BRPI0816270B1 - queimador de material concentrado - Google Patents

Description

"QUEIMADOR DE MATERIAL CONCENTRADO" Campo da Invenção A presente invenção se refere a um queimador de material concentrado, conforme definido no preâmbulo da reivindicação 1.

Antecedentes da Invenção Um processo de fundição flash ocorre em um forno de fusão tipo flash, o qual consiste de três seções: um eixo reacional, um forno inferior e um tubo de ventilação (chaminé). No processo de fundição flash, uma mistura de concentrado em pó que consiste de concentrados sulfídicos, fundentes, e outros componentes pulverulentos, é misturada com um gás de reação por meio do queimador de material concentrado na parte superior do eixo reacional. A estrutura do queimador de material concentrado desempenha um importante papel no adequado funcionamento do processo de fundição flash. 0 gás de reação pode compreender ar, ar enriquecido de oxigênio ou oxigênio. 0 queimador de material concentrado compreende um determinado número de canais concêntricos, através dos quais o gás de reação e o material concentrado são soprados e misturados no forno. Os queimadores de material concentrado já são conhecidos, por exemplo, das publicações de patentes da Finlândia, FI 98071 B e FI 100889 B. Esse tipo de queimador, conhecido como queimador Outokumpu, compreendendo canais separados para a matéria sólida pulverulenta, tal como, concentrados e fundentes, e gás de processo, é globalmente o queimador mais amplamente usado em fornos de fusão tipo flash. O queimador de material concentrado inclui um tubo alimentador, em que seu orifício se abre para o eixo reacional, para alimentação da matéria pulverulenta ao eixo reacional. É preferível se utilizar o ar ou uma parte do gás de reação como um gás de dispersão, e alimentar o mesmo a partir do interior do tubo alimentador, ao longo de um tubo de dispersão. A superfície superior da parte inferior do tubo de dispersão é projetada de modo a ser curvada para fora e a sua borda inferior é dotada de furos que são direcionados lateralmente, através dos quais o gás de reação é alimentado essencialmente de modo horizontal, na direção da matéria sólida pulverulenta que se encontra em queda. 0 tubo de dispersão é disposto concentricamente no interior do tubo alimentador, se estendendo a uma determinada distância do orifício no interior do eixo reacional, para dirigir o gás de dispersão para o pó de concentrado que está circulando em volta do tubo de dispersão. A parte principal do gás de reação é alimentada dentro do eixo reacional através de um dispositivo de suprimento de gás. 0 dispositivo de suprimento de gás inclui uma câmara de gás de reação, que é exterior ao eixo reacional e se abre para o eixo reacional através de um orifício de descarga anular, que concentricamente envolve o tubo alimentador central, para misturar a descarga do gás de reação proveniente do orifício de descarga com o fluxo de matéria pulverulenta que corre a partir do tubo alimentador por meio de gravidade, e que é dirigido lateralmente por meio do gás de dispersão. A principal finalidade do queimador de material concentrado é de proporcionar uma suspensão ótima das partículas sólidas e gás de reação no eixo reacional. As partículas individuais são aquecidas e, após ignição, começam a queimar com o oxigênio que está presente no gás de reação. As reações de combustão com finos de sulfetos são rápidas e uma substancial quantidade de calor é liberada, resultando em uma perfeita fusão das partículas de mistura de concentrado e das outras matérias sólidas na mistura de alimentação. As partículas fundidas circulam para baixo e se acumulam no forno inferior, onde escória e mate sulfídico se depositam em camadas separadas. 0 gás de combustão (principalmente, uma mistura de SO2 e N2) circula através da chaminé para uma caldeira de calor residual, onde seu calor é recuperado.

As publicações de patentes CN 2513062Y e CN 1246486C divulgam um queimador de material concentrado em que câmaras de gás de reação dispostas no seu interior são transformadas em câmaras de fluxo turbulento, de modo a proporcionar um fluxo turbulento da descarga do gás de reação proveniente do orifício de descarga. Cada câmara de gás de reação inclui uma parte superior cilíndrica, na qual um canal de entrada se abre tangencialmente para conduzir o gás de reação para o interior numa direção tangencial, e uma parte cônica inferior, que converge de forma cônica da parte superior cilíndrica, descendentemente, para o orifício de descarga. Mediante essa disposição, o gás de reação pode ser obrigado a rodopiar na câmara de gás de reação, de onde o mesmo sai rodopiando do orifício de descarga para o eixo reacional. Um problema que ocorre com este queimador de material concentrado conhecido é que não existe nenhuma maneira de se ajustar a quantidade de turbulência. A turbulência pode inflamar uma chama excessivamente efetiva de modo bastante rápido, provocando problemas na parte intermediária do eixo reacional.

Objetivos da Invenção Um dos objetivos da presente invenção é eliminar os inconvenientes mencionados acima.

Outro objetivo da invenção é de ainda melhorar e intensificar o processo de fundição flash.

Um especial objetivo da invenção é divulgar um queimador de material concentrado, que: - prolongue o tempo de processamento das partículas de mistura de material concentrado no eixo reacional; - melhore a mistura das substâncias que são alimentadas pelo queimador de material concentrado, para formar uma suspensão, e a reação química entre as mesmas; - melhore a eficiência do uso de oxigênio; e - melhore, também, a estabilidade da chama, proporcionando um formato de chama mais vantajoso do que anteriormente.

Resumo da Invenção 0 queimador de material concentrado de acordo com a invenção é caracterizado pelo que se encontra descrito na reivindicação 1. De acordo com a invenção, um elemento de ajuste é disposto no canal de entrada para ajustar a área de seção transversal do fluxo de gás de reação.

Isso possibilita o ajuste da velocidade de turbulência quando da descarga do orifício de descarga. A quantidade de turbulência pode ser ajustada. Se a turbulência inflama de modo bastante efetivo uma chama demasiadamente rápido, causando problemas para a parte intermediária do eixo, o elemento de ajuste pode ser usado para ajustar a quantidade de turbulência e para reduzir o seu índice para quase zero.

Numa aplicação do queimador de material concentrado, a câmara de gás de reação inclui uma parte cilíndrica superior, na qual o canal de entrada se abre tangencialmente, e uma parte cônica inferior, que converge de forma cônica, descendentemente, da parte cilíndrica superior para o orifício de descarga.

Numa aplicação do queimador de material concentrado, o canal de entrada apresenta uma seção transversal retangular. 0 canal de entrada retangular é estruturalmente e tecnicamente de fluxo vantajoso. 0 fluxo do gás de reação proveniente do canal de entrada retangular para a câmara de gás de reação é uniforme em toda a sua largura.

Numa aplicação do queimador de material concentrado, são dispostas palhetas guias na câmara do gás de reação para definir um ângulo de rotação do fluxo turbulento do gás de reação. Na medida em que o ângulo de rotação permanece constante em diversas condições operacionais, como, por exemplo, em velocidades de turbulência alternada e velocidades de fluxo de volumes, as palhetas guias podem ser usadas para melhorar a estabilidade da chama. Portanto, o padrão de fluxo permanece praticamente o mesmo nas condições variáveis. A estabilidade da chama, a mistura, a reação química e a eficiência do uso de oxigênio são características melhoradas. Na medida em que uma velocidade radial negativa é obtida, ou o movimento radial do gás de processo é limitado, a mistura das partículas de mistura de concentrado e gás de processo pode também ser melhorada e, dessa forma, a eficiência do uso de oxigênio pode ser aumentada. Além disso, todas as vantagens que podem ser obtidas pelo fluxo turbulento são alcançadas; em outras palavras: um aumento no tempo de processamento das partículas de mistura de concentrado no eixo reacional, da mistura das substâncias que são alimentadas pelo queimador de material concentrado para formar uma suspensão e uma melhoria da reação química entre as mesmas, melhoria na eficiência do uso de oxigênio, e melhoria na estabilidade da chama, com provisão de um formato de chama mais vantajoso do que anteriormente (uma adequada largura e adequado comprimento). A alta eficiência do uso de oxigênio torna o queimador de material concentrado especialmente vantajoso para ser usado no processos que são conhecidos como Fundição Direta de Bolha e Processo DON, nos quais os graus de oxidação são altos. 0 processo de fundição direta de bolha é um processo de fundição flash de cobre, produzindo vesículas ou bolhas de cobre. 0 processo DON (Processo Outokumpu Direto de Níquel (Outotec)) é um processo de fundição flash de níquel.

Numa aplicação do queimador de material concentrado, as palhetas guias são dispostas na área da parte cônica inferior da câmara de gás de reação.

Numa aplicação do queimador de material concentrado, existe uma área livre de palhetas guias na parte inferior, na extremidade inferior adjacente ao orifício de descarga. Isso pode facilitar a remoção de aglomerações da vizinhança das palhetas guias e, ainda, possibilita a provisão de um ótimo ângulo de rotação para o gás de reação, determinado pelas palhetas guias. Deve ser observado que as palhetas guias podem também ser colocadas mais próximas do canal de entrada, dependendo das condições das aplicações.

Numa aplicação do queimador de material concentrado, o orifício de descarga anular da câmara de gás de reação, que se dispõe na direção lateral e para fora, é limitado por uma porção de parede que apresenta o formato de um tronco de cone, convergindo descendentemente e internamente com um ângulo (Θ) em relação ao eixo vertical. Essa inclinação para dentro da parede externa do orifício de descarga anular é vantajosa, na medida em que pode ser ainda usada para melhorar a estabilidade da chama, aumentar o tempo de processamento das partículas de mistura de material concentrado, melhorar a mistura e a reação química e proporcionar um preferível formato de chama. Na maioria das estruturas de queimadores conhecidas, a porção de parede tronco-cônica mencionada acima se expande para baixo e para fora com um determinado ângulo em relação ao eixo vertical, provocando uma velocidade radial positiva na descarga de fluxo turbulento proveniente do orifício de descarga, o que, por sua vez, pode resultar numa mistura insatisfatória do gás de reação e das partículas de mistura de material concentrado e, dessa forma, resultar em condições desvantajosas de fluxo para a reação química e a combustão. A velocidade radial positiva aumenta com o aumento da quantidade de turbulência. Uma alta turbulência que apresenta uma alta velocidade tangencial pode apresentar uma velocidade radial positiva tão grande que a chama pode se expandir (o que não é bom para o forro refratário do forno) e uma queima instável poderá ocorrer. Sob o efeito das forças centrífugas que ocorrem nas condições de fluxo turbulento, juntamente com a velocidade radial positiva, algumas partículas de mistura de concentrado podem também alcançar a parede do forno. Mediante uma disposição em que o orifício de descarga anular da câmara de gás de reação, numa direção lateral e para fora, é limitado por uma porção de parede tronco-cônica que converge descendentemente e internamente com um ângulo (Θ) em relação ao eixo vertical, uma velocidade radial negativa é provida na descarga do fluxo turbulento proveniente do orifício de descarga. Dependendo do ângulo (Θ) que é inclinado na direção interna, a velocidade radial positiva pode ocorrer ainda em um fluxo bastante turbulento que apresenta uma velocidade tangencial bastante alta, porém, se comparado ao queimador convencional, essa velocidade radial positiva pode ser consideravelmente reduzida. A exata localização das reações da área de descarga, provavelmente, se desvia para um local que se situa mais a jusante, devido à área convergente continuamente descendente. Com a ajuda do ângulo acima mencionado, um padrão de fluxo preferível é proporcionado para estabilizar a chama, a reação química é aperfeiçoada e um preferível formato de chama é provido (não muito largo e nem muito comprido). Isso resulta em uma maior eficiência de uso do oxigênio, que, conforme já mencionado, é crítica no processo de fundição direta de bolhas e, em alguma proporção, também no processo DON.

Numa aplicação do queimador de material concentrado, o ângulo (Θ) é de cerca de 20° a 50°, preferivelmente, de cerca de 30° a 35°.

Numa aplicação do queimador de material concentrado, o dito queimador de material concentrado inclui um corpo de ajuste, o qual é disposto em volta do tubo alimentador, para ser móvel sob um determinado controle e na direção do tubo alimentador, de modo a ajustar a área de seção transversal do orifício de descarga. O queimador de material concentrado inclui ainda hastes de ajuste, que são dispostas exteriormente ao tubo alimentador para movimentar o corpo de ajuste. Além disso, o queimador de material concentrado inclui um revestimento de tubo, o qual é adaptado para envolver o tubo alimentador e as hastes de ajuste, para proporcionar um fluxo turbulento essencialmente não-perturbado, na câmara de gás de reação. As hastes de ajuste que são cobertas com o tubo de revestimento não influenciam o fluxo, pelo que, o mínimo possível de perturbações ocorre no fluxo, na câmara de gás de reação.

Relação e Descrição das Figuras A seguir, a invenção será descrita em maiores detalhes mediante a apresentação de modalidades exemplificativas e mediante referência aos desenhos anexos, nos quais: - a figura 1 mostra uma seção transversal esquemática de uma modalidade do queimador de material concentrado, de acordo com a invenção; - a figura 2 mostra o queimador de material concentrado apresentado na figura 1, conforme visualizado na direção II-II; - a figura 3 mostra a seção ou corte III-III, apresentado na figura 1; - a figura 4 mostra um detalhe ampliado (A) da figura 1.

Descrição Detalhada da Invenção A figura 1 mostra um queimador de material concentrado instalado na parte superior do eixo reacional (1) , de um forno de fusão tipo flash, para alimentar uma mistura de material concentrado pulverulento e gás de reação ao eixo reacional (1) do forno de fusão tipo flash. 0 queimador de material concentrado inclui um tubo alimentador (2), seu orifício (3) se abrindo para o eixo reacional, para alimentação da mistura de material concentrado dentro do eixo reacional (1). No interior do tubo alimentador (2) se dispõe um dispositivo de dispersão (4) que é colocado concentricamente, se estendendo em uma determinada distância do orifício (3) para o interior do eixo reacional (1) . 0 dispositivo de dispersão (4) direciona o gás que é nele alimentado, de sua borda inferior para o lado, na direção do fluxo de matéria sólida que é dirigida descendentemente, exteriormente ao dispositivo de dispersão. Além disso, o queimador de material concentrado inclui um dispositivo de suprimento de gás (5) para alimentação do gás de reação dentro do eixo reacional (1) . O dispositivo de suprimento de gás inclui uma câmara de gás de reação (6) , a qual está localizada exteriormente ao eixo reacional (1) e se abre para o eixo reacional (1) através de um orifício de descarga anular (7), que envolve concentricamente o tubo alimentador (2). A descarga do gás de reação do orifício de descarga (7) é misturada com a matéria sólida pulverulenta que é descarregada da parte intermediária do tubo alimentador (2) para formar uma suspensão, a matéria sólida na vizinhança do orifício (7) sendo dirigida lateralmente por meio do gás que é soprado do dispositivo de dispersão. A câmara do gás de reação (6) é formada dentro de uma câmara de fluxo turbulento, de modo a proporcionar um fluxo turbulento da descarga do gás de reação proveniente do orifício de descarga (7) . Para tal finalidade, a câmara de reação (6) inclui uma parte cilíndrica superior (8), na qual se abre tangencialmente um canal de entrada (9). 0 gás de reação entra no interior da câmara de reação (6) numa direção tangencial, gerando um fluxo turbulento do gás de reação, que avança de forma cônica, proveniente da parte cilíndrica superior (8), através da parte cônica inferior (10) de convergência descendente e fora do orifício de descarga (7) . Na câmara do gás de reação (6) existem palhetas guias (12), dispostas para definir o ângulo de rotação do fluxo turbulento do gás de reação. As palhetas guias (12) são dispostas na área da parte cônica inferior (10) da câmara do gás de reação (6) . Na extremidade inferior adjacente ao orifício de descarga (7) da parte inferior (10) se dispõe uma área isenta de palhetas guias (12) .

Conforme mostrado na figura 2, o canal de entrada (9) apresenta uma seção transversal retangular.

A figura 3 mostra que no canal de entrada (9) se dispõe um elemento de ajuste (11), disposto para ajustar a área de seção transversal do fluxo do gás de reação. O elemento de ajuste (11) compreende uma válvula de ajuste que é controlada para ser móvel ao longo do canal de entrada (9), formando um ângulo com a sua direção longitudinal e numa direção essencialmente tangencial à câmara do gás de reação (6) . A válvula de ajuste (11) pode ser usada para ajustar a velocidade do fluxo de entrada do gás de reação.

As figuras 1 e 3 mostram que o queimador de material concentrado inclui um corpo de ajuste (14), o qual é disposto em volta do tubo alimentador, para se movimentar sob o controle e na direção do tubo alimentador, de modo a ajustar a área de seção transversal do orifício de descarga (7). Hastes de ajuste (15), são dispostas exteriormente ao tubo alimentador (2) para movimentar o corpo de ajuste (14). Um tubo de revestimento (16) é adaptado para envolver o tubo alimentador (2) e as hastes de ajuste (15) , para proporcionar um fluxo turbulento essencialmente não-perturbado na câmara do gás de reação. A figura 4 mostra que o orifício de descarga anular (7) da câmara de gás de reação (6), na direção lateral e na direção externa, é limitado por uma porção de parede tronco-cônica (13), que converge para baixo e para dentro, com um ângulo (Θ) em relação ao eixo vertical. 0 ângulo (Θ) é de cerca de 20° a 50°, preferivelmente, de cerca de 30° a 35°. A invenção não está limitada apenas às modalidades exemplificadas acima, pelo que diversas modificações são possíveis desde que se enquadrem dentro da idéia da invenção, a qual é definida pelas seguintes reivindicações anexas.

REIVINDICAÇÕES

Claims (8)

1. Queimador de material concentrado, para alimentação de uma mistura de um concentrado em pó e um gás de reação dentro de um eixo reacional (1) de um forno de fusão tipo flash, compreendendo: - um tubo alimentador (2) para alimentar a mistura de material concentrado dentro do eixo reacional (1), o orifício (3) do tubo alimentador se abrindo para o eixo reacional; - um dispositivo de dispersão (4) que é disposto concentricamente no interior do tubo alimentador (2) e que se estende a uma distância do orifício no interior do eixo reacional (1) , para direcionar o gás de dispersão para a mistura de material concentrado que circula em torno do dispositivo de dispersão; - um dispositivo de suprimento de gás (5) para alimentar o gás de reação dentro do eixo reacional (1) , o dispositivo de suprimento de gás incluindo uma câmara de gás de reação (6) , a qual está localizada fora do eixo reacional e se abre para o eixo reacional (1) através de um orifício de descarga anular (7) que envolve o tubo alimentador (2) concentricamente, para misturar a descarga do gás de reação do orifício de descarga com a descarga da matéria sólida em pó proveniente da parte intermediária do tubo alimentador, a matéria sólida sendo dirigida lateralmente por meio do gás de dispersão, a câmara de gás de reação (6) sendo formada dentro de uma câmara de fluxo turbulento, para proporcionar um fluxo turbulento da descarga do gás de reação proveniente do orifício de descarga (7), um canal de entrada (9) se abrindo tangencialmente para a câmara de gás de reação (6) para direcionar o gás de reação para a câmara de gás de reação numa direção tangencial, - em que um membro de ajuste (11) é disposto no canal de entrada (9) para ajustar a área de seção transversal do fluxo de gás de reação, caracterizado pelo fato de incluir um corpo de ajuste (14), que é disposto em torno do tubo alimentador (2), para ser móvel sob controle e na direção do tubo alimentador, para ajustar a área de seção transversal do orificio de descarga (7); hastes de ajuste (15) , que são dispostas externamente ao tubo alimentador (2) para movimentar o corpo de ajuste (14); e um tubo de revestimento (16), que é adaptado para envolver o tubo alimentador (2) e as hastes de ajuste (15), para proporcionar um fluxo turbulento, essencialmente não-perturbado, na câmara de gás de reação.

2. Queimador de material concentrado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a câmara de gás de reação (6) inclui uma parte superior cilíndrica (8) , na qual se abre tangencialmente o canal de entrada (9), e uma parte cônica inferior (10), a qual converge conicamente a partir da parte superior cilíndrica (8), de modo descendente, para o orifício de descarga (7).

3. Queimador de material concentrado, de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o canal de entrada (9) apresenta uma seção transversal retangular.

4. Queimador de material concentrado, de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que na câmara de gás de reação (6), são dispostas palhetas guias (12) para definir um ângulo de rotação do fluxo turbulento do gás de reação.

5. Queimador de material concentrado, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que as palhetas guias (12) são dispostas na área da parte cônica inferior (10) da câmara de gás de reação (6).

6. Queimador de material concentrado, de acordo com as reivindicações 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que a parte inferior (10) compreende uma área isenta de palhetas guias (12) na vizinhança do orifício de descarga (7) .

7. Queimador de material concentrado, de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o orifício de descarga anular (7) da câmara de gás de reação (6) , na direção lateral e para fora, está limitado por uma parte de parede tronco-cônica (13), que converge descendentemente e internamente com um ângulo (Θ) , em relação ao eixo vertical.

8. Queimador de material concentrado, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o ângulo (Θ) é de cerca de 20° a 50°, preferivelmente, cerca de 30° a 35°.