철광석 펠렛 및 펠릿화 공정 소개

철광석 펠릿 및 펠릿화 공정 소개

펠릿화는 크기가 200메시(0.074mm) 미만인 매우 미세하게 분쇄된 철광석 입자를 벤토나이트와 같은 첨가제와 혼합한 다음 8 범위의 크기를 갖는 거의 타원형/구형 공으로 성형하는 공정입니다. 펠렛타이저로 직경 mm ~ 16mm로 하고 연료로 소성하여 볼을 경화시킨다. 철광석 미분을 '균일한 크기의 철광석 펠릿'으로 변환하는 응집 과정으로, 고로(BF) 또는 일반적으로 직접환원철(DRI) 생산에 사용되는 수직로 또는 회전식 가마에 직접 장입할 수 있습니다. . 철광석 펠릿은 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 철광석 펠릿

철광석 펠릿의 일반적인 특성은 표 1에 나와 있습니다.

탭 1 철광석 펠릿의 일반적인 특성
화학적 분석(건조 기준)	단위	가치	내성
Fe	%	65	최소
FeO	%	0.3	최대
SiO2 + Al2O3	%	5	최대
CaO	%	0.03	± 0.01
MgO	%	0.06	± 0.01
기본성	%	65	최대
인	%	0.05	최대
물리적 속성
벌크 밀도	정액	2.2	± 0.2
텀블러 색인	%	93	최소
마모 지수	%	3	최소 ± 0.5%
냉간 분쇄 강도(평균)	kg/p	250	최소
크기 분석
8mm – 16mm	%	94	최소
-5mm	%	2	최대
+16mm	%	4	최대
야금 특성
다공성	%	18	최소
환원성	%	62	최소

공정 기술

철광석 펠릿 생산에는 4단계가 있습니다. 이러한 단계는 (i) 원료 준비, (ii) 그린 볼 또는 펠릿의 형성, (iii) 펠릿의 경화, (iv) 펠릿의 냉각, 저장 및 운송으로 구성됩니다.

원료 준비 – 펠릿화 과정에서 철광석 선광 공장의 철광석 정광은 건조되고 약 120℃로 가열됩니다. 건조된 재료는 분쇄를 위해 볼 밀로 공급됩니다. 펠릿 생산에는 수분 함량이 약 9%이고 45미크론(0.045mm) 미만의 일반적인 크기가 80%인 정광/분쇄 철광석이 필요합니다. 적절한 바인더(일반적으로 벤토나이트)가 고강도 믹서에서 완전히 혼합된 농축액에 추가됩니다.

녹색 공 또는 펠렛 형성 – 8mm ~ 16mm 크기 범위의 녹색 펠릿은 볼링 드럼 또는 디스크 펠릿타이저에서 준비됩니다. 디스크 펠릿타이저는 최소한의 발 공간으로 작업을 제어하기 쉽기 때문에 고품질의 녹색 펠릿 생산에 선호됩니다. 디스크 펠릿타이저는 약 5m(m) ~ 7.5m 직경의 경사 팬입니다. 약 6rpm(분당 회전수)에서 8rpm으로 회전합니다. 디스크의 기울기는 약 45도이며 45도에서 49도 사이의 오프라인 위치에서 조정할 수 있습니다.

미리 적신 믹스는 제어된 속도로 디스크에 공급됩니다. 디스크에서 재료가 응고되고 지속적인 회전 운동으로 인해 결절/펠렛이 형성됩니다. 마찰력이 중력에 의해 극복되고 재료가 디스크 바닥으로 굴러 내려갈 때까지 광석 미분은 위쪽으로 들어 올려집니다. 이 롤링 동작은 먼저 종자라고 하는 작은 과립을 형성합니다. 성장은 더 많은 신선한 사료를 추가하고 작은 알갱이 사이의 충돌에 의해 디스크의 후속 회전에서 발생합니다. 알갱이의 크기가 커지면 가장자리가 넘칠 때까지 디스크의 주변과 침대 상단으로 이동합니다. 펠릿 성장은 디스크에 분무되는 소량의 물과 디스크 회전 속도의 조정에 의해 제어됩니다. 이러한 펠릿은 필요한 강도가 없기 때문에 녹색 펠릿이라고 합니다. 그런 다음 녹색 펠릿을 롤러 스크린에서 선별하고 필요한 크기의 재료를 펠릿화 기계의 이동 화격자로 공급합니다.

물의 표면 장력, 물의 모세관 작용, 볼링 디스크의 중력은 광석 입자에 작용하는 힘입니다. 따라서 그들은 함께 합쳐지고 크기가 커지고 공 모양으로 자라는 핵을 형성합니다. 철광석 미립자의 응집을 담당하는 이러한 힘은 볼링 디스크의 회전 운동으로 인해 볼링 디스크에서 생성됩니다. 고체 입자가 물과 접촉하면 광석 표면이 젖고 수막으로 코팅됩니다. 수막의 표면 장력 때문에 액체 다리가 형성됩니다. 볼링 디스크 내부의 입자 이동과 광석 입자를 포함하는 개별 물방울의 조합으로 인해 입자가 먼저 덩어리집니다. 입자의 초기 응집으로 인해 종자가 형성됩니다. 이러한 시드 내부의 액체 브리지는 입자가 네트워크에 있는 것처럼 입자를 함께 유지합니다. 물이 더 많이 공급되면 덩어리가 응축되고 밀도가 높아집니다. 액체 브릿지의 모세관력은 그린 볼 형성의 이 단계에서 더 활성화됩니다. 이 볼 형성 단계의 최적은 볼 내부의 모든 포트가 액체로 채워질 때 수반됩니다. 고체 입자가 물로 완전히 코팅되면 물방울의 표면 장력이 완전히 활성화되어 모세관력을 지배하게 됩니다. 이 효과 외에도 곡물의 구르는 움직임과 입자의 상대적인 움직임 또는 이동도 중요한 역할을 합니다.

경도 – 경화 동안 그린 펠릿의 열처리가 수행됩니다. 그린 펠릿의 경화는 (i) 그린 펠릿의 건조, (ii) 약 1300℃에서 펠릿을 소성하여 산화철 입자를 소결하고, (iii) 배출하기 전에 뜨거운 펠릿을 냉각하는 세 가지 주요 단계로 구성됩니다.

건조 중(180℃~350℃의 온도 범위), 그린 펠릿의 수분 함량이 증발됩니다. 표면 및 틈새 수분은 화학적으로 결합된 물(침철석 또는 갈철석과 같은) 또는 수화물 또는 수산화물 결합이 약간 더 높은 온도에서 수분을 잃기 때문에 더 낮은 온도에서 증발합니다. 예열 단계(온도 범위 500℃~1,100℃) 동안 탄산염과 수화물이 분해됩니다. 석탄 또는 코크스와 같은 고체 연료의 가스화 및 침철석, 철철석 및 자철광과 같은 산화철이 더 높은 산화물 상태의 적철광으로 전환되는 것도 이 단계에서 발생합니다. 고체 산화물 결합의 시작과 입자 성장은 이 단계의 중요한 단계입니다. 소성 단계(1250 deg C ~ 1340 deg C의 온도 범위) 동안 온도는 주요 산화물 상의 용융 온도보다 낮지만 맥석 성분 및 첨가제의 반응성 범위 내에 있습니다. 산화물과 슬래그 결합의 형성이 이 단계에서 결정적입니다.

펠릿의 경화 동안 발생하는 광물 입자의 결합은 (i) 고체 산화물 결합, (ii) 산화철의 재결정화 및 (iii) 슬래그 결합으로 구성된 세 가지 요소에 의해 영향을 받습니다. 고체 산화물 결합은 제1철 산화물이 제2철 산화물로 산화되어 결합 및 브리징이 발생하지만 제한된 양으로 발생합니다. 산화철의 재결정화는 본질적으로 더 작은 입자가 표면 에너지의 손실과 함께 더 큰 입자로 통합되는 물리적 과정입니다. 산화철의 재결정화 동안 산화철 결정의 지속적인 성장은 충분한 강도를 부여합니다. 이 과정에서 적철광의 결정립 성장은 약 1100 ℃에서 시작됩니다. 슬래그 결합의 경우 철 또는 산화철의 용융 수송 매체를 형성하여 맥석이 결정립 성장 및 산화물 입자의 결정화를 촉진합니다. 또한 메커니즘이 없을 때 필요한 것보다 낮은 온도에서 메커니즘을 진행할 수 있습니다.

경화 처리는 특정 화학 반응을 일으켜 펠릿의 특정 야금학적 특성을 변화시킵니다. 이러한 반응에는 자철광 산화 및 토질 적철광 탈수가 포함될 수 있습니다. BF 등급의 경우 볼링 피드에 석회석, 백운석, 실리카 등을 첨가하여 플럭스 펠릿을 생산합니다. 이러한 첨가물은 철광석의 맥석과 반응하여 특정 다운스트림 처리 단계에서 펠릿의 성능을 향상시킵니다.

펠릿 냉각 및 취급 – 펠릿은 경화 후 냉각되고 스크리닝됩니다. 크기가 큰 알갱이는 부숴지고 작은 알갱이와 함께 재고 창고로 보내져 재처리됩니다. 냉각된 펠릿은 추가 처리를 위해 다운스트림 플랜트로 운송하기 위해 저장소로 보내집니다.

펠릿화 공정

펠릿 생산에 사용할 수 있는 몇 가지 철광석 펠릿화 공정/기술이 있습니다. 이들 중 일부는 (i) 용광로 공정, (ii) 직선 이동 화격자 공정, (iii) 화격자 가마 공정, (iv) 시멘트 접합 공정(Grangcold 공정, MIS Grangcold 공정 및 char 공정 등) 및 (v) ) 열수 공정, (COBO 공정, MTU 공정 및 INDESCO 공정 등). 그러나 현재로서는 직선 이동 화격자(STG) 공정과 화격자 가마(GK) 공정만이 더 대중적인 공정입니다.

직선 이동 화격자 프로세스

이 프로세스는 이전 Lurgi Metallurgie에 의해 개발되었으며 글로벌 주요 설치 용량을 설명합니다. 이 과정에서 더블 데크 롤러 스크린은 적절한 크기의 그린 펠릿(크기 8mm ~ 16mm)이 이동 화격자의 너비에 고르게 분포되도록 합니다. 화격자는 여러 구역이 있는 용광로를 통해 300mm에서 550mm 범위의 높이를 갖는 베드에서 녹색 펠릿을 운반합니다. 이 구역은 상승 기류, 하강 기류 건조, 예열, 소성, 소성 후 및 가열 영역이 있습니다. 프로세스의 순서도는 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2 직선 이동 화격자 공정 순서도

화격자 가마 공정

화격자 가마 공정은 전 Allis Chalmer가 개발했으며 이 기술에 대한 첫 번째 공장이 1960년에 건설되었습니다. 화격자 가마 공정(그림 3)에서 이동식 화격자는 펠릿을 건조 및 예열하는 데 사용됩니다. 재료는 800°C ~ 1000°C 범위의 온도에 도달할 때까지 직선 이동 화격자 위로 이동합니다. 그 후 재료는 경화를 위해 내화 라이닝된 회전 가마로 옮겨지고 온도는 1250°C 범위에서 추가로 상승합니다. 800℃에서 자철광 철광석의 FeO는 발열 반응으로 Fe2O3로 전환됩니다. 해방된 열은 그린 볼을 단단하게 만들어 회전 가마의 회전으로 인한 텀블링 충격을 견디는 데 도움이 됩니다. 소성된 펠릿의 냉각에는 원형 냉각기가 사용됩니다. 화격자 가마 공정의 흐름도는 그림 3에 나와 있습니다.

그림 3 화격자 가마 공정 순서도

두 프로세스의 비교는 탭 2에 나와 있습니다.

탭 2 직선 이동 화격자 공정과 화격자 가마 공정의 비교
SL 번호	직선 이동 화격자 공정	그레이트 가마 공정
1	건조, 예열, 경화 및 냉각 사이클이 단일 장치에서 수행됩니다.	건조, 예열, 경화 및 냉각 주기가 다른 단위로 수행됩니다.
2	녹색 펠릿은 프로세스 동안 방해받지 않고 유지됩니다.	전체 공정은 이동식 화격자, 회전식 가마 및 원형 냉각기의 세 가지 장비에서 이루어지므로 펠릿 이송이 이루어집니다.
3	그레이트 자동차는 건조, 경화 및 냉각 영역에서 동일한 속도로 이동합니다. 한 영역의 방해는 다른 영역에 영향을 미칩니다.	3개 구역을 독립적으로 제어하므로 프로세스가 더 나은 운영 유연성을 갖습니다.
4	재료의 이전이 없기 때문에 벌금 발생은 무시할 수 있습니다.	자재 이전이 여러 장소에서 이루어지므로 벌금이 더 많이 발생합니다.
5	중간 제품의 강도 요구 사항이 없습니다.	가마로 옮기기 전에 녹색 펠릿을 충분히 경화시켜야 합니다.
6	프로세스 가용성이 더 높음	프로세스 가용성이 더 낮음
7	높은 특정 에너지 소비	낮은 특정 에너지 소비
8	유지 보수 감소	높은 유지 보수
9	저분진 발생	더 높은 먼지 발생
10	높은 투자 비용	투자 비용 절감
11	적철광 및 자철광 광석 모두에 적합	공정은 자철광 광석에 더 적합합니다.

두 공정 동안의 온도 분포 비교는 그림 4에 나와 있습니다.

그림 4 두 과정의 온도 분포 비교

펠릿의 장점

철광석 펠릿의 다양한 장점은 다음과 같습니다.

• • 철광석 펠릿은 일종의 덩어리진 덩어리로 철광석에 비해 텀블링 지수가 더 우수하며 BF 및 DRI 생산 모두에서 철광석 덩어리의 대용품으로 사용할 수 있습니다.
  • 펠릿은 다공성(25%~30%)이 높기 때문에 환원성이 우수합니다. 일반적으로 펠릿은 철광석 덩어리뿐만 아니라 소결보다 훨씬 빠르게 환원됩니다. 높은 다공성은 DRI 생산에서 더 나은 금속화에도 도움이 됩니다.
  • 펠렛은 일반적으로 8mm -16mm 범위에서 균일한 크기를 갖습니다.
  • 펠렛은 구형이고 구멍이 열려 있어 통기성이 좋습니다.
  • 펠릿은 안식각이 낮아 결합제 분포가 고르지 않아 결점이 있습니다.
  • 선광 과정에서 제어되기 때문에 화학 분석이 균일합니다. Fe 함량은 광석의 Fe 함량에 따라 63% ~ 68% 범위에서 다양합니다. LOI(점화 손실)가 없다는 것은 펠릿의 또 다른 장점입니다.
  • 펠렛은 기계적 강도가 높고 균일하며 미세한 입자가 발생하지 않고 장거리 운송이 가능합니다. 또한 분해에 대한 내성이 있습니다. 펠릿의 높은 기계적 강도와 균일한 강도는 환원 분위기의 열 스트레스에서도 유지됩니다.