Redsmelt: proceso avanzado de producción de hierro en dos etapas

Proceso Redsmelt para producción de hierro

Redsmelt es nuevo proceso siderúrgico basado en dos pasos reducción: (i) pre-reducción materiales ferrosos en horno hogar rotativo (RHF), y (ii) fundición de hierro pre-reducido caliente (DRI, hierro reducido directo). Originalmente se usó horno arco sumergido (SAF) para segundo paso. SAF reemplazado por convertidor soplado carbón/oxígeno (reactor oxi-carbón) "Nueva Tecnología Fundición" (NST). RHF reduce pellets verdes de mineral hierro, finos reductor y aglutinantes produciendo DRI caliente metalizado cargado a NST para fundición a arrabio.

Redsmelt concebido como tecnología coste-efectiva y ambientalmente amigable. Aspectos destacados:

• No necesita materiales carga preparados.
• No necesita energía eléctrica: fundición DRI usa energía química.
• Fundidor alta productividad = inversión limitada.
• Puede usar prácticamente todos residuos generados procesos planta acero (incluidos fangos y escamas aceitosas), resolviendo creciente problema tratamiento residuos acero.
• Gas salida reactor fundición usado como combustible RHF, optimizando aprovechamiento energía global = reducción efectiva consumo energía.

Planta demostración Redsmelt con proceso reducción fundición dos pasos construida y probada en Piombino (Italia) para producción arrabio. Puesta en marcha 2003. Dos pasos: pre-reducción materiales ferrosos en RHF y fundición DRI caliente en convertidor oxi-carbón. Planta diseñada procesar hasta 65.000 t/año materias primas (base seca) con producción nominal arrabio 30.000-35.000 t/año.

Tecnología Redsmelt

Desarrollada para creciente demanda alternativa bajo coste ambientalmente amigable a ruta alto horno tradicional en grandes plantas siderúrgicas integradas. Planta con este proceso diseñable 0,3-1,0 millones t/año arrabio. Dos aplicaciones principales: (i) convertir subproductos ferrosos planta en valioso arrabio, (ii) producir arrabio escala baja-media (típico ~500.000 t/año) para concepto mini-mill donde arrabio sustituye chatarra.

Concepto Redsmelt en Fig 1.

Fig 1 Concepto proceso Redsmelt

El proceso

Consta varios pasos:

Preparación materiales

Materiales ferrosos finamente molidos y reductor base carbono (carbón/coque petróleo) para pellets verdes. Peletización requiere granulometría óptima: 80% <100 μm, 100% <250 μm. Mezcla húmeda preparada en mezclador dosificando materiales con agua y poca bentonita (aglutinante). Mezcla peletizada en disco peletizador con más agua. Pellets verdes cribados: fracción sub-tamaño reciclada, producto dimensionado a banda metálica secadero.

Secadero pellets verdes

Dos propósitos: (i) evitar problemas pegajosidad sistema alimentación RHF, (ii) prevenir decrepitación pellets verdes en RHF. Calor secado por gas salida RHF. Mejora eficiencia energética global.

Horno hogar rotativo (RHF)

Hogar anular rotativo en cámara horno cubierto techo suspendido. Paredes laterales, techo y hogar revestidos refractario para temperatura operación hasta 1450 °C. Pellets verdes secos cargados RHF por alimentador vibratorio distribuidos uniformemente capa ~20 mm (1-3 pellets) ancho total hogar.

Gas combustible y aire combustión introducidos por varios quemadores laterales agrupados 3 zonas control. Cada zona: caudal combustible y aire controlados individualmente por sistema control para temperatura y composición gas deseada (CO, O₂). Zonas 1 y 2: aire secundario por entradas separadas para combustión CO liberado reducción. Pellets calentados rápidamente temperatura reducción. Tiempo residencia total 10-18 min hogar RHF para metalización final 70-90%. Según propiedades materias primas, producción específica DRI 60-100 kg/m²·h.

Calor proceso por cuatro fuentes: (i) combustión combustible auxiliar (gas rico CO reactor NST), (ii) combustión CO resultado reducción óxidos hierro, (iii) combustión volátiles liberados reductor (carbón), (iv) combustión fracción reductor (quemado carbono). Utilización estas fuentes compite con fenómeno indeseado re-oxidación hierro. Diseño RHF optimiza este complejo sistema gas-dinámico. Incluye quemadores y entradas aire especiales para inyección aire secundario combustión, ajustando turbulencia adecuada cada zona y nivel cámara. Factor crítico: control temperatura extremadamente preciso toda área hogar para propiedades mecánicas/químicas consistentes pellets. Sistema quemadores diseñado cumplir objetivos y garantizar mínima formación NOx.

Pellets DRI producidos descargados vía tornillo refrigerado agua a tolva y transportados por banda metálica continua (diseñada transporte DRI caliente) a horno fundición. Banda material resistente calor y en shaft estanco gas. Gas salida RHF y secadero descargado atmósfera tras post-combustión, dilución aire, inyección agua y desempolvado filtro manga.

Parte energía gas residuo RHF usada secar pellets verdes. También precalentar aire combustión y calor secado materias primas. Plantas gran escala: energía gas residuo también producir vapor caldera recuperación calor.

Horno fundición

Concepto original Redsmelt incluía SAF fundición/reducción final DRI. En demostración Piombino, horno fundición NST usado para fundición/reducción final DRI.

Horno fundición NST: reactor vertical no basculante. Parte inferior (hogar) equipada orificio vaciado sifón similar mini-altos hornos o cubilotes (separación escoria/arrabio con desescoriador). DRI caliente cargado gravedad desde tope por tolva refrigerada agua, centro recipiente. Cortina aire alrededor punta lanza minimiza arrastre DRI directo gas residuo. Fundentes tamaños trozo cargados puerto alimentación separado. Refrigeración reactor zona escoria y interfaz metal-escoria por elementos refrigeración cobre especiales. Techo reactor y conducto gas salida: paredes agua con soldadura tubo-tubo.

Reactor fundición equipado dos niveles lanzas laterales (3 lanzas/nivel) inyectar oxígeno y carbón. Posición y orientación lanzas generan condiciones químicas y fluidodinámicas adecuadas. Especialmente diseñado mejorar transferencia calor entre zona oxidante superior (post-combustión CO) y zona reductora (reducción directa óxidos Fe y reacciones endotérmicas). Lanzas superiores inyectan O₂ nivel emulsión promover post-combustión zona transición; lanzas inferiores inyectan O₂ y carbón baño arrabio caliente. Arreglo inyección gas promueve turbulencia escoria suficiente para conveyer energía calor zona exotérmica (post-combustión) a zona endotérmica (fundición) donde reducción directa FeO ocurre. Carbón relativamente grueso usado reducir pérdidas carbono y mejorar carburación arrabio. Arrabio producido fundido en lingotes arena o máquina colada lingotes según capacidad planta.

Tope fundidor: techo refrigerado agua evitar desgaste refractario por altas temperaturas post-combustión. Después conducto refrigerado agua recoge y enfría gas salida fundidor temperatura adecuada sistema enfriamiento (quenching). Gas enfriado y limpiado sin combustión, enviado pequeño gasómetro estabilizar presión y utilizado RHF como combustible quemadores.

Sistema acondicionamiento gas salida

Línea acondicionamiento gas: conducto post-combustión revestido refractario, enfriador gas (quencher) sprays agua, estación dilución aire, filtro manga. Por combinación gases RHF y NST en sistema succión común, diseño crucial especialmente conducto gas RHF.

Gas salida RHF ~1100 °C no completamente oxidado. Conducido a conducto revestido refractario. Boquillas inyección aire fresco tras entrada gas para quemar compuestos CO y limitar temperatura bajo valor inicio fusión cenizas volantes. Condiciones combustión completa: (i) O₂ libre >3%, (ii) alta turbulencia, (iii) tiempo residencia >1 seg. Boquillas distribuidas homogéneamente minimizar formación NOx.

Comparado gas salida RHF, gas fundidor: mayor temperatura (~1700 °C), menor post-combustión, compuestos no quemados (CO+H₂ >30%). Gas fundidor a conducto refrigerado agua, inyección aire post-combustión. Parámetros combustión (tiempo residencia, oxígeno, turbulencia, temperatura) mismos tratamiento gas RHF.

Gases RHF y fundidor ≤950 °C conducidos mismo quencher reducir temperatura humos ~320 °C. Boquillas "spill-back" permiten nebulización completa gotas agua y reducción rápida temperatura gas.

Chimenea emergencia con válvula sangrado (auto-apertura emergencia) en tope quencher. Aire primario RHF, primario fundidor y secundario desempolvado finalmente a planta desempolvado.

Diagrama flujo Redsmelt con horno arco sumergido en Fig 2.

Fig 2 Diagrama flujo proceso Redsmelt con horno arco sumergido como unidad fundición