Horno rotatorio de hierro reductor

Horno rotatorio de hierro reductor

El horno rotatorio de reducción de hierro es el equipo principal del proceso de reducción directa con horno rotatorio. Esta tecnología utiliza un horno rotatorio de rotación continua como reactor, lo que lo convierte en una instalación metalúrgica clave para la producción de hierro esponja mediante la reducción de óxidos de hierro con carbón sólido. Su función principal es la reducción del carbón en fase sólida del mineral de hierro en un rango de temperatura de 950 a 1100 °C. Gracias a su diseño estructural único, permite el procesamiento continuo y la conversión eficiente de materiales. El producto, caracterizado por una estructura porosa y suelta, se conoce como hierro esponja y se utiliza ampliamente en la siderurgia y la recuperación de recursos polimetálicos, actuando como un enlace crucial entre los recursos minerales y los productos de hierro de alto valor.

Principio de funcionamiento

La lógica de funcionamiento del horno rotatorio de reducción de hierro se centra en la rotación continua + control preciso de la temperatura + reducción en fase sólida. El cuerpo principal es un cilindro de acero inclinado revestido con materiales refractarios de alta temperatura, impulsado para girar a una velocidad constante por rodillos de soporte. Durante la operación, el mineral de hierro calificado (contenido de hierro >66%), reductor (carbón con carbono fijo >50%, como lignito o carbón bituminoso) y agentes desulfurantes se alimentan continuamente en el extremo de alimentación en proporciones precisas. A medida que el horno gira, los materiales se elevan a cierta altura y luego caen en cascada por gravedad. Esta acción asegura una mezcla completa del mineral y el reductor mientras avanza gradualmente el material hacia el extremo de descarga.

La alta temperatura de 950–1100 °C requerida para la reacción de reducción se genera mediante la combustión del aire introducido en el extremo de descarga con la materia volátil del carbón reductor y el CO producido por la reacción. Esto se complementa con un preciso sistema de combustión suplementaria en el cabezal del horno para controlar con precisión el campo de temperatura. A medida que el material avanza, pasa secuencialmente por las etapas de secado, precalentamiento, descomposición de carbonatos, desulfuración y reducción de óxido de hierro. Debido a la temperatura de reducción relativamente baja, la mayor parte de la ganga del mineral permanece en el producto, con una carburación insuficiente. La pérdida de oxígeno durante la reducción crea numerosos microporos. El producto final de hierro esponjoso se enfría rápidamente por debajo de los 200 °C en un enfriador vertical para evitar la reoxidación antes de ser descargado. El gas residual de la salida del horno pasa por un precalentador para recuperar el calor residual, mejorando así la eficiencia energética.

Características principales

El horno rotatorio de reducción de hierro ofrece varias ventajas distintivas debido a su diseño de proceso único:

1. Gran adaptabilidad de la materia prima: Puede procesar no solo minerales complejos como el mineral de hierro pobre en sílice, el mineral de hierro pobre en níquel y la titanomagnetita, junto con diversos minerales finos, sino también minerales polimetálicos como el polvo ferroso y el mineral de níquel laterítico mediante variantes de proceso como los métodos SL-RN o Krupp-CODIR. Puede utilizar directamente carbón ampliamente disponible como reductor y tiene requisitos flexibles para la temperatura de ablandamiento de las cenizas de carbón, lo que reduce significativamente la dependencia de materias primas específicas y disminuye los costos.

2. Condiciones de proceso moderadas y controlables: Mediante el ajuste de la inclinación del horno, la velocidad de rotación y la proporción de combustible, se puede controlar con precisión la atmósfera y la temperatura de reacción, lo que previene eficazmente la sobrerreducción o la formación de anillos. El lecho delgado de material y el amplio espacio libre dentro del horno garantizan un flujo de gas uniforme. Esto favorece la reducción selectiva de minerales de hierro simbióticos polimetálicos y permite la volatilización y recuperación de elementos de bajo punto de ebullición, lo que facilita el aprovechamiento integral de los recursos.

3. Alta calidad del producto y funcionamiento estable: El hierro esponja producido presenta un grado de metalización superior al 90 %. Su estructura granular y porosa facilita su posterior procesamiento, lo que lo convierte en una materia prima de alta calidad para la fabricación de acero. El equipo opera bajo una ligera presión negativa, lo que reduce la pérdida de calor y mejora el entorno de trabajo. Junto con un sistema de control inteligente para una gestión precisa de la temperatura, mejora la consistencia del producto y la seguridad operativa.

4. Beneficios ambientales y económicos: El flujo del proceso es relativamente sencillo y el consumo energético es bajo. El uso de materias primas locales puede reducir aún más los costos operativos. Los sistemas integrados de eliminación de polvo con filtros de mangas y desulfuración/desnitrificación controlan eficazmente las emisiones contaminantes, garantizando así el cumplimiento de las normas ambientales.

Aplicaciones prácticas

En la práctica, el papel central del horno rotatorio de reducción de hierro se manifiesta en dos dimensiones: conversión de recursos y utilización integral.

1. Como reactor principal para la producción de hierro de reducción directa (DRI), convierte eficientemente el mineral de hierro en hierro esponja altamente metalizado. Este producto puede sustituir la chatarra de acero de alta calidad en la fabricación de acero en hornos de arco eléctrico (EAF), lo que ayuda a la industria siderúrgica a reducir su dependencia de la chatarra importada y facilita la transición a una producción baja en carbono.

2. Aprovechando sus capacidades de reducción selectiva y recuperación polimetálica, permite el procesamiento profundo de minerales simbióticos polimetálicos y residuos ferrosos. Al recuperar recursos de hierro, elimina elementos nocivos como el zinc y el plomo, y recupera otros metales valiosos, logrando así el doble objetivo de reciclaje de recursos y remediación ambiental.

Además, sus características de funcionamiento continuo, estabilidad y fiabilidad lo hacen ideal para la producción industrial a gran escala. Al integrarse con sistemas inteligentes de operación y mantenimiento, mejora significativamente la eficiencia de la producción y reduce los costos de mano de obra y mantenimiento.