Verwendung von Eisenerzpellets in Hochofenlast

Verwendung von Eisenerzpellets in der Hochofenlast

  Das Pelletieren ist ein Prozess, bei dem sehr fein gemahlene Eisenerzpartikel mit einer Größe von weniger als 200 Mesh mit Zusatzstoffen wie Bentonit gemischt und dann mit einem Pelletierer zu ovalen/kugelförmigen Klumpen mit einem Durchmesser von 8 bis 20 mm geformt und die Kugeln durch Brennen gehärtet werden mit einem Kraftstoff. Es ist der Prozess der Umwandlung von Eisenerzfeinstoffen in „Eisenerzpellets einheitlicher Größe“, die direkt in einen Hochofen geladen werden können. Abb. 1 zeigt Eisenerzpellets.

Abb. 1 Eisenerzpellets

Es stehen mehrere Verfahren/Technologien zum Pelletieren von Eisenerz zur Verfügung. Derzeit sind jedoch das Verfahren mit geradem Wanderrost (STG) und das Verfahren mit Rostofen (GK) beliebter.

Die physikalischen Eigenschaften von Eisenerzpellets sind unten angegeben.

•     Größe – 8–20 mm

•     pH (40 gm/L, 20 °C; Aufschlämmung in Wasser) – 5,0 – 8,0

•     Schmelzpunkt – 1500–1600 °C

•     Schüttdichte –  2,0 -2,2 t/m³

•     Tumbler-Index (+6,3 mm) – 93-94 %

•     Abriebindex (-0,5 mm) – 5-6 %

•     Druckfestigkeit (daN/p) – ca. 250

•     Porosität –> 18 %

Die chemische Analyse von Eisenerzpellets ist unten angegeben.

BF-Note                     DRI-Note

Fe                                           %         63 – 65,5                       65 - 67,8

SiO2 + Al2O3                        %              <5                                 <5

CaO + MgO                           %           Bis zu 3                      Bis zu 0,10

P, max                                   %              0,05                              0,05

S, max                                   %              0,01                             0,01

Basizität, min                          %              0,5

Auflösung (-3,15 mm)   %                                                   2

Schwellungsindex                        %            13-18

Reduzierbarkeit                            %                65

Verschiedene ISO-Standardtests für Pellets sind in Tab 1

angegeben

Tab 1 ISO-Standardtests für BF-Pellets
ISO-Standardtest	Messwerte	Zweck
ISO 4700 /Bruchfestigkeit	daN	Pellet kaltstärke
ISO 3271 /Tumblerfestigkeit	Brüche +6,3 mm und -0,5 mm	Neigung zum Abrieb
ISO 13930 / Reduktionszersetzung bei niedriger Temperatur	Brüche +6,3, -3,15 und -0,5 mm	Tendenz zur Verschlechterung bei niedrigen Temperaturen
ISO 4698 /Freies Quellen	Volumen %	Erhöhte Neigung zur Schwellung
ISO 4695 / Reduzierbarkeit	Ermäßigungssatz um 40 % reduziert	Reduzierbarkeit
ISO 7992 / Reduzierung unter Last	1. Ermäßigungssatz um 40 % reduziert	Reduzierbarkeit, Erweichungs-/Schmelzverhalten
	2. Druckabfall bei 80 % reduziert
	3. Bettschrumpfung um 80 % reduziert

Die Qualität der Pellets wird durch die Art des Erzes oder Konzentrats, die damit verbundene Gangart, Art und Menge der zugesetzten Flussmittel beeinflusst. Diese Faktoren führen wiederum zu einer Variation der physikalisch-chemischen Eigenschaften der koexistierenden Phasen und ihrer Verteilung während der Pelletinduration. Die Eigenschaften der Pellets werden daher maßgeblich durch Form und Grad der Bindung zwischen den Erzpartikeln und die Stabilität dieser Bindungsphasen bei der Reduktion von Eisenoxiden im Hochofen bestimmt. Da die Bildung von Phasen und Gefüge während der Induration von Art und Menge der zugesetzten Flussmittel abhängt, wirken sich Flussmittel hinsichtlich CaO/SiO2-Verhältnis und MgO-Gehalt auf die Pelletqualität aus.

Geschichte der Verwendung von Eisenerzpellets im Hochofen

  Die Geschichte der Pellets begann 1912, als der Schwede A.G. Andersson ein Pelletierverfahren erfand.

Die kommerzielle Nutzung von Pellets begann jedoch in den USA nach dem 2. Weltkrieg. Verschiedene Studien wurden mit dem Ziel durchgeführt, die riesigen Taconitvorkommen im Gebiet um die Großen Seen zu erschließen. 1943 erfand Dr. Davis, Professor an der Mines Experiment Station der University of Minnesota, ein Verfahren zur Verarbeitung von Taconit, das minderwertiges Eisenerz enthält. Sein Verfahren umfasste das Mahlen von Taconit, um Ganggestein zu entfernen, und das Veredeln des Eisenerzes (d. h. ein Erzaufbereitungsverfahren). Das resultierende hochgradige Erz liegt in Form von feinen Partikeln mit einer Größe von 0,1 mm oder weniger vor, die nicht zum Sintern geeignet sind. Dieses Problem führte zur Entwicklung der Pelletierung dieser feinen Teilchen. Pelletieranlagen spielen heute eine wichtige Rolle in einer Zeit, in der die weltweiten Reserven an hochwertigem Stückerz schrumpfen. Die Anlagen fördern die Konzentration von minderwertigem Erz zu veredelten Pellets, die zunehmend von Hochöfen und Direktreduktionsöfen verwendet werden.

Die Eisenherstellung in den USA basierte in der Vergangenheit weitgehend auf Pellets, vor allem, weil alle lokalen Eisenerze aufbereitet (hochgestuft) werden mussten, indem sie zu feinen Partikeln (<0,1 mm) gemahlen und diese Feinanteile zu Pellets agglomeriert wurden, aber auch, weil dies Sinteranlagen sind aus Umweltschutzgründen nicht verwendet.

Eisenerzpellets sind heute die größte Eisenquelle für nordamerikanische Hochöfen. Pellets machen etwa 70 % des Hochofenmöllers aus. Zunächst wurden Säurepellets (DRI-Qualitäten) hergestellt und in Hochöfen verwendet.

Mitte der 1980er Jahre wurde eine Reihe von Pelletierungs- und Hochofenversuchen durchgeführt, um die Vorteile von gefluxten Kalkstein-Dolomit-Pellets zu bewerten. Gegen Ende des Jahrzehnts hatten sich gefluxte Pellets als Hauptprodukt fest etabliert und machten etwa 30 % der nordamerikanischen Pelletproduktion aus.

Der Übergang zu gefluxten Pellets beinhaltete viele Änderungen in der Anlagenausrüstung (z. B. Flussmittelmühlen, Vorwärmbrenner) und Praktiken. Jedes Pelletwerk hat die gefluxte Pelletchemie an den Hochofenbetrieb seiner Kunden angepasst. Infolgedessen gibt es Pelletanlagen, die bis zu vier Pelletqualitäten produzieren. In Nordamerika haben sich Pellets von einer Handelsware in den frühen 1970er Jahren zu einem kundenspezifischen Produkt gewandelt, das in den 1990er Jahren die anspruchsvollsten Spezifikationen eines Kunden erfüllte. Gefluxte Pellets aus Nordamerika entsprechen jetzt dem besten Sinter in Bezug auf Reduzierbarkeit und Erweichungseigenschaften beim Schmelzen und sind in Bezug auf Festigkeit und Abbau bei niedriger Temperatur (LTD/RDI) überlegen.

Vorteile von Pellets

  Eisenerzpellets können aufgrund der folgenden Eigenschaften als Ersatz für Sinter- und kalibriertes Stückerz im Hochofenmöller verwendet werden.

• Die Kugelform und die offenen Poren der Pellets sorgen für eine bessere und gleichmäßigere Durchlässigkeit, was zu einem reibungsloseren Ofenbetrieb führt. Pellets haben einen einheitlichen Größenbereich im Allgemeinen in einem Bereich von 8 – 20 mm.
• Pellets haben eine sehr hohe Kaltbruchfestigkeit, was zu einer vernachlässigbaren Erzeugung von Feinanteilen im Vorratshaus führt.
• Hohe Porosität (größer als 18 %) führt zu schnellerer Reduktion
• Hohe Festigkeit des Pellets (ca. 250 daN/p) bietet guten Widerstand gegen Zerfall beim Abstieg der Last. Es hat einen besseren Taumelindex im Vergleich zu kalibriertem Eisenerz.
• Einheitliche chemische Zusammensetzung im Vergleich zu kalibriertem Stückerz. Das Fehlen von LOI ist ein weiterer Vorteil der Pellets.

Der Quellindex von Pellets ist eine wichtige metallurgische Eigenschaft. Das Quellen zeigt eine Volumenänderung der Pellets während der Reduktion an. Die Volumenexpansion von Pellets während der Reduktion führt zu einer geringeren Druckfestigkeit von Pellets. Ein starkes Quellen innerhalb des Ofens verursacht eine Zunahme des Volumens der Palette, was wiederum Hohlräume in der Charge verringert. Dies behindert den Gasfluss im Ofen und führt zu einem Druckabfall. Dies wiederum verursacht ein Hängenbleiben und Verrutschen der Last innerhalb des Hochofens. Der Zusatz von Dolomit ist günstig für die Verbesserung der Quellfähigkeit von Pellets. Die maximal zulässige Quellung von Pellets für den Hochofen reicht von 16 % bis 18 %. Säurepellets (DRI-Pellets) und MgO-freie Pellets weisen eine höhere Quellung auf.

Gefluxte Pellets können in Bezug auf Reduzierbarkeit und Erweichungsschmelzeigenschaften dem besten Sinter gleichwertig hergestellt werden und sind in Bezug auf Festigkeit und Abbau bei niedriger Temperatur (LTD/RDI) überlegen. Gefluxte Pellets weisen eine gute Festigkeit, verbesserte Reduzierbarkeit, Quell- und Erweichungsschmelzeigenschaften auf. Aufgrund dieser Eigenschaften bieten gefluxte Pellets eine bessere Leistung im Hochofen.

Metalle in BF-Ladung

Sinter, Pellets und die kalibrierten Stückerze sind die drei eisenhaltigen Metalle, die normalerweise in der Hochofenbeschickung verwendet werden. Die Verwendung aller drei Metalle in der Hochofenbeschickung kann je nach Anpassung der Ofenparameter von null bis hundert Prozent variieren. Diese drei Metallics können in jeder Kombination von zwei Metallics oder drei Metallics verwendet werden. Es gibt keine Standardformel für die Wahl von Metallics. Die Wahl der Metallics hängt von mehreren Faktoren ab, die von Pflanze zu Pflanze variieren. Einige der Faktoren, die die Wahl von Metallics beeinflussen, sind unten aufgeführt.

• Verfügbarkeit des metallischen Materials mit korrekter Spezifikation
• Metallurgische Eigenschaften metallischer Werkstoffe wie Reduzierbarkeit, thermische Zersetzungseigenschaften und Erweichungseigenschaften
• Relative Kosten des metallischen Materials
• Auswirkung der Verwendung von Metall auf die Gesamtproduktionskosten von Roheisen
• Möglichkeit der Anpassung verschiedener Ofenparameter wie Verteilungsmuster, Brennstoffrate etc.
• Möglichkeit zur Anpassung der Prozesssteuerungsparameter
• Einrichtungen im Ofenlagerhaus verfügbar
• Verfügbarkeit einer eigenen Sinteranlage
• Art des Eisenerzes, das in der eigenen Mine oder in der Nähe des Hochofens verfügbar ist
• Probleme im Zusammenhang mit dem reibungslosen Betrieb des BF ohne Hängen und Verrutschen
• Umweltbezogene Probleme

Pellets im Hochofen können von 0 % bis 100 % verwertet werden. Für die Erhöhung des Pelletanteils im Hochofenmöller gibt es keine Standardlösung. Jeder Standort und jede Feuerung hat unterschiedliche Probleme, die identifiziert, analysiert und Lösungen gefunden werden müssen, um zu der maximalen Menge an Pellets zu gelangen, die in der BF-Ladung verwendet werden kann. Ziel sollte immer ein störungsfreier Hochofenbetrieb bei möglichst geringen Produktionskosten des Roheisens sein.