Granulatie van vloeibaar ijzer

granulatie van vloeibaar ijzer

Granulatie van vloeibaar ijzer is een methode voor het verwerken van overtollige productie van ruwijzer in een hoogoven (BF) die niet kan worden verbruikt door staalproductie in de staalsmelterij van een geïntegreerde ijzer- en staalfabriek. Het is een kosteneffectieve methode om een ​​vast product te produceren dat bekend staat als gegranuleerd ijzer (GI). GI heeft goede chemische en fysische eigenschappen zoals ruwijzer en kan worden gebruikt als een primaire grondstof voor staalproductie.

GI heeft een chemische samenstelling die identiek is aan het vloeibare ijzer dat wordt gegranuleerd. Er is geen oxidatie of insluiting van slakken in de GI en er is een hoog metaalgehalte. Fig 1 toont enkele stukjes GI.

Fig 1 Gegranuleerd ijzer

Een GI-fabriek zorgt voor eventuele mismatch tussen de productie in de ijzerfabrieken en de behoefte aan vloeibaar ijzer in de staalfabrieken. Het is logistiek gepositioneerd tussen de twee faciliteiten. Overtollig vloeibaar ijzer uit de BF wordt omgeleid naar de GI-fabriek voor de productie van GI. Dit elimineert een vermindering van het hete straalvolume bij de BF, terwijl GI wordt geproduceerd dat kan worden gebruikt als interne grondstof als koelmiddel in de BOF, of voor externe verkoop voor gebruik door de koepels, inductieovens (IF) en elektrische boogovens (EAF).

GI-installaties kunnen worden gebouwd en gebruikt met capaciteiten die overeenkomen met de BF-uitgangen. Ze zijn een alternatief voor de varkensgietmachines (PCM), maar met aanzienlijk hogere capaciteiten. De capaciteiten van zelfs dubbelstrengs PCM's zijn beperkt vanwege de stollingstijd van het vloeibare ijzer in de varkensvormen. De PCM's vereisen ook frequent mechanisch onderhoud als gevolg van het complexe ontwerp. De GI heeft identieke eigenschappen als ruwijzer maar met als bijkomend voordeel dat het in bakkensystemen kan worden verwerkt.

De vier basisstappen van het granulatieproces voor vloeibaar ijzer zijn de volgende.

• Controle van de stroom van vloeibaar ijzer naar de granulator
• Granulering door vorming van druppeltjes vloeibaar ijzer en hun snelle afschrikking in water
• Afvoer van gestolde en gekoelde GI meestal door lucht-waterejector
• Ontwatering van GI en transport naar opslaglocatie

De apparatuur en het granulatieproces

  De apparatuur kan worden ontworpen voor het granuleren van grote partijen vloeibaar ijzer en met de productiesnelheid van een BF. Het principe is gebaseerd op warmteoverdracht tussen het vloeibare ijzer en het koelwater. De warmte die vrijkomt bij het afkoelen en stollen van het vloeibare ijzer wordt overgedragen aan het koelwater, dat de warmte uit het proces afvoert.

De apparatuur die wordt gebruikt voor het granuleren van ijzer is standaardapparatuur.

Voor het hanteren van gietlepels van vloeibaar ijzer in de granulatiefabriek wordt een toren met dubbele pollepel gebruikt, vergelijkbaar met de toren die wordt gebruikt in een continugietmachine. De toren in combinatie met een verdeelbak kan zorgen voor een soepele volgorde van werken in de granulatie-installatie zonder enige onderbreking tussen gietpannen van vloeibaar ijzer.

Versnellingsbakken die worden gebruikt voor het granuleren van ijzer zijn standaard continugietbakken met kleine aanpassingen. Tundishes zijn uitgerust met een stopstangsysteem of een schuifpoortsysteem. Hierdoor kan de granulatie bij een probleem snel worden gestopt. Er kan een standaardsysteem worden gebruikt om de granulatiesnelheid te regelen. De verdeelbak en het mondstuk worden normaal gesproken ongeveer 20 tot 30 minuten voorverwarmd voordat het granuleren begint.

Vloeibaar ijzergranulator is het hart van het proces. Het bestaat uit een tank met water en een verdeler voor vloeibaar ijzer. De belangrijkste functie van de vloeibaar-ijzerverdeler is om de vloeibare ijzerstroom op te splitsen in kleinere deeltjes en deze gelijkmatig over het wateroppervlak te verdelen. Het splitsen van de vloeibare ijzerstroom zorgt niet alleen voor een groter oppervlak voor snellere koeling van vloeibaar ijzer, maar verdeelt het vloeibare ijzer ook over een groter oppervlak in de granulator. Dit helpt ook bij het vermijden van warmteconcentratie in een kleiner watervolume en maakt zo een hoge stroomsnelheid van het vloeibare ijzer mogelijk. De vloeibaar-ijzerverdeler is een kritieke uitrusting omdat deze thermische schokken en langdurige impact van de vloeibare ijzerstroom moet weerstaan.

Het buitenoppervlak van de vloeibare ijzerdruppels wordt gestold tijdens zijn bewegingspad van de verdeler naar het wateroppervlak en voordat het het wateroppervlak binnendringt. Het resterende binnenste deel van de semi-vloeibare druppel, nu een korrel, wordt geblust wanneer het het wateroppervlak raakt en begint te bewegen in het watervolume. Op het moment dat korrels in het water terechtkomen, worden ze enigszins vervormd, maar ze kunnen niet opsplitsen, waardoor het ontstaan ​​van fijne deeltjes wordt voorkomen.

Tijdens de beweging van ijzerkorrels door het water in de granuleertank wordt de warmte van het ijzer overgedragen aan het koelwater. Door het koelwater kunnen de korrels een temperatuur bereiken onder 100 graden C.

Voor een granulatiesnelheid van 100 ton/uur ligt de gegenereerde warmtebelasting die wordt overgedragen van vloeibaar ijzer naar koelwater in het bereik van ongeveer 8 M cal/seconde. Het watersysteem is ontworpen om voor deze omvang van de warmtebelasting te zorgen. In het watersysteem wordt de warmte zodanig naar het water gedistribueerd dat de warmteconcentratie (warmte / volume-eenheid) minder is dan de kritische concentratie voor dampexplosies.

De granulatietank bevat voldoende watervolume dat nodig is om de vloeibare ijzerdruppels op te vangen die worden gevormd door het splitsen van de vloeibare ijzerstroom en door het impactmomentum van de vloeibare ijzerstroom op het wateroppervlak.

Het ontwerp en de constructie van de watertank vergemakkelijkt de concentratie en afvoer van de stukken gekoelde GI uit de tank. Lucht-water uitwerpsystemen worden normaal gesproken gebruikt voor de afvoer van gekoeld granulaat.

Het afgevoerde gestolde GI wordt ontwaterd en door de transportband naar de opslagruimte getransporteerd waar het in een voorraad wordt opgeslagen voor verzending.

Het waterkoel- en behandelingssysteem is zorgvuldig uitgebalanceerd om ervoor te zorgen dat de grote hoeveelheid warmte die door het vloeibare ijzer wordt toegevoegd, door het koelwater wordt verwijderd. Het watersysteem is normaal gesproken een proceswatersysteem met gesloten circuit. De stroom van koelwater in de granulatietank is tegenstroom aan de beweging van vloeibaar ijzer. Tijdens zijn stroom in de gegranuleerde tank neemt water de warmte van het vloeibare ijzer op en wordt verwarmd. Het verwarmde water uit de granulaattank wordt verwijderd en teruggestuurd naar het waterbehandelingssysteem. Het warme retourproceswater wordt ofwel in een koeltoren ofwel via warmtewisselaars gekoeld.

Fabrieken voor de granulatie van vloeibaar ijzer zijn meestal volledig geautomatiseerd, waardoor er slechts weinig mankracht nodig is om de hele operatie uit te voeren. De doorlooptijd voor het granuleren van ijzer ligt meestal rond de 30 tot 40 seconden en heeft een procesopbrengst van meer dan 99%. Dit is een goede verbetering in vergelijking met de lagere opbrengsten die worden behaald in de PCM's.

De volgende zijn de belangrijke kenmerken van het proces van het granuleren van vloeibaar ijzer.

• Korte opstarttijd om te voldoen aan last-minute beslissingen over het omleiden van vloeibaar ijzer uit de staalfabrieken
• Snelle verwerkingstijd van vloeibaar ijzer naar een gekoelde GI
• Geen verandering in de chemische analyse van ijzer door de snelle uitdoving
• Meer dan 99% van de procesopbrengst
• Rustig proces met hoge beschikbaarheid en met beperkt onderhoud vanwege het gebruik van standaardapparatuur
• Eenvoudig te bedienen
• Hoge productiecapaciteit die overeenkomt met de output van BF
• Productie van een ijzersterk product dat geen extra bewerking nodig heeft
• Lage impact op het milieu
• Flexibele indeling en kan worden ondergebracht in de bestaande beschikbare ruimte
• Lage bedrijfskosten
• Redelijke investeringskosten

Gegranuleerd ijzer product

GI heeft consistente fysische en chemische eigenschappen. Het combineert het hoge metaalgehalte van eersteklas schroot met het lage restgehalte van nieuwe ijzerbronnen. Vanuit praktisch oogpunt is het hoge stortgewicht en de fysieke vorm geschikt voor een efficiënte materiaalbehandeling.

De chemische samenstelling van GI is dezelfde als die van het vloeibare ijzer. Typische analyse is 4% tot 4,5% koolstof, 0,5% tot 0,6% silicium en ongeveer 95% tot 95,5% ijzer. Tramp-elementen (koper, nikkel, molybdeen en tin) zijn maximaal 0,05%.

GI heeft een compacte en kleine vorm van een afgeplatte bol, wat resulteert in een hoge bulkdichtheid van ongeveer 4 ton/cum. De grootte van GI ligt in het bereik van 8 mm tot 25 mm. GI heeft een hoge rusthoek, wat een effectief transport en opslag mogelijk maakt.

Enkele kenmerken van GI worden hieronder gegeven.

• Homogene compositie
• Praktisch geen oxidegehalte
• Hoge metaalopbrengst tijdens staalproductie
• Zeer goede voorverwarmende eigenschappen en snel smelten/oplossen bij toevoeging aan het metallurgische proces
• Heeft ijzercarbide in de matrix, wat gunstig is voor de vervanging van schroot bij EAF-operaties
• Hoge bulkdichtheid
• Inert tijdens verzending en opslag
• Heeft formaat en vorm die het hanteren met transportband, magneet, front-end loader, bin-systemen en schrootbak vergemakkelijkt
• Heeft een hoge fysieke sterkte en vorm die afbreken tijdens het hanteren elimineert en stofvorming vermindert
• Vertoont geen pyroforisch gedrag en kan daarom worden vervoerd en behandeld zonder zorgen over verbranding. Het is inert tijdens verzending en opslag

De eenvoud van het proces van het stollen en koelen van vloeibaar ijzer, in combinatie met een hoge capaciteit die voldoet aan een standaard BF-doorvoer, maakt het proces van het granuleren van ijzer geschikt voor installatie in de geïntegreerde ijzer- en staalfabrieken.