Aglomerát (průmysl železa a oceli)

Aglomerát je materiál, který sestává z oxidu železitého a hlušiny pečený a slinuje do aglomerace . Tento produkt se získává spalováním uhlí předem smíchaného s železnou rudou a oxidy . Jedná se o úpravu železné rudy, která optimalizuje její použití ve vysoké peci .

Dějiny

Zájem aglomerace byl identifikován velmi brzy, ale použité procesy pak nebyly kontinuální. Primitivní metoda spočívající v praxi síťovanou kolo , byl opuštěn na konci XIX th století kvůli jeho nadměrné výdaje na pohonné hmoty. Šachtové pece je poté nahradí, přičemž jejich mnohem vyšší účinnost je dána jednak omezením reakce a jednak provozem proti proudu (pevné látky klesají a plyny stoupají).

V těchto pecích se potom pražením železných rud dosáhne opačného výsledku, než jaký se v současné době hledá: v roce 1895 se pražení provádí při nízké teplotě, aby se zabránilo jeho aglomeraci, aby se získala drobivá ruda.

Pece na grilování rud byly tehdy kádě inspirované vysokými pecemi a vápenkami a nebyly příliš produktivním nástrojem. Proces Greenawald, který automatizuje svůj princip, zažil kolem roku 1910 určitý vývoj, který umožnil produkci 300 000 tun ročně.

v Červen 1906, první řetězový aglomerační stroj (také známý jako na mřížce), postavený AS Dwight a RL LLoyd, zahajuje testy aglomerace měděných a olověných rud . První linka pro aglomeraci železné rudy byla postavena v roce 1910 v Birdsboro v Pensylvánii .

Aglomerace rudy na řetězu trvá asi třicet let, než se v ocelářském průmyslu rozšíří . Zatímco před druhou světovou válkou se používal hlavně k úpravě pokut rud, po roce 1945 se zobecňoval na zpracování surových nerostů. V současné době je jeho role zásadní, protože umožňuje míchat několik minerálů mezi nimi, a zejména začlenit minerální odpad víceméně bohatý na železo. Tato role recyklace zvyšuje ziskovost a omezuje odpad z ocelových komplexů, které generují mnoho zbytků bohatých na železo ( struska , kal, prach atd. ).

Zájmy a omezení

Zájmy

Aglomerát je produkt optimalizovaný pro použití ve vysoké peci. K tomu musí nejlépe splňovat několik podmínek:

být složen z oxidové matrice, která v kombinaci s popelem vznikajícím při spalování koksu (zejména oxidu křemičitého ) způsobí vznik roztavitelné strusky , obě reaktivní s ohledem na nečistoty (zejména síra přiváděná koksem ), která není příliš agresivní směrem k žáruvzdorným materiálům lemujícím vysokou pec a v kvalitě vhodné pro její využití;
zkontrolujte přesnou velikost částic , obvykle mezi 20 a 80 mm (příliš malé kousky ucpávají troubu a příliš velké kusy, které se transformují do srdce příliš dlouho);
udržovat propustnost pro redukci plynů, a to při nejvyšších možných teplotách;
provádění nízkoteplotních endotermických reakcí, které lze provádět ekonomičtěji mimo vysokou pec. To je v podstatě sušení se kalcinace v hlušiny (de karbonizační vápence a dehydratace z hlíny nebo sádry ) a reakce redukce . Aglomerát se poté stává při stejné hmotnosti bohatším na železo než ruda.
přeoxidujte oxidy železa, Fe 2 O 3je lépe redukován oxidem uhelnatým přítomným ve vysoké peci než méně oxidované sloučeniny, zejména Fe 3 O 4.

Další výhoda spočívá v eliminaci nežádoucích prvků: proces řetězové aglomerace eliminuje 80 až 95% síry přítomné v rudě a jejích přísadách. Je to také způsob, jak se zbavit zinku , prvku „otravujícího“ vysoké pece, protože jeho odpařovací teplota, 907 ° C , odpovídá teplotě dobře provedeného pražení.

Omezení

Na druhou stranu je aglomerát abrazivní produkt a je obzvláště křehký . Opakovaná manipulace zhoršuje jeho zrnitost a vytváří jemné částice , což jej činí špatně vhodným pro místa daleko od vysokých pecí: pak jsou vhodnější pelety . Je možné zlepšit odolnost proti chladu, zejména odolnost proti drcení, zvýšením energie dodávané během slinování.

Zlepšení mechanické pevnosti také zlepšuje odolnost aglomerátu v procesech, které jej používají. Je to proto, že redukce hematitu (Fe 2 O 3) v magnetitu (Fe 3 O 4) vytváří vnitřní omezení . Ale kromě zvýšení výrobních nákladů aglomerátu se redukovatelnost zhoršuje, když se hledá zlepšení mechanické pevnosti.

Složení

Aglomerát je obecně klasifikován podle toho, zda je kyselý nebo zásaditý. Úplný index zásaditosti i c se vypočítá z následujícího poměru hmotnostních koncentrací :

{\ displaystyle I_ {c} = {\ frac {[CaO] + [MgO]} {[SiO_ {2}] + [Al_ {2} O_ {3}]}}}

Často zjednodušujeme jednoduchým výpočtem zjednodušeného indexu bazicity označeného i (nebo někdy i a ), který se rovná poměru CaO / SiO 2. Aglomerát s indexem i c menším než 1 se říká, že je kyselý, větší než 1, obecně se říká, že je zásaditý, rovný 1, označuje se jako samovolně se tavící ( i c = 1 je ekvivalentní i a = 1 , 40). Před padesátými léty byl ve většině aglomerát s indexem i c nižším než 0,5. Poté, když se pochopilo, že aglomerát může zapracovat vápenec, který se poté vkládá do vysoké pece samostatně, se základní indexy zobecnily: v roce 1965 představovaly indexy nižší než 0,5 méně než 15% tonáže aglomerátu vyrobeného zatímco základní aglomeráty představovaly 45%.

Zjistili jsme také vztah :, k je konstanta určená empiricky (někdy stejná, pro zjednodušení 1). Redukce železa je sama o sobě upřednostňována základním médiem a vrcholí při 2 < i b <2,5. Rovněž v této oblasti je nejlepší mechanická odolnost (a také nejhorší roztavitelnost strusky, což komplikuje její evakuaci z vysoké pece). Nad indexem i b 2,6 se zvyšuje podíl roztaveného aglomerátu, který ucpává jeho póry a zpomaluje chemické reakce mezi plyny a oxidy. Co se týče kyseliny aglomerátů s indexem i b menší než 1, změkčení začíná se snižuje, jakmile je jen asi 15% z rudy. ${\ displaystyle \ scriptstyle \ i_ {b} = {\ frac {[CaO] + k \ cdot [MgO]} {[SiO_ {2}]}}}$

Optimální index zásaditosti je proto určen jako funkce použité rudy, technických charakteristik vysoké pece, místa určení litiny a požadovaných vlastností. Poznamenáváme například:

litiny vyrobené z minette lorraine a určené k rafinaci v Thomasově procesu měly zásaditost i = 1,35 ( tj . plný index I = 1), což byl kompromis mezi viskozitou při nízké teplotě (která vyžaduje kyselou strusku) a odsířením ( zvýhodněný základní struskou);
továrny, pro které obsah železa bohatého na síru nepředstavuje problém, přijmou kyselejší aglomerát: s i = 0,9 až 1,0. Redukce křemíku je tak podporována, ale je možné dosáhnout obsahu síry 0,1 až 0,25%;
výroba feromanganu ve vysoké peci vyžaduje vysoký výtěžek manganu, a proto vysoké zásaditosti, až i = 1,7 nebo 1,8 (s vědomím, že v tomto konkrétním případě index odpovídá !). V tomto případě je tavitelnost sekundárním bodem, přičemž teplota strusky může dosáhnout 1650 ° C (místo 1450 ° C - 1550 ° C při výrobě hutí pro rafinaci). ${\ displaystyle \ scriptstyle \ i = {\ frac {[CaO] + [MgO] + [BaO]} {[SiO_ {2}]}}}$

Poznámky a odkazy

Poznámky

Ve frankofonní Belgii byl tento materiál nazýván „frit“ - se dvěma t, protože je slinutý a ne smažený - když tam byl vyroben a spotřebován.
Pražení pyritů , zbytků z výroby kyseliny sírové , bylo historicky určeno pouze k odstranění síry a zinku. Ve skutečnosti obsahují 60 až 65% železa a méně než 0,01% fosforu, ale až 6% síry a 12% zinku.

Reference

„ Cockerill Ougrée (4/22) “
(in) Julius H. Strassburger Dwight C. Brown , Terence E. Dancy a Robert L. Stephenson , Vysoká pec - teorie a praxe, sv. 1 , New York, Gordon and Breach Science Publishers,1984, 275 s. ( ISBN 0-677-13720-6 , číst online ) , s. 221-239
(in) William E. Greenawald , „ Proces slinování Greenawald “ , Těžba a vědecký tisk , sv. 122,15. ledna 1921, str. 81-85 ( číst online )
(in) L. Hand (obvodní soudce) DWIGHT LLOYD SINTERING & CO., Inc., versus Greenawalt (ORE CLAIMS AMERICAN CO., Vedlejší účastník). , Obvodní odvolací soud, druhý obvod,20. srpna 1928( číst online )
(en) Maarten Geerdes , Hisko Toxopeus a Cor van der Vliet , Moderní výroba železa ve vysoké peci: Úvod , IOS Press,2009, 2 nd ed. ( ISBN 978-1-60750-040-7 a 160750040X , číst online ) , s. 26
Jacques Corbion ( pref. Yvon Lamy), Le Savoir… železo - Glosář vysoké pece: Jazyk… (někdy chutný) železných mužů a litinové zóny, od horníka do ... koksu včera a dnes , 5,1989[ podrobnosti o vydáních ] ( číst online ) , svazek 1, str. 421; 2543; 2559
(de) K. Grebe, „Das Hochofenverhalten von Möller und Koks“ , F. Oeters, R. Steffen, Berichte, gehalten im Kontaktstudium „Metallurgie des Eisens; Teil I: Eisenerzeugung “ , sv. 2, Düsseldorf, Verlag Stahleisen mbH, kol. "Hutnictví",1982( ISBN 3-514-00260-6 ) , str. 95-101

Adolf Ledebur , Teoretická a praktická příručka metalurgie železa, svazek I a svazek II( viz bibliografie )

Svazek 1, str. 252-253
Svazek 1, str. 254-271
Svazek 1, str. 244; 251
Svazek 1, str. 260-270
Svazek 1, str. 237
Svazek 1, str. 248
svazek 1, str. 231-233; 245-247

Podívejte se také

Bibliografie

Adolf Ledebur ( přeloženo Barbary de Langlade revidováno a anotováno F. Valtonem), Teoretická a praktická příručka metalurgie železa, Tome I a Tome II , Librairie polytechnique Baudry et Cie editor,1895[ detail vydání ]

Související články