NO326766B1 - Fremgangsmåte for å redusere dannelsen av klumper og klustertendens av reduserbart jerninneholdende agglomerert materiale, spesielt pellets - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for å redusere dannelsen av klumper og klustertendens av reduserbart jerninneholdende agglomerert materiale, spesielt såkalte pellets.

Ekstrahering av metallisk jern finner sted blant annet ved direkte reduksjon av jernoksid i en direkte reduksjonsovn ifølge den såkalte DR-prosessen, hvorved jernoksid, vanligvis i en agglomerert og konsentrert form, foretrukket i form av såkalte pellets, kontinuerlig beveges ned gjennom skaftet til ovnen i løpet av den såkalte tilsetningen til ovnen hvor det møter en reduserende gass med en temperatur på ca. 800-950°C. Den reduserende gassen reduserer jernoksidet slik at metallisk jern, såkalt jemsvamp, oppnås og kan deretter tas ut i den lavere delen av ovnen. Siden reaktiviteten av jernoksid øker med økende temperatur, er en hevet reduksjonstemperatur vanligvis ønskelig, da dette fører til en raskere reduksjonsprosess og således en raskere produksjon.

Ulempen ved en høyere reduksjonstemperatur er at jerninneholdende reduserbare agglomerater i ovnen viser en større tendens til å danne klumper og danner også større agglomerater, såkalte klustere. Disse klustrene setter ned reduksjonsprosessen siden de hindrer strømmen av gass og materialer, hvilket i sin tur fører til en langsommere produksjon og et sluttprodukt med tilsvarende lavere kvalitet.

I et forsøk på å øke produksjonsutbyttet eller produksjonsverdien i løpet av reduksjonsprosessen, blir det i dag anvendt en stadig større mengde av reduserbart råmateriale med svært høy renhet, dvs. råmateriale som foretrukket har svært små mengder av silisium. Imidlertid bidrar det høye jerninnholdet av reduserbart materiale til økt dannelse av klumper og tendens til klustring i det reduserbare materialet.

Det er således et ønske å redusere klumpdannelsen og tendensen til klustring i det reduserbare jerninneholdende råmaterialet som anvendes i produksjonsprosessen og som en konsekvens av dette også muligheten til å heve temperaturen hvorved reduksjonsprosessen finner sted. Erfaring fra driftsprosesser har vist at å øke reduksjonstemperaturen ved direkte reduksjon med 100°C fører til en økning i hastigheten på produksjon av jemsvamp med 25%, samtidig som det spesifikke forbruket av gass i det vesentlige kan holdes konstant.

Hittil har den vanligste løsningen på problemet med klusterdannelse i løpet av direkte reduksjon ved oksidering av jerninneholdende materiale vært å sette ned temperaturen til reduksjonsprosessen, hvilket ikke er en akseptabel løsning fra et produksjonssynspunkt. En annen måte å unngå klustere, er å redusere jerninnholdet til de reduserbare agglomeratene. Imidlertid er dette heller ikke en akseptabel løsning, da det fører til lavere produksjonsutbytte i løpet av reduksjonsprosessen og produksjonen av jern.

Innenfor teknologien er det også godt kjent å løse problemet med såkalt "belegging", dvs. belegging på utsiden av de reduserbare jerninneholdende agglomeratene med et beskyttende lag av ikke-jernmateriale, et såkalt beleggmateriale, som hindrer agglomeratene fra å komme i metallisk kontakt med hverandre i løpet av reduksjonsprosessen. Disse ikke-jernmaterialene bør ha en liten partikkelstørrelse slik at de lett festes og fullstendig eller i det minste for det meste dekker overflaten av agglomeratene og har en smeltetemperatur som med god margin er høyere enn temperaturene som finnes i løpet av reduksjonsprosessen. De nevnte ikke-j ernmaterialene består vanligvis av kalksten, kalk, dolomitt og således av materialer som ikke herder i kontakt med vann, og som i partikkelform og når de utgjør en del av en flytende suspensjon, en såkalt slurry, påføres på de jerninneholdende agglomeratene som et siste trinn i produksjonskjeden. Erfaring har vist at all behandling av belagte agglomerater opptil innmatning av ovnen for reduksjon påvirker graden av dekning av det påførte belegget på en negativ måte og at dette derfor må unngås, belegging av jerninneholdende agglomerater har derfor så langt blitt utført senest mulig i produksjonskjeden og på en slik måte at antallet kontaktpunkter og den interne bevegelsen av agglomeratene relativt til hverandre begrenses så langt som mulig.

I et forsøk på å oppnå dette, blir i dag beleggingen vanligvis utført som et siste trinn i produksjonskjeden av reduserbare agglomerater, dvs. etter sintringen og den følgende avsvovlingen av agglomeratet. Så langt har påføringen av et belegg på agglomeratene for eksempel blitt utført ved å spraye eller sprøyte med et beleggingsmateriale i slurryform direkte på agglomeratet mens dette er plassert på et transportbånd, slik som et endeløst transportbelte eller lignende. Studier har vist at med denne teknikken kan ca. 1/3 av agglomeratene få det som anses å være en akseptabel grad av belegning. En annen teknikk for å belegge agglomerater som i den senere tid er blitt praktisert i økende grad er anvendelsen av en fallende eller synkende sjakt, hvorved belegget påføres ved spraying eller sprøyting med et beleggingsmateriale i slurryform i forskjellige retninger mens nevnte agglomerater faller fritt gjennom luften. Selv om denne anordningen til en stor grad unngår at partiklene kommer unødvendig i kontakt med hverandre i løpet av og etter beleggingen, har metoden ikke vist seg å gi totalt lik og kontinuerlig belegging av agglomeratene, hvilket vanligvis er nødvendig for å unngå klustring i reduksjonsprosessen. Spesielt skyldes dette sannsynligvis at de fallende agglomeratene helt eller delvis dekker hverandre i løpet av sprayeprosessen. De forsøkene som så langt er blitt gjort for å løse dette problemet har hovedsakelig fokusert på økning av mengden av mellomrom mellom agglomeratene og deres fordeling i løpet av den faktiske sprayeprosessen, i kombinasjon med en økning i fallhøyden og anbringelsen av flere sprøytedyser langsmed bevegelsesretningen av agglomeratene. Imidlertid har disse tiltakene ikke gitt de resultatene man var ute etter med hensyn til grad av dekning av beleggingen. I praksis har det vist seg at støv og partikler fra de frittfallende agglomeratene tenderer til å blokkere spraydysene, særlig dysene i den lavere delen av strømningsveien, og som derfor er lokalisert nærmest landingsstedet til agglomeratene.

Det har lenge vært et ønske å være i stand til å forbedre graden av dekning og kvaliteten ved belegging av jerninneholdende agglomerater med fluksmateriale og holde en rask produksjonshastighet, og formålet ved den foreliggende oppfinnelsen er å oppnå en fremgangsmåte som realiserer dette ønske.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer følgelig en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art, som er kjennetegnet ved trekkene angitt i krav 1.

Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige kravene.

Anvendelsen av en trommel for å påføre et belegg av en flukssubstans på et agglomerat går klart frem av US 3 975 182, men det bør bemerkes at selv om anvendelsen av en trommel er nevnt i dette dokumentet, er intensjonen med å bruke den ikke slik som i den foreliggende oppfinnelsen, nemlig som et sluttproduksjonstrinn for så raskt og effektivt som mulig å påføre en beskyttende flukssubstans i form av en flytende suspensjon, en såkalt slurry, på et dannet reduserbart agglomerat, men å anvende en tradisjonell roterende prosedyre i en roterende trommel for å påføre et lag av flukssubstans på den såkalte grønne kroppen. Med hensyn til dette kan det nevnes at dannelsen av såkalte grønne kropper vanligvis finner sted når primære kjerner av partikulære materialer, som snøballer, blir rullet opp lag etter lag i en roterende trommel som har et sjikt av fuktig, finkornet jerninneholdende materiale og hvor veksten finner sted som et resultat av adhesjonseffekten. Ifølge nevnte dokument anvendes det samme prinsippet ved påføring på den grønne kroppen av et eller flere lag flukssubstans, for eksempel kalksten, ved rotering i en komplementær roterende trommel som har et sjikt av fuktig fluksmateriale. I etterfølgende trinn blir de belagte grønne kroppene tørket og brent, hvorved den flukssubstansen overføres til å danne et hardt ytre skjell-lignende ferrittbelegg av kalsiumferritt i de tilfellene hvor det anvendte belegget til å begynne med inkluderte kalk eller kalksten.

US 4 241 692 beskriver en anordning med en roterende trommel med spraydyser anordnet på innsiden for belegging av overflaten til pellets eller lignende. Trommelen har et innløp og et utløp med i det vesentlige begrensede åpninger og er utstyrt langs lengden med et antall mellomrom som er separert fra hverandre ved oppdelingsvegger som strekker seg utad inne i trommelen hvor de nevnte mellomrommene bare er bundet til hverandre via åpninger anbragt i nevnte oppdelte vegger.

Oppfinnelsen er beskrevet mer i detalj nedenfor med referanser til den vedlagte tegningen, hvor Fig. 1 skjematisk viser et bilde sett fra siden av et røntgenlignende bilde tatt gjennom en anordning ved utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

I henhold til prinsippene som danner basis for den foreliggende oppfinnelsen inkluderer anordningen for utførelse av oppfinnelsen i utførelsesformen som vist i Fig. 1 et primært horisontalt orientert transportbånd 1 for transport av i det vesentlige avsvovlet reduserbart jerninneholdende agglomerat 2. Nevnte transportbånd består først og fremst av et endeløst fast belte 3 som løper rundt hjulene 4, bare et av hvilke er vist i Fig. 1.1 avmatningsområdet til det endeløse transportbeltet 3 er det en i det vesentlige sylindrisk trommel 5, åpen i begge ender, med en i det vesentlige glatt innside og som, på en egnet kjent måte, er tilpasset for å drives slik at den roterer rundt sin hovedakse, betegnet 6. Ved en ende av trommelen er et sett av spraye- eller sprøytedyser 7 anbragt som er i det vesentlige vinklet nedover mot bunnen av trommelen og som er forbundet via en pumpeanordning (ikke vist i figuren) til en tank (heller ikke vist i figuren) som inneholder en væskesuspensjon eller en såkalt slurry som innbefatter beleggingsmateriale og vann.

Som det klart fremgår fra figuren, er trommelen 5 anordnet og orientert i forhold til nevnte utmatningsareal slik at agglomeratet 2 som når trommelen spres ut og faller ned i en av åpningene 8 til trommelen og er, i løpet av rotasjonen, i det vesentlige fritt og beveger seg mot den andre enden 9 av trommelen. Denne tromlingsbevegelsen av agglomeratet inne i trommelen 5 oppnås ved at hovedaksen 6 til trommelen orienteres med en svak vinkel til utmatningsenden til beltet hvor vinkelen velges slik at opphopning av agglomeratet hindres samtidig som agglomeratet 2, i løpet av tromlingen i trommelen, effektivt mottar en påføring av nevnte væskesuspensjon av belegningssubstansen.

Til slutt strømmer de tromlede og belagte agglomeratene sammen med overskudd av væskesuspensjon ned i en container (ikke vist i figuren) for oppsamling og videre transport til en fabrikk for produksjon av jern. Idet nevnte overskudd fra beleggingen også blir transportert i oppsamlings-containeren, oppnås fordelen ved å ha et fuktig belegg på agglomeratene hvilket bidrar til adhesjonseffekten, dvs. evnen utsiden av agglomeratene og partiklene har til å lime seg sammen opprettholdes.

Ved oppfinnelsen har det vært mulig å oppnå en svært effektiv og nesten full grad av belegging av reduserbare agglomerater og overlegne egenskaper av agglomeratene oppnådd ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen sammenlignet med agglomerater belagt ved spraying eller sprøyting som er illustrert ved analyser utført i eksemplet nedenfor.

Testene som er beskrevet nedenfor ble utført i laboratorieomgivelser hvorved belegget ble påført i henhold til prinsippene for oppfinnelsen, mer spesifikt, ved sprøyting av agglomeratet med en "slurry" (som innbefatter 20% faststoff780% vann) i en roterende trommel. I testene ble agglomeratprøven dekket med en konstant mengde av "slurry" i relasjon med prøvemengden: 0,2% faststoff (ekvivalent med 2 kg faststoffbelegg per 1000 kg agglomerat).

Etter beleggingen ble klusteroppførselen til standard DR pellets MPRD bestemt ifølge den såkalte HYL-standarden, hvorved 1,2 kg prøve reduseres til metallisk jern ved 950°C i et pakket sjikt under et trykk på 15 mPa. Prøven ble avkjølt og det metalliserte sinterkomposittemnet ble gjenstand for en destruksjonstest som innbefatter at det ble sluppet 20 ganger fra en høyde på 1 meter, hvoretter antallet emner som er hele enkle enheter måles etter hvert fall. Klusterindeksen kan beregnes på basis av disse observasjonene, hvorved 100% betyr maksimal klustring og 0% betyr ingen målbar klustring.

Klusterverdiene for ikke-belagte pellets og klustertendensen ved belegging med forskjellige kjente og vanligvis anvendte fluksmaterialer er klart fra tabellen nedenfor.

Laboratorietest

MPRD pellets dekket med 0,2% belegg (2 kg/tonn pellets) i trommelen Klusterindeks ifølge HYL-standard klustreringstest (950°C)

Driftsresultater

MPRD pellets belagt med 0,2% belegg (2 kg/tonn pellets) i trommelen

Tabellen viser en sammenligning mellom anvendelsen av et belegningsmateriale ved vanlig spraying og anvendelsen av belegningsmaterialet ved tromling i trommelen ifølge oppfinnelsen. Testene av klustringsindeksen viser middelverdiene tatt etter langtids oppfølging og etter normal behandling av pellets fra produksjonsanlegg til jernproduksjonsfabrikken, som delvis inkluderer transport med tog (togprøver) og delvis transport med båt (båtprøver).

Klusterindeks ifølge HYL-standard klustringstest (950°C).

Resultatene viser svært gode verdier med hensyn til belagte reduserbare agglomerater i form av såkalte pellets med ikke-jeminneholdende fluksmateriale ifølge prinsippene ved oppfinnelsen. Idéen er like enkel som den er genial, nemlig å spraye eller sprøyte en væskeblanding av flytende substans på pellets samtidig som de ruller på innsiden av en trommel for å oppnå en bedre og mer fullstendig belegging enn det som tidligere har vært mulig med vanlige teknikker. På grunn av den uhindrede frie fallbevegelsen forover gjennom trommelen, kan en kontinuerlig og høy produksjonshastighet således oppnås samtidig.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for reduksjon av dannelsen av klumper og klustringstendens av reduserbart jerninneholdende agglomerert materiale, spesielt såkalte pellets, hvorved det reduserbare jerninneholdende agglomererte materialet, etter en avsvovlingsprosess som finner sted etter en sintringsprosess i løpet av produksjonen av nevnte pellets, påføres et ytre lag av klustringsreduserende materiale i form av en væskesuspensjon av partikulært materiale, karakterisert ved at påføringen av væskesuspensjonen finner sted i løpet av tromling i en trommel, med deri anbragte spraye- eller sprøytedyser, som er designet slik at agglomeratene sammen med væskesuspensjonen kan i det vesentlige passere fritt gjennom den.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved anvendelsen av en trommel som er åpen i begge ender og som har en i det vesentlige glatt innside.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at trommelen og dens rotasjonsakse er anbragt i en vinkel til utmatningsenden av en anordning for transport av agglomeratet, foretrukket i form av et kontinuerlig belte, hvor nevnte vinkel mellom trommelen og utmatningsenden er valgt slik at agglomeratet fra nevnte utmatningsende tillates å falle fritt ned til en ende av trommelen og deretter ut gjennom den andre enden av trommelen.

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved anvendelsen av en trommel hvor spray eller sprøytedyser er anbragt i området til innløpsenden av trommelen, væskesuspensjonen påføres agglomeratet som faller fritt på innsiden av trommelen og således i det vesentlige separert.