Gebruik van ijzerertspellets in hoogovenbelasting

Gebruik van ijzerertspellets in hoogovenbelasting

  Pelletiseren is een proces waarbij zeer fijngemalen ijzerertsdeeltjes met een grootte van minder dan 200 mesh worden gemengd met additieven zoals bentoniet en deze vervolgens door een pelletiseermachine worden gevormd tot ovale/bolvormige brokken met een diameter van 8-20 mm en de ballen worden gehard door ze te bakken met een brandstof. Het is het proces waarbij fijne ijzerertsdeeltjes worden omgezet in 'ijzerertspellets van uniform formaat' die rechtstreeks in een hoogoven kunnen worden geladen. Fig 1 toont ijzerertspellets.

Fig 1 IJzerertspellets

Er zijn verschillende processen/technologieën voor het pelletiseren van ijzererts beschikbaar. Op dit moment zijn echter het rechte looprooster (STG)-proces en het roosteroven (GK)-proces populairder.

De fysische eigenschappen van ijzerertspellets worden hieronder gegeven.

•     Maat – 8-20 mm

•     pH (40 g/L, 20 deg C; suspensie in water) – 5,0 – 8,0

•     Smeltpunt – 1500-1600 deg C

•     Bulkdichtheid –  2,0 -2,2 t/Cum

•     Tuimelaarindex (+6,3 mm) – 93-94 %

•     Slijtage-index (-0,5 mm) – 5-6 %

•     Compressiesterkte (daN/p) – Ongeveer 250

•     Porositeit –> 18%

De chemische analyse van ijzerertspellets wordt hieronder gegeven.

BF-klasse                     DRI-klasse

Fe                                     %         63 – 65,5                       65 -67,8

SiO2 + Al2O3                         %              <5                                 <5

CaO + MgO                            %           Tot 3                      Tot 0,10

P, max                                     %              0,05                              0,05

S, max                                     %              0,01                              0,01

Basis, min                           %              0,5

Desintegratie (-3,15 mm)   %                                                     2

Zwelling Index                        %            13-18

Reduceerbaarheid                             %                65

Verschillende ISO-standaardtests voor pellets worden gegeven in Tab 1

De kwaliteit van de pellets wordt beïnvloed door de aard van het erts of concentraat, het bijbehorende ganggesteente, het type en de hoeveelheid toegevoegd vloeimiddel. Deze factoren resulteren op hun beurt in de variatie van de fysisch-chemische eigenschappen van de naast elkaar bestaande fasen en hun verdeling tijdens de verharding van de pellet. De eigenschappen van de pellets worden dus grotendeels bepaald door de vorm en mate van binding die tussen de ertsdeeltjes wordt bereikt en de stabiliteit van deze bindingsfasen tijdens de reductie van ijzeroxiden in de hoogoven. Aangezien de vorming van fasen en microstructuur tijdens induratie afhankelijk is van het type en de hoeveelheid toegevoegde fluxen, is er een effect van vloeimiddelen in termen van CaO/SiO2-verhouding en MgO-gehalte op de pelletkwaliteit.

Geschiedenis van het gebruik van ijzerertspellets in hoogovens

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

Het commerciële gebruik van pellets begon echter in de Verenigde Staten na de Tweede Wereldoorlog. Er werden verschillende onderzoeken uitgevoerd om de enorme taconietreserves in het gebied rond de Grote Meren te ontwikkelen. In 1943 vond Dr. Davis, een professor aan de Universiteit van Minnesota, Mines Experiment Station, een methode uit voor het verwerken van taconiet dat laagwaardig ijzererts bevat. Zijn proces omvatte het vermalen van taconiet om ganggesteenten te verwijderen en het opwaarderen van het ijzererts (d.w.z. een ertsverrijkingsproces). Het resulterende hoogwaardige erts heeft de vorm van fijne deeltjes, zo klein als 0,1 mm of minder, die niet geschikt zijn voor sinteren. Dit probleem leidde tot de ontwikkeling van het pelletiseren van deze fijne deeltjes. Pelletiseerinstallaties spelen tegenwoordig een belangrijke rol in een tijdperk waarin de wereldwijde voorraad hoogwaardig klomperts slinkt. De fabrieken bevorderen de concentratie van laagwaardig erts in opgewaardeerde pellets, die in toenemende mate worden gebruikt door hoogovens en ovens voor directe reductie.

De ijzerproductie in de VS was van oudsher grotendeels gebaseerd op pellets, voornamelijk omdat alle lokale ijzerertsen moesten worden verbeterd (upgrading) door het tot fijne deeltjes (<0,1 mm) te malen en deze fijne deeltjes te agglomereren tot pellets, maar ook omdat sinterfabrieken niet gebruikt vanwege milieuredenen.

IJzerertspellets zijn nu de grootste bron van ijzer voor Noord-Amerikaanse hoogovens. Pellets vormen ongeveer 70 % van de last van de hoogoven. Aanvankelijk werden zure pellets (DRI-kwaliteiten) geproduceerd en gebruikt in hoogovens.

In het midden van de jaren tachtig werden een aantal proeven met pelletiseer- en hoogovens uitgevoerd om de voordelen van gevloeide kalksteendolomietpellets te evalueren. Tegen het einde van het decennium waren gevloeide pellets stevig verankerd als een belangrijk product, goed voor ongeveer 30% van de pelletproductie in Noord-Amerika.

De overgang naar fluxpellets bracht veel veranderingen met zich mee in de uitrusting van de fabriek (bijvoorbeeld fluxmolens, voorverwarmbranders) en praktijken. Elke pelletfabriek heeft de chemie van de vloeibare pellets aangepast aan de werking van de hoogovens van de klant. Als gevolg hiervan zijn er pelletfabrieken die maar liefst vier soorten pellets produceren. In Noord-Amerika zijn pellets in het begin van de jaren zeventig veranderd van een handelsartikel in een op maat gemaakt product, dat in de jaren negentig aan de specifieke, meest veeleisende specificaties van een klant voldeed. Noord-Amerikaanse fluxpellets zijn nu gelijkwaardig aan de beste sinter in termen van reduceerbaarheid en verzachtende meltdown-eigenschappen en zijn superieur in termen van sterkte en afbraak bij lage temperatuur (LTD/RDI).

Voordelen van korrels

  IJzerertspellets kunnen vanwege de volgende eigenschappen worden gebruikt als vervanging voor gesinterd en gekalibreerd klomperts in de hoogovenbelasting.

• Sferische vorm en open poriën van pellets zorgen voor een betere en uniforme permeabiliteit, wat resulteert in een soepelere werking van de oven. Pellets hebben een uniform maatbereik, meestal binnen een bereik van 8 – 20 mm.
• Pellets hebben een zeer hoge koude breeksterkte, wat resulteert in een verwaarloosbare vorming van fijne deeltjes in het voorraadhuis.
• Hoge porositeit (groter dan 18%) leidt tot snellere reductie
• Hoge sterkte van de korrel (ongeveer 250 daN/p) zorgt voor een goede weerstand tegen desintegratie tijdens het afdalen van de last. Het heeft een betere tuimelindex in vergelijking met het gekalibreerde ijzererts.
• Uniforme chemische samenstelling vergeleken met gekalibreerd klomperts. Afwezigheid van LOI is een ander voordeel van de pellets.

De zwelindex van pellets is een belangrijk kenmerk van metallurgische eigenschappen. Zwelling duidt op volumeverandering van pellets tijdens reductie. De volume-expansie van pellets tijdens de reductie resulteert in een lagere druksterkte van pellets. Hoge zwelling in de oven veroorzaakt een toename van het volume van de pallet, wat op zijn beurt de lege ruimten vermindert. Dit belemmert de gasstroom in de oven en resulteert in een drukval. Dit zorgt er op zijn beurt voor dat de last in de hoogoven blijft hangen en wegglijdt. De toevoeging van dolomiet is gunstig voor de verbetering van de zweleigenschappen van korrels. Maximaal toelaatbare zwelling van pellets voor de hoogoven varieert van 16 % tot 18 %. Zuurkorrels (DRI-korrels) en MgO-vrije korrels vertonen een hogere zwelling.

Fluxed pellets kunnen worden geproduceerd als gelijkwaardig aan de beste sinter in termen van reduceerbaarheid en verzachtende meltdown-eigenschappen en zijn superieur in termen van sterkte en afbraak bij lage temperatuur (LTD/RDI). Gevloeide korrels vertonen goede sterkte, verbeterde reduceerbaarheid, zwel- en verzachtende smelteigenschappen. Door deze eigenschappen geven vloeikorrels betere prestaties in de hoogoven.

Metallics in BF-last

Sinter, pellet en de gekalibreerde klompertsen zijn de drie ijzerhoudende metalen die normaal worden gebruikt in de hoogovenbelasting. Het gebruik van alle drie de metalen in de hoogovenbelasting kan variëren van nul tot honderd procent met aanpassing van de ovenparameters. Deze drie metallics kunnen worden gebruikt in elke combinatie van twee metallics of drie metallics. Er is geen standaardformule voor de keuze van metallics. De keuze van metallics hangt af van verschillende factoren, variërend van plant tot plant. Enkele van de factoren die van invloed zijn op de keuze van metallics worden hieronder gegeven.

• Beschikbaarheid van het metalen materiaal met de juiste specificatie
• Metallurgische eigenschappen van metallische materialen zoals de reduceerbaarheid, thermische decrepitatie-eigenschappen en verzachtende eigenschappen
• Relatieve kosten van het metalen materiaal
• Effect van het gebruik van metaal op de totale productiekosten van ruwijzer
• Mogelijkheid tot aanpassing van verschillende ovenparameters zoals distributiepatroon, brandstofsnelheid enz.
• Mogelijkheid tot aanpassing in procescontroleparameters
• Faciliteiten beschikbaar in ovenvoorraadhuis
• Beschikbaarheid van sinterfabriek in gevangenschap
• Type ijzererts dat beschikbaar is in de mijn of het nabijgelegen gebied van de hoogoven
• Problemen met de soepele werking van de BF zonder te hangen en weg te glijden
• Problemen met betrekking tot het milieu

Pellets in hoogovens kunnen van 0% tot 100% worden gebruikt. Er is geen standaardoplossing om het pelletgehalte in de hoogovenbelasting te verhogen. Elke locatie en elke oven zal verschillende problemen hebben die moeten worden geïdentificeerd, geanalyseerd en er moeten oplossingen worden gevonden om te komen tot de maximale hoeveelheid pellets die kan worden gebruikt in de BF-belasting. Het doel moet altijd zijn om een ​​storingsvrije werking van de hoogoven te hebben tegen de laagst mogelijke productiekosten voor het ruwijzer.