NO772760L - Fremgangsm}te for anriking av jernmalmpellets - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for anriking av jernmalmpellets i en kalsineringsovn mens de undergår herding.

Pellitisering av jernmalmkonsentrater for bruk som charge-materiale i masovner har tiltatt i betydning i stålindustrien. Dette er et resultat av et forsøk på å møte detøkede behov for jern og stål med malmer av lavere kvalitet og malmer ekstrahert fra anrikingsanlegg, alt råstoffer som vanligvis foreligger i form av finoppdelte partikler, for fint oppdelt for direkte behandling i en masovn.

Det primære formål.med pelletisering i denne industri er

å forbedre effektiviteten og gass-faststoffkontakten i masovnen for å øke reduksjonshastigheten. En sekundær betraktning 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 dekrepitere.

Typiske pelletiseringsprosesser omfatter å danne kuler

av jernmalmkonsentrat med rimelig fuktighetsinnhold og med dia-metere på 0,5-25,4 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 materiale, vanligvis magnetisk Fe^O^.

Andre oksyderbare materialer er jern og fast brennstoff, slik som koks, kull eller 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. Bindmidler tilsettes ofte før eller under trommel- eller skiverotasjonen for, å øke våtstyrken for råpelletsen til akseptable nivåer for etter-følgende behandling.

En av de ovnstyper, som kommersielt brukes for herding av råpellets, er en kalsineringsovn (grate-kiln furnace). I denne ovn blir karakteristisk råpellets først matet til en kjederist der de tørkes og forvarmes ved et dobbeltpasseringssystem ved bruk av gasser fra den roterende ovn. De forvarmede pellets faller deretter inn i ovnen der de undergår herding og bringes opp til den endelige pellitiseringstemperatur på ca. 1315°C før de slippes ut i en kjøler. Luft, som benyttes for å gjenvinne den store varmemengde fra de varme pellets, benyttes deretter som sekundærluft i den roterende ovn. Sekundærlufttemperaturen heves til ca. 1315-1371°C ved å bruke en brenner som er anbragt ved utslippsenden av den roterende ovn. I forvarmingsområdet for ovnen, er det en sone hvori den gjenomsnittlige pellettemperatur ligger i området 593-1204°C, en sone som her er av interesse og som tidligere ikke nærmere er angitt.

Sterk binding i de herdede pellets, som fremstilles i røsteovnen, antas å skyldes kornvekst på grunn av den ledsagende oksydasjon av magnetitt til hematitt og på grunn av omkrystalli-sering av hematitt. Den eksoterme oksydasjonsreaksjon gir karakteristisk ca. 3165 x 10^ joule pr. "long ton" (1016 kg) pellets.

Styrken for de herdede pellets bestemmes vanligvis ved sammenpressing eller tomleprøver. Selvom spesifikasjonene for pellets varierer avhengig av kilde og produsent, ligger den minimale foreslåtte kompresjonsstyrke for individuelle pellets innen området 136 kg for 6,35 mm pellets til ca. 363-680 kg for 25 mm pellets. I tomleprøven blir 11,4 kg pellets med diameter over 6,35 mm tomlet i 200 omdreininger ved 24 + en omdreining pr. minutt i en trommeltomler og deretter siktet. Tilfredsstill-ende kommersielle pellets inneholder vanligvis mindre enn ca. 6% - 28 mesh finpartikler 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 prosentpoeng, f.eks., representere betydelige ekstragevins-ter for anlegget.

Det er åpenbart for fagmannen at en av de viktige faktorer ved forbedring av pelletskvaliteten, både uttrykt ved kompresjons-styrken og tomlingsindeksen, er å sørge for en mer effektiv om-danning 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 hematittinnhold.

Oksydasjonen av magnetitt 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 magnetitt til hematitt i pelletiseringsprosessen, noe som er en eksoterm reaksjon, favoriserer kornvekst og sintring av partiklene av jernmalmkonsentratet til å danne harde, sterke pellets som er slitasjemotstandsdyktige.

Fordi reaksjonshastigheten for magnetitt i i det vesentlige rent oksygen er mange ganger større enn i luft, er det fore-slått at forbrenningsgassene og luften i ovnen anrikes med oksygen; imidlertid er gassvolumet, som sirkuleres i et pelletiseringsanlegg så stort at enhver vesentlig økning i oksygenkon-sentrasjonen krever uøkonomiske oksygenmengder, dvs. at omkost-ningene for oksygen, :som er nødvendig for å gi høyere antall pellets av i det vesentlige hematitt eller med høyere hematittinnhold, 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 vesentlig hematittinnhold i en konvensjonell drift.

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

Andre gjenstander ved oppfinnelsen vil fremgå av det følgende.

Ifølge oppfinnelsen er en slik forbedring oppdaget i en fremgangmsåte for herding av oksyderbare råjernmalmpellets i en kalsineringsovn, hvilken fremgangsmåte omfatter å føre risten med et sjikt av pellets langs en horisontal vei gjennom ovnen for å tørke og forvarme nevnte pellets og derfor tilføre disse til røsteovnen (the kiln) for å oppnå ytterligere oppvarming og herding, alt i kontakt med varme gasser, der risten føres gjennom en forvarmingssone hvori den gjennomsnittlige pelletstemperatur i sjiktet ligger i området 593-1204°C, og i hvilken sone strømmen av gasser rettes nedover mot sjiktet 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 pelletssjiktet på risten som strømmer gjennom de overdekkede arealer;

c) føring av periferien av sjiktet av pellets på risten gjennom de overdekkede arealer på en slik måte at oppholdstiden

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

Fremstillingen av råpellets er 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 appa-raturen, dvs. kalsineringsovnen 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 kalsineringsovn, men. inntil nå har disse soner ikke vært identifisert som annet enn en del av disse avsnitt av ovnen der forvarming inntrer.

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

Oksygenstrømmen kan være blanding av gasser inneholdende

en hovedandel eller mer enn 50 volum-% oksygen. Det er imidlertid foretrukket en blanding av gasser som inneholder minst 90-95 volum-% 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 oppnåelige.

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 fastholdingsvegg horisontalt 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. 200 mm høy. Den danner en rett eller stump vinkel med den horisontale ristflate. Risten, veggen og de dermed fastholdte pellets beveger seg alle 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 gjennomført prosess) av prøver av pellets som føres gjennom sonen for å bestemme det sted der hovedmassen av ufull-stendig oksyderte pellets foreligger. Selvom 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 perpendikulær på bevegelsesretningen for risten. Periferien av sonen kan også angis som periferien av risten eller periferien av pelletssjiktet.

Strømmen av oksygen foregår i nedadrettet retning mot sjiktet av pellets på den horisontale rist. Der fastholdingsveggen er skrå, er strømningsretningen den samme selvom pelletsene mot fastholdingsveggen ikke ligger i horisontalen. Strøm-men treffer først toppen av pelletssjiktet og beveger seg deretter gjennom sjiktet og gjennom risten, og oksygenmengden reduseres etterhvert som den reagerer med de oksyderbare stoffer i ' pelletsen.

Vanligvis er innføringen eller innsprøytningen av oksy-genstrømmen til det overdekkede areal i den ønskede nedadrettede 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 indir-ekte. Innføringen under hetten kan skje gjennom et åpent rør, gjennom perforerte rør eller rør utstyrt med hetter, eller gjennom en serie strålerør som er anbragt 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.

Det vil være klart for fagmannen at uttrykkene "hette" eller "overdekket areal" omfatter anvendelse av innelukninger, hulrom, lukkede tunneler, telt, avlukker eller en hvilken som helst annen avskjermingsinnretning som tillater at oksygenstrøm-men kommer i kontakt med de behandlede pellets uten noen vesentlig fortynning av ovnsgasser, mens man samtidig tillater ikke-om-satt 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 dimensjon som måles langs en linje parallelt med ristens bevegelsesretning, er tilstrekkelig til å gi den ønskede oppholdstid for de ufull-stendig oksyderte pellets i det overdekkede areal, en oppholdstid som minst er ca. 5 sek., 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 periferi-pelletsene oppfylles. Det foreligger ingen øvre grense for oppholdstiden bortsett fra praktiske grenser, dvs. inntil total oksydasjon er oppnådd, selvom en øvre grense på ca. 30 sek. er foretrukket.

Karakteristisk beveger risten seg ca. 127 cm til c'a. 635 cm/min., og strømmen av oksygen holdes konstant. Derfor blir lengden av hetten justert for å gi denønskede oppholdstid basert på ristens hastighet, dvs. at man for å gi en kontakttid

på 15 sek. og under antagelse av at risten beveger seg 508 cm/

. min., kan man beregne en indre lengde av det overdekkede areal som følger:

Den mest ønskede plassering av hetten er nær den varme ende av ristseksjonen før pelletsene slippes til den roterende ovn. En ytterligere fordel ved foreliggende fremgangsmåte er at oksydasjonen, som vanligvis inntrer i kjøleren i en vanlig drevet "grate kiln", i det vesentlige unngås således at man får kunstig drift og effektivitet for kjøleren.

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 oksygenmengden være. I ethvert tilfelle vil kvaliteten forbedres.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for herding av oksyderbare råjernmalmpellets i en kalsineringsovn omfattende føring av risten med et sjikt 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 593-1204°C og i hvilken sone strømmen av gasser er rettet nedover mot sjiktet 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 tildekkede areal på en slik måte at strømmen rettes nedover mot og gjennom periferien av sjiktet av pellets på risten som føres gjennom de overdekkede arealer; c) føring av periferien av sjiktet 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 704-1093°C.

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

4. 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 tilstede-værende 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 4, karakterisert ved at strømmen består i det vesentlige av oksygen.