NO772759L - Fremgangsm}te for anriking av jernmalmpellets - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for anriking av jernmalmpellets.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for anrikning av jernmalmpellets i en horisontal eller sirkulær ristovn mens neste pellets undergår herding.

Pelletisering av jernmalmkonsentrater for bruk som chargemateriale i masovner har tiltatt i betydning i stålin-dustrien. Dette er e± resultat av et forsøk på å møte det økede behov for jern og stål med malmer av lavere kvalitet og malmer ekstrahert fra anrikningsanlegg, alt råstoffer som vanligvis foreligger i form av finoppdelte partikler, for fint oppdelt for direkte behandling i en masovn.

Det primæte formål med pelletisering i denne industrien er å forbedre effektiviteten og gass-faststoffet kontakten i masovnen for å øke reduksjonshastigheten. En sekundær betrakt-ning er å redusere mengden av finfordelte partikler som blåses ut av masovnen til gassgjenvinningssystemet.

Karakteristiske trekk ved industrielt aksepterbare pellets er at de er sterke nok til å motstå nedbrytning ved silolagring, behandling og transportering og at de videre har evnen til å motstå de høye temperaturer og nedbrytningskrefter i masovnen uten å falle sammen eller dekripitere.

Typiske pelletiseringsprosesser omfatter å danne kuler av jernmalmkonsentrat med rimelig fuktighetsinnhold og med diametere på 9, 5 til 25,^ mm i en roterende trommel eller på en roterende skive og deretter å!brenne råkulene eller råpelletsen i en ovn til en tilstrekkelig høy temperatur til å herde disse til en styrke egnet for bruk i masovner. Råpellets som er av interesse'er de som inneholder et oksyderbart mate-riale, vanligvis magnetisk Fe^O^.

Andre oksyderbare materialer er jern og fast brennstoff slik som koks, kulloeller trekull, noe som av og til tilsettes til blandingen som skal pelletiseres i fint oppdelt tilstand for å gi ytterligere varmekapasitet til pelletsen under herdingen. Jernmalmkonsentratet som i dette tilfelle spesielt er av interesse inneholder minst ca. 30$ magnetitt, noe jern eller andre jernforbindelser slik som hematitt, og en liten mengde urenheter slik som silisiumoksyd, aluminiumoksyd og magnesiumoksyd. Et av disse konsentrater er kjent som anriket takonitt. Bindemidler tilsettes ofte før eller under trommel-eller skiverotasjonen for å øke våtstyrken for råpelletsen til akseptable nivåer for etterfølgende behandling.

En av de ovnstyper som kommersielt brukes for herding av råpellets er den horisontale ristovn.

En prosess som gjennomføres i denne ovn er prinsipielt en modifisert sintringsprosess. Karakteristisk blir råpellets (noen ganger med tilsatt brensel som angitt ovenfor) kontinu-erlig matet til oppstrømsenden av ovnen til en bevegelig rist for å danne et skikt med en dybde på ca. 355 mm. Etter hvert som den bevegelige rist beveger seg nedstrøms blir de char-gerte pellets underkastet kontakt med forbrenningsgasser og/ eller luft i opptrekks- og nedtrekkstørking, forvarming, tenning (brenning), herding, varmeregenerering og avkjøling før de slippes ut ved nedstrømsenden av ovnen som produkt. Forskjellige opptrekks- nedtrekkskombinasjoner, spesielt i tørke og avkjølingstrinnene, praktiseres vanligvis. En modifi-kasjon av den prinsippielle horisontale ristprosess omfatter bruk omigjen av brente pellets som bunn og sideskikt på risten med råpellets anbrakt over og mellom disse. I den senere tid er en sirkulær rist i form av en toroid benyttet istedet for den horisontale rist for således å eliminere behovet for en returlinje, men den sirkulære rist er ellers lik den horisontale i drift. Temperaturen i disse systemer når en topp på ca. 13<li5°C ved tennings og herdingstrinnet og går ned til ca. 93 til 20k°C ved utslippsenden.

I tennings, herdings eller avkjølingsavdelingen er det en sone hvori den gjennomsnittlige pelletstemperatur ligger i området 593 til 1204°C, noe som er av interesse her og som hittil ikke er beskrevet.

Sterk binding i de herdede pellets som fremstilles i røsteovnen antas å skyldes kornvekst på grunn av den ledsa-gende oksydasjon av magnetitt til hematitt og på grunn av om-krystallisering av hematitt. Den eksoterme oksydasjonsreak-sjon gir karakteristisk ca. 3165 x 10 joule pr. "long ton"

(l0l6 kg) pellets.

Styrken for de herdede pellets bestemmes vanligvis

ved sammenpressing eller tomleprøver. Selv om spesifikasjo-nene for pellets varierer avhengig av kilde og produsent, ligger den minimale foreslåtte kompresjonsstyrke for indivi-duelle pellets innen området 136 kg for 6,35 mm pellets til ca. 363 til 680 kg for 25 mm pellets. I tomleprøven blir 11,4 kg pellets med diameter over 6,35 mm tomlet i 200 omdrei-ninger ved Zh - en omdreining pr. minutt i en trommel tomler og deretter siktet. Tilfredstillende kommersielle pellets inneholder vanligvis mindre enn ca. 6$ - 28 mersh finpartik-ler og mer enn ca. 90$ over 6,35 mm pellets etter prøven. I enkelte tilfeller er tomlingsindeksen modifisert til å måle kun over 6,35 mm pellets som er tilstede før og som forblir igjen etter tomleprøven og prisen som betales pr. long ton pellets som utskipes justeres i henhold til dette. Fordi pro-duksjonen i et pelletiseringsanlegg ligger i millioner av tonn pr. år kan en liten forbedring i tomlerindeksen (dvs. kvaliteten) på ca. 2 prosentpoent f.eks., representere betydelige ekstragevinster for anlegget.

Det er åpenbart for fagmannen at en av de viktige fak-torer ved forbedring av pelletskvaliteten, både uttrykt ved kompresjonsstyrken og tomlingsindeksen, er å sørge for en mer effektiv omdanning av magnetitt til hematitt i ovnen,der målet selvfølgelig er at alle de pellets som produseres består i det vesentlige av hematitt eller i det minste med et høyere hema-tittinnhold.

Oksydasjonen av megnetitt til hematitt under pelletiseringsprosessen er viktig ikke bare fordi hematitt reduseres lettere i masovnen på tross av det høyere oksygeninnhold, men også fordi omdanningen av megnetitt til hematitt i pelletiseringsprosessen, noe som er en eksoterm reaksjon, favoriserer kornvekst og sintring av partiklene av jernmalmkonsentratet til å danne hårde, sterke pellets som er slitasjemotstandsdyk-

tige .

Fordi reaksjonshastigheten for magnetitt i i det vesentlige rent oksygen er mange ganger større enn i luft er det foreslått at forbrenningsgassene og luften i ovnen anrikes med oksygen; imidlertid er gassvolumet som sirukleres i et pelletiseringsanlegg så stort at enhver vesentlig økning i oksygen-konsen.trasjonen krever uøkonomiske oksygenmengder, dvs. at om-kostningene for oksygen som er nødvendig for å gi høyere antall pellets av i det vesentlige hematitt eller med høyere hematitt-innhold overstiger de ytterligere gevinster som kan oppnås ved øket pelletskvalitet. Videre erkjennes det at en stor prosent-andel av den ytterligere oksygenmengde er bortkastet i ethvert tilfelle fordi den strømmer over pellets som omdannes til i det vesentlige hematitt eller i det minste til et vesentlige hema-tittinnhold i en konvensjonell drift.

Gjenstanden for foreliggende oppfinnelse er derfor å frembringe en forbedret fremgangsmåte i forhold til konvensjonelle pel1etiseringsfremgangsmåter hvorved hematittinnholdet i de herdede pellets er øket, og den totale kvalitet for de samme pellets derved er forbedret.

André gjenstander ved oppfinnelsen vil fremgå av det følgende.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er en slik forbedring oppdaget i en fremgangsmåte for herding" av oksyderbare "råjern-malmpellets i en horisontal eller sirkulær ristovn, en fremgangsmåte som omfatter å føre risten med et skikt av pellets langs en horisontal vei gjennom ovnen hvori nevnte pellets oppvarmes ved kontakt med varme gasser, og der ovnen har en sone i eller nedstrøms det område der topptemperaturen i ovnen nås, en sone der den gjennomsnittlige pelletstemperatur ligger i området 1593 til ca. 1204°C og i hvilken sone strømmen av gasser foregår i nedoverrettet retning mot skiktet av pellets på risten.

Forbedringen omfatter:

a) Dekning av periferien av minst en del av sonen med minst to hetter for å gi et overdekket areal på hver side av

toppen av risten under hvilken periferien av denne passerer;

b) Føring av minst en oksygenstrøm innen hvert dekkede areal på en slik måte at strømmen går nedover mot og gjennom periferien av pelletsskiktet på risten som strømmer gjennom de overdekkede arealer;

c) Føring av periferien av skiktet av pellets på risten gjennom de overdekte arealer på en slik måte at oppholdstiden

for disse i de overdekkede arealer er minst ca. 5 sekunder.

Fremstillingen av.råpellets er det anført ovenfor og

er konvensjonell. Foreliggende oppfinnelse er rettet mot den del av pelletiseringsprosessen hvorved råpellets herdes til en grad som er nødvendig for bruk i masovner. Som også anført er apparaturen, dvs. den horisontale eller sirkulære ristovn for utføring av herdingen, sammensetningen av de behandlede råpellets, hovedtrinnene i herdeprosessen samt forbrenningsgasser og luft (angitt som gasser) som benyttes i prosessen alle konvensjonelle og benyttes her sammen med foreliggende forbedring.

Forbedringen omfatter å rette et antall oksygenstrømmer mot de pellets som passerer gjennom periferien av et spesielt temperaturområde og under et nærmere bestemt sett av betingelser. Som bemerket er sonen tilstede i en konvensjonell lang-strakt ristovn og i en sirkulær ristovn, men' inntil nå har disse soner ikke vært identifisert som annet enn en del av disse avsnitt av ovnen der oksydasjonen, tenning, herding og avkjøling inntrer.

Den utvalgte sone er den der den gjennomsnittlige pel-lettemperatur ligger i området på ca. 593 til ca. 1204°C og fortrinnsvis ca. 704 til 1093°C, og ligger i eller nedstrøms det område der topptemperaturen i ovnen oppnås. Videre må sonen være en der gassene i ovnen strømmerbnédover mot pelletsskiktet på risten.

Oksygenstrømmen kan være blanding av gasser inneholdende en hovedandel eller mer enn 50 volumprosent oksygen. Det er imidlertid foretrukket en blanding av gasser som inneholder minst 90 til 95 volumprosent oksygen. Den vanlige oksygen som distribueres kommersielt er antatt å bestå i det vesentlige av oksygen og det antas at denne oksygen er den lettest opp-nåelige.

Det er altså funnet at ved å rette oksygen mot de i ovnen forekommende pellets i periferien av den utvalgte temperatursone og under de nærmere bestemte betingelser, kan det oppnås en mak- simal oksydasjon med et minimalt oksygenforbruk og temperaturen i de behandlede pellets heves derved for å gi en mer effektiv termisk binding som i tillegg hever den totale kvalitet for de behandlede pellets.

Periferien av sonen er det areal på begge sider av toppen av risten som løper fra den indre flate av hver fast-holdningsvegg LBorsintalt mot ristens sentrum. Fastholdingsveggen er en del av og festet til risten og er der i det

formål å holde de foreliggende pellets fra å falle av den bevegelige rist. En typisk tilbakeholdingsvegg er ca. kOO mm høy. Den danner en rett eller stump vinkel med den horisontale ristflate. Risten, veggen og de dermed fastholdte pellets beveger seg alt gjennom ovnen. Avstanden fra den innvendige flate av veggen mot ristens sentrum som skal innbefattes av det perifere område velges ved analyse (i en vanlig gjennom-ført prosess) av prøver av pellets som føres gjennom sonen for å bestemme det sted der hovedmassen av ufullstendig oksyderte pellets foreligger. Selv om bredden av risten, dvs. målt horisontalt på tvers av denne, varierer fra ovn til ovn, er avstanden som omfattes av periferien fra ca.- 75 til ca. 610 mm, målt horisontalt fra toppen av den innvendige flate av fastholdingsveggen mot sentrum av risten langs en linje perpendiku-lær på bevegelsesretningen for risten. Periferien av sonen kan også angis som periferien av risten eller periferien av pelletsskiktet .

Strømmen av oksygen foregår i nedadrettet retning mot skiktet av pellets på den horisontale rist. Der fastholdingsveggen er skrå er strømningsretningen den samme selv om pelletsene mot fastholdingsveggen ikke ligger i horisontalen. Strøm-men treffer først toppen av pelletsskiktet og beveger seg deretter gjennom skiktet og gjennom risten og oksygenmengden reduseres etter hvert som den reagerer med de oksyderbare stoffer i pelletsen.<*>

Vanligvis er innføringen eller innsprøytningen av oksy-genstrømmen til det overdekkede areal i den ønskede nedad-rettede retning, men oksygenet kan også innføres til dette område i en hvilken som helst retning, f.eks. horisontalt fra sidene av hetten, og deretter dispergeres i denne, noe som tjener til å rette strømmen nedover.

En eller flere hetter er anordnet for å dekke periferien på hver side av risten. Hettene består av vanlige stoffer som vil motstå ovnstemperaturene. Vanligvis benyttes ildfaste materialer. Oksygenstrømmen tilføres under hetten på en slik måte at man oppnår den ønskede retning enten direkte eller indirekte. Innføringen under hetten kan skje gjennom et åpent rør, gjennom perforerte rør eller rør utstyrt med hetter, eller gjennom en serie strålerør som er anbrakt for å følge pelletsens bevegelsesretning. Hetten tjener til å hindre strømmen av ovnsgasser over området av periferien og minimaliserer fortynning av oksygenstrømmen i det angjeldende område.

o Det vil være klart for fagmannen at uttrykkene "hette"

eller "overdekket aroeal" omfatter anvendelse av innelukninger, hulrom, lukkede tunneler, telt, avlukker eller en hvilken som helst annen avskjermingsinnretning som tillater at oksygen-strømmen kommer i kontakt med de behandlede pellets uten noen vesentlig fortynning av ovnsgasser mens man samtidig tillater ikke omsatt oksygen å forene seg med hovedstrømmen av ovnsgasser. Bredden av hetten, dvs. den del som måles fra toppen av den innvendige flate av fastholdingsveggen horisontalt mot ristens sentrum, er tilstrekkelig til å dekke periferien av sonen som beskrevet ovenfor. Lengden av hetten, dvs. den dimen-sjon som måles langs en linje parallelt med ristens bevegelsesretning, er tilstrekkelig til å gi den ønskede oppholdstid for de ufullstendig oksyderte pellets i det overdekkede areal, en oppholdstid som minst er ca. 5 sekunder og fortrinnsvis minst 10 sekunder. Det vil være klart at hele lengden av sonen innen

periferien ikke behøver å underkastes oksygenbehandling, kun en tilstrekkelig lengde til å sikre at oppholdstidsbetingelsene for periferipelletsene oppfylles. Det foreligger ingen øvre grense for oppholdstiden bortsett fra praktiske grenser, dvs. inntil total oksydasjon er oppnådd, selv om en øvre grense på ca. 30 sekunder er foretrukket.

Karakteristisk beveger risten seg ca. 127 mm til ca. 635 mm pr. minutt og strømmen av oksygen holdes konstant. Derfor blir lengden av hetten justert for å gi den ønskede oppholdstid basert på ristens hastighet, dvs. at man for å gi en kontakttid på 15 sekunder og under antagelse av at risten beveger seg 508 mm pr. minutt, kan man beregne en indre lengde

av det overdekkede areal som følger:

-r- j i , , , , 508 mm minutt . _ . _ Indre lengde av hetten = —: — x -r-rrr- x 15 sek. = 127 mm.

minutt 60 sek.

Mengden av oksygen som tilføres periferien av sonen må være tilstrekkelig til å omdanne i det vesentlige all magnetitt i periferien av sonen til hematitt og dette bestemmes på teoretisk basis. Den samme analyse som angitt ovenfor for bestem-melse av periferien kan selvfølgelig benyttes for å bestemme denne mengde. Det foretrekkes at ca. 0,30 mol til ca. 2 mol oksygen benyttes pr. mol magnetitt som føres gjennom periferien av sonen. Jo høyere kvalitet man ønsker for de fremstilte pellets jo høyere må oksygenmengdenVære. I ethvert tilfelle vil kvaliteten forbedres.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for herding av oksyderbare råjernmalm-pellets i en horisontal eller sirkulær ristovn omfattende føring av risten med et skikt av pellets langs en horisontal vei gjennom ovnen hvori nevnte pellets oppvarmes ved kontakt med varme gasser, hvilken-<ovn har en sone i eller nedstrøms det område der topptemperaturen i ovnen nås, i hvilken sone den gjennomsnittlige pelletstemperatur ligger i området 593 til 1204°C og i hvilken sone strømmen av gasser er rettet nedover mot skiktet av pellets på risten, karakterisert ved : a) Tildekning av periferien av minst en del av sonen med minst to hetter for å frembringe et overdekket areal på hver side av toppen av risten under hvilken periferien av risten føres; b) Føring av minst en oksygenstrøm innen hvert tildek-kede areal på en slik måte at strømmen rettes nedover mot og gjennom periferien av skiktet av pellets på risten som føres gjennom de overdekkede arealer; c) Føring av periferien av skiktet av pellets på risten gjennom de overdekkede arealer på en slik måte at oppholdstiden for pelletsene i de overdekkede arealer er minst ca. 5 sekunder.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den gjennomsnittlige pelletstemperatur i sonen ligger innen området 70k til 1093°C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at oppholdstiden er minst ca. 10 sekunder. k.

Fremgangsmåte ifølge krav 3>karakterisert ved at mengden av oksygen som benyttes er i overskudd av det som teoretisk er nødvendig for å omdanne enhver tilstedeværende magnetitt i periferien til hematitt.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at strømmen består i det vesentlige av oksygen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 3»karakterisert ved at strømmen består i det vesentlige av oksygen.

7. Fremgangsmåte ifølge krav k, karakterisert ved at strømmen består i det vesentlige av oksygen.