Optimalisatie van hoogovenoperaties met ijzerertspellets

Pelletiseren is een proces dat betreft het mengen van zeer fijn gemalen deeltjes van ijzererts fijner dan 200 mesh met additieven zoals bentoniet en het vervolgens vormen tot ovale/sferische klonteren van 8-20 mm in diameter door een pelletizer en het verharden van de ballen door bakken met een brandstof. Het is het proces van het omzetten van ijzererts fijne deeltjes in 'uniforme gegroepeerde ijzerertspellets' die direct in een hoogoven geladen kunnen worden. Figuur 1 toont ijzerertspellets.

Pelletiseringsprocessen

Er zijn diverse ijzerertspelletiseringsprocessen/technologieën beschikbaar. Echter, momenteel zijn de rechtstrekkende rooster (STG) proces en rooster-oven (GK) proces de populairste processen.

Fysieke eigenschappen van ijzerertspellets

• Grootte – 8-20 mm
• pH (40 g/L, 20 °C; suspensie in water) – 5,0 – 8,0
• Smeltpunt – 1500-1600 °C
• Bulk dichtheid – 2,0 -2,2 t/m³
• Tumbler index (+6,3 mm) – 93-94%
• Abrasie index (-0,5 mm) – 5-6%
• Druksterkte (daN/p) – Rond 250
• Porositeit – > 18%

Chemische analyse van ijzerertspellets

ISO standaardtesten voor pellets

Verschillende ISO standaardtesten voor pellets zijn gegeven in Tabel 1.

Invloed van fluxmiddelen op pelletkwaliteit

De kwaliteit van de pellets wordt beïnvloed door de aard van het erts of concentratie, geassocieerde gangue, type en hoeveelheid toegevoegde fluxmiddelen. Deze factoren resulteren op hun beurt in de variatie van fysico-chemische eigenschappen van de co-existerende fasen en hun verdeling tijdens de pellet induratie. Daarom worden de eigenschappen van de pellets grotendeels bepaald door de vorm en graad van binding bereikt tussen de ertsdeeltjes en de stabiliteit van deze bindingsfasen tijdens reductie van ijzeroxiden in de hoogoven. Aangezien de vorming van fasen en microstructuur tijdens induratie afhangt van het type en hoeveelheid toegevoegde fluxmiddelen, is er een effect van fluxerende middelen in termen van CaO/SiO2 verhouding en MgO inhoud op de pelletkwaliteit.

Geschiedenis van het gebruik van ijzerertspellets in hoogoven

De geschiedenis van pellets begon in 1912 toen A.G. Andersson, een Zweed, een pelletiseringsmethode uitvond.

Het commercieel gebruik van pellets begon echter in de VS na de Tweede Wereldoorlog. Diverse studies werden uitgevoerd met het doel de enorme reserves van taconiet in het gebied rond de Grote Meren te ontwikkelen. In 1913, Dr. Davis, een professor aan de Universiteit van Minnesota, Mijnen Experimenteel Station, ontwierp een methode voor het verwerken van taconiet met laaggraad ijzererts. Zijn proces omvatte het malen van taconiet om gangues te verwijderen en het opwaarderen van het ijzererts (dwz, een ertsbenificeringsproces). Het resulterende hooggraad erts is in de vorm van fijn deeltjes, zo klein als 0,1 mm of minder, wat niet geschikt is voor sinteren. Dit probleem leidde tot de ontwikkeling van pelletiseren van deze fijn deeltjes. Pelletiseringsfabrieken spelen vandaag de dag een belangrijke rol in een tijdperk waarin de wereldwijde reserve van hooggraad lump erts krimpt. De fabrieken bevorderen het concentreren van laaggraad erts in opgewaardeerde pellets, die steeds vaker gebruikt worden door hoogovens en directe reductieovens.

De VS ijzerproductie is historisch gezien grotendeels gebaseerd op pellets, primair omdat alle lokale ijzererts beneficiering (opwaardering) nodig hadden door het te malen tot fijn deeltjes (< 0,1 mm) en deze fijnstoffen te aglomereren in pellets, maar ook omdat sinterfabrieken niet gebruikt worden om milieuredenen.

Ijzerertspellets zijn nu de enkele grootste bron van ijzer voor Noord-Amerikaanse hoogovens. Pellets vormen ongeveer 70% van de hoogovenlading. Initieel werden zuur pellets (DRI graden) geproduceerd en gebruikt in hoogovens.

In de midden jaren 1980 werden diverse pelletiserings- en hoogoventrials uitgevoerd om de voordelen van kalksteen dolomiet gefluxte pellets te evalueren. Aan het einde van het decennium waren gefluxte pellets stevig gevestigd als een groot product, wat ongeveer 30% van de Noord-Amerikaanse pelletproductie uitmaakte.

De overgang naar gefluxte pellets betrof veel veranderingen in fabriekapparatuur (bijv. fluxmolen, pre-hit branders) en praktijken. Elke pelletfabriek heeft de gefluxte pelletchemie aangepast om te voldoen aan de specifieke hoogovenoperatie van de klant. Als resultaat zijn er pelletfabrieken die zoveel als vier graden pellets produceren. In Noord-Amerika zijn pellets veranderd van een commodity in de vroege jaren 1970 tot een maatwerkproduct, dat aan de meest eisende specificaties van de klant voldoet in de jaren 1990. Noord-Amerikaanse gefluxte pellets zijn nu equivalent aan de beste sinter in termen van reduceerbaarheid en zachtwording smelt-eigenschappen en superieur in termen van sterkte en lage temperatuur afbraak (LTD/RDI).

Voordelen van pellets

Ijzerertspellets kunnen gebruikt worden als vervanging voor sinter en gecalibreerd lump erts in de hoogovenlading door de volgende eigenschappen:

• Sferische vorm en open poriën van pellets geeft betere en uniformere doorlatendheid wat resulteert in soepelere ovenoperatie. Pellets hebben een uniform groottebereik doorgaans binnen een bereik van 8 – 20 mm.
• Pellets hebben zeer hoge koude druksterkte wat resulteert in verwaarloosbare generatie van fijnstof in het voorraadmagazijn.
• Hoge porositeit (groter dan 18%) leidt tot snellere reductie
• Hoge sterkte van pellet (rond 250 daN/p) biedt goede weerstand tegen ontbinding tijdens de daling van de lading. Het heeft een betere tumbling index vergeleken met het gecalibreerde ijzererts.
• Uniforme chemische samenstelling vergeleken met gecalibreerd lump erts. Afwezigheid van LOI is een ander voordeel van de pellets.

Zwellingsindex

De zwellingsindex van pellets is een belangrijke metallurgische eigenschap. Zwelling geeft volumeverandering van pellets tijdens reductie. De volume-uitbreiding van pellets tijdens de reductie resulteert in lagere druksterkte van pellets. Hoge zwelling binnen de oven veroorzaakt toename in volume van de pellet wat op zijn beurt de gaten in de lading vermindert. Dit belemmert gasstroom in de oven en resulteert in drukval. Dit ziet op zijn beurt lading hangen en slippen binnen de hoogoven. De toevoeging van dolomiet is gunstig voor de verbetering in zwellingseigenschap van pellets. Maximale toelaatbare zwelling van pellets voor de hoogoven varieert van 16% tot 18%. Zuur pellets (DRI pellets) en MgO-vrije pellets vertonen hogere zwelling.

Gefluxte pellets kunnen geproduceerd worden als equivalent aan de beste sinter in termen van reduceerbaarheid en zachtwording smelt-eigenschappen en zijn superieur in termen van sterkte en lage temperatuur afbraak (LTD/RDI). Gefluxte pellets vertonen goede sterkte, verbeterde reduceerbaarheid, zwelling en zachtwording smeltkarakteristieken. Vanwege deze eigenschappen geven gefluxte pellets betere prestaties in de hoogoven.

Metallieken in BF lading

Sinter, pellet en het gecalibreerde lump erts zijn de drie ijzerhoudende metallieken die normaal in de hoogovenlading gebruikt worden. Het gebruik van alle drie de metallieken in hoogovenlading kan varieren van nul tot honderd procent met aanpassing van de ovenparameters. Deze drie metallieken kunnen in elke combinatie van twee metallieken of drie metallieken gebruikt worden. Er is geen standaardformule voor de keuze van metallieken. De keuze van metallieken hangt af van diverse factoren die variëren van fabriek tot fabriek. Enkele van de factoren die de keuze van metallieken beïnvloeden zijn als volgt:

• Beschikbaarheid van het metalliek materiaal van correcte specificatie
• Metallurgische eigenschappen van metalliek materiaal zoals de reduceerbaarheid, thermische decrepitatie eigenschappen en zachtwordingseigenschappen
• Relatieve kosten van het metalliek materiaal
• Effect van het gebruik van metalliek op de algehele productiekosten van gietijzer
• Mogelijkheid van aanpassing van diverse ovenparameters zoals verdelingspatroon, brandstofsnelheid etc.
• Mogelijkheid van aanpassing in procesbeheersingsparameters
• Faciliteiten beschikbaar in oven voorraadmagazijn
• Beschikbaarheid van eigen sinterfabriek
• Type ijzererts beschikbaar in de eigen mijn of nabijgelegen gebied van de hoogoven
• Kwesties gerelateerd aan de soepere operatie van de BF zonder hangen en slippen
• Kwesties gerelateerd aan milieu

Pellets in hoogoven kunnen gebruikt worden van 0% tot 100%. Er is geen standaardoplossing voor het verhogen van het pelletgehalte in de hoogovenlading. Elke locatie en elke oven zal verschillende kwesties hebben die geïdentificeerd, geanalyseerd en oplossingen moeten worden gevonden voor om tot het maximale bedrag van het pelletgehalte te komen dat in de BF lading gebruikt kan worden. Het doel moet altijd zijn om probleemvrije hoogovenoperatie te hebben tegen de laagst mogelijke productiekosten voor het gietijzer.