NO772761L - Fremgangsm}te for anriking av jernmalmpellets - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte for anriking av jernmalmpellets.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for anriking av jernmalmpellets i en vertikal sjaktovn mens nevnte pellets undergår herding.

Pelletisering av jernmalmkonsentrater for bruk som chargemateriale i masovner har tiltatt i betydning i stålindu-strien. Dette er et resultat av et forsøk på å møte det økede 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 indus-trien er å forbedre effektiviteten og gass-faststoffet kontak-

ten 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 dekripitere.

Typiske pelletiseringsprosesser omfatter å danne

kuler av jernmalmkonsentrat med rimelig fuktighetsinnhold og med diametere på 0,3 til 2^ >, k 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 bate-riale, vanligvis magnetisk Fe^O^.

Andre oksyderbare materialer er jern og fast brenn-stoff slik som koks, kull eller trekull, noe som av og til tilsettes til blandingen som skal pelletiseres i fint oppdelt til-stand for å gi ytterligere varmekapasitet til pelletsen under herdingen. Jernmalrakonsentratet 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 prinsipielle ovnstyper som brukes kommersielt for herding av råpellets er den vertikale sjaktovn som karakteristisk er ca. 18 m høy og har et rektangulært tverr-snitt med dimensjonene ca. 2,5 x ca. 6 m. En slik ovn har en årlig kapasitet på ca. 500 000 tonn.

Kammeret for forbrenning av olje eller gass er anordnet på hver side av sjaktovnen. Høytemperaturgasser som fremstilles i disse kammere tvinges inn i ovnen rundt dennes periferi gjennom åpninger anordnet nær toppen av forbrennings-kamrene. Råpellets blir kontinuerlig avsatt på toppen av den vertikale sjakt ved hjelp av transportører som opprettholder et jevnt nivå mens herdede pellets kontinuerlig trekkes av fra bunnen. Etter hvert som pelletsene synker i den vertikale sjakt med en hastighet på ca. 30 cm/min. blir de tørket, forvarmet og deretter oppvarmet til ca. 1315°C i den øvre del (over forbrenningskammeråpningen) ved hjelp av oppadstigende luft som er forvarmet i den lavere del av ovnen på grunn av de nedadstigende varme pellets; ved forbrenningsgasser og på grunn av den varme som frigjøres ved oksydasjonen av magnetitt til hematitt (en eksoterm reaksjon) og i enkelte tilfelle ved oksydasjon av andre brennstoffer som er tilsatt til pelletsene. Etter hvert som disse beveger seg til den lavereadel blir de avkjølt av motstrømmen av luft som tilsettes til bunnen av ovnen. Egnede innretninger bryter opp de lett aglomererte pellets før ytterligere luftkjøling og etterfølgende avtrek-king. Det man ønsker er å omdanne råpellets til oksyderte, sterke hårde pellets som er slitasjemotstandsdyktige.

Etter tilføring av forbrenningsgasser gjennom for-brenningskammeråpningene, dvs. nedstrøms i forhold til pellet-senes bevegelsesretning, er det områder der oksydasjon, varmegjenvinning, avkjøling og utslipp inntrer, og i disse områder er det en sone som har en gjennomsnitlig temperatur i området 593 til ca. 1200°C, et område 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 led-

sagende oksydasjon av magnetitt til hematitt og på grunn av om-krystallisering av hematitt. Den eksoterme oksydasjonsreaksjon gir karakteristisk ca. 31^5 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 68O kg for 25 mm pellets. I tomleprøven blir 11,4 kg pellets med diameter over 6,35 mm tomlet i 200 omdrei-ninger ved 2h - en omdreining pr. minutt i en trommeltomler 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 etterltomleprøven 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 be-tydelige ekstragevinster for anlegget.

Det er åpenbart for fagmannen at en av de viktige faktorer ved forbedring av pelletskvaliteten, både uttrykt ved kompresjonsstyrken og tomlingsindeksen, er å sørge for en mer effektiv omdanning av megnetitt til hematitt i ovnen, der målet selvfølgelig er at alle de pellets som produseres bs-

står 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 hårde, sterke pellets som er slitasjemotstandsdyktige .

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 sirkuleres i et pelletiseringsanlegg så stort at enhver vesentlig økning i oksy-genkonsentrasjonen krever uøkonomiske oksygenmengder, dvs. at omkostningene 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 prosentandel av den ytterligere oksygenmengde er bortkas-tet i ethvert tilfelle fordi den strømmer over pellets som om-dannes 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 konven-sjonelle pelletiseringsfremgangsmåter hvorved hematittinnhol-det i de herdede pellets er øket, og den totale kvålitet for de samme pellets derved er forbedret.

Andre gjenstander ved oppfinnelsen vil fremgå av det følgende.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er en slik forbedring oppdaget i en fremgangsmåte for herding av oksydert jern-malmråpellets i en vertikal sjaktovn, en fremgangsmåte som omfatter føring av pelletsene gjennom ovnen hvori pelletsene oppvarmes ved kontakt med varme forbrenningsgasser og luft, der ovnen har en sone som befinner seg nedstrøms tilførselspunktet for forbrenningsgassene, hvilken sone har en gjennomsnitlig temperatur innen området ca. 593 til ca. 1200°C.

Disse forbedringer omfatter å rette et antall oksy-genstrømmer mot pelletsene som går gjennom periferien av nevnte

sone på en slik måte at

a) hver strøm trenger inn i ovnen en distanse fra

ca. 25 til ca. 150 mm målt fra den indre overflate av ovnsveggen langs en linje perpendikulær på den teoretiske vertikalakse for ovnen; b) hastigheten av hver strøm er tilstrekkelig til å forhindre at strømmen beveger seg opp langs ovnsveggen;

c) tilførselspunktene for strømmene er på innsiden

av overflaten av ovnsveggen anordnet i nevnte sone;

d) enhver teoretisk vertikal linje som er parallell med den teoretiske vertikale akse for ovnen, på hvilken linje

ethvert tilførselspunkt er anordnet, ikke befinner seg mer enn ca. 30 cm fra enhver annen slik teoretisk linje langs hvilken ethvert annet tilførselspunkt er anordnet.

Fremstillingen av råpellets er anført ovenfor og er konvensjonell. Foreliggende oppfinnelse er rettet mot den del av pelletiseringsprosessen hvorved råpellets herdes til den grad som er nødvendig til bruk i masovner. Som også anført er apparaturen, dvs. sjaktovnen for utføring av herdingen, den opprinnelige sammensetning for råpelletsen, hovedtrinnene i herdeprosessen samt forbrenningsgassene og luft som benyttes ved fremgangsmåten, alt konvensjonelt, og benyttes her sammen med foreliggende forbedringer.

Denne forbedring omfatter å rette et antall oksygen-strømmer mot pellets som passerer gjennom periferien av en spesiell temperatursone under et gitt sett av definerte betingelser. Som anført er sonen tilstede i konvensjonell sjaktovns-drift, men inntil nå er den ikke identifisert på annen måte enn som del av ovnen der oksydasjon, varmegjenvinning og avkjøling inntrer. Den utvalgte sone er der hvor den gjennomsnitlige temperatur ligger innen området ca. 593 til ca. 1200°C og fortrinnsvis ved ca. 70k til 1093°C.

Oksygenstrømmen kan være en blanding av gasser inne-holdende 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 oppnå-elige .

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 maksimal 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 defineres ved den ønskede penetrering av oksygenstrømmen som er ca. 25 til ca. 150 mm, målt fra den indre overflate av ovnsveggen på en linje perpendikulær på den teoretiske vertikalakse av ovnen. Foretrukket penetrering er ca. 50 til ca. 127 mm. Det skal bemerkes at strøm-men penetrerer ut over det rom som ligger umiddelbart nær veggen i det vesentlige uten tap av oksygen, men at mengden av oksygen synker langs strømningsveien etter hvert som reak-sjonen skjer.

Tilførselen av oksygenstrømmer kan skje ved å anordne en serie innblåsningsåpninger på samme nivå eller på forskjellige nivåer rundt omkretsen av ovnen med minimal avstand, f.eks. 25 til 75 mm, mellom åpningene. I dette tilfelle er hver oksygenstrøm loddrett på veggen eller aksen. En me.r fore-trukken fremgangsmåte er å anordne åpningene med større intervaller, f.eks. ca. 150 mm,, og å ha to injektorer for hver åpning med strømmer rettet 90 til l6o° fra hverandre eller ca.

10 til 45° fra veggen. I dette tilfelle vil et større område dekkes av innblåsningsåpningene. Strømmene av oksygen kan hol-des konstant. En annen driftsmåte kan angis som en "pulsinn-blåsning", der injektorene forbindes til to eller flere mani-folder langs omkretsen av ovnen og der hele oksygenstrømmen sendes gjennom en manifold av gangen i regulerte intervaller

slik at en total runde skjer f.eks. i løpet av 2 minutter eller mindre. Således øker strømningshastighetene av oksygen gjennom injektorene tilsvarende, penetrering og dekning økes og pellet-oksyderingen skjer hurtigere. Forskjellige mønstere for innblåsningsåpninger innen den angjeldende sone kan benyttes for-utsatt at den distansebetingelse som er nevnt ovenfor tas hen-syn til, dvs. at enhver teoretisk linje som er parallell med den teoretiske vertikale akse for ovnen og langs hvilken linje ethvert tilførselspunkt er anordnet, ikke befinner seg mer enn

ca. 30 cm og fortrinnsvis ikke mindre enn ca. 12,7 mm fra enhver annen slik teoretisk linje langs hvilken ethvert annet tilførselspunkt er anordnet.

Forskjellige strømningsmønstre i tillegg til de som er beskrevet kan også brukes. Den totale strømningshastighet bestemmes opprinnelig på basis av prøveanalyser av de angjeldende pellets i periferien av sonen før bruk av de definerte betingelser. Strømningshastigheten for hver injektor kan deretter velges basert på den ønskede hastighet og strømnings-mønster alt etter hvorvidt dette er kontinuerlig, alternerende eller intermitterende.

Det er foretrukket at den vertikale avstand for in-eksjonsåpningene er slik at det ikke er mer enn ca. 90 cm mellom den åpning (eller det tilførselspunkt for oksygenstrøm) som ligger nærmest toppen av ovnen og den åpning som ligger lengst borte fra toppen av ovnen. Målingen skjer langs en teoretisk vertikal linje parallelt med den teoretiske vertikale akse for ovnen fra det punkt på toppen av ovnen som ligger på den vertikale linje til den. angjeldende åpning som ligger langs den samme vertikale linje. Målinger for nærmeste åpning og fjerneste åpning skjer og forskjellen mellom disse to er fortrinnsvis ikke mer enn ca. 90 cm.

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 bestemmelse av periferien kan selvfølgelig benyttes for å be-stemme 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 frem-stilte pellets jo høyere må oksygenmengden være. I ethvert tilfelle vil kvaliteten forbedres.

Det er funnet at hastigheten for gasstrømmen bør være tilstrekkelig til i det vesentlige å overvinne tendensen for oksygenet til strømning opp langs ovnsveggen på grunn av den høye permeabilitet som hersker der i sjaktsystemet. Denne hastighet kan ligge i området 3 m/sek. til ca. 300 m/sek. og er fortrinnsvis større enn ca. 15 m/sek. Dette skjer på konvensjonell måte ved å justere trykket med hvilket oksygenstrøm- men tilføres og/eller ved å bruke en egnet dyse.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for herding av oksyderbare råjernmalm-pellets i en vertikal sjaktovn, hvilken fremgangsmåte omfatter å føre angjeldende pellets gjennom ovnen hvori de oppvarmes ved kontakt med varme forbrenningsgasser og luft, der ovnen har en sone som befinner seg nedstrøms tilførselspunktene for forbrenningsgasser, hvilken sone har en midlere temperatur i området ca. 593 til ca. 1204°C, karakterisert ved at den omfatter å rette et antall oksygenstrømmer mot angjeldende pellets som beveger seg gjennom periferien av nevnte sone på en slik måte at

a) hver strøm trenger inn i ovnen i en lengde ca. 25 til ca. 150 mm, målt fra den indre overflate av ovnsveggen langs en linje perpendikulært på den teoretiske vertikalakse for ovnen; b) hastigheten for hver gasstrøm er tilstrekkelig til i det vesentlige å forhindre strømning av gass opp langs ovnsveggen; c) tilførselspunktene for gasstrømmene befinner seg på den indre overflate av ovnsveggen i nevnte sone; d) enhver teoretisk linje som er parallell med ovnens vertikale akse og langs hvilken linje ethvert tilfør-selspunkt er anordnet, ikke befinner seg mer enn ca. 30 cm fra enhver annen slik teoretisk linje langs hvilken ethvert annet tilførselspunkt er anordnet.

2.. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hastigheten for gasstrømmen er ca. 3 til ca. 300 m/sek.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at mengden av oksygen som benyttes er i over-skudd av det som teoretisk er nødvendig for å omdanne tilstede-værende magnetitt i periferien av sonen til hematitt. k.

Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at strømmen består i det vesentlige av oksygen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3» karakteri- sert ved at strømpenetreringen er ca. 50 til ca. 125 mm.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakteri- <*> sert ved at sonen har en midlere temperatur innen områ-; det ca. 700 til ca. 1090°C.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at avstanden mellom linjene under punkt d) ikke er mindre enn ca. 12,7 mm.

8. ' Fremgangsmåte ifølge krav 7»karakterisert vce d at hastigheten for strømmen er minst ca. 15 m/sek.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at strømmene alternerer.