Kolengebaseerde Directe Reductie Rotatieve Oven: Laagkapitaal, Coke-vrij IJzerproductie

Het kolengebaseerde directe reductie rotatieve ovenproces werd ontwikkeld voor het omzetten van ijzererts direct in metallisch ijzer zonder smelting van de materialen. Het proces heeft het voordeel van lage kapitaaluitgaven en geen vereiste van cokerende kolen. Het metallische ijzer in dit proces wordt geproduceerd door de reductie van ijzeroxide onder de smelttemperatuur van ijzererts (1535 °C) door gebruik te maken van koolstofdragend materiaal aanwezig in de niet-cokerende kolen. Aangezien de ijzererts in direct contact is met het reducerende middel gedurende het hele reductieproces, wordt het vaak direct gereduceerd ijzer (DRI) genoemd. Het gereduceerde product met een hoge graad van metallisering vertoont een 'honeycomb-structuur', waardoor het vaak sponsijzer wordt genoemd.

Kolengebaseerde DRI-installaties zijn flexibel ten aanzien van installatielocatie aangezien niet-cokerende kolen wijdverspreid in grote afzettingen voorkomen en gemakkelijk te transporteren zijn. De meeste installaties gebruiken een reductieproces dat in rotatieve ovens wordt uitgevoerd. Deze installaties gebruiken een wijd scala aan grondstoffen en niet-cokerende kolen. De kwaliteit van deze materialen heeft direct invloed op het proces alsook het product. Sommige installaties gebruiken geen ijzererts direct. Deze installaties gebruiken ijzerertspellets in de rotatieve oven. Ruwstoffenmengsel bestaande uit ijzererts, dolomiet en niet-cokerende kolen wordt aan het ene einde van de rotatieve oven gevoerd en wordt verwarmd door kolenbrander om DRI te produceren. Het product DRI samen met char (soms dolo-char genoemd) wordt aan het andere einde van de oven afgehaald. Naast dit worden primaire lucht en secundaire lucht aan de oven toegevoerd om de verbranding te initiëren en het reactieproces in de oven te handhaven.

Grondstoffen

De hoofgrondstoffen voor de productie van DRI door het rotatieve ovenproces zijn: (i) gegroepeerde gegrafeerde ijzererts of ijzerertspellets, (ii) niet-cokerende kolen, en (iii) dolomiet in kleine hoeveelheden om de zwavel te binden.

IJzererts van de juiste kwaliteit is de basisinput voor het kolengebaseerde directe reductieproces. De meeste kolengebaseerde directe reductie-installaties gebruiken brokerts. De belangrijkste kwaliteitseisen zijn: (i) hoog Fe-gehalte met minder gangue en schadelijke elementen zoals fosfor en zwavel, (ii) goede hanteringseigenschappen (tumbler-index en abrasie-index), (iii) gekalibreerd op grootte met weinig fijnen, (iv) hoge reduceerbaarheid, (v) lage decrepitatie tijdens reductie, en (vi) goede compatibiliteit met de gebruikte reductiekolen.

De kwaliteitseis van gegroepeerde ijzererts is om te voldoen aan fysieke, metallurgische en chemische eisen. Fysieke eisen zijn sterkte en granulometrie. De erts moet hard zijn en hoge sterkte bezitten. De optimale tumblersterkte van de erts is minimaal 90%. Afhankelijk van de reduceerbaarheid, wordt gegalibreerde erts in het groottebereik van 5-20 mm doorgaans gebruikt. Metallurgische eisen van de erts omvatten hoge reduceerbaarheid, thermische stabiliteit, en een lage neiging tot kleving en desintegratie tijdens verbranding en reductie. Chemische eisen van de erts is een belangrijke kenmerk aangezien behalve de verwijdering van zuurstof, geen andere chemische verandering plaatsvindt tijdens het directe reductieproces. Het gangue-materiaal in DRI, afkomstig van de ijzererts, namelijk silica en alumina samen met zwavel- en fosforgehalten, beïnvloeden de economie in de daaropvolgende staalproductieoperaties nadelig. Daarom moet de erts hoog in ijzergehalte en laag in gangue zijn. De gewenste fysieke en chemische specificaties van de erts zijn als volgt:

• Grootte – 5-20 mm
• Overmaat en ondermaat – maximaal 5% elk
• Tumbler-index – meer dan 90%
• Vervuiling (lateriet etc.) – minder dan 5%
• Totaal Fe – minimaal 65%
• Silica – minder dan 3%
• Silica + alumina – maximaal 5%
• Zwavel – maximaal 0,01%
• Fosfor – maximaal 0,05%
• Vocht – maximaal 1%

Niet-cokerende kolen gebruikt in de rotatieve oven heeft een dubbele rol. Het levert warmte voor het proces en fungeert ook als reducerend middel. De belangrijkste kwaliteitseisen van de niet-cokerende kolen zijn: (i) niet-cokerende eigenschappen, (ii) laag asgehalte, (iii) laag zwavelgehalte, (iv) goede reactiviteit, (v) hoge as-smelttemperatuur, en (vi) medium vluchtige stoffen. Niet-cokerend karakter van de kolen is nodig aangezien de cokerende reactie leidt tot vorming van ringen binnenin de oven. Praktisch toelaatbare caking-index limiet voor het rotatieve ovenproces is 3 maximum. Laag asgehalte van de kolen is nodig aangezien hoog asgehalte leidt tot onderbenutting van het ovenvolume beschikbaar voor reductie. Het verhoogt ook het verbruik van vaste koolstof aangezien additionele energie verbruikt wordt in het verwarmen van de inerte as-massa tot reactietemperatuur. Een asgehalte van maximaal 20% is de praktische limiet voor efficiënte bediening. Laag zwavelgehalte is vereist om de zwavel in de DRI te controleren. De zwavel in de kolen moet maximaal 0,01% zijn. Goede reactiviteit van de kolen is nodig aangezien een belangrijke stap in het vastestofreductieproces de voorwaartse reactie is, waarbij kooldioxide gegenereerd uit verbranding van kolen reageert met kolen om koolmonoxide te regenereren (Boudouard-reactie). Daarom moet de kolen voldoende reactiviteit bezitten zodat de Boudouard-reactie op de gewenste snelheid verloopt. Bitumineuze en sub-bitumineuze kolen tonen doorgaans goede reactiviteit geschikt voor productie van DRI. As-smelttemperatuur is een ander belangrijk kenmerk. Kolen met lage as-smelttemperatuur leiden tot kleverige massa wat resulteert in onstabiele ovenbediening door de vorming van accreties binnenin de oven wat de reductiesnelheid verlaagt door de vorming van een slagslaag op het oppervlak van de erts. Daarom zijn kolen met as-smelttemperatuur hoger dan 1400 °C wenselijk voor rotatieve ovenbediening. Vluchtige stoffen van de kolen moeten optimaal zijn voor kolengebaseerd rotatieve ovenproces. Kolen met heel lage vluchtige stoffen resulteren in zeer lage reactiviteit van char, en geven dus slecht gemetalliseerd product. Heel hoge vluchtige kolen, hoewel ze hoog reactieve char opleveren, zijn ook niet gewenst aangezien het het gasvolume in de oven verhoogt. Normaal voor rotatieve ovenproces moeten vluchtige stoffen in het bereik van 25-30% liggen. Kolen voor directe reductie in de rotatieve oven moeten een lage zwelindex hebben. Normaal moet de zwelindex minder dan 1 zijn. De fysieke en chemische specificaties van de niet-cokerende kolen zijn als volgt:

• Grootte van brokken – 5-20 mm
• Grootte van fijnen – minder dan 5 mm
• Vervuiling (schalie, stenen etc.) – minder dan 3%
• Vaste koolstof – minimaal 45%
• Vluchtige stoffen – 25-30%
• As – maximaal 20%
• Vocht – maximaal 8%

Dolomiet wordt gebruikt voor desulfering in het DRI-productieproces. Typische specificatie van de dolomiet is als volgt:

• MgO – minimaal 22%
• CaO – maximaal 28%
• LOI – rest

Chemische reacties

Chemische reacties vinden plaats binnenin de rotatieve oven. De doorsnede van de rotatieve oven is in Fig. 1.

Fig. 1 Doorsnede van rotatieve oven

Kolengebaseerd direct reductieproces is gebaseerd op het vaste reducerende middel wat niet-cokerende kolen is. De reactie vindt plaats bij hoge temperatuur (1000-1100 °C). Kolen speelt een dubbele rol in de oven. Een deel van de kolen wordt als brandstof gebruikt om de gewenste warmte te leveren om de grondstoffen naar de gewenste temperatuur te brengen. Maar de hoofdrol van kolen is om koolstof te leveren voor het reductieproces. Dolomiet wordt gebruikt als zwavelbinder die uiteindelijk met de char meegaat. Char bevat as van kolen en andere onzuiverheden van ijzererts. De reacties binnenin de oven vinden plaats in diverse stadia tijdens de reductie van ijzererts tot DRI. IJzererts ondergaat de volgende eindreductiereactie:

Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂

De reactie toont dat koolmonoxide (CO) het reducerende gas is wat verkregen wordt door gecontroleerde verbranding van kolen, volgens de Boudouard-reactie als hieronder gegeven:

• C + O₂ = CO₂
• C + CO₂ = 2CO

Het bovenstaand geproduceerde koolmonoxide reduceert ijzeroxide van ijzererts tot metallisch ijzer volgens de bovengenoemde reactie. Echter, de reductie van oxide naar metaal vindt niet in één stap plaats, maar door geleidelijke verwijdering van zuurstof, wat aanleiding geeft tot diverse intermediaire oxiden. De reductievolgorde kan worden uitgedrukt als Fe₂O₃ naar Fe₃O₄ naar FeO naar Fe.

De reacties die plaatsvinden binnenin het bed van ijzererts en kolen zijn heterogeen van aard. Twee sets reacties vinden plaats. De eerste set reacties vindt plaats tussen kolen, kooldioxide en zuurstof, terwijl in de tweede set de reacties zijn tussen ijzerertsdeeltjes en CO. Aangezien zuurstof van de ijzererts wordt verwijderd als CO₂, maakt de ontsnapping van CO₂-gas het product DRI porieus. Reactie tussen het ertsdeeltje en het gasvormige reductant kan worden gevisualiseerd om in de volgende vijf opeenvolgende stadia plaats te vinden:

• Stadium 1 – In dit stadium vindt diffusie van gasvormige reactant plaats door de film omringende het ertsdeeltje naar het oppervlak van het vaste.
• Stadium 2 – In dit stadium vindt penetratie en diffusie van de reactant door het bedekking van de gereageerde buitenlaag plaats naar het oppervlak van de ongereageerde kern.
• Stadium 3 – In dit stadium vindt reactie van gasvormige reactant plaats met vast stof aan het reactieoppervlak.
• Stadium 4 – In dit stadium vindt diffusie van gasvormige producten plaats door de gereageerde laag naar het exterieure oppervlak van het vaste.
• Stadium 5 – In dit stadium vindt diffusie van gasvormige producten door de gasfilm terug naar de hoofdbulk van het gas plaats.

Aangezien de reactie in diverse stadia plaatsvindt en elk stadium in opvolging, controleert het stadium met de laagste snelheid de snelheid van de reactie. Zowel de diffusiesnelheid als de reactiesnelheid zijn primair een functie van de drie parameters: (i) concentratie van reactanten, (ii) actieve interface temperatuur, en (iii) actief reactieoppervlak.

Het directe reductieproces

Het directe reductieproces wordt uitgevoerd in een rotatieve oven waar de bedrijfstemperaturen worden gehandhaafd in een bereik van 1000-1100 °C. Het product van de oven (DRI en char-mengsel) wordt vervolgens gekoeld in een rotatieve koeler met extern waterkoelingssysteem. De producten van de oven worden gezeefd en magnetisch gescheiden. DRI, dat magnetisch is, wordt aangedaan en gescheiden van niet-magnetische char.

De ijzererts en kolen, gebroken en gezeefd tot respectieve groottes, worden aan de rotatieve oven gevoerd door de voedtouw in een vooraf vastgestelde verhouding. De rotatieve oven is lichtgeneigd onder een hoek van 2,5 graden en wordt gedraaid door een AC variabele snelheidsmotor bij een variabele snelheid variërend van 0,2 rpm (omwentelingen per minuut) tot 1,0 rpm. Vanwege de helling en de rotatiemotion van de oven, reist het materiaal van het voedeinde naar het afvoereinde van de oven in ongeveer 7 tot 8 uur.

De kolenfijnen worden van het afvoereinde geblazen voor het handhaven van de vereiste temperatuur en de koolstofconcentratie in het bed. De oven heeft diverse schillaanblaasers gemonteerd op de top die lucht in de respectieve zones blazen om het vereiste temperatuurprofiel te handhaven. Het materiaal en de warme gassen bewegen in tegenstroomrichting, als resultaat wordt de ijzererts voorverhit en geleidelijk gereduceerd tot het het afvoereinde bereikt.

De rotatieve oven is breed verdeeld in twee zones: de voorverhittingszone en de reductiezone (Fig. 2). De voorverhittingszone strekt zich uit over 40-50% van de lengte van de oven. In deze zone wordt het vocht in de lading afgedreven, en de vluchtige stoffen in de kolen, die zich bevrijden over een temperatuurbereik van 600-800 °C, worden verbrand met de verbrandingslucht toegevoerd door de luchtbuizen in de vrije ruimte boven de lading. Warmte van de verbranding verhoogt de temperatuur van de uitkleiding en het bedoppervlak. Naarmate de oven roteert, overdraagt de uitkleiding de warmte aan de lading. Ladingsmateriaal, voorverhit tot ongeveer 950 °C, treedt de reductiezone binnen. Temperatuur van de orde van 1000-1100 °C wordt in de reductiezone gehandhaafd, wat de geschikte temperatuur is voor vastestofreductie van ijzeroxide tot metallisch ijzer. Thermocopelen geïnstalleerd langs de lengte van de ovenschil bepalen het thermische profiel van de oven. De temperatuur binnenin de oven wordt gecontroleerd door het reguleren van de hoeveelheid verbrandingslucht die in de oven wordt toegelaten via poorten met behulp van ventilators gemonteerd op de ovenschil en door gecontroleerde koleninjectie. Het ijzeroxide van de erts wordt gereduceerd tot metallisch ijzer door koolmonoxide gegenereerd in de oven uit kolen.

Het warme gereduceerde materiaal uit de oven passeert vervolgens naar de rotatieve koeler via overlaat voor afkoeling. De koeler is ook geneigd op 2,5 graden en wordt gedraaid met een variabele snelheid van 0,3-1,2 rpm aangedreven door een AC variabele snelheidsmotor. Water wordt op de top van de schil gesproeid om indirect het warme materiaal binnenin de schil te koelen. Het materiaal wordt gekoeld tot ongeveer 100 °C en wordt op het bandtransportband afgevoerd via een dubbele pendelklep, die fungeert als afdichting en voorkomt dat atmosferische lucht de rotatieve koeler binnenkomt.

Het afgekoelde product van de oven na afvoer uit de rotatieve oven wordt naar het productscheidinggebied gezonden waar de DRI magnetisch gescheiden wordt van de char en gezeefd tot diverse groottefracties.

Gassen die in tegenstroomrichting ten opzichte van het materiaal in de oven stromen, reizen naar de stofafzettingskamer (DSC) waar zwaardere deeltjes neerdalen. Deze deeltjes worden continu verwijderd door het natte schrappersysteem. De gassen gaan vervolgens naar de after-burner-kamer (ABC) waar de residuele koolstof of CO wordt verbrand door de overmaat aan beschikbare lucht. Na ABC zijn de gassen bij hoge temperatuur en hebben veel warmte-energie wat normaal gebruikt wordt voor stoomopwekking via de afvalwarmteherwinningsketel (WHRB). Deze stoom wordt doorgaans gebruikt voor stroomopwekking. Gassen gekoeld tot ongeveer 200 °C bij de WHRB-uitlaat reizen naar verontreinigingscontroleapparatuur zoals zakfilters, scrubber, of electrostatische precipitator (ESP) voor verwijdering van de fijne stofdeeltjes. De schone gassen worden aan de atmosfeer afgelaten bij ongeveer 80 °C door de schoorsteen.

Om significante vorming van ovenringen te vermijden, moeten de bedrijfstemperaturen in de oven binnen een temperatuur van 1100 °C worden gehandhaafd.

Aangezien het rotatieve ovenproces ongeveer 7-8 uur reductietijd vereist, is de productiviteit van het proces beperkt en ligt doorgaans in een bereik tussen 30.000 ton/jaar tot 150.000 ton/jaar afhankelijk van de ovengrootte. Belangrijke stadia van het proces en het procesconcept zijn in Fig. 2 weergegeven.

Fig. 2 Belangrijke stadia en het procesconcept van rotatieve ovenproces

Verder vereist het kolengebaseerde rotatieve ovenreductieproces ongeveer 6 GCal brandstofenergie. Meer dan 2 GCal energie wordt uit de oven als afvalgas afgelaten. Een deel van deze energie wordt herwonnen in de WHRB.

Een typisch schematisch stroomschema van kolengebaseerd direct reductieproces is in Fig. 3.

Fig. 3 Schematisch stroomschema van kolengebaseerd direct reductieproces

Er zijn diverse processen en procesconcepten die in dit gebied zijn ontwikkeld tijdens de tweede helft van de twintigste eeuw. Sommige van hen hebben overleefd terwijl andere niet. De processen en procesconcepten die hebben overleefd hebben diverse gemeenschappelijke of licht verschillende kenmerken als hieronder gegeven:

• Een methode van afdichting om inkomst van lucht in de rotatieve oven te voorkomen.
• Een methode van werpen of slingeren van niet-cokerende kolen van het afvoereinde van de rotatieve oven.
• Een methode van weegvoeding, proportioneren en laden van grondstoffen.
• Een methode van invoeren van gecontroleerde hoeveelheid lucht op regelmatige intervallen langs de lengte van de oven op zo'n manier dat het het gereduceerde product in het bed niet oxideert.
• Een methode van meten en registreren van de temperatuur op regelmatige intervallen langs de lengte van de oven.
• Een methode van indirecte afkoeling van DRI-char-mengsel in een rotatieve staalcilinder door besproeiing van water op de buitenste oppervlakte van de schil.
• Een methode voor de scheiding van DRI van DRI-char-mengsel.
• Een methode van behandelen van afvalgassen en handhaven van gewenste stroomprofiel door drukcontrole.
• Een methode voor de herwinning van energie uit afvalgassen.

Apparatuur en faciliteiten

De volgende apparatuur en faciliteiten zijn nodig voor het kolengebaseerde directe reductie rotatieve ovenproces:

Grondstofvoorbereidingsectie

Deze sectie bevat apparatuur zoals vibro-feeders, brekers en zeven. IJzerertsbreken is normaal niet nodig aangezien gegroepeerd materiaal (5-20 mm) doorgaans wordt aangeschaft. IJzererts wordt meestal naar de grondhopper gebracht, waarvandaan het met behulp van vibro-feeder naar het zeef wordt getransporteerd, waar overmaat (+20 mm) en ondermaat (-5 mm) wordt gescheiden door zeven. Het overgrote materiaal wordt naar de overmaatbreker getransporteerd om gegroepeerd materiaal te krijgen. In het geval van niet-cokerende kolen, is de ontvangen grootte normaal -200 mm wat wordt gebroken met de primaire en secundaire brekers in gesloten circuit met primaire en secundaire zeven. De zeven scheiden de twee fracties namelijk kolenbrokken voor voederkolen (5-20 mm) en kolenfijnen (-5 mm) voor injectiekolen die voor het proces nodig zijn. Dolomietbreken en zeven is doorgaans niet nodig aangezien het gegroepeerde materiaal (3-8 mm) doorgaans wordt aangeschaft en direct naar de dagbin via transportband wordt gevoerd. Alle grondstoffen van hun afvoergepunten worden naar de dagbin via transportbanden gevoerd.

Grondstofopslagsectie

Het bestaat uit opslagbunkers (dagbunkers). Voor verschillende grondstoffen worden afzonderlijke opslagbunkers voorzien. De bunkers zijn normaal ontworpen voor de opslag van grondstoffen voor minimaal één dag verbruik.

Grondstofvoedingssysteem

Het bestaat uit weegfeeders die onder elke bunker zijn voorzien om diverse grondstoffen in de vereiste proportie uit de bunkers te halen en aan de transportbanden te leveren voor voeding in de oven.

Rotatieve oven

Het is het hart van het kolengebaseerde reductieproces aangezien de reductiereactie in deze reactor plaatsvindt. De diameter en de lengte van de oven hangen van de capaciteit af. De oven is doorgaans uitgekleid met hoge-alumina gietbare refractairen doorheen zijn lengte met dammen aan voedeinde en afvoereinde. De oven is doorgaans geneigd op 2,5 graden naar beneden en rust op twee tot vier steunpunten, afhankelijk van de ovengrootte. De transportsnelheid van materialen door de oven kan worden gecontroleerd door de helling en de rotatiesnelheid te variëren. Er zijn inlaat- en uitlaatkelen aan tegenovergestelde uiteinden van de oven die door hun individuele ventilators worden gekoeld. De ovenschil is voorzien van kleine bemonsteringspoorten. De lengtepositionering van de oven op zijn rijdende ringen wordt gecontroleerd door hydraulische systemen. De kolen en ijzererts worden in het hoge einde van de geneigde oven gedoseerd. Een deel van de kolen wordt ook pneumatisch geïnjecteerd vanaf het afvoereinde van de oven. De belasting passeert eerst door een voorverhittingszone waar kolen-ontvluchtiging plaatsvindt en ijzererts wordt verwarmd tot voorverhittingstemperatuur voor reductie. Temperatuur- en procescontrole in de oven worden uitgevoerd door het installeren van geschikte aantallen luchtinjectiebuizen van hittebestendig staal, gelijkmatig verdeeld langs de ovenlengte en tegenstroom ten opzichte van de stroom van ijzererts. Toppen van de luchtbuizen zijn uitgerust met speciale interne zwabbers om de uniformiteit van de verbranding te verbeteren. Een centrale brander gelegen aan het afvoereinde van de oven wordt gebruikt met LDO (lichte dieselolie) voor het verwarmen van de koude oven. Na initiële verbranding wordt de brandstoftoevoer uitgezet en wordt de brander gebruikt om lucht te injecteren voor kolenverbranding. De oventemperaturen worden gemeten met vaste thermocopelen en 'quick response thermocopelen' (QRT) poorten. Vaste thermocopelen zijn langs de lengte van de oven geplaatst zodat temperaturen aan diverse secties van de oven gemonitord kunnen worden. Vaste thermocopelen kunnen soms afwijkende waarden geven in het geval ze bekleed raken met as, erts of accreties. In dergelijke gevallen worden QRT gebruikt voor het monitoren van de oventemperaturen.

Rotatieve koeler

Het product (DRI) samen met kolenas, gecalcineerde dolomiet en residuele char wordt uit de oven afgevoerd bij ongeveer 1000 °C. Een ingehaalde overlaat aan het afvoereinde van de oven uitgerust met een brokseparator en een toegangdeur voor het verwijderen van brokken, overdraagt het warme DRI naar een rotatieve koeler. De koeler is een draaiende cylinder van passende grootte die geneigd is op 2,5 graden. Het DRI wordt indirect gekoold door watersproeiting op het bovenste oppervlak van de koeler. Het koelwater wordt verzameld in goten onder de koeler en naar de koeltoren gepompt voor hergebruik samen met bijvoerg water. Vaste stoffen afgevoerd naar de koeler via een ingehaalde overlaat worden gekoeld tot ongeveer 100 °C zonder luchtcontact. Een rooster in de overlaat verwijdert accreties die groot zijn (groter dan 50 mm) om de koelerafvoermachanismen op te stoppen of te beschadigen. Deze accretiebrokken worden apart afgevoerd via brokpoort. Rest van het materiaal wordt op een transportband afgevoerd via dubbele klep. Het product wordt vervolgens naar het productscheidingsysteem via transportband getransporteerd.

Productscheidingsectie

Het bestaat uit trillend zeef en magnetische separatoren. Het afgekoelde product wordt naar de productscheidingsectie getransporteerd door bandtransportbanden. De producten van de koelerafvoer bevatten DRI, char en kolenas. In het productscheidingsgebouw wordt het product eerst gezeefd in een dubbel dek zeef met 3 mm en 20 mm zeven. Het gezeefde product wordt aan magnetische separatoren gevoerd voor scheiding van magnetische en niet-magnetische fracties. Het product wordt eerst gezeefd om de plus 20 mm DRI te verwijderen. De ondermaat (een mengsel van DRI, char en kolenas) wordt gezeefd in +/- 3 mm fracties. Elke fractie passeert door een magnetische separator. Het niet-magnetische deel van de plus 3 mm fractie is voornamelijk char wat indien gewenst gerecycled kan worden naar de oven of kan worden gebruikt in elektriciteitscentrale ketel als brandstof. Het niet-magnetische deel van -3 mm fractie is voornamelijk uitgebrande gecalcineerde dolomiet, as en fijn char en wordt weggegooid. Het magnetische deel van elke fractie is DRI. De plus 3 mm fractie kan direct voor staalproductie gebruikt worden en de fijnere fractie kan gebriketteerd en in zakken verzameld worden.

Productopslagsectie

Het bestaat uit opslagbunkers. DRI-brokken (3-20 mm) en DRI-fijnen (-3 mm) worden in verschillende opslagbunkers opgeslagen. Bunkers zijn normaal ontworpen om opslag van minimaal 1 dag productie te hebben. Char gegenereerd in de installatie wordt apart opgeslagen voor gebruik als brandstof in de elektriciteitscentrale.

Afvalgassysteem

De ovenafvalgassen bij temperatuur van ongeveer 850-900 °C passeren een stofafzettingskamer waar zwaardere stofdeeltjes neerdalen door plotselinge afname in snelheid van gassen. De rookgassen passeren vervolgens een after-burner-kamer waar onverbrande brandstoffen worden verbrand door overmaat lucht te blazen. De temperatuur van de after-burner-kamer wordt soms gecontroleerd door watersproeiting. De verbrande gassen passeren vervolgens een afvoerkanaal in verdampingskoeler waar de temperatuur wordt verlaagd en via verontreinigingscontroleapparatuur namelijk ESP / zakfilter / scrubber waar balans stofdeeltjes worden gescheiden. Dan wordt het gas in de atmosfeer toegelaten bij ongeveer 80 °C via de schoorsteen door induced draft (ID) ventilator. Echter, het is wenselijk om het afvalgassysteem uit te rusten met afvalwarmteherwinningsketel (WHRB) voor de herwinning van zinnewarmte gedragen door de afvalgassen. In dit geval passeren de rookgassen na de after-burner-kamer een elleboogkanaal naar WHRB waar de zinnewarmte van de gassen wordt onttrokken. Het gas wordt dan in de atmosfeer afgelaten na doorlopen van verontreinigingscontroleapparatuur zoals ESP / zakfilter / scrubber, ID ventilator en schoorsteen.

Utiliteitsvoorziening

Gecomprimeerde lucht en koelwater zijn de twee utiliteiten die voor het proces nodig zijn. Luchtcompressoren zijn normaal geïnstalleerd voor voorziening van gecomprimeerde lucht terwijl voor koelwatersysteem bestaat uit pomphuis en koeltoren.

Accretievorming in rotatieve oven

Materiaal binnenin de oven kantelt en glijdt, en een dunne laag stof vormt onvermijdelijk op het oppervlak van de refractaire uitkleiding. Sommige zones van de oven kunnen specifiek vatbaar zijn voor deeltjesaccumulatie en het gecombineerde effect van thermische en stroomcondities resulteert in de vorming van cilindrische afzettingen, of ringen door de rotatiemotie. Naarmate de ring dikker groeit, neemt de beschikbare opening van de oven af, d.w.z. het werkvolume van de oven neemt af, wat resulteert in het hinderen van de stroom van product en rookgassen door de oven. Ringen zijn doorgaans dicht bij de reductiezone of brander gelegen en worden veroorzaakt door de zeer hoge temperatuur in dit gebied, met name wanneer de refractaire uitkleiding oververhit raakt door directe inslag van de brandervlam. Dit zijn de meest voorkomende en ook de meest lastige type ringen.

De hoofdoorzaak van accretievorming in rotatieve ovens is de vorming van laag-smeltende complexe verbindingen in het FeO-SiO₂-Al₂O₃-systeem, zoals wustiet, fayaliet, ijzer-cordieriet, hercyniet, en in het CaO-MgO-FeO-SiO₂-Al₂O₃-systeem, zoals meliliet of anorthiet, akermaniet, ijzer-magnesium-cordieriet, spinel, en ijzer-magnesium-silicaat. De co-existentie van deze complexe verbindingen verlaagt de smelttemperatuur van de ovenlading, wat op zijn beurt aan de refractaire wanden hecht. Sommige accreties worden ook gevormd door agglomeratie van fijnen nabij het voedeinde of door sintering van DRI als gevolg van excessieve temperatuur en/of lagere koolstof/ijzer-verhouding aan het afvoereinde van een rotatieve oven.

Aangezien deze ringen niet bereikt kunnen worden van buitenaf de oven, zijn ze daarom onmogelijk te verwijderen tijdens de bediening van de oven. In diverse gevallen groeien ringen snel en veroorzaken ongeschemaafde afsluitingen van de oven. Het is waargenomen dat de meerderheid van de afsluitingen van de oven alleen door de vorming van de accreties wordt veroorzaakt.

Terminologie geassocieerd met de productie van DRI

Enkele van de termen geassocieerd met het meten van de effectiviteit van de reductiereacties voor DRI zijn als volgt gedefinieerd:

Percent totaal ijzer 'Fe T' is het totale ijzer in een monster, inclusief metallisch ijzer en ijzer chemisch gecombineerd met andere elementen zoals zuurstof.

Fe T = (gewicht van ijzer / gewicht van monster) * 100

Percent metallisch ijzer 'Fe M' is ijzer chemisch ongecombineerd en als cementiet (Fe₃C).

Fe M = (gewicht van metallisch ijzer / gewicht van monster) * 100

Residuele ijzeroxiden zijn overgebleven oxiden van ijzer aanwezig in de DRI ofwel in de vorm van FeO, Fe₃O₄ of Fe₂O₃, hoewel normaal FeO meestal de enige residuele oxiden is die aanwezig zijn.

Totaal koolstof is de totale koolstof aanwezig in de DRI en is gelijk aan de som van vrije en gecombineerde koolstof (als cementiet).

Onzuiverheden zijn ongewenste elementen/verbindingen in de DRI, zwavel en fosfor zijn de meest voorkomende onder hen.

Metallisering is een maat van de omzetting van ijzeroxiden in metallisch ijzer (zij vrije, of in combinatie met koolstof als cementiet) door verwijdering van zuurstof door de actie van het gebruikte reductant.

Graad van metallisering verwijst naar dat deel van het totale ijzer dat aanwezig is als metallisch ijzer.

Graad van metallisering = (gewicht van metallisch ijzer / gewicht van totaal ijzer) * 100 = (Fe M / Fe T) * 100

Equivalente metallisering – Koolstofgehalte in sponsijzer bij een gegeven graad van metallisering is belangrijk. Het heeft de capaciteit om zuurstof te verwijderen van de overgebleven ijzeroxiden tijdens staalproductie. Dit leidt tot het concept van equivalente metallisering, wat als volgt gedefinieerd is:

Equivalente metallisering in % = Graad van metallisering (%) + 5 keer het % van totaal koolstof in DRI

Percent reductie verwijst naar de zuurstof die is verwijderd in de productie van de DRI met referentie aan initiële Fe als Fe₂O₃.

% reductie = {[(%O/%Fe T) in Fe₂O₃ – (%O/%Fe M) in DRI] / (%O/%Fe T) in Fe₂O₃} * 100

% reductie = [1 - 2,327 * (%O/%Fe T) in DRI] * 100

Deze definitie geeft de toestand van het ijzer in de DRI. Verwarring kan ontstaan omdat sommige mensen percentuele reductie definiëren in referentie aan de initiële oxidetoestand van de erts die Fe₃O₄ en FeO kan omvatten. In dat geval definieert percentuele reductie de hoeveelheid reductie uitgevoerd in het DRI-proces.

Percent gangue verwijst naar de niet-ijzerverbindingen (SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, etc.) in de DRI.

Gangue = 100 – %O met Fe – %Fe M – %C

Kwartaire basiciteit is de verhouding van CaO, MgO, en Al₂O₃, SiO₂, en wordt uitgedrukt als de verhouding van (%CaO + %MgO) / (%Al₂O₃ + %SiO₂).