Granulierung von flüssigem Eisen

Granulierung von flüssigem Eisen

Die Granulierung von flüssigem Eisen ist eine Methode zur Handhabung der überschüssigen Produktion von heißem Metall in einem Hochofen (BF), das nicht durch die Stahlherstellung im Stahlschmelzwerk eines integrierten Eisen- und Stahlwerks verbraucht werden kann. Es ist eine kostengünstige Methode zur Herstellung eines festen Produkts, das als granuliertes Eisen (GI) bekannt ist. GI hat gute chemische und physikalische Eigenschaften wie Roheisen und kann als Hauptrohstoff für die Stahlherstellung verwendet werden.

GI hat eine identische chemische Zusammensetzung wie das flüssige Eisen, das granuliert wird. Es gibt keine Oxidation oder Schlackeneinschlüsse im GI und es gibt einen hohen Metallgehalt. Abb. 1 zeigt einige Teile von GI.

Abb. 1 Granuliertes Eisen

Eine GI-Anlage kümmert sich um jedes Missverhältnis zwischen der Produktion in den Eisenwerken und dem Bedarf an flüssigem Eisen in den Stahlwerken. Es ist logistisch zwischen den beiden Einrichtungen positioniert. Überschüssiges flüssiges Eisen aus der BF wird zur GI-Anlage zur Herstellung von GI umgeleitet. Dadurch entfällt die Reduzierung des Heißwindvolumens am BF während der Herstellung von GI, das als internes Ausgangsmaterial als Kühlmittel im BOF oder für externe Verkäufe verwendet werden kann, um von den Kupolöfen, Induktionsöfen (IF) und Elektrolichtbogenöfen (EAF) verwendet zu werden.

GI-Anlagen können mit Kapazitäten gebaut und betrieben werden, die mit den BF-Leistungen übereinstimmen. Sie sind eine Alternative zu den Schweinegießmaschinen (PCM), jedoch mit erheblich höheren Kapazitäten. Durch die Erstarrungszeit des flüssigen Eisens in den Kokillen sind die Kapazitäten auch von Doppelstrang-PCM begrenzt. Die PCMs erfordern aufgrund des komplexen Designs auch eine häufige mechanische Wartung. Das GI hat identische Eigenschaften wie Roheisen, jedoch mit dem zusätzlichen Vorteil, dass es in Behältersystemen gehandhabt werden kann.

Die vier grundlegenden Schritte des Granulierungsprozesses für flüssiges Eisen sind die folgenden.

• Steuerung des flüssigen Eisenflusses zum Granulator
• Granulierung durch Bildung von Tröpfchen aus flüssigem Eisen und deren schnelles Abschrecken in Wasser
• Entladung von erstarrtem und abgekühltem GI in der Regel durch Luft-Wasser-Ejektor
• Entwässerung von GI und Transport zum Lagerort

Die Ausrüstung und der Prozess der Granulierung

  Die Ausrüstung kann für die Granulierung großer Chargen flüssigen Eisens und mit der Produktionsrate eines BF ausgelegt werden. Das Prinzip basiert auf der Wärmeübertragung zwischen dem flüssigen Eisen und dem Kühlwasser. Die beim Abkühlen und Erstarren des flüssigen Eisens freigesetzte Wärme wird auf das Kühlwasser übertragen, das die Wärme aus dem Prozess abführt.

Die für die Granulierung von Eisen verwendeten Ausrüstungen sind Standardausrüstungen.

Für die Handhabung von Flüssigeisenpfannen in der Granulationsanlage wird ein Doppelpfannenrevolver verwendet, ähnlich dem Revolver, der in einer Stranggussmaschine verwendet wird. Der Turm in Kombination mit einem Tundish kann einen reibungslosen Sequenzbetrieb in der Granulationsanlage ohne Unterbrechungen zwischen Flüssigeisenpfannen gewährleisten.

Tundishes, die zum Granulieren von Eisen verwendet werden, sind Standard-Stranggusstundishes mit geringfügigen Modifikationen. Tundishes sind entweder mit einem Stopfenstangensystem oder einem Schiebersystem ausgestattet. Dies ermöglicht ein schnelles Stoppen der Granulation im Falle eines Problems. Zur Steuerung der Granulationsrate kann ein Standardsystem verwendet werden. Üblicherweise werden Tundish und Düse vor Beginn der Granulierung ca. 20 bis 30 Minuten vorgeheizt.

Der Granulator für flüssiges Eisen ist das Herzstück des Prozesses. Es besteht aus einem Tank, der Wasser enthält und einen Verteiler für flüssiges Eisen hat. Die Hauptfunktion des Flüssigeisenverteilers besteht darin, den Flüssigeisenstrom in kleinere Partikel aufzuteilen und gleichmäßig über die Wasseroberfläche zu verteilen. Die Aufteilung des flüssigen Eisenstroms stellt nicht nur eine größere Oberfläche zum schnelleren Abkühlen des flüssigen Eisens bereit, sondern verteilt das flüssige Eisen auch über eine größere Oberfläche im Granulator. Dies trägt auch dazu bei, eine Wärmekonzentration in einem kleineren Wasservolumen zu vermeiden und ermöglicht somit eine hohe Fließgeschwindigkeit des flüssigen Eisens. Der Flüssigeisenverteiler ist eine kritische Ausrüstung, da er Temperaturschocks und langfristigen Einwirkungen des Flüssigeisenstroms standhalten muss.

Die äußere Oberfläche der flüssigen Eisentröpfchen verfestigt sich auf ihrem Weg vom Verteiler zur Wasseroberfläche und vor dem Durchdringen der Wasseroberfläche. Der verbleibende innere Teil des halbflüssigen Tröpfchens, jetzt ein Granulat, wird beim Auftreffen auf die Wasseroberfläche abgeschreckt und beginnt seine Bewegung im Wasservolumen. Zum Zeitpunkt des Aufpralls von Granulat auf das Wasser werden sie leicht verformt, werden jedoch daran gehindert, sich aufzuspalten, wodurch die Bildung von Feinanteilen vermieden wird.

Während der Bewegung des Eisengranulats durch das Wasser im Granulierbehälter wird die Wärme des Eisens auf das Kühlwasser übertragen. Durch das Kühlwasser erreicht das Granulat eine Temperatur unter 100 Grad C.

Bei einer Granulationsrate von 100 Tonnen/h liegt die erzeugte Wärmelast, die von flüssigem Eisen auf Kühlwasser übertragen wird, im Bereich von etwa 8 M cal/Sekunde. Das Wassersystem ist für diese Größenordnung der Wärmebelastung ausgelegt. Im Wassersystem wird die Wärme so auf das Wasser verteilt, dass die Wärmekonzentration (Wärme-/Volumeneinheit) geringer als die kritische Konzentration für Dampfexplosionen ist.

Der Granuliertank enthält ein ausreichendes Wasservolumen, das notwendig ist, um die Tröpfchen aus flüssigem Eisen aufzunehmen, die durch Aufteilen des Stroms aus flüssigem Eisen und durch das Aufprallmoment des Stroms aus flüssigem Eisen auf der Wasseroberfläche gebildet werden.

Das Design und die Konstruktion des Wassertanks erleichtern die Konzentration und den Abfluss der gekühlten GI-Stücke aus dem Tank. Luft-Wasser-Ejektorsysteme werden normalerweise zum Austrag von abgekühltem Eisengranulat eingesetzt.

Die entladenen verfestigten GI werden entwässert und vom Förderband zum Lagerbereich befördert, wo sie für den Versand auf Halde gelagert werden.

Das Wasserkühlungs- und Handhabungssystem ist sorgfältig ausbalanciert, um sicherzustellen, dass die große Menge an Wärme, die durch das flüssige Eisen hinzugefügt wird, durch das Kühlwasser abgeführt wird. Das Wassersystem ist normalerweise ein Prozesswassersystem mit geschlossenem Kreislauf. Der Kühlwasserstrom im Granuliertank ist gegenläufig zur Bewegung des flüssigen Eisens. Beim Fließen im Granulatbehälter nimmt das Wasser die Wärme des flüssigen Eisens auf und erwärmt sich. Das erhitzte Wasser aus dem Granulattank wird entfernt und zurück zum Wasseraufbereitungssystem geleitet. Das zurückgeführte heiße Prozesswasser wird entweder in einem Kühlturm oder durch Wärmetauscher gekühlt.

Anlagen zur Granulierung von flüssigem Eisen sind in der Regel vollständig automatisiert, sodass für den gesamten Betrieb nur wenig Personal benötigt wird. Die Durchlaufzeit für die Granulierung von Eisen beträgt üblicherweise etwa 30 bis 40 Sekunden und hat eine Prozessausbeute von mehr als 99 %. Dies ist eine gute Verbesserung im Vergleich zu den niedrigeren Ausbeuten, die in den PCMs erzielt werden.

Im Folgenden sind die wichtigen Merkmale des Verfahrens zum Granulieren von flüssigem Eisen aufgeführt.

• Kurze Anlaufzeit, um Entscheidungen in letzter Minute zur Umleitung von flüssigem Eisen aus den Stahlwerken zu treffen
• Schnelle Verarbeitungszeit vom flüssigen Eisen zum gekühlten GI
• Keine Änderung in der chemischen Analyse von Eisen aufgrund des schnellen Abschreckens
• Mehr als 99 % der Prozessausbeute
• Robuster Prozess mit hoher Verfügbarkeit und begrenzter Wartung aufgrund der Verwendung von Standardgeräten
• Einfach zu bedienen
• Hohe Produktionskapazität passend zur Leistung von BF
• Herstellung eines erstklassigen Eisenprodukts, das keiner weiteren Verarbeitung bedarf
• Geringe Umweltbelastung
• Flexibles Layout und kann im vorhandenen verfügbaren Raum untergebracht werden
• Niedrige Betriebskosten
• Angemessene Investitionskosten

Granuliertes Eisenprodukt

GI hat konsistente physikalische und chemische Eigenschaften. Es kombiniert den hohen Metallgehalt von erstklassigem Schrott mit den niedrigen Reststoffgehalten von Neueisenquellen. Aus praktischer Sicht ist die hohe Schüttdichte und physikalische Form für eine effiziente Materialhandhabung geeignet.

Die chemische Zusammensetzung von GI ist die gleiche wie die des flüssigen Eisens. Typische Analysen sind 4 % bis 4,5 % Kohlenstoff, 0,5 % bis 0,6 % Silizium und etwa 95 % bis 95,5 % Eisen. Begleitelemente (Kupfer, Nickel, Molybdän und Zinn) sind bis maximal 0,05 % enthalten.

GI haben eine kompakte und kleine Form einer abgeflachten Kugel, was zu einer hohen Schüttdichte von etwa 4 Tonnen/m³ führt. Die Größe des GI liegt im Bereich von 8 mm bis 25 mm. GI hat einen hohen Ruhewinkel, der einen effektiven Transport und eine effektive Lagerung ermöglicht.

Einige der Eigenschaften von GI sind unten aufgeführt.

• Homogene Zusammensetzung
• Praktisch kein Oxidgehalt
• Hohe Metallausbeute bei der Stahlherstellung
• Sehr gute Vorwärmeigenschaften und schnelles Schmelzen/Auflösen bei Zugabe zum metallurgischen Prozess
• Hat Eisencarbid in der Matrix, was für den Ersatz von Schrott bei EAF-Operationen von Vorteil ist
• Hohe Schüttdichte
• Inert während Versand und Lagerung
• Hat Größe und Form, die die Handhabung mit Förderband, Magnet, Frontlader, Behältersystemen und Schrottkipper erleichtern
• Hat eine hohe physikalische Festigkeit und Form, die Abbrüche während der Handhabung verhindert und Staubbildung reduziert
• Zeigt kein pyroforisches Verhalten und kann daher ohne Bedenken hinsichtlich Verbrennung transportiert und gehandhabt werden. Es ist während des Transports und der Lagerung inert

Die Einfachheit des Verfahrens zum Erstarren und Kühlen von flüssigem Eisen in Kombination mit einer hohen Kapazität, die einem Standard-BF-Durchsatz entspricht, macht das Verfahren zum Granulieren von Eisen für die Installation in integrierten Eisen- und Stahlwerken geeignet.