) coupled downstream of the at least one fine particle separator element (13), wherein the at least one second collection tank (14) is configured to receive a slurry comprising the fine metal particles separated from the overhead gas; wherein the at least one gas transport channel (10) connects downstream the steel furnace (20), the at least one coarse particle separator element (11) and the at least one fine particle separator element (13). 2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras (11) consiste em um ciclone. 2. System according to claim 1, characterized in that the at least one coarse particle separator element (11) consists of a cyclone. 3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um elemento separador de partículas finas (13) consiste em um lavador venturi. 3. System according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one fine particle separator element (13) consists of a venturi washer. 4. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende ainda pelo menos um desumidificador demister (15) para desumidificar o gás de topo remanescente, em que o desumidificador demister (15) é conectado a jusante do pelo menos um segundo tanque de coleta (14). 4. System according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it further comprises at least one demister dehumidifier (15) for dehumidifying the remaining overhead gas, wherein the demister dehumidifier (15) is connected downstream of the at least a second collection tank (14). 5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que cada um dentre o pelo menos um desumidificador (15) compreende uma malha metálica para interceptar gotículas de líquido compreendendo partículas metálicas finas remanescentes. 5. System according to claim 4, characterized in that each of the at least one dehumidifier (15) comprises a metal mesh for intercepting liquid droplets comprising remaining fine metal particles. 6. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um segundo tanque de coleta (14) compreende pelo menos um dreno de lama (17) e pelo menos um canal de inserção de água (16). 6. System according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the at least one second collection tank (14) comprises at least one sludge drain (17) and at least one water insertion channel (16). 7. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um segundo tanque de coleta (14) possui um fundo de formato prismático e inclinado. 7. System according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one second collection tank (14) has a prismatic and inclined bottom. 8. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 7, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um canal de transporte de gás (10), o pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras (11), o pelo menos um elemento separador de partículas finas (13) e o pelo menos um desumidificador demister (15) são revestidos intemamente com um material refratário. 8. System according to any one of claims 4 to 7, characterized in that the at least one gas transport channel (10), the at least one coarse particle separator element (11), the at least one fine particle separator element (13) and the at least one demister dehumidifier (15) are internally coated with a refractory material. 9. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que as partículas metálicas finas são partículas de zinco. 9. System according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the fine metal particles are zinc particles. 10. Método de separação de partículas metálicas finas de um gás de topo de um forno siderúrgico (20), caracterizado pelo fato de que compreende: transportar o gás de topo para fora do forno siderúrgico (20) através de pelo menos um canal de transporte de gás (10); separar partículas grosseiras do gás de topo através de pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras (11); coletar as partículas grosseiras depositadas em pelo menos um primeiro tanque de coleta (12) acoplado a jusante do pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras (11), separar as partículas metálicas finas do gás de topo através de pelo menos um elemento separador de partículas finas (13); e coletar uma lama compreendendo as partículas metálicas finas separadas do gás de topo em pelo menos um segundo tanque de coleta (14), acoplado a jusante do pelo menos um elemento separador de partículas finas (13). 10. A method for separating fine metal particles from an overhead gas of a steelmaking furnace (20), comprising: transporting the overhead gas out of the steelmaking furnace (20) through at least one gas transport channel (10); separating coarse particles from the overhead gas through at least one at least one coarse particle separator element (11); collecting the deposited coarse particles in at least a first collection tank (12) coupled downstream of the at least one coarse particle separator element (11), separating the fine metal particles from the overhead gas through at least one fine particle separator element (13); and collecting a slurry comprising the fine metal particles separated from the overhead gas in at least a second collection tank (14) coupled downstream of the at least one fine particle separator element (13). 11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que separar partículas grosseiras do gás de topo através de pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras (11) compreende usar efeitos rotacionais e gravitacionais para a separação das partículas grosseiras, em que o pelo menos um elemento separador de partículas grosseiras (11) consiste em um ciclone. 11. Method according to claim 10, characterized in that separating coarse particles from the overhead gas through at least one coarse particle separator element (11) comprises using rotational and gravitational effects for separating the coarse particles, wherein the at least one coarse particle separator element (11) consists of a cyclone. 12. Método, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que separar as partículas metálicas finas do gás de topo através de pelo menos um elemento separador de partículas finas (13) compreende injetar um líquido de lavagem no pelo menos um elemento separador de partículas finas (13), em que o pelo menos um elemento separador de partículas finas (13) consiste em um lavador venturi. 12. The method of claim 10 or 11, wherein separating the fine metal particles from the overhead gas through at least one fine particle separator element (13) comprises injecting a scrubbing liquid into the at least one fine particle separator element (13), wherein the at least one fine particle separator element (13) consists of a venturi scrubber. 13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado pelo fato de compreende ainda: interceptar gotículas de líquido compreendendo as partículas metálicas finas remanescentes no gás de topo através de uma malha metálica de pelo menos um desumidificador demister (15), em que o pelo menos um desumidificador demister (15) é conectado a jusante do pelo menos um segundo tanque de coleta (14). 13. Method according to any one of claims 10 to 12, characterized in that it further comprises: intercepting liquid droplets comprising the remaining fine metallic particles in the overhead gas through a metallic mesh of at least one demister dehumidifier (15), wherein the at least one demister dehumidifier (15) is connected downstream of the at least one second collection tank (14). 14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado pelo fato de que coletar uma lama compreendendo as partículas metálicas finas separadas do gás de topo em pelo menos um segundo tanque de coleta (14) compreende coletar as partículas metálicas finas através de um dreno de lama (17) do pelo menos um segundo tanque de coleta (14), em que as partículas metálicas finas são partículas de zinco. 14. The method of any one of claims 10 to 13, wherein collecting a slurry comprising the fine metal particles separated from the overhead gas in at least one second collection tank (14) comprises collecting the fine metal particles through a slurry drain (17) of the at least one second collection tank (14), wherein the fine metal particles are zinc particles. 15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado pelo fato de que coletar uma lama compreendendo as partículas metálicas finas separadas do gás de topo em pelo menos um segundo tanque de coleta (14) compreende coletar a lama por uma abertura superior do pelo menos um segundo tanque de coleta (14), em que as partículas metálicas finas são partículas de zinco. 15. Method according to any one of claims 10 to 13, characterized in that collecting a slurry comprising the fine metal particles separated from the overhead gas in at least one second collection tank (14) comprises collecting the slurry through an upper opening of the at least one second collection tank (14), wherein the fine metal particles are zinc particles. 16. Forno siderúrgico (20) para fabricação de ferro gusa e separação de partículas metálicas finas, caracterizado pelo fato de que compreende: pelo menos uma cuba superior (1); pelo menos uma cuba inferior (2); pelo menos um alimentador de combustível posicionado entre a pelo menos uma cuba superior (1) e a pelo menos uma cuba inferior (2); e pelo menos uma fileira de ventaneiras (3, 4) posicionada em pelo menos um de pelo menos uma cuba superior (1) e pelo menos uma cuba inferior (2), a pelo menos uma fileira de ventaneiras (3, 4) comunicando de maneira fluida o interior do forno (20) com o ambiente externo; e pelo menos um queimador posicionado em pelo menos um de pelo menos uma cuba superior (1) e pelo menos uma cuba inferior (2); em que o forno siderúrgico (20) é alimentado com uma pluralidade de aglomerados sólidos compreendendo partículas metálicas finas; e um sistema de separação de partículas metálicas finas de um gás de topo do forno siderúrgico (20), conforme definido na reivindicação 1, conectado a uma saída de gases do fomo siderúrgico (20) para separar as partículas metálicas finas advindas dos aglomerados sólidos e que são subproduto da fabricação de ferro gusa no fomo siderúrgico (20). 16. Steelmaking furnace (20) for manufacturing pig iron and separating fine metal particles, characterized by the fact that it comprises: at least one upper tank (1); at least one lower tank (2); at least one fuel feeder positioned between the at least one upper tank (1) and the at least one lower tank (2); and at least one row of tuyeres (3, 4) positioned in at least one of the at least one upper tank (1) and the at least one lower tank (2), the at least one row of tuyeres (3, 4) fluidly communicating the interior of the furnace (20) with the external environment; and at least one burner positioned in at least one of the at least one upper tank (1) and the at least one lower tank (2); in which the steelmaking furnace (20) is fed with a plurality of solid agglomerates comprising fine metal particles; and a system for separating fine metal particles from a steel furnace top gas (20) as defined in claim 1, connected to a gas outlet from the steel mill furnace (20) to separate the fine metal particles coming from the solid agglomerates and which are a by-product of the production of pig iron in the steel mill furnace (20). 17. Fomo siderúrgico (20), de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de aglomerados sólidos compreendendo partículas metálicas finas consiste em uma pluralidade de aglomerados sólidos compreendendo pó de aciaria elétrica, em que a pluralidade de aglomerados sólidos são uma pluralidade de briquetes e em que as partículas metálicas finas são partículas de zinco. 17. Steel furnace (20), according to claim 16, characterized by the fact that the plurality of solid agglomerates comprising fine metallic particles consists of a plurality of solid agglomerates comprising electric steel mill dust, in which the plurality of solid agglomerates are a plurality of briquettes and in which the fine metallic particles are zinc particles. 18. Fomo siderúrgico (20), de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de aglomerados sólidos compreendendo partículas metálicas finas consiste em uma pluralidade de aglomerados sólidos compreendendo um ou mais dentre pó de aciaria a oxigênio, resíduos de willemita, coprodutos siderúrgicos compreendendo zinco, ou sucata processada compreendendo zinco. 18. The steel mill (20) of claim 16, wherein the plurality of solid agglomerates comprising fine metal particles consists of a plurality of solid agglomerates comprising one or more of oxygen steelmaking dust, willemite residues, steelmaking co-products comprising zinc, or processed scrap comprising zinc. 19. Forno siderúrgico (20), de acordo com a qualquer uma das reivindicações 16 a 18, caracterizado pelo fato de que a temperatura de topo do fomo siderúrgico (20) é entre 600 °C e 700 °C. 19. Steel furnace (20) according to any one of claims 16 to 18, characterized in that the top temperature of the steel furnace (20) is between 600 °C and 700 °C. 20. Fomo siderúrgico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 19, caracterizado pelo fato de que é alimentado com uma carga metálica compreendendo briquetes autorredutores, em que o percentual metálico é composto por qualquer coproduto siderúrgico que atenda aos teores mínimos de ferro exigidos para a produção de ferro gusa. 20. Steel furnace, according to any one of claims 16 to 19, characterized by the fact that it is fed with a metallic charge comprising self-reducing briquettes, in which the metallic percentage is composed of any steel co-product that meets the minimum iron contents required for the production of pig iron.
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