PL199187B1

PL199187B1 - Sposób poprawy szybkości produkcji żelaza w wielkim piecu

Info

Publication number: PL199187B1
Application number: PL372868A
Authority: PL
Inventors: Jerker Sterneland; Lawrence Hooey
Original assignee: Luossavaara Kiirunavaara Ab
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2008-08-29
Also published as: PT1504128E; SE0201453D0; BR0309833B1; UA78777C2; EP1504128A1; JP2005525467A; RU2299242C2; US7442229B2; WO2003095682A1; BR0309833B8; AU2003228194A1; CA2485517A1; PL372868A1; CN1662665A; BR0309833A; KR101143334B1; KR20110054079A; EP1504128B1; US20050126342A1; CN100523225C

Abstract

Wynalazek dotyczy sposobu poprawy szybko sci produkcji zelaza w wielkim piecu za ladowanym aglomeratami zawieraj acymi zelazo, który polega na tym, ze doprowadza si e do kontaktu ladowanego materia lu zawieraj acego zelazo z modyfikuj ac a zu zel dyspersj a materia lu w postaci cz astek, z wytwo- rzeniem powlekaj acej powierzchniowej warstwy na co najmniej cz esci zewn etrznej powierzchni aglo- meratów zawieraj acych zelazo, przy czym to doprowadzanie do kontaktu nast epuje przed ladowaniem do procesu w wielkim piecu. PL PL PL PL

Description

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu poprawiania szybkości produkcji żelaza w wielkim piecu załadowanym aglomeratami zawierającymi żelazo.

Wynalazek ten dotyczy zasadniczo wpływania na reakcje między gazem wielkopiecowym i minerałami obecnymi w szybie wielkiego pieca, i dotyczy dystrybucji minerałów w odniesieniu do tworzenia stopionego żużla. Istnieją także czynniki związane z powstrzymaniem pyłu przy manipulowaniu i transporcie aglomeratu rudy ż elaza.

Grudki tlenku żelaza są w normalnym przypadku stosowane same lub razem z naturalnymi rudami kawałkowymi, lub spiekami jako jednostki żelaza w wielkich piecach. W obszarze wysokiej temperatury pieca, powyżej około 1000°C, redukcja tlenku żelaza do metalicznego żelaza ulega szybkiemu przyspieszeniu. Ustalono, że podczas tego etapu szybkiej redukcji aglomeraty rudy żelaza mogą tworzyć skupiska wskutek spiekania żelazo-żelazo lub tworzenia żużla o niskotopliwej powierzchni. W miarę dalszego wzrostu temperatury, materiał tworzący ż uż el w aglomeratach zaczyna się topić i ostatecznie „wysięka z aglomeratów. Pierwotne żużle wykazują tendencję do charakteru kwasowego. Te tzw. pierwotne żużle zawierają resztkowy FeO, który jest następnie redukowany przez kontakt z węglem lub gazem redukującym. Żelazo w kontakcie z węglem nawęgla się i topi się. Żu żle tworzone w pierwotnym procesie reagują z innymi zbrylonymi materiałami żużlotwórczymi we wsadzie tworząc wtórne żużle, i następnie ostatecznie z resztkowym popiołem koksu tworząc końcowy żużel, który jest spuszczany z pieca. Ustalono, że ten proces topienia - włączając topienie żelaza i żużla oraz nawęglanie - wpływa znacznie na stabilność w strefie topienia i trzonie pieca, i może wpływać na przepływ gazu. Utrzymywanie płynnego żużla przez proces jest krytyczne dla stabilnej operacji. Jest to szczególnie ważne w przypadku pieców pracujących przy bardzo niskich objętościach żużla, ponieważ zasadowość wtórnego żużla w warstwie rudy zwiększa się wraz z większym ryzykiem skrajnych różnic temperatur topienia między pierwotnym i wtórnym żużlem. W pewnych przypadkach, wskutek endotermicznej redukcji FeO i topienia żelaza, żużle mogą ponownie krzepnąć blokując przepływ gazu przez warstwę rudy i opóźniając dalszą redukcję i topienie. Poprawa dystrybucji materiałów żużlotwórczych zmniejsza skrajne różnice temperatur topienia żużla.

W bardzo wysokich temperaturach, przy dyszach powietrznych i dnie pieca pewne z alkaliów (potas i sód) wchodzące z ładowanym materiałem są redukowane i odparowywane, unosząc się z gazem w szybie pieca. W miarę jak alkalia się unoszą, reagują najpierw ze składnikami kwaś nymi we wsadzie, o których dobrze wiadomo, że wychwytują alkalia. Alkalia nie wychwycone w składnikach kwaśnych nadal wznoszą się i są osadzane jako węglany i cyjanki. Wiadomo, że to osadzanie powoduje zawisanie wsadu i reaguje także z wyłożeniem ogniotrwałym pieca. Wykazano także, że obecność alkaliów w gazie redukującym powoduje degradację koksu i aglomeratów rudy żelaza, co prowadzi do problemów z przenikalnością w zagęszczonym złożu. Stopień cyrkulacji alkaliów i zachowanie koksu oraz wsadu żelaza w obecności alkaliów stanowią stałe źródło problemów w operacjach wielkiego pieca.

Zjawiska tworzenia skupisk rud, słabego tworzenia żużla i zachowania przy topieniu oraz cyrkulacji alkaliów prowadzą do mniej skutecznego kontaktu gaz-ciało stałe, niestabilnego opadania wsadu i niestabilnej jakoś ci surówki, wymagają c wię kszego jednostkowego zu ż ycia paliwa do wielkiego pieca, co prowadzi do niższej wydajności.

Istnieje szereg czynników mineralogicznych do rozważenia, które wpływają na takie zachowanie.

Poprawa jakiegokolwiek z następujących cech zachowania poprawia proces wielkopiecowy i moż e zwiększyć wydajność i efektywność wielkiego pieca.

Przede wszystkim materiały kwaśne - mianowicie materiały zawierające zasadnicze ilości krzemionki lub tlenku glinu, silnie reagują z alkaliami wiążąc je w formach trwalszych niż węglany lub cyjanki. Alkalia cyrkulując w postaci węglanów lub cyjanków osadzają się w szybie pieca blokując przepływ gazu, powodują tworzenie zawisania wsadu na ścianach, tworzenie skupisk warstw rudy i reagują z koksem lub aglomeratami powodując degradację. Dodanie krzemionki, w postaci żwiru jest np. skuteczne w dostosowaniu ostatecznego składu spuszczanego żużla, jednak wielkość cząstek takiego żwiru, zazwyczaj ładowanych przy +6 mm, daje raczej niską powierzchnię dla reakcji gaz-ciało stałe. Wskutek małej powierzchni dodatków zwiększających objętość, reakcja z alkaliami nie jest zmaksymalizowana.

Gdy aglomeraty zaczynają się topić, żużle kwaśne najpierw płyną z aglomeratów rudy żelaza. Żużle wymagają upłynniania przez tlenki rozrywające sieć, takie jak CaO i MgO, które można dodaPL 199 187 B1 wać jako substancje stałe zwiększające objętość, takie jak wapień w postaci brył, żużel konwertorowy, dolomit lub oliwin, typowo przy wielkościach cząstek znacznie ponad 6 mm. Jednak wskutek niejednorodnej dystrybucji płynących cząstek, mogą występować krańcowe składy żużla prowadząc do żużli o wysokiej lepkoś ci blokują cych przepł yw gazu i potencjalnie powodują c tworzenie skupisk grudek, lub w najgorszym przypadku, ponownie zestalając żużel i powodując skrajne tworzenie kanałów gazu i zawisanie.

Tworzenie skupisk aglomeratów rudy żelaza, wskutek spiekania w stanie stałym żelaza lub żużla o niskotopliwej powierzchni, można również złagodzić przez zastosowanie warstwy minerału wysokotopliwego w punktach kontaktu między aglomeratami. Tworzenie skupisk zredukowano w procesie DR przez zastosowanie minerałów wysokotopliwych na powierzchnię grudki DR.

Końcowym aspektem, który nie jest związany z chemicznym zachowaniem pieca, jest rozpylanie wody typowo stosowane, by zminimalizować pylenie podczas transportu. Wilgoci w grudkach należy unikać, ponieważ obniża ona temperatury gazu u szczytu wielkiego pieca, co w pewnych przypadkach wymaga więcej paliwa i zatem obniża wydajność wielkiego pieca. Powstrzymywanie pyłu jest także ważne w procesie wielkopiecowym, ponieważ pyły uchodzące z gazem wielkopiecowym muszą być odzyskiwane i zagospodarowywane. Pyły takie, powszechnie zwane pyłami piecowymi, zarówno oznaczają stratę jednostek żelaza jak i są kosztowne do zagospodarowywania lub recyklingu. Ponadto, zmniejszanie nakurzania w transporcie zmniejsza straty jednostek żelaza i poprawia środowiskowy aspekt wielkopiecowego wytwarzania żelaza.

Opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki US 4 350 523 ujawnia grudki rudy żelaza, które gdy są stosowane w wielkim piecu redukują zużycie koksu i jednostkowe zużycie paliw, a także częstotliwość ślizgania i fluktuacji w procesie wielkopiecowym. Według tego dokumentu podatność na redukcję grudek (tzw. opóźnienie redukcji) w strefie wysokotemperaturowej ulega poprawie przez zwiększenie porowatości i średnicy porów poszczególnych grudek. Grudki są wytwarzane przez dodanie palnego materiału do grudek podczas procesu grudkowania przed wypalaniem grudek.

Opis patentowy RU 173 721 ujawnia problemy z odspajaniem i rozrywaniem grudek w górnej części jednostki redukującej, i problemy przywierania grudek podczas intensywnego tworzenia metalicznego żelaza w środkowej i niższej części szybu pieca. Zgodnie z opisem dokumentu, problemy te są redukowane przez nanoszenie powłoki materiałów zawierających CaO i/lub MgO na „zielone” grudki bezpośrednio przed wypalaniem. Przez zmianę zasadowości warstwy powierzchniowej, właściwości redukcji grudek ulegają poprawie.

Chociaż skuteczność i wydajność wielkiego pieca ulegają stałej poprawie za pomocą różnych środków, proces ten wciąż można poprawić. Przedmiotem niniejszego wynalazku jest zatem dostarczenie sposobu poprawy skuteczności i stabilności paliwa, a przez to szybkości wytwarzania, w sposób nie zmieniający podatności wypalanych grudek na redukcję lub zmniejszenia właściwości degradacji.

Środki dostarczenia takiej poprawy mają zmniejszyć ilość tworzonych kanałów gazu, ślizganie i tworzenie pyłu przez udoskonalone tworzenie ż uż la i zachowanie przy topieniu, zmniejszenie stopnia tworzenia skupisk aglomeratów rudy żelaza, i zmniejszenie lub modyfikację cyrkulacji alkaliów w wielkim piecu.

Zgodnie z tym nieoczekiwanie stwierdzono, że opracowanie rozwiązania zgodnie z propozycjami zasugerowanymi w niniejszym zgłoszeniu zwiększyły skuteczność i szybkość wytwarzania w wielkich piecach.

Przedmiotem wynalazku jest sposób poprawy szybkości produkcji żelaza w wielkim piecu załadowanym aglomeratami zawierającymi żelazo, charakteryzujący się tym, że doprowadza się do kontaktu ładowanego materiału zawierającego żelazo z modyfikującą żużel dyspersją materiału w postaci cząstek, z wytworzeniem powlekającej powierzchniowej warstwy na co najmniej części zewnętrznej powierzchni aglomeratów zawierających żelazo, przy czym to doprowadzanie do kontaktu następuje przed ładowaniem do procesu w wielkim piecu.

Korzystnie, modyfikująca żużel dyspersja zawiera dowolny materiał reaktywny z alkaliami.

Korzystnie, materiał reaktywny z zasadami zawiera dowolny materiał zawierający tlenek glinu lub dowolny materiał zawierający krzemionkę.

Korzystnie, modyfikujący żużel materiał w postaci cząstek wybrany jest z grupy obejmującej: materiał zawierający wapno obejmujący wapno palone, wapień, dolomit, materiał zawierający magnez obejmujący magnezyt, oliwin, serpentyn i peryklaz, materiał zawierający glin obejmujący boksyt, glinki boksytowe i kaolinity, glinki kaolinitowe, mulit, korund, bentonit, silimanity, glinki ogniotrwałe lub mate4

PL 199 187 B1 riał zawierający krzemionkę obejmujący kwarcyt lub dowolne minerały z krzemionką, lub materiał zawierający tlenek obejmujący tlenek baru, lub inny typowy materiał stosowany taki jak ilmenit, rutyl.

Korzystnie, modyfikująca żużel dyspersja obejmuje materiał stały w postaci cząstek w cieczy.

Korzystnie, modyfikująca żużel dyspersja zawiera typowy materiał osłabiający skupiska.

Korzystnie, typowy materiał osłabiający skupiska wybrany jest z grupy obejmującej: materiał zawierający wapno obejmujący wapno palone, wapień, dolomit, materiał zawierający magnez obejmujący magnezyt, oliwin, serpentyn i peryklaz, materiał zawierający glin obejmujący boksyt i kaolinit, mulit, korund, bentonit, silimanity, glinki ogniotrwałe, lub materiał zawierający krzemionkę obejmujący kwarcyt, lub materiał zawierający tlenek obejmujący tlenek baru, lub inny typowy materiał stosowany taki jak ilmenit, rutyl.

Korzystnie, dyspersja osłabiająca skupiska zawiera materiał stały w postaci cząstek w cieczy.

Korzystnie, dyspersja zawiera materiał stały w postaci cząstek, jako mieszaninę dowolnego typowego modyfikującego żużel materiału w postaci cząstek i dowolnego typowego materiału osłabiającego skupiska.

Korzystnie, materiał stały w postaci cząstek jest materiałem stałym w temperaturze powyżej 1000°C, lub gdy jest ogrzewany tworzy fazy stałe w temperaturach powyżej 1000°C.

Korzystnie, dyspersja osłabiająca skupiska obejmuje spoiwo.

Korzystnie, spoiwo obejmuje bentonit, glinkę, materiał typu cementu lub materiał organiczny, który może się utwardzać na cząstkach utrzymując mieszaninę powlekającą na miejscu.

Korzystnie, materiał w postaci cząstek ma zakres wielkości cząstek od 0,05 μm do 500 μm.

Korzystnie, ponad 50% materiału w postaci cząstek ma wielkość cząstek mniejszą niż 45 urn.

Korzystnie, dyspersja składa się z mieszaniny drobno podzielonego materiału w ośrodku ciekłym takim jak szlam.

Korzystnie, szlam powlekający dyspersję ma zawartość substancji stałych w zakresie 1% do 90% mieszaniny.

Korzystnie, szlam powlekający dyspersję ma zawartość substancji stałych wynoszącą 30% mieszaniny.

Korzystnie, aglomeraty zawierające żelazo są w postaci grudek, brykietów lub granulatów.

Powlekanie materiału zawierającego żelazo, takiego jak grudki, który jest bezpośrednio ładowany do wielkiego pieca daje szereg korzyści w porównaniu z nanoszeniem powłoki na grudki „zielone”. Jedną z korzyści z powlekania wypalanych u grudek jest to, że podstawowe właściwości grudek nie są zmieniane przez procedurę powlekania, zatem może być stosowany jakikolwiek materiał powłoki bez zmiany wytrzymałości lub podatności na redukcję grudek. Druga korzyść wynikająca z powlekania wypalanych grudek jest taka, że materiał powłoki wchodzi do wielkiego pieca mineralogicznie niezmieniony i ze znacznie większą powierzchnią dla reakcji, przez to sprzyjając żądanej reakcji gaz-ciało stałe.

Powlekanie wypalanych grudek w wielkim piecu jest korzystne przed uprzednim manipulowaniem, które prowadzi do środowiskowo wrażliwego nakurzania, takim jak ładowanie w porcie ładowania. Powlekanie mogłoby być także wykonane zaraz po wypalaniu lub tuż przed ładowaniem do wielkiego pieca.

Część mieszaniny powlekającej może stanowić materiał spoiwa, taki jak glinka, lub materiał typu cementu, który może się utwardzać na cząstkach utrzymując mieszaninę powlekającą na miejscu na powierzchni.

Aby zmniejszyć cyrkulację alkaliów w procesie wielkopiecowym lub polepszyć charakterystykę topienia żużla cechującą grudki rudy żelaza, obecni wynalazcy badali rozlegle możliwość zmaksymalizowania powierzchni reaktywnej minerału i poprawienia rozkładu materiału żużlotwórczego. Maksymalizację uzyskano przez dyspergowanie powłoki rozmaitych minerałów na powierzchni wypalanych grudek. Zbadano kontrolę tworzenia pyłu przy transporcie, manipulowaniu i tworzeniu pyłu piecowego z punktu widzenia możliwego ulepszenia w połączeniu z badaniem maksymalizacji powierzchni reaktywnej, by osiągnąć wiele korzyści z jednego wynalazku.

Po szeregu badań sprawdzono ulepszenia w procesie wielkopiecowym przez nanoszenie dyspersji zawierającej pewne znane substancje stałe w postaci cząstek, lub co do których uważa się, że wykazują szczególne zachowanie w procesie wielkopiecowym na grudkach rudy żelaza. Ponadto, powlekanie dyspersją może być optymalizowane pod kątem maksymalnego powstrzymania pyłu, minimalizując wskutek tego wymaganą wilgoć powlekanej grudki przy transporcie i manipulowaniu.

PL 199 187 B1

Efektywna powierzchnia szlamu jest szereg rzędów wielkości wyższa niż ładowanie minerału powłoki jako substancji stałej luzem, a zatem znacznie bardziej reaktywna. W ten sposób minerały, które reagują z alkaliami, zwane poniżej materiałami reaktywnymi z zasadami, mogą wychwytywać maksymalną ilość alkaliów w postaci trwalszej niż węglany lub cyjanki, o których wiadomo, że są odpowiedzialne za cyrkulację alkaliów wysoko w szybie wielkiego pieca. Usuwanie alkaliów z gazu stosując minerał dyspergowany na powierzchni grudki ogranicza reakcję alkaliów z koksem, która powoduje degradację koksu lub osadzanie na materiałach ogniotrwałych, powodując zawisanie wsadu i uszkodzenie materia ł ów ogniotrwał ych.

Przez nanoszenie powłoki minerału na powierzchnię grudki można uczynić pierwotne żużle płynące z grudek bardziej jednolitymi w krytycznej reakcji powierzchni, gdy zasadniczo kwaśne żużle pierwotne zaczynają wysiękać. Należy zaznaczyć, że w przypadku materiału kwaśnego reagującego z alkaliami nastą piłaby poprawa w tworzeniu żużla, ponieważ tlenki potasu i sodu obniżają bardzo silnie lepkość kwaśnych żużli.

Przez nanoszenie dyspersji zawierającej substancje stałe w postaci drobnych cząstek o kontrolowanych wielkościach ziarna i różnej polaryzacji powierzchni w porównaniu z tlenkami żelaza, poszczególne cząstki, które w przeciwnym przypadku przeszłyby w uwolnione pyły, bardziej skutecznie przywierają do powierzchni grudki. To silne przywieranie obniża zarówno nakurzanie podczas transportu jak i wychodzenie pyłu z gazem wielkopiecowym.

Wynalazek jest objaśniony poniżej bardziej szczegółowo w oparciu o przykład przedstawiony na następujących rysunkach.

Figura 1 przedstawia odporność na przepływ gazu (wskaźnik odporności wsadu, BRI) i szybkość opadania wsadu podczas doświadczalnych prób wielkiego pieca z grudkami MPBO badanymi z powł okami oliwinu, kwarcytu i dolomitu.

Figura 2 przedstawia zawartość tlenku potasu w żużlu w funkcji zasadowości optycznej podczas wielkopiecowych prób doświadczalnych grudek MPB1 badanych z powłokami oliwinu i kwarcytu.

Figura 3 przestawia zależność między temperaturą surówki i krzemu dla prób doświadczalnych w piecu grudek MPB1 badanych z powł okami oliwinu i kwarcytu.

Figura 4 przedstawia tworzenie żużla bogatego w K2O na powierzchni grudki MPBO pokrytej kaolinitem usuniętej z niższego szybu doświadczalnego wielkiego pieca.

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu poprawy wytwarzania żelaza w wielkim piecu załadowanym aglomeratami zawierającymi żelazo, obejmującego doprowadzanie do kontaktu ładowanego materiału zawierającego żelazo z modyfikującą żużel skuteczną ilością dyspersji materiału w postaci cząstek. Wspomniane doprowadzanie do kontaktu występuje po aglomeracji rudy żelaza i przed ładowaniem do szybu wielkiego pieca.

Ładowany zaglomerowany materiał stosowany zgodnie z wynalazkiem może być w jakiejkolwiek formie, która jest typowa dla przetwarzania w wielkim piecu. W przypadku nieograniczającego przykładu, ładowany materiał może być rudą zaglomerowaną do grudek, brykietów, granulatów itp., lub naturalną zaglomerowaną rudą tlenku żelaza typowo zwaną rudą kawałkową lub rudą kamienną.

Tak jak to jest stosowane w niniejszym tekście, dyspersja oznacza jakiekolwiek rozproszenie lub mieszaninę drobnego, drobno podzielonego i/lub sproszkowanego materiału stałego w ośrodku ciekłym. Podobne terminy szlam, zawiesina itp. są także włączone w termin dyspersja.

Tak jak to jest stosowane w niniejszym tekście, materiał modyfikujący żużel należy rozumieć jako jakikolwiek materiał aktywny w procesie tworzenia żużla. Głównym efektem materiału może być wychwytywanie alkaliów w gazie wielkopiecowym. Tak jak to jest stosowane w niniejszym tekście, materiał reaktywny z zasadami należy rozumieć jako jakikolwiek materiał, który może pomóc w procesie tworzenia żużla przez poprawę dystrybucji lub składu dodawanego materiału żużlotwórczego. Ponadto, tak jak to jest stosowane w niniejszym tekście, skuteczny materiał upłynniający oznacza jakikolwiek materiał, którego głównym efektem jest obniżenie tworzenia skupisk ładowanego materiału zawierającego żelazo po redukcji przez zapobieganie spiekaniu w stanie stałym tworzonego żużla o niskotopliwej powierzchni. Materiały są takż e zwane materia łami skutecznie osłabiającymi tworzenie skupisk.

W jednym wykonaniu aglomeraty zawierające żelazo są w postaci grudek obejmujących spoiwo lub inne dodatki stosowane przy tworzeniu grudek rudy żelaza. Typowe spoiwa i dodatki jak i sposób stosowania spoiw i dodatków są dobrze znane. Jako nieograniczające przykłady takich spoiw i dodatków można podać: glinki, takie jak bentonit, sól metalu alkalicznego karboksymetylocelulozy (CMC), chlorek sodu i glikolan sodu, i inne polisacharydy lub syntetyczne rozpuszczalne w wodzie polimery.

PL 199 187 B1

Dyspersja stosowana zgodnie z wynalazkiem może ewentualnie wykorzystywać układ stabilizujący, który wspomaga utrzymywanie trwałej dyspersji i zwiększa przywieranie materiału w postaci cząstek do aglomeratów zawierających redukowalne żelazo, i/lub umożliwia wyższą zawartość substancji stałych w dyspersji. Można do tego zastosować jakikolwiek typowy znany układ stabilizujący pod warunkiem, że wspomaga stabilizację dyspersji. Przykładami takich środków stabilizujących są: organiczne środki dyspergujące, takie jak poliakrylany, pochodne poliakrylanów itp., i nieorganiczne środki dyspergujące, włączając sodę kaustyczną, popiół, fosforany itp. Korzystne środki stabilizujące obejmują zarówno organiczne jak i nieorganiczne środki stabilizujące, włączając gumy ksantanowe lub ich pochodne, pochodne celulozy, takie jak hydroksyetyloceluloza, karboksymetylceluloza i syntetyczne modyfikatory lepkości, takie jak poliakryloamidy itp.

Tak jak to jest stosowane w niniejszym tekście, materiał w postaci cząstek jest drobno podzielonym proszkopodobnym materiałem zdolnym do tworzenia dyspersji w ośrodku ciekłym takim jak woda.

Jakiekolwiek środki do upłynniania lub dodatki typowo stosowane w wytapianiu żelaza i stali mogą być wykorzystane w dyspersji zgodnie z wynalazkiem. Korzystne są materiały zawierające wapno lub magnez a nieograniczające przykłady to wapno palone, magnezyt, dolomit, oliwin, serpentyn, wapień, ilmenit.

Jakiekolwiek minerały reaktywne z alkaliami mogą być wykorzystane w dyspersji zgodnie z wynalazkiem. Typowe nieograniczające przykłady to: kwarcyt, boksyt lub glinki boksytowe, kaolinit lub glinki kaolinitowe i mulit.

Wielkość cząstek w dyspersji jest określona przez rodzaj materiału w postaci cząstek i jego zdolność do tworzenia dyspersji w ośrodku takim jak woda. Zazwyczaj, średnia wielkość materiału w postaci cząstek będzie w zakresie 0,05 μm do 500 μm.

Wykonując innowacyjny sposób, można zastosować wiele technik do kontaktowania ładowanych aglomeratów zawierających żelazo z materiałem w postaci cząstek. Sposoby korzystnie stosowane obejmują tworzenie dyspersji, która jest doprowadzana do kontaktu z zaglomerowanym materiałem.

Wynalazek zbadano na efekty w procesie wielkopiecowym w szeregu doświadczeń w skali laboratoryjnej jak i pilotowej. Zbadano dwa rodzaje grudek rudy żelaza z różnymi powłokami: grudki MPBO (standardowe grudki LKAB Oliwin) i MPB1 (grudki eksperymentalne LKAB). Ulepszone redukowanie pyłu podczas transportu i manipulowania zweryfikowano w badaniu w pełnej skali na grudkach powlekanych MPBO.

W pierwszej serii badań, oceniono standardowe grudki MPBO. Analizy chemiczne grudek podano w tabeli 1. MPBO-2 i MPBO-3 są grudkami podobnego rodzaju, obydwie są grudkami oliwinowymi z dodatkiem oliwinu i malej ilości wapienia, a grudka MPBO-3 także ma dodaną małą ilość kwarcytu.

Grudkę MPBO-3 zastosowano jako grudkę podstawową w doświadczeniach z powlekaniem, podczas gdy obydwie niepowlekane MPBO-2 i MPBO-3 zastosowano jako materiały odniesienia w doświadczalnym wielkim piecu. Grudki powleczono różnymi rodzajami materiałów powłokowych, przy czym w tym badaniu zastosowano trzy rodzaje materiałów powłokowych: oliwin, kwarcyt i dolomit. Wszystkie z nich zmieszano z 9% bentonitu jako fazą wiążącą. Analizy chemiczne materiałów powłokowych także podano w tabeli 1, podczas gdy rozkłady wielkości materiałów powłokowych podano w tabeli 2, jako frakcje o różnych zakresach wielkości. Wszystkie stosowane materiały są bardzo podobne co do wielkości, z największą częścią < 45 μm (65-70%) i bardzo niewielką ilością > 0,125 mm (1-6%).

Podczas procedury powlekania, grudki usunięto z pojemnika na grudki na taśmie przenośnika. W punkcie przejścia do drugiej taśmy przenośnika, wstępnie zmieszany szlam powlekający był rozpylany przez dwie dysze na strumień grudek. Szlam powlekający składał się ze środka powlekającego zmieszanego z bentonitem, jak opisano powyżej, i wody dodanej, by osiągnąć zawartość substancji stałych 25 %. Przepływy szlamu powlekającego i grudek dobrano tak, by nanosić ilość 4 kg stałych materiałów powłokowych na tonę produktu w postaci grudek.

Analizę chemiczną podstawowych grudek i powlekanych grudek przedstawiono w tabeli 3, gdzie podano też analizy chemiczne grudek pobieranych jako próbki w wielkim piecu. Stwierdzono, że materiały powłokowe pozostają na powierzchni grudek po składowaniu, transporcie, manipulowaniu i przesiewaniu (materiał o wielkości < 6 mm odsiano przed ładowaniem do wielkiego pieca).

PL 199 187 B1

Aby zbadać zachowanie powlekanych grudek w skali laboratoryjnej zastosowano próbę redukcji pod obciążeniem, powszechnie stosowaną dla grudek wielkiego pieca (próba ISO 7992). Próbę ISO 7992 uzupełniono o próbę upuszczania w celu zmierzenia przywierania po redukcji.

W próbie ISO 7992, 1200 g grudek redukuje się izotermicznie w 1050°C do stopnia redukcji 80%, z obciążeniem 500 g/cm² na próbnym złożu podczas redukcji w atmosferze 2% H2, 40% CO i 58% N2. Z punktu widzenia symulowania warunków w szybie wielkiego pieca, próba ISO 7992 z dodaniem procedury spadania jest odpowiednią próbą przywierania dla grudek wielkiego pieca. Temperatura próby 1050°C jest odpowiednia, ponieważ jest temperaturą w przybliżeniu niższego końca strefy rezerwowej, gdzie grudki zaczynają być wystawiane na silniejszy gaz redukujący i redukcja do metalicznego żelaza ulega przyspieszeniu. Może się także tworzyć mała ilość stopionego żużla. Próbka jest następnie chłodzona w azocie i skupiona część próbki jest poddana działaniu próby spadania z 1,0 metra, do 20 spadań . Wynikiem próby jest warto ść wskaź nika przywierania opisują cego tendencję przywierania, SI od 0 (brak zaglomerowanych cząstek przed rozpoczęciem próby spadania (próby spadowej)) do 100 (wszystkie cząstki zaglomerowane nawet po 20 spadaniach). Wyniki tej próby podano w tabeli 4. Dolomit i oliwin wyraźnie wpływają na pomiar przywierania. Jednak kwarcyt nie daje mierzalnego efektu w laboratoryjnej próbie przywierania. Należy zaznaczyć, że mineralogia materiału powłoki może ulec drastycznej zmianie wskutek reakcji wewnątrz wielkiego pieca, i wskaźnik przywierania w pierwszym rzędzie wskazuje na wpływ na powierzchnię i pozostałości materiału na powierzchni. Wyniki laboratoryjnych prób redukcji i przywierania niekoniecznie korelują z lub wyjaśniają ten wpływ w pracy wielkiego pieca.

Wyniki prób mechanicznych i metalurgicznych podano w tabeli 5. Większość parametrów pokrewnych jakości grudki jest marginalnie zależna lub całkiem nie jest zależna od zastosowania powłoki. Uzyskuje się obniżenie wytrzymałości na ściskanie na zimno (Cold Compression Strength (CCS)), o 13 do 29 daN/grudkę lub 6 do 12%, i wartości rozpadu niskotemperaturowego (Low Temperature Disintegration (LTD)), do 18 jednostek procentowych we frakcji > 6,3 mm. Obydwie z tych zmian są w istocie spowodowane przez dobrze znane efekty dodania wody do grudek rudy ż elaza, nie spowodowane przez materiały powłokowe.

W pierwszej serii prób w skali pilotowej, pokryte MPBO grudki opisane powyżej załadowano do doświadczalnego wielkiego pieca LKAB o 1,2 m średnicy trzonu pieca.

Próbę podzielono na pięć różnych etapów:

MPBO-2 etap odniesienia - stosowanie grudek bez powłoki

MPBO-O grudki MPBO-3 pokryte oliwinem

MPBO-D grudki MPBO-3 pokryte dolomitem

MPBO-Q grudki MPBO-3 pokryte kwarcytem

MPBO-3 etap odniesienia - stosowanie grudek bez powłoki

Obydwa rodzaje grudek MPBO-2 i MPBO-3 poddano obróbce w SSAB Tunnplat (Lulea) i SSAB Oxelsund w Szwecji, i w Fundia Koverhar w Finlandii, bez wykazania jakiejkolwiek znaczącej różnicy w pracy wielkiego pieca.

Tabela 6 przedstawia zawartość wilgoci w grudkach i ilości zbrylonych materiałów żużlotwórczych załadowanych do wielkiego pieca dla każdego z etapów próbnych. Grudki MPBO-2 były suche (mniej niż 0,1% wilgoci), podczas gdy grudki MPBO-3 miały zawartość wilgoci 2,2%. Ilość wilgoci dodawanej do grudek podczas procedury powlekania odpowiadała około 1,5%, i wystawienie na działanie wytrącania prowadziło do zwiększenia wilgoci w grudkach o dalsze 0,6 do 0,8%.

Ilość wapienia załadowanego we wsadzie była utrzymywana na niemal stałym poziomie we wszystkich etapach. Aby utrzymać docelową zasadowość i objętość żużla, ilość dodawanego zasadowego BOF-żużla i dodawanego zbrylonego kwarcytu dobrano tak, by skompensować różny skład chemiczny różnych stosowanych materiałów powłokowych.

Pierwotnym celem tej próby było raczej utrzymywanie stabilnej pracy i ustalenie wpływu na tworzenie pyłu piecowego, niż zminimalizowanie jednostkowego zużycia paliwa i maksymalizowanie wydajności pieca. Warunki pracy wielkiego pieca podano w tabeli 7. Pierwotnymi wskaźnikami stabilności procesu są stabilność opadania wsadu i stabilność wskaźnika odporności wsadu (BRI), obliczonego według równania 1.

Równanie 1.

BRI = ([ciśnienie dmuchu]² - [podwyższone ciśnienie w gardzieli]²)/([objętość gazu w spadkach]^1,7 x stała)

PL 199 187 B1

W pierwszej serii prób szybkość opadania wykazała wyraźną poprawę jedynie w przypadku grudek MPBO pokrytych oliwinem i oporność na przepływ gazu była wyraźnie stabilna, gdy stosowano grudki pokryte kwarcytem, fig. 1. Poprawę szybkości opadania w przypadku powłoki oliwinu można przypisać obniżonemu efektowi tworzenia skupisk. Oporność na przepływ gazu jest w pierwszym rzędzie związana z zachowaniem się grudek podczas topnienia. Wskutek fluktuacji w układzie wdmuchiwania węgla jego zastosowanie dla porównania nie umożliwia wyciągania wniosków. Jednak w przypadku grudek MPBO pokrytych kwarcytem stabilność jest nadzwyczaj dobra, i nawet podczas odzysku z ochłodzenia gara pieca w etapie MPBO dla grudek pokrytych dolomitem, oporność na przepływ gazu pozostała stabilna. Ogólny wniosek był taki, że praca przy użyciu pokrytych grudek była bardziej stabilna niż w przypadku niepokrytych grudek odniesienia.

Objętość pyłów wynoszonych przez gaz wielkopiecowy i zbieranych jako pył piecowy obniżyła się wyraźnie dla powlekanych grudek w porównaniu z grudkami niepowlekanymi. Tabela 8 podaje ilości zebranego pyłu piecowego i jego skład. Rozkład średniej wielkości zebranego pyłu piecowego podano w tabeli 2. Jak widać, pył piecowy był zasadniczo bardziej zgrubny niż materiały stosowane do powłoki w tej próbie. Bardziej drobna część pyłu piecowego przechodzi przez cyklon wyłapujący pył i jest zbierana przez następujący po tym elektrofiltr mokry w postaci szlamu. Tabela 9 podaje skład szlamu wielkopiecowego z różnych etapów.

Znaczące obniżenie pyłu wielkopiecowego zebranego w suchym cyklonie wyłapującym pył zaobserwowano podczas prób z powlekanymi grudkami, jak podano w tabeli 7. Objętości pyłu piecowego były wyraźnie niższe dla wszystkich trzech etapów z powlekanymi grudkami w porównaniu z grudkami niepokrytymi. Bilanse masowe oparte na analizach chemicznych pyłu piecowego w tabeli 7 pokazują, że materiał grudek jako pył piecowy opuszczający piec obniżył się o około dwie trzecie. Obserwacje te jeszcze potwierdzono przez to, że w wilgotnej części pyłu piecowego, tj. szlamie, zawartość żelaza także obniżyła się w przypadku stosowania powlekanych grudek, jak widać w tabeli 8.

Należy także zaznaczyć, że ilości drobnych cząstek tworzonych przez miałki koks jak i zbrylonych materiałów żużlotwórczych załadowanych były wszystkie niższe dla etapów z powlekanymi grudkami i z wilgotną grudką MPBO-3 niż dla etapu z suchą grudką MPBO-2. Sądzi się, że jest to spowodowane przez efekt przywierania pyłu do powierzchni wilgotnych lub powlekanych, wilgotnych grudek.

Spodziewano się, że zastosowanie kwaśnego materiału powłoki (kwarcytu lub, w mniejszym stopniu, oliwinu) powinno dać lepsze usuwanie alkaliów przez żużel podczas pracy wielkiego pieca. Spodziewano się tego wskutek bardzo dużego pola powierzchni materiału powłoki dostępnego dla reakcji. Jednak ten spodziewany efekt nie został zweryfikowany podczas pierwszych serii prób z grudkami MPBO. O grudce MPBO wiadomo już było z próbek sondy z doświadczalnego wielkiego pieca, że ma dość dużą zdolność do zbierania alkaliów, i na uzysk może jedynie mieć wpływ skład końcowego żużla wielkiego pieca. Jednak spodziewano się, że wewnętrzna cyrkulacja alkaliów ulegnie zmianie przez kwarcyt powłoki, przy żużlach krzemianowych o wysokiej zawartości alkaliów tworzących się na powierzchni grudki, i znajdzie odbicie w zwiększonej trwałości oporności na przepływ gazu.

W drugiej serii prób poddano ocenie zachowanie doświadczalnego wielkiego pieca w przypadku powlekanych grudek doświadczalnych, zwanych grudkami MPB1 (składy podano w tabeli 10). Zbadano szczegółowo uzysk alkaliów. Rozpatrywano, że absorpcja alkaliów do tego rodzaju grudek była słabsza niż w przypadku grudki typu MPBO, wskutek mineralogii żużla tworzonego w grudce podczas wypalania. Grudki MPBO zawierają pewien nieprzereagowany oliwin i fazy pirokseniczne, które reagują z alkaliami. W grudkach MPBl materiał żużlotwórczy w grudce jest przeważnie bezpostaciowym żużlem, który okazał się niereaktywny względem alkaliów.

Grudki MPB1 powlekano stosując opartą na wodzie dyspersję i uzyskując, odpowiednio, 3,6 kg kwarcytu i 0,4 kg bentonitu, i 3,6 kg oliwinu plus 0,4 kg bentonitu na tonę grudek. Grudki MPB1 powlekano wodą bez jakichkolwiek cząstek stałych jako odniesienie. Procedura powlekania była zasadniczo taka sama jak w przypadku prób z MPBO opisanych uprzednio. I w tym przypadku celem działania była raczej stabilność niż jednostkowe zużycie paliwa i optymalizacja wydajności.

Figura 2 podaje uzysk alkaliów przez żużel wykazujący wyraźnie ulepszone usuwanie alkaliów, tzn. przez żużel z grudkami MPB1 pokrytymi oliwinem lub kwarcytem w porównaniu z grudkami odniesienia MPB1. Piec był cieplejszy w etapie z grudkami MPB1 pokrytymi kwarcytem, prowadząc do różnego rozkładu zasadowości żużla. Pomimo tego, obydwa rodzaje powłoki wykazały ulepszony uzysk alkaliów dla danej zasadowości optycznej żużla. Opadanie wsadu było także bardziej równe przy użyciu powlekanych grudek, jak podano w tabeli 11. Wskaźnik odporności wsadu pozostał niezmieniony, z nieco zwiększającym się odchyleniem dla grudek pokrytych kwarcytem, lecz to należy interpretować

PL 199 187 B1 w powiązaniu z raczej wysoką zawartością krzemu w surówce wskutek tego, że piec był nadmiernie zasilany paliwem. Przy nieznacznie przyciętym jednostkowym zużyciu paliwa podczas etapu dla grudek pokrytych oliwinem, oporność na przepływ gazu była niższa i stabilniejsza niż w przypadku okresu odniesienia.

Ponadto, użycie powlekanych grudek MPB1 poprawiło temperaturę surówki w funkcji zawartości krzemu w surówce. Figura 3 podaje wyniki dla grudek MPB1 pokrytych kwarcytem i oliwinem. Praca przy niższej zawartości krzemu w surówce, utrzymując temperaturę surówki, ma zalety w procesie wielkopiecowym polegające na tym, że umożliwia niższe zużycie koksu, a zatem większą szybkość produkcji, jak i minimalizuje straty żelaza do żużla konwertorowego, przez to poprawiając całkowitą wydajność w procesie wytapiania żelaza i stali. Zarówno zmniejszenie tworzenia skupisk jak i cyrkulacji alkaliów są czynnikami wpływającymi na zależność temperatury i Si surówki. Niższy rozrzut krzemu i temperatury dla powlekanych grudek MPB1 wskazuje na trwalszą strefę topienia i kontakt gaz-ciało stałe w niższej części pieca. Silne tworzenie skupisk może prowadzić do niestopionego, skupionego materiału opadającego do trzonu i obniżenia temperatury ciekłego żelaza. Po drugie, cyrkulacja alkaliów działa jako pompa ciepła przez redukcję w obszarze wysokiej temperatury oraz utlenianie i zestalanie w niższych temperaturach w szybie pieca, przez to usuwając ciepło dostępne dla metalu w strefie wyższej temperatury. Także osadzanie alkaliów w szybie pieca wytwarza pyły, np. węglany, który łatwo recyrkulują i mogą osadzać się wysoko w szybie pieca i dobrze wiadomo, że powodują zawisanie wsadu.

W trzeciej serii prób grudki MPBO był y powlekane stosując podobny ukł ad dyspersji, co dał o 3,6 kg kaolinitu i 0,4 kg bentonitu na tonę grudek. Tabela 12 podaje skład w etapie MPBO dla próbek odniesienia napylanych wodą w tej samej ilości co powlekane grudki, i skład powlekanych grudek. Do wsadu włączono 20% innych grudek stosowanych razem z 80% grudek MPBO w przemysłowym wielkim piecu. Utrzymywano stałą strukturę wsadu: 80% grudek MPBO (powlekanych lub niepokrytych) i 20% innych grudek.

W etapie prób z grudkami MPBO pokrytymi kaolinitem i grudkami MPBO odniesienia, jednostkowe zużycie paliwa było intensywnie przycięte, by je zoptymalizować. Piec pracował z wtryskiem, co daje trwalsze i bardziej wiarygodne dane operacyjne niż wdmuchiwanie węgla. Szybkość wdmuchiwania węgla i charakterystyka spalania nie są tak stabilne jak układy wtrysku oleju lub spalanie oleju przy szybkościach stosowanych w tych próbach.

Najważniejsze wyniki pracy doświadczalnego wielkiego pieca podano w tabeli 13. Grudki pokryte kaolinitem dały w rezultacie bardziej równe opadanie wsadu (wyrażone jako niższe odchylenie standardowe szybkości opadania) i całkowity brak ślizgania, niższe jednostkowe zużycie paliwa o 4 kg/thm. zwiększenie szybkości produkcji, i bardzo znaczące obniżenie objętości pyłu piecowego. Wyniki te wspierają interpretację wyników poprzednich prób i wskazują na obniżenie jednostkowego zużycia paliwa, wzrost wydajności i ulepszoną stabilność pieca.

Badanie próbek usuwanych przez sondy we wsadzie z niższego obszaru szybu pieca pokazuje znaczącą reakcję między powłoką kaolinitu i potasem, tak jak przewidywano.

Figura 4 podaje przykład tworzenia glinokrzemianu potasu z powłoki kaolinitu. Kalsilit zidentyfikowano przez dyfrakcję rentgenowską jako znaczący produkt reakcji powłoki kaolinitu z gazem wielkopiecowym.

Przy transporcie i manipulowaniu grudkami rudy żelaza pył stanowi problem dla środowiska. Próby transportu w pełnej skali wykonano na grudkach MPBO pokrytych kaolinitem, powlekanych przy 4 kg kaolinitu na tonę grudek przez rozpylanie dyspersji wody zawierają cej okoł o 25% substancji stałych i bez użycia bentonitu lub innego spoiwa. Powstrzymywanie pyłu podczas manipulowania i transportu podczas ładowania, rozładowywania i transportu przez przenośnik okazało się znacząco lepsze niż w przypadku stosowania samej wody.

Skuteczność wybranych materiałów powłoki należy rozpatrywać w połączeniu z mineralogią powlekanych grudek. Skuteczna powłoka na jednym typie grudek może być nieskuteczna na innym typie grudek. Warunki w piecu, szczególnie w relacji do czułości pracy na cyrkulację alkaliów, są ważne przy wyborze powłoki.

Zrozumienie reakcji chemicznych między gazem i minerałami, i decydujące czynniki w procesie tworzenia żużla są wymagane do wyboru optymalnej powłoki dla szczególnego typu grudek.

PL 199 187 B1

T a b e l a 1. Analiza chemiczna grudek tlenków i materiałów powłokowych (procenty wagowe)

Materiał	MPBO-2	MPBO-3	Oliwin	Kwarcyt	Dolomit	Bentonit
Fe (%)	66,6	66,6	5,0	0,3	1,0	3,8
SiO2 (%)	1,78	2,00	42,20	98,00	2,00	56,30
CaO	0,32	0,22	0,80	0,02	29,50	2,83
MgO (%)	1,48	1,42	49,50	0,09	21,00	3,73
AI2O3 (%)	0,29	0,29	0,44	1,00	0,37	18,60
TiO2 (%)	0,39	0,37	0,03	0,03	0,00	0,83
MnO (%)	0,06	0,05	0,00	0,01	0,10	0,06
K2O (%)	0,02	0,02	0,02	0,29	0,09	0,57
V2O5 (%)	0,26	0,25	0,02	0,01	0,00	0,05
P2O5 (%)	0,017	0,017	0,030	0,011	0,050	0,160

T a b e l a 2. Rozkład wielkości cząstek materiałów stosowanych jako materiały powłoki, i pył u piecowego z doś wiadczalnego wielkiego pieca

Zakres wielkości (mm)	<0,045	0,045- 0,063	0,063- 0,075	0,075- 0,125	0,125- 0,250	0,250- 0,500	0,500-1	>1
Oliwin (%)	68	11	5	13	2	1	0	0
Dolomit (%)	67	143	7	11	1	1	0	0
Kwarcyt (%)	70	9	4	10	6	1	0	0
Bentonit (%)	65	21	10	3	1	0	0	0
Pył piecowy (%)	9	11	8	24	35	12	1	0

T a b e l a 3. Składy grudek przed i po powlekaniu (procenty wagowe). Pokazane wyniki: a) analiza chemiczna przed powlekaniem, b) oczekiwane wyniki po powlekaniu (obliczone), c) analiza chemiczna grudek po powlekaniu i d) analiza chemiczna próbek pobranych w miejscu pieca tj. po przechowywaniu (na zewnątrz 4 do 6 tygodni), transporcie, manipulowaniu i przesiewaniu pod względem wielkości (+6 mm)

Materiał	Próbka	Powlekanie	SiO2 (%)	MgO (%)	CaO (%)	Fe (%)
MPBO-3	a) materiał podstawowy	Brak	2,00	1,42	0,22	66,60
MPBO-O	b) teoretyczna	Oliwin	2,16	1,60	0,22	66,33
MPBO-O	c) z instalacji grudek	Oliwin	2,16	1,65	0,26	66,39
MPBO-O	d) w miejscu BF	Oliwin	2,15	1,64	0,20	66,44
MPBO-Q	b) teoretyczna	Kwarcyt	2,37	1,42	0,22	66,33
MPBO-Q	c) z instalacji grudek	Kwarcyt	2,42	1,40	0,20	66,24
MPBO-Q	d) w miejscu BF	Kwarcyt	2,50	1,44	0,19	66,24
MPBO-D	b) teoretyczna	Dolomit	2,01	1,50	0,31	66,33
MPBO-D	c) z instalacji grudek	Dolomit	2,01	1,50	0,38	66,49
MPBO-D	d) w miejscu BF	Dolomit	1,98	1,50	0,29	66,55

PL 199 187 B1

T a b e l a 4. Współczynnik przywierania niepowlekanych i powlekanych grudek wg próby ISO 7992 redukcji pod obciążeniem i procedury spadania (średnia z dwóch prób)

Mierzona wielkość	MPBO-3	MPBO-O	MPBO-D	MPBO-Q
Współczynnik przywierania, SI	95	47	35	95
Czas redukcji (min)	73	75	75	83

T a b e l a 5. Wyniki prób mechanicznych i metalurgicznych grudek tlenków i powlekanych grudek

	Norma ISO	MPBO-3	MPBO-O	MPBO-D	MPBO-Q
Wytrzymałość na ściskanie na zimno (daN/grudkę)	ISO 4700	232	203	215	219
Wytrzymałość w próbie bębnowej (%+6,3 mm)	Modyfikowana ISO 3271¹)	95,0	95,2	95,0	94,6
Ścieralność (% -0,5 mm)	4,5	4,4	4,4	4,8
Rozpad w niskiej temp. (% +6,3 mm)	ISO 13930	67,6	49,6	67,3	56,6
(% -0,5 mm)	9,5	12,2	11,5	11,0
Podatność na redukcję, R40 (% 0/min)	ISO 4695	0,52	0,53	0,56	0,54
ITH (% +6,3 mm)²⁾	71,8	74,8	68,4	74,1
Spadek ciśnienia, Dp (mm H2O)	ISO 7992	12,9	9,7	12,2	11,2
Zużycie koksu (kg/tHM)	6,0	3,6	6,2	6,3

1) próbka 3 kg (mniej niż w ISO 3271, gdzie bada się próby 15 kg)

2) wytrzymałość po redukcji (materiał zredukowany wg ISO 4695 poddany działaniu mechanicznemu i przesiany)

T a b e l a 6. Zawartość wilgoci w grudkach i ilości materiałów żużlotwórczych załadowanych w próbach doświadczalnych wielkiego pieca

Okres	MPBO-2	MPBO-O	MPBO-D	MPBO-Q	MPBO-3
Wilgotność grudek (%)	0,1	2,1	2,2	2,3	2,2
Wapień (kg/tHM)	48	48	49	49	49
BOF-żużel (kg/tHM)	45	41	42	48	48
Kwarcyt (kg/tHM)	17	15	17	11	17
Zużycie koksu (kg/tHM)	408	410	414	421	430

T a b e l a 7. Parametry pracy wielkiego pieca podczas prób

Okres	MPBO-2	MPBO-O	MPBO-D	MPBO-Q	MPBO-3
Czas trwania (h)	85	83	48	68	27
Temperatura dmuchu (°C)	1198	1197	1198	1197	1197
Objętość dmuchu (Nm³/h)	1590	1589	1591	1590	1570
Wtryskiwanie węgla, PCI (kg/tHM)	133	131	123	127	122
Wzbogacanie w tlen (%)	3,3	3,4	3,5	3,4	3,4
Wilgotność dmuchu (g/Nm³⁾	26	26	27	27	27
Temp. płomienia (obl.)	2188	2195	2201	2201	2204
Podwyższone ciśnienie w gardzieli (bar, względne)	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0

PL 199 187 B1

T a b e l a 8. Ilości pyłu żużlowego, skład (procenty wagowe) i oszacowane pochodzenie

Okres	MPBO-2	MPBO-O	MPBO-D	MPBO-Q	MPBO-3
Pył żużlowy, suchy (kg/tHM)	5,4	2,9	2,7	3,0	4,4
Fe (%)	21,6	13,8	bd	13,3	21,8
SiO2 (%)	11,1	15,9	bd	20,8	17,7
CaO (%)	16,2	14,1	bd	12,1	14,2
MgO (%)	4,3	9,2	bd	6,3	6,8
Al2O3 (%)	3,0	4,2	bd	4,0	4,0
MnO (%)	0,3	0,4	bd	0,4	0,3
K2O (%)	0,3	0,5	bd	0,4	0,6
C (%)	20,4	26,0	bd	31,2	16,5
Z grudek (kg/tHM)	1,5	0,5	bd	0,5	1,3
Z koksu (kg/tHM)	1,4	0,9	bd	1,1	0,9
Z wapienia (kg/tHM)	1,0	0,5	bd	0,4	0,8
Z BOF-żużla (kg/tHM)
Z BOF-żużla (kg/tHM)	1,0	0,5	bd	0,5	0,7
Z kwarcytu (kg/tHM)	0,5	0,3	bd	0,3	0,7
Z powlekania oliwinem (kg/tHM)	-	0,2	-	-	-
Z powlekania kwarcytem (kg/tHM)	-	-	-	0,2	-

T a b e l a 9. Analiza chemiczna (procenty wagowe) szlamu, zebranego przez elektrofiltr mokry, w próbach w doś wiadczalnym wielkim piecu

Okres	MPBO-2	MPBO-O	MPBO-D	MBPO-Q	MPBO-3
Fe (%)	6,2	2,4	1,6	1,1	bd
SiO2 (%)	19,2	20,2	22,6	18,2	bd
CaO (%)	8,8	7,3	8,0	7,4	bd
MgO (%)	8,7	10,3	14,7	10,7	bd
Al2O3	6,1	6,6	8,4	8,3	bd
MnO (%)	0,6	0,5	0,7	0,5	bd
K2O (%)	1,2	1,1	1,0	0,7	bd
Na2O (%)	10,4	9,2	6,5	7,7	bd
V2O₅ (%)	0,2	0,2	0,2	0,1	bd
F2O₅ (%)	0,1	0,2	0,2	0,1	bd
C (%)	16,0	17,0	11,8	12,3	bd
S (%)	0,3	0,2	0,1	0,2	bd

PL 199 187 B1

T a b e l a 10. Kompozycja i właściwości metalurgiczne grudek MPB1 i powlekanych grudek MPB1 badanych w doświadczalnym wielkim piecu

	Grudki MPB1	Grudki MPB1 powlekane kwarcytem	Grudki MPB1 powlekane oliwinem
Fe (% wag.)	66,8	66,6	66,3
CaO (% wag.)	1,45	1,53	1,53
MgO (% wag.)	0,31	0,35	0,49
S1O2 (% wag.)	1,44	2,02	1,70
A^Oa (% wag.)	0,35	0,37	0,38
Wilgoć (% wag.)	0,7	1,0	1,2
Wytrzymałość na ściskanie na zimno SO4700 (daN/grudkę)	291	277	279
Rozpad w niskiej temp. ISO 13930 (% +6,3 mm)	78	82	75
LTD ISO 13930 (% -0,5 mm)	12	10	15
Podatność na redukcję, R40 ISO 4695 (% 0/min)	1,2	1,2	1,2
ITH¹⁾ (% + 6,3 mm)	78	83	83

¹⁾ wytrzymałość po redukcji (materiał zredukowany według ISO 4695 poddany działaniu mechanicznemu i przesiany)

T a b e l a 11. Podsumowanie wyników eksploatacyjnych w doświadczalnym wielkim piecu porównując grudki MPB1 z powlekanymi grudkami MPB1

	MPB1	MPB1 powlekane kwarcytem	MPB1 powlekane oliwinem
Czas badania (h)	42	67	76
Eta CO (%)	47,4	46,9	47,5
STD BDR (cm/min)	0,52	0,35	0,48
Szybkość produkcji (t/h)	1,56	1,54	1,57
Zużycie koksu (kg/thm)	400	400	396
Zużycie węgla (kg/thm)	123	127	124
Średnia temp. gorącego metalu (°C)	1433	1445	1450
Średnia Si gorącego metalu (%)	1,62	1,71	1,53

T a b e l a 12. Skład grudek MPBO i powlekanych kaolinitem grudek MPBO badanych w doś wiadczalnym wielkim piecu

% wag.	Grudki MPBO	Grudki MPBO powlekane kaolinitem
Fe	66,6	66,4
CaO	0,38	0,40
MgO	1,52	1,49
SiO2	1,74	1,98
Al2O3	0,33	0,52
Wilgoć	1,8	16

PL 199 187 B1

T a b e l a 13. Podsumowanie wyników eksploatacyjnych w doświadczalnym wielkim piecu porównując niepowlekane grudki MPBO z powlekanymi kaolinitem grudkami MPBO

	MPBO-referencyjne	MPBO-powlekane kaolinitem
Czas (h)	50	62
Objętość dmuchu (nm³/h)	1516	1516
Wzbogacanie w tlen (%)	101	101
Produkcja (t/dzień)	34,1	34,6
STD BDR (cm/min)	1,53	1,15
BRI (-)	6,74	6,38
STD BRI (-)	0,33	0,21
Zużycie koksu (kg/thm)	404	403
Zużycie oleju (kg/thm)	121	118
HM Si (%)	1,24	1,23
HM T (°C)	1422	1425
HM C (%)	4,49	4,56
Pył żużlowy (kg/thm)	5,6	3,6
Liczba poślizgów/dzień	3,8	0,0

Zastrzeżenia patentowe

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób poprawy szybkości produkcji żelaza w wielkim piecu załadowanym aglomeratami zawierającymi żelazo, znamienny tym, że doprowadza się do kontaktu ładowanego materiału zawierającego żelazo z modyfikującą żużel dyspersją materiału w postaci cząstek, z wytworzeniem powlekającej powierzchniowej warstwy na co najmniej części zewnętrznej powierzchni aglomeratów zawierających żelazo, przy czym to doprowadzanie do kontaktu następuje przed ładowaniem do procesu w wielkim piecu.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że modyfikująca żużel dyspersja zawiera dowolny materiał reaktywny z alkaliami.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że materiał reaktywny z zasadami zawiera dowolny materiał zawierający tlenek glinu lub dowolny materiał zawierający krzemionkę.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że modyfikujący żużel materiał w postaci cząstek wybrany jest z grupy obejmującej: materiał zawierający wapno obejmujący wapno palone, wapień, dolomit, materiał zawierający magnez obejmujący magnezyt, oliwin, serpentyn i peryklaz, materiał zawierający glin obejmujący boksyt, glinki boksytowe i kaolinity, glinki kaolinitowe, mulit, korund, bentonit, silimanity, glinki ogniotrwałe, lub materiał zawierający krzemionkę obejmujący kwarcyt lub dowolne minerały z krzemionką, lub materiał zawierający tlenek obejmujący tlenek baru, lub inny typowy materiał stosowany taki jak ilmenit, rutyl.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że modyfikująca żużel dyspersja obejmuje materiał stały w postaci cząstek w cieczy.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że modyfikująca żużel dyspersja zawiera typowy materiał osłabiający skupiska.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że typowy materiał osłabiający skupiska wybrany jest z grupy obejmującej: materiał zawierający wapno obejmujący wapno palone, wapień, dolomit, materiał zawierający magnez obejmujący magnezyt, oliwin, serpentyn i peryklaz, materiał zawierający glin obejmujący boksyt i kaolinit, mulit, korund, bentonit, silimanity, glinki ogniotrwałe, lub materiał zawierający krzemionkę obejmujący kwarcyt, lub materiał zawierający tlenek obejmujący tlenek baru, lub inny typowy materiał stosowany taki jak ilmenit, rutyl.
8. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że dyspersja osłabiająca skupiska zawiera materiał stały w postaci cząstek w cieczy.

PL 199 187 B1
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dyspersja zawiera materiał stały w postaci cząstek, jako mieszaninę dowolnego typowego modyfikującego żużel materiału w postaci cząstek i dowolnego typowego materiał u osł abiają cego skupiska.
10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że materiał stały w postaci cząstek jest materiałem stałym w temperaturze powyżej 1000°C, lub gdy jest ogrzewany tworzy fazy stałe w temperaturach powyżej 1000°C.
11. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że dyspersja osłabiająca skupiska obejmuje spoiwo.
12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że spoiwo obejmuje bentonit, glinkę, materiał typu cementu lub materiał organiczny, który może się utwardzać na cząstkach utrzymując mieszaninę powlekającą na miejscu.
13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał w postaci cząstek ma zakres wielkości cząstek od 0,05 μm do 500 μm.
14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ponad 50% materiału w postaci cząstek ma wielkość cząstek mniejszą niż 45 μm.
15. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dyspersja składa się z mieszaniny drobno podzielonego materiału w ośrodku ciekłym takim jak szlam.
16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że szlam powlekający dyspersję ma zawartość substancji stałych w zakresie 1% do 90% mieszaniny.
17. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że szlam powlekający dyspersję ma zawartość substancji stałych wynoszącą 30% mieszaniny.
18. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że aglomeraty zawierające żelazo są w postaci grudek, brykietów lub granulatów.