Método para el tratamiento pirometalúrgico de metales, baños de metal fundido y/o escorias.

Método para el tratamiento pirometalúrgico de metales, baños de fundición de metal y/o escorias, en una unidad metalúrgica o en un recipiente de fusión, particularmente en un horno de arco voltaico, para soplar o inyectar gases ricos en oxígeno, con la ayuda de un dispositivo de inyección

(1) que en su modo de funcionamiento como inyector, acelera los gases ricos en oxígeno, y conforma un chorro de alta velocidad con una capa gaseosa que lo envuelve completamente, caracterizado porque el dispositivo de inyección (1) se puede conmutar alternativamente desde un funcionamiento del quemador a un funcionamiento del inyector, en donde durante el funcionamiento del quemador del dispositivo de inyección (1), se suministran gas natural y oxígeno, y durante el funcionamiento del inyector se suministra oxígeno, gas natural y aire caliente, en donde a través de una primera entrada (7) del dispositivo de inyección, se suministra aire caliente durante el funcionamiento del inyector, y se suministra gas natural durante el funcionamiento del quemador, el oxígeno se suministra a través de una segunda entrada (9) y el gas natural a través de una tercera entrada (8), y en donde la primera y la tercera entrada desembocan en un paso anular del dispositivo de inyección (1), y la segunda entrada (9) desemboca en una tobera central del dispositivo de inyección (1).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/074128.

Solicitante: SMS SIEMAG AG.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: EDUARD-SCHLOEMANN-STRASSE 4 40237 DUSSELDORF ALEMANIA.

Inventor/es: SCHUBERT, MANFRED, MEYN,MATTHIAS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA DEL HIERRO > PROCESOS DEL HIERRO FUNDIDO, p. ej. AFINADO, FABRICACION... > Fabricación de acero al carbono, p. ej. acero suave,... > C21C5/52 (Fabricación del acero en horno eléctrico)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA DEL HIERRO > PROCESOS DEL HIERRO FUNDIDO, p. ej. AFINADO, FABRICACION... > Fabricación de acero al carbono, p. ej. acero suave,... > C21C5/46 (Detalles o accesorios)

PDF original: ES-2533572_T3.pdf

 

google+ twitter facebook

Fragmento de la descripción:

Método para el tratamiento pirometalúrgico de metales, baños de metal fundido y/o escorias

La presente invención hace referencia a un método para el tratamiento pirometalúrgico de metales, baños de fundición de metal y/o escorias, en una unidad metalúrgica o en un recipiente de fusión, particularmente en un horno de arco voltaico, particularmente para soplar o inyectar gases ricos en oxígeno, con la ayuda de un dispositivo de inyección que en su modo de funcionamiento como inyector, acelera los gases ricos en oxígeno, y conforma un chorro de alta velocidad con una capa gaseosa que lo envuelve completamente.

Se conoce la utilización de dispositivos de inyección para soplar o inyectar gases ricos en oxígeno, particularmente mediante la adición de sustancias carbonadas, en un horno de arco. El dispositivo de inyección acelera los gases ricos en oxígeno a una velocidad supersónica. Según las circunstancias, se adicionan mezclando partículas de carbono en los gases ricos en oxígeno. Se genera un chorro de alta velocidad de los gases mencionados para el tratamiento pirometalúrgico, que se protege mediante una capa gaseosa que envuelve el chorro mencionado. Los dispositivos de inyección se utilizan en instalaciones industriales, particularmente en hornos de arco voltaico, para soplar o inyectar gases ricos en oxígeno y/o partículas ricas en carbono en y/o sobre una capa de escoria o de escoria espumosa, para hacer espuma en la escoria. Los gases ricos en oxígeno se introducen en y/o sobre el baño de metal fundido que se encuentra por debajo de la capa de escoria o de escoria espumosa, para retirar el carbono del baño mencionado, es decir, para la descarburación del baño de metal fundido.

La fundición de sustancias de aplicación sólidas, como por ejemplo, recortes de metal o esponja de hierro, en hornos de arco voltaico, requiere de una entrada de energía elevada que asciende entre 55 y 75 kWh por tonelada de acero bruto. Para reducir el consumo de energía eléctrica, se utiliza adicionalmente energía química, particularmente en forma de gas natural o carbón. Para garantizar temperaturas de reacción elevadas, su combustión se realiza en general con oxígeno comercialmente puro. De esta manera, simultáneamente se reduce notablemente la cantidad específica de gas de escape a tratar, en comparación con la utilización de aire. Durante determinadas fases del proceso de fusión, se realiza la inyección de oxígeno y/o de portadores de energía primaria, por ejemplo, gas natural, para el refuerzo o la aceleración del calentamiento de los recortes de metal y de la fundición a fondo de los recortes de metal. La reacción se realiza por encima de la masa fundida, preferentemente en contacto directo con la sustancia sólida a fundir. De acuerdo con el estado del arte, la adición del gas natural y del oxígeno se realiza mediante quemadores especiales en la pared del horno, o mediante lanzas refrigeradas.

Una fase adicional en el tratamiento pirometalúrgico, consiste en la fase de escoria espumosa. La escoria espumosa debe proteger las paredes del horno durante la fase del baño superficial, contra la radiación del arco voltaico, para evitar el sobrecalentamiento de las zonas de pared, para igualar la disminución de potencia eléctrica del arco voltaico, y para permitir en conjunto un rendimiento energético elevado mediante la reducción de las pérdidas por radiación. Para la formación de escorias espumosas, se inyectan simultáneamente portadores de carbono finamente granulados, y oxígeno, preferentemente en la capa límite entre la escoria y el metal.

La adición de un portador de carbono se realiza preferentemente en la zona entre el baño de metal fundido y la escoria, parcialmente también por debajo de la superficie del baño de metal fundido. Como gas portador se utilizan preferentemente aire comprimido, nitrógeno o también hidrocarburos gaseosos.

La inyección de oxígeno se realiza preferentemente en la zona de la capa límite entre el baño de metal fundido y la escoria, para la oxidación parcial del carbono inyectado, así como para la descarburación del baño de metal fundido. Durante la oxidación parcial del carbono que contiene el portador de carbono, se genera monóxido de carbono gaseoso, que se desprende de la escoria en forma de burbujas de gas. El proceso mencionado genera una espuma en la escoria. La escoria espumosa mejora el aprovechamiento de la energía, y reduce la carga del revestimiento refractario del horno de arco voltaico. El monóxido de carbono se puede quemar posteriormente, de manera interna o externa, mediante la adición externa de otros oxidantes. La adición de portadores de carbono, oxígeno y otros oxidantes, se realiza de manera combinada o por separado, mediante dispositivos de inyección o de toberas especiales en la pared del horno, mediante lanzas refrigeradas a través de la puerta, la pared del horno o de la tapa del horno, mediante lanzas sin refrigerar a través de la puerta, la pared del horno o de la tapa, o mediante sistemas de toberas sumergidas.

Durante la inyección de gas o de sustancias sólidas mediante dispositivos de inyección en común, se deben integrar en una unidad las funcionalidades anteriormente mencionadas. Los componentes a inyectar durante las etapas individuales del proceso, presentan diferentes requerimientos y parcialmente contradictorios para el sistema de inyección correspondiente, es decir, en relación con la velocidad del flujo, el lugar de inyección, el comportamiento del mezclado y de la combustión, y la carga en la masa fundida. Por lo tanto, las unidades presentan grandes dimensiones, o se deben encontrar soluciones de compromiso.

A partir de la patente EP 964 65 A1 se conoce un dispositivo de inyección conformado por dos elementos, en el cual un elemento se utiliza como un inyector supersónico de oxígeno, y el elemento restante se utiliza como un inyector de carbono. Los ejes de ambos elementos se encuentran orientados de manera que ambos chorros generados se intersecan por encima del nivel del baño. Para garantizar una focalización considerable del respectivo chorro central de oxígeno o de carbono, los chorros mencionados son envueltos por un chorro de gas natural que sale de un anillo de tobera dispuesto de manera concéntrica alrededor del orificio central de la tobera.

En la patente US 5 94 895 se describe un dispositivo de inyección enfriado con agua, que presenta una cámara de combustión para generar una llama de alta velocidad para fundir a fondo las sustancias sólidas que se encuentran frente a la cámara de combustión. Con un tiempo de duración de fundición progresivo, en el horno de arco voltaico se pueden introducir sustancias sólidas finamente dispersadas, por ejemplo, carbón, así como oxígeno adicional con una velocidad elevada, en donde la sustancia sólida se adiciona mezclando desde el lateral, en el chorro de oxígeno previamente acelerado. En este caso, tanto el chorro de sustancia sólida como el chorro de alta velocidad, son protegidos mediante una capa de llama que envuelve los chorros mencionados.

En la patente EP 866 138 A1 se describe un método para la inyección de gases, por ejemplo, de oxígeno y gas natural, en una masa fundida. En este caso, el oxígeno que sale de manera centrada de un inyector, se acelera a una velocidad supersónica con una tobera de Laval. Para que el chorro conserve su impulso de salida por un tiempo en lo posible prolongado, el chorro mencionado es protegido mediante una capa de llama que lo envuelve completamente. La capa de llama se genera en la combustión del gas natural que sale de un paso anular concéntrico en relación con la tobera de Laval, o de un anillo de tobera, con oxígeno. El oxígeno se conduce a través de un segundo paso anular o anillo de tobera, dispuesto... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método para el tratamiento pirometalúrgico de metales, baños de fundición de metal y/o escorias, en una unidad metalúrgica o en un recipiente de fusión, particularmente en un horno de arco voltaico, para soplar o inyectar gases ricos en oxígeno, con la ayuda de un dispositivo de inyección (1) que en su modo de funcionamiento como inyector, acelera los gases ricos en oxígeno, y conforma un chorro de alta velocidad con una capa gaseosa que lo envuelve completamente, caracterizado porque el dispositivo de inyección (1) se puede conmutar alternativamente desde un funcionamiento del quemador a un funcionamiento del inyector, en donde durante el funcionamiento del quemador del dispositivo de inyección (1), se suministran gas natural y oxígeno, y durante el funcionamiento del inyector se suministra oxígeno, gas natural y aire caliente, en donde a través de una primera entrada (7) del dispositivo de inyección, se suministra aire caliente durante el funcionamiento del inyector, y se suministra gas natural durante el funcionamiento del quemador, el oxígeno se suministra a través de una segunda entrada (9) y el gas natural a través de una tercera entrada (8), y en donde la primera y la tercera entrada desembocan en un paso anular del dispositivo de Inyección (1), y la segunda entrada (9) desemboca en una tobera central del dispositivo de Inyección (1).

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el aire se introduce con un flujo volumétrico menor en comparación con el gas natural.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el flujo volumétrico del aire asciende al 85 % del flujo volumétrico del gas natural.

4. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque durante el funcionamiento del quemador, a través de una segunda entrada (9) del dispositivo de inyección, se Introduce oxígeno con un flujo volumétrico menor que durante el funcionamiento del inyector.

5. Método de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque el flujo volumétrico del oxígeno durante el funcionamiento del quemador asciende al 25 % o menos, del flujo volumétrico durante el funcionamiento del inyector.

6. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque tanto durante el funcionamiento del quemador como durante el funcionamiento del inyector, se suministra gas natural a través de una tercera entrada

(8).

7. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el dispositivo de inyección (1) se acciona como quemador, principalmente al comienzo de un proceso de fundición a fondo de recortes de metal introducidos en la unidad o en el recipiente de fusión.

8. Método de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque el dispositivo de inyección (1) se acciona como quemador durante un periodo de tiempo de cinco a diez minutos después de la introducción de la carga de recortes de metal en la unidad o bien, en el recipiente de fusión.