BR102012009007B1 - FEEDING SYSTEM FOR RAW PELLETS IN MOVABLE GRILL OVENS USING GRANULOMETRIC SEGREGATION - Google Patents
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Abstract
sistema de alimentação das pelotas cruas em fornos tipo grelha móvel pela segregação granulométrica. a presente invenção refere-se ao processo de alimentação de pelotas cruas de minério de ferro em fornos de endurecimento, em especial o de grelha móvel, onde o preenchimento dos carros de grelha é feito com segregação granulométrica em duas faixas distintas. o leito de pelotas a ser endurecida será então composto por proporções iguais de pelotas cruas nas faixas granulométricas de menores na camada inferior e maiores na camada superior.feeding system for raw pellets in mobile grid type ovens by granulometric segregation. the present invention relates to the process of feeding raw iron ore pellets in hardening furnaces, especially the mobile grid, where the filling of the grid cars is done with granulometric segregation in two different bands. the bed of pellets to be hardened will then be composed of equal proportions of raw pellets in the granulometric bands of smaller ones in the lower layer and larger ones in the upper layer.
Description
A presente invenção trata de alimentação de pelotas cruas de minério de ferro em fornos de endurecimentoThe present invention deals with the feeding of raw iron ore pellets in hardening furnaces
O minério de ferro é o principal insumo da produção do aço. Sendo inicialmente utilizado na granulometria e teor de ferro tal qual encontrados na natureza, denominado na literatura de minérios granulados ou Lump, na alimentação do alto forno ou forno de redução direta para produção do ferro gusa ou ferro espoja respectivamente. Através de processos de refino os ferros gusa e esponja são transformados em aço.Iron ore is the main input for steel production. Being initially used in the granulometry and iron content as found in nature, called in the literature of granulated ores or Lump, in the blast furnace or direct reduction furnace for the production of pig iron or sponge iron respectively. Through refining processes, pig iron and sponge are transformed into steel.
O aumento da demanda mundial por minério de ferro e a escassez do Lump viabilizaram processos de aglomeração sendo os mais conhecidos: briquetagem, sinterização e pelotização. Nos processos de aglomeração são adicionados ao minério de ferro insumos com o propósito de adequar as características físicas e químicas, resultando o que é conhecido como mistura.The increase in world demand for iron ore and the scarcity of lump made agglomeration processes feasible, being the most well-known: briquetting, sintering and pelletizing. In the agglomeration processes, inputs are added to the iron ore with the purpose of adapting the physical and chemical characteristics, resulting in what is known as a mixture.
No processo de sinterização são utilizados finos de minério de ferro na mistura, de forma a adequar sua granulometria, para uso no alto forno ou forno de redução direta. No processo de pelotização são utilizados ultra finos de minério de ferro na mistura, considerando que a granulometria dos minérios ultra finos é caracterizada por 90% do minério passante na peneira de 44 micrometros (325 mesh). A aglomeração da mistura na pelotização é feita em discos ou tambores de pelotamento, gerando a pelota crua. Devido à fragilidade no manuseio da pelota crua, utiliza-se o processo de endurecimento, ou queima, em fornos tipo grelha móvel.In the sintering process, iron ore fines are used in the mixture, in order to adjust its granulometry, for use in the blast furnace or direct reduction furnace. In the pelletizing process, ultra-fine iron ore is used in the mixture, considering that the granulometry of ultra-fine ores is characterized by 90% of the ore passing through a 44 micrometer (325 mesh) sieve. The agglomeration of the mixture in the pelletization is done in pellet discs or drums, generating the raw pellet. Due to the fragility in the handling of raw pellets, the process of hardening, or burning, is used in furnaces like a mobile grid.
É de conhecimento dos técnicos do assunto as diferenças entre os processos de sinterização e pelotização, embora exista a similaridade no uso de grelhas móveis. Duas diferenças que se faz necessário ressaltar são: - Na sinterização a manutenção da forma do material que alimenta a grelha móvel não é relevante, enquanto na pelotização a forma esférica das pelotas deve ser mantida; - Na sinterização o fluxo é apenas descendente e nos fornos de pelotização os fluxos de ar são ascendentes e descendentes.It is known to the technicians of the subject the differences between the sintering and pelletizing processes, although there is a similarity in the use of mobile grids. Two differences that need to be highlighted are: - In sintering, maintaining the shape of the material that feeds the mobile grid is not relevant, while in pelletizing the spherical shape of the pellets must be maintained; - In sintering the flow is only downward and in the pelletizing furnaces the air flows are upward and downward.
Portanto, serão tomados como antecedentes desta invenção os processos de segregação do material que alimenta os fornos de sinterização e os processos de alimentação dos fornos de endurecimento para pelotas cruas, embora estes documentos não antecipem o objeto desta invenção.Therefore, it will be taken as antecedents of this invention the processes of segregation of the material that feeds the sintering furnaces and the processes of feeding the hardening furnaces for raw pellets, although these documents do not anticipate the object of this invention.
Um conjunto de patentes da Nippon Steel Corporation revelam vantagens na segregação do leito da mistura na sinterização. Como exemplo: - o aumento da qualidade do sinter, citado na patente JP 01-104725; - o aumento de produtividade da máquina de sinterização, citado no pedido de patente JP 57-164940; - o aumento da permeabilidade do leito, o aumento de produtividade e a melhoria da qualidade do sinter, citado na patente JP 2002-060854.A number of patents from Nippon Steel Corporation show advantages in segregating the bed of the mixture in sintering. As an example: - the increase in the quality of the sinter, mentioned in patent JP 01-104725; - the increase in productivity of the sintering machine, mentioned in patent application JP 57-164940; - the increase in the permeability of the bed, the increase in productivity and the improvement in the quality of the sinter, mentioned in patent JP 2002-060854.
Os documentos acima relatam meios de obtenção da formação do leito segregado, através da distribuição da mistura com granulometria maior na parte inferior e mistura de granulometria menor na parte superior. A segregação proposta para o leito da sinterização não pode ser replicada na pelotização por utilizarem silos e sistemas mecânicos, que provocariam deformação ou degradação das pelotas cruas.The documents above report ways of obtaining the formation of the segregated bed, through the distribution of the mixture with greater granulometry at the bottom and mixture of lesser granulometry at the top. The proposed segregation for the sinter bed cannot be replicated in the pelletizing process by using silos and mechanical systems, which would cause deformation or degradation of the raw pellets.
Os processos de alimentação dos fornos de endurecimento para pelotas cruas de conhecimento dos técnicos no assunto são caracterizados pelo uso de peneiras de rolos, com a função de classificar as pelotas cruas na granulometria que proporciona o melhor desempenho do forno, tipicamente na faixa de 8 mm a 16 mm.The feeding processes of the hardening furnaces for raw pellets known to those skilled in the art are characterized by the use of roller sieves, with the function of classifying the raw pellets in the granulometry that provides the best performance of the oven, typically in the range of 8 mm to 16 mm.
O documento de patentes US 2,988,781, depositada em 1958, ensina a utilização de peneiras de rolos para transportar a pelota crua, considerando sua fragilidade, onde o intervalo entre os rolos permite a compactação das pelotas e a eliminação de aglomerados de diâmetro menor que o desejável.US patent document 2,988,781, filed in 1958, teaches the use of roller sieves to transport the raw pellet, considering its fragility, where the interval between the rollers allows the pellets to be compacted and the elimination of agglomerates of less than desirable diameter. .
Melhorias na resistência à abrasão da superfície dos rolos são ensinadas no documento de patente US 3,848,744. Documento de patente US 4,148,398 mostra a evolução da utilização da peneira de rolos caracterizada por mecanismos para ajuste dos intervalos entre os rolos, e por consequência a flexibilização na separação da faixa granulométrica. Outra melhoria apresentada no documento de patente US 4,316,543 trata de uma forma de montagem dos rolos com objetivo de melhorar a auto limpeza dos rolos.Improvements in the abrasion resistance of the roller surface are taught in US patent document 3,848,744. US patent document 4,148,398 shows the evolution of the use of the roller sieve characterized by mechanisms for adjusting the intervals between the rolls, and consequently the flexibility in separating the particle size range. Another improvement presented in the patent document US 4,316,543 deals with a way of assembling the rollers in order to improve the self cleaning of the rollers.
O documento US 6,235,927 ensina que através de diferentes seções, isto é, com três seções de crescentes valores de intervalos entre os rolos, as pelotas cruas são separadas em faixas abaixo, acima e dentro da granulometria desejada. 0 material abaixo e acima normalmente não é considerado como pelota crua e retorna para reprocessamento.US 6,235,927 teaches that through different sections, that is, with three sections of increasing values of intervals between the rolls, the raw pellets are separated into bands below, above and within the desired granulometry. The material below and above is not normally considered as raw pellet and is returned for reprocessing.
O conceito de uso de peneira de rolos com alterações construtivas, acrescentando uma rampa de amortecimento é ensinado no documento de patente CN 201862550.The concept of using a roller sieve with constructive changes, adding a damping ramp is taught in the patent document CN 201862550.
O documento de patente US 6,053,330 revela que o uso da sobreposição de duas peneiras rolos, conhecida como peneira com dois decks, onde a superior elimina as pelotas de tamanho acima do desejado e a inferior elimina as pelotas de tamanho menor que o desejado.US patent document 6,053,330 discloses that the use of the two-roll sieve overlay, known as a two-deck sieve, where the upper eliminates pellets of a size larger than desired and the lower eliminates pellets of a size smaller than desired.
Os documentos citados em relação à segregação do leito na sinterização e os avanços tecnológicos das peneiras de rolos não proporcionam o efeito técnico objeto desta invenção, alcançado pela segregação do leito de pelotas cruas, em fornos de endurecimento, com pelotas na faixa granulométrica maior na parte superior do leito e faixa granulométrica menor na parte inferior do leito, tipicamente maiores que 8 mm e menores que 12,5 mm na camada inferior e maiores que 12,5 mm e menores que 16 mm na camada superior.The documents cited in relation to the segregation of the bed in sintering and the technological advances of the roller sieves do not provide the technical effect object of this invention, achieved by the segregation of the bed of raw pellets, in hardening furnaces, with pellets in the largest particle size range. upper bed and smaller particle size range at the bottom of the bed, typically larger than 8 mm and smaller than 12.5 mm in the lower layer and larger than 12.5 mm and smaller than 16 mm in the upper layer.
Como vantagens da segregação de pelotas no leito em relação à alimentação das pelotas cruas do estado da técnica, ou seja, com leito compostos por pelotas cruas com distribuição aleatória da granulometria, lista-se: - Melhorar a permeabilidade do leito de pelotas; - Aumentar a eficiência da secagem das pelotas; - Evitar o molhamento excessivo das pelotas da camada superior; - Melhorar a homogeneidade da resistência à compressão, quando avaliado as pelotas queimadas por camadas do leito.As advantages of the segregation of pellets in the bed in relation to the feed of raw pellets of the state of the art, that is, with a bed composed of raw pellets with random distribution of the granulometry, we list: - Improve the permeability of the bed of pellets; - Increase the efficiency of drying the pellets; - Avoid excessive wetting of the top layer pellets; - Improve the homogeneity of the compressive strength, when evaluating the pellets burnt by layers of the bed.
O processo de alimentação das pelotas cruas em fornos tipo grelha móvel utilizando segregação granulométrica será melhor entendido com ajuda da figura e exemplos que serão apresentados na descrição detalhada da invenção.The process of feeding raw pellets in mobile grid type ovens using granulometric segregation will be better understood with the help of the figure and examples that will be presented in the detailed description of the invention.
A presente invenção refere-se ao processo de alimentação de pelotas cruas de minério de ferro em fornos de endurecimento, em especial o de grelha móvel, onde o preenchimento dos carros de grelha é feito com segregação granulométrica em duas faixas distintas, de modo que as pelotas cruas nas faixas granulométricas menores são direcionas para parte inferior do leito e as pelotas cruas nas faixas granulométricas maiores para parte superior do leito.The present invention relates to the process of feeding raw iron ore pellets into hardening ovens, especially the mobile grid, where the filling of the grid cars is done with granulometric segregation in two distinct bands, so that the raw pellets in the smaller size ranges are directed to the bottom of the bed and the raw pellets in the larger size ranges to the top of the bed.
Figura 1: ilustra uma configuração esquemática do processo de segregação;Figure 1: illustrates a schematic configuration of the segregation process;
Figura 2: ilustra o efeito esperado no leito de pelotas cruas utilizando o processo de segregação;Figure 2: illustrates the expected effect on the bed of raw pellets using the segregation process;
Figura 3: ilustra uma configuração esquemática das peneiras de rolos.Figure 3: illustrates a schematic configuration of the roller screens.
A formação do leito de pelotas cruas de minério de ferro em fornos de endurecimento, em especial o de grelha móvel, objeto desta invenção, compreende a utilização de duas peneiras de rolos sobrepostas. A função da peneira superior (1), como mostrado na figura 1, é proporcionar o deslocamento das pelotas cruas de granulometria na faixa maior que 12,5 mm e menor que 16 mm até a grelha móvel.The formation of the bed of raw iron ore pellets in hardening furnaces, especially the mobile grid, object of this invention, comprises the use of two overlapping roller screens. The function of the upper sieve (1), as shown in figure 1, is to provide the displacement of the raw pellets of granulometry in the range greater than 12.5 mm and less than 16 mm to the mobile grid.
As pelotas na faixa granulométrica maior que 8 mm e menor que 12,5 mm, que atravessam os espaçamentos entre os rolos da peneira superior (1), são deslocados pela peneira inferior (2) até a grelha móvel.The pellets in the particle size range greater than 8 mm and less than 12.5 mm, which cross the spacing between the rollers of the upper sieve (1), are displaced by the lower sieve (2) to the mobile grid.
A ocorrência de quebras de pelotas cruas, durante o transporte entre os tambores ou discos de pelotamento e as peneiras de rolos gera material com granulometria menor que 8 mm. Este material atravessa os espaçamentos entre os rolos da peneira inferior (2) e retornam para o pelotamento. Este material não está representado na figura 1.The occurrence of breakage of raw pellets during transport between the pellets or pellets and the roller sieves generates material with a particle size less than 8 mm. This material crosses the spacing between the rollers of the lower sieve (2) and returns to the pellet. This material is not shown in figure 1.
A configuração construtiva, proposta de maneira esquemática das figuras 1 e 2, mostra que as pelotas cruas na faixa granulométrica menor (3) são depositadas primeiro na grelha móvel, preenchendo apenas a parte inferior da altura do leito. A parte restante da altura do leito é preenchida na sequência pelas pelotas cruas na faixa granulométrica maior (4), devido ao prolongamento da peneira superior (1) em relação à peneira inferior (2).The constructive configuration, proposed schematically in figures 1 and 2, shows that the raw pellets in the smaller particle size range (3) are deposited first on the mobile grid, filling only the lower part of the bed height. The remaining part of the bed height is filled in sequence by raw pellets in the larger particle size range (4), due to the extension of the upper sieve (1) in relation to the lower sieve (2).
A figura 2 mostra que a camada inferior (5) é formada pela queda das pelotas cruas vindas da peneira inferior (2). A formação da camada superior (6), com as pelotas vindas da peneira superior (1). Como é de conhecimento dos técnicos do assunto a camada inferior (5) é formada sobre uma cada de pelotas previamente queimadas, conhecidas como camada de fundo (7), as laterais do leito, não ilustradas nas figuras, também são formadas por pelotas queimadas.Figure 2 shows that the lower layer (5) is formed by the fall of the raw pellets coming from the lower sieve (2). The formation of the upper layer (6), with the pellets coming from the upper sieve (1). As is known to those skilled in the art, the lower layer (5) is formed on each one of previously burned pellets, known as the bottom layer (7), the sides of the bed, not shown in the figures, are also formed by burned pellets.
Como ilustrado na figura 3 a altura entre as peneiras (8) , isto é, a distância perpendicular entre os rolos da peneira inferior e superior é ajustada entre 250 mm e 450 mm. Assim como ângulo de inclinação (9) das peneiras de rolos em relação ao carro de grelha (10) é dimensionado na faixa de 8 a 15 graus. A altura das peneiras (11) em relação ao topo do carro de grelhas (10) deve ser a mínima possível de forma que a queda das pelotas cruas sobre a camada de fundo (7) fique na faixa de 80% a 90% da altura do carro de grelhas (10) em operação normal. Em casos excepcionais onde a produção for interrompida, a ausência de pelotas cruas é compensada pelas pelotas queimadas da camada de fundo (7) , que ocupam 100% da altura do carro de grelhas (10).As shown in figure 3 the height between the screens (8), that is, the perpendicular distance between the rollers of the lower and upper sieve is adjusted between 250 mm and 450 mm. As well as the angle of inclination (9) of the roller screens in relation to the grid carriage (10), it is dimensioned in the range of 8 to 15 degrees. The height of the sieves (11) in relation to the top of the grid carriage (10) must be kept to a minimum so that the fall of the raw pellets on the bottom layer (7) is in the range of 80% to 90% of the height of the grid carriage (10) in normal operation. In exceptional cases where production is interrupted, the absence of raw pellets is compensated for by the burnt pellets of the bottom layer (7), which occupy 100% of the height of the grid car (10).
Usando parâmetros padrões para formação das pelotas cruas e na definição do perfil térmico e de pressões do forno de endurecimento, simulados em forno piloto do tipo Pot Grate, foram realizados testes comparativos de secagem e queima das pelotas, nos quais todos os parâmetros foram fixados, exceto a disposição granulométrica das pelotas. As pelotas alimentadas na panela do Pot Grate foram dispostas da seguinte maneira:Using standard parameters for the formation of raw pellets and in the definition of the thermal profile and pressures of the hardening oven, simulated in a pilot oven of the type Pot Grate, comparative tests of drying and burning of the pellets were carried out, in which all parameters were fixed, except the granulometric arrangement of the pellets. The pellets fed into the Pot Grate pan were arranged as follows:
Modo 01 - Granulometria padrão nos testes de pot grate, com 50% das pelotas entre 16,0 mm e 12,5 mm, e 50% das pelotas entre 12,5 mm e 10,0 mm, sem a segregação na formação do leito do pot grate.Mode 01 - Standard granulometry in pot grate tests, with 50% of the pellets between 16.0 mm and 12.5 mm, and 50% of the pellets between 12.5 mm and 10.0 mm, without segregation in the bed formation of the grate pot.
Modo 02 - 50% da carga de pelotas alimentada no pot grate com granulometria entre 12,5 mm e 10,0 mm, colocadas na parte inferior do leito, e 50% granulometria entre 16,0 mm e 12,5 mm colocadas na parte superior do leito.Mode 02 - 50% of the pellet load fed into the grate pot with granulometry between 12.5 mm and 10.0 mm, placed at the bottom of the bed, and 50% granulometry between 16.0 mm and 12.5 mm placed at the bottom top of the bed.
Modo 03 - 50% da carga de pelotas alimentada no pot grate com granulometria entre 12,5 mm e 10,0 mm, colocadas na parte superior do leito, e 50% granulometria entre 16,0 mm e 12,5 mm colocadas na parte inferior do leito.Mode 03 - 50% of the pellet load fed into the grate pot with a grain size between 12.5 mm and 10.0 mm, placed at the top of the bed, and 50% grain size between 16.0 mm and 12.5 mm placed at the top bottom of the bed.
Os testes foram interrompidos ao final da etapa de secagem. Para cada modo de disposição do leito de pelotas cruas mediu-se a umidade residual. Para os testes de queima, mediu-se a resistência à compressão das pelotas queimadas na camada superior e inferior do leito, e quando aplicável, nas distintas faixas granulométricas.The tests were interrupted at the end of the drying step. For each mode of disposal of the bed of raw pellets, residual moisture was measured. For the burning tests, the compressive strength of the burnt pellets in the upper and lower layer of the bed was measured, and when applicable, in the different granulometric bands.
A avaliação dos resultados dos testes nos modos 1, 2 e 3 para a etapa de secagem, reportados no gráfico abaixo, demonstram que a segregação do leito no modo 2, ou seja conforme proposta da presente invenção, promove uma menor umidade ao final do processo de secagem para as mesmas condições operacionais (pressão, temperatura, e produtividade). A perda total de umidade para esta condição foi de 70,4% em relação ao valor no início do teste.
The evaluation of the results of the tests in
A maior perda de umidade em relação ao valor no início do teste, como resultado ao final das etapas de secagem da pelota crua, é de grande importância, pois a próxima etapa, a pré-queima, jogará sobre o leito um gás com temperatura elevada. Nesta etapa ocorrem as formações das trincas térmicas das pelotas, que comprometem a qualidade física das pelotas.The greatest moisture loss in relation to the value at the beginning of the test, as a result at the end of the drying stages of the raw pellet, is of great importance, as the next stage, pre-firing, will throw a gas with a high temperature on the bed . In this stage, thermal pellet cracks are formed, which compromise the physical quality of the pellets.
A boa eficiência na etapa de secagem afetará positivamente na etapa de queima. As pelotas que por ventura entram nas etapas de pré-queima e queima com algum teor de umidade, utilizarão parte da energia nestas etapas para evaporar a água contida. Quando se melhora a eficiência da secagem, esta energia é então utilizada no processo de sinterização dos grãos, melhorando assim a qualidade física das pelotas queimadas.The good efficiency in the drying step will affect positively in the firing step. The pellets that happen to enter the pre-firing and burning stages with some moisture content, will use part of the energy in these stages to evaporate the water contained. When the drying efficiency is improved, this energy is then used in the sintering process of the grains, thus improving the physical quality of the burnt pellets.
O próximo gráfico mostra os resultados obtidos da resistência à compressão das pelotas queimadas em função da segregação ou não do leito, usando as três maneiras, isto é nos modos 1, 2 e 3 descritos acima.The next graph shows the results obtained from the compressive strength of the burnt pellets as a function of the segregation or not of the bed, using the three ways, that is, in
Resistência à Compressão Pelotas Queimadas Compression Resistance Burned Pellets
Nota-se que a segregação do leito mantendo as pelotas maiores na parte superior do leito, como no modo 2, favorece o aumento da resistência à compressão na parte inferior do leito. Em uma análise mais detalhada percebe-se 15 que ocorre uma melhor homogeneização desta resistência entre as duas camadas consideradas. Os resultados acima confirmam as vantagens promovidas ao estado da técnica de alimentação do leito de pelotas com a utilização do processo proposto na presente invenção.It is noted that the segregation of the bed keeping the larger pellets at the top of the bed, as in
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