철광석 펠렛 및 펠릿화 공정

철광석 펠릿 및 펠릿화 공정

철광석의 펠릿화는 철강 생산에서 미세하게 분쇄된 철광석 정광의 활용을 촉진하기 위해 1950년대에 시작되었습니다. 철광석의 펠릿화 공정에는 STG(스트레이트 트래블 화격자) 공정과 GK(화격자 가마) 공정의 두 가지 주요 유형의 공정이 있습니다. STG 공정에서 펠릿의 고정 베드는 건조, 산화, 소결 및 냉각 영역을 통해 무한 이동 화격자에서 운송됩니다. GK 공정에서 건조 및 대부분의 산화는 이동식 화격자로 운반되는 고정 펠릿 베드에서 수행됩니다. 그 후, 소결을 위해 회전 가마에 펠렛을 적재한 다음 냉각을 위해 원형 냉각기에 적재합니다.

펠릿화 공정은 http://www.ispatguru.com/iron-ore-pellets-and-pelletizing-processes/ 링크의 기사에서 논의됩니다.

펠릿은 산성 또는 플럭스 펠릿일 수 있습니다.

• 산 펠릿 – 산 펠릿의 염기도는 일반적으로 0.1 미만입니다. 소성된 펠릿의 강도는 어느 정도 다결정 구조의 적철광 다리 때문입니다. 이 펠릿은 일반적으로 많은 양의 열린 기공을 가지고 있습니다. 환원 가스는 이러한 기공을 통해 펠릿 코어로 빠르게 침투하고 동시에 여러 곳에서 구조를 공격합니다. 이는 전체 펠릿 부피에 걸쳐 저온에서 시작되는 초기 구조적 변화를 초래합니다.
• 플럭스 펠릿 – 기본 펠릿이라고도 합니다. 플럭스 펠릿의 염기도는 0.1보다 크며 다양할 수 있습니다. 일반 기본 펠릿의 염기도는 0.1~0.6이며 CaO 비율이 낮습니다. 이 펠릿을 소성하는 동안 다양한 비율의 SiO2, CaO 및 Fe2O3로 구성된 유리 슬래그 상이 형성됩니다. 증가된 플럭스 첨가로 인해 약간의 슬래그가 형성되고 이로 인해 철광석 결정과 어느 정도 슬래그 결합이 발생합니다. 높은 염기도 펠릿은 0.6보다 큰 염기도 수준을 갖습니다. 이 펠릿에는 더 높은 수준의 CaO가 포함되어 있습니다. 이 펠릿은 주로 SiO2, CaO 및 Fe2O3로 구성된 유리상을 가질 뿐만 아니라 칼슘 페라이트(CaO.Fe2O3)도 포함합니다. 이 펠릿을 소성하는 동안 CaO의 가용성은 적철광의 결정 성장에 상당히 유리합니다. 이 펠릿은 일반적으로 펠릿 소성 후 기계적 강도가 높습니다.

펠렛 공장은 일반적으로 철광석 선광 공장과 통합됩니다. 통합되지 않은 경우 슬러리 형태의 농축 철광석은 일반적으로 슬러리 파이프라인을 통해 펠릿 공장으로 펌핑됩니다. 풍부한 철광석 미분을 기반으로 하는 펠렛 공장은 드물고 경제적이지 않습니다. 전체 펠릿화 공정은 하위 공정의 두 가지 주요 부분, 즉 (i) 저온 하위 공정의 부분과 (ii) 고온 하위 공정의 부분으로 나눌 수 있습니다.

콜드 프로세스의 세그먼트에는 다음과 같은 하위 프로세스가 있습니다.

• 선광 공장에서 나온 농축 철광석 슬러리를 저장하기 위한 슬러리 탱크. 광석 슬러리에서 철광석의 입자 크기는 입자의 약 80%에 대해 45마이크로미터 미만입니다.
• 첨가제(생산할 펠릿의 품질에 따라 백운석, 석회석, 석회 또는 감람석 등)가 슬러리에 첨가됩니다.
• 대부분의 물은 필터를 사용하여 슬러리에서 제거됩니다. 여과 후 철광석의 수분 함량은 약 9%입니다.
• 그린 펠릿의 충분한 기계적 강도를 얻기 위해 바인더(벤토나이트 또는 유기 바인더)의 첨가를 위해 믹서를 사용합니다.
• 펠릿화 디스크 또는 볼링 드럼은 그린 펠릿 생산에 사용됩니다. 펠릿화 디스크는 녹색 펠릿 생산에 더 많이 사용됩니다.
• 진동 스크린은 일반적으로 녹색 펠릿의 다른 부분을 분리하는 데 사용됩니다. 크기가 작은 펠릿은 다시 공정으로 재활용되고, 크기가 큰 펠릿은 재활용되기 전에 분쇄됩니다.
• 나머지는 8mm ~ 16mm 크기의 펠릿으로 컨베이어를 통해 고온 공정의 건조 공정으로 운반됩니다.

핫 프로세스의 세그먼트에는 다음과 같은 하위 프로세스가 있습니다.

• 베드를 통한 뜨거운 공기의 흐름에 의해 그린 펠릿의 대부분의 수분 함량을 제거하기 위한 건조로. 건조된 펠릿은 펠릿화로에 들어갑니다.
• 건조된 펠릿은 최종 제품으로 그린 ​​펠릿을 전환하기 위해 펠릿화로에서 소성됩니다(1250℃ ~ 1300℃).
• 뜨거운 경화 펠릿을 약 200℃까지 냉각하는 것은 찬 공기를 불어 넣어 냉각기에서 수행됩니다.

위의 하위 프로세스의 대부분은 자동 제어를 사용하는 제어 기술의 도움으로 요즘 운영됩니다. 일부 하위 프로세스는 이전 하위 프로세스의 기능에 크게 의존합니다. 예를 들어, 입자 크기가 너무 크거나 미세 입자가 너무 건조하거나 건조가 작동하지 않으면 펠릿이 생성되지 않습니다. 덜 중요한 상황은 일부 세그먼트가 최적으로 작동하지 않는 경우입니다. 예를 들어 바인더를 첨가하는 과정에서 바인더의 혼합이 균일하지 않으면 그린 펠릿 형성 과정이 어려워진다. 따라서 철광석 펠릿화 공정은 서로의 성능에 크게 의존하는 여러 하위 공정의 사슬입니다.

광석에 결합제를 추가하는 것은 두 가지 주요 목적을 제공합니다. 그것들은 (i) 잘 형성된 펠릿으로 자라는 종자의 핵을 형성할 수 있도록 광석을 플라스틱으로 만드는 것과 (ii) 취급, 건조 및 예열 중에 펠릿을 함께 유지하는 것입니다. 소성 중 경화에 의해 충분히 강화될 때까지. 최적의 바인더는 최소 비용으로 고품질 펠릿을 생산하고 가능한 한 적은 오염 물질을 도입해야 합니다. 바인더는 또한 독성이 없고 취급이 간편해야 하며 고급 공급 시스템이 필요하지 않아야 합니다. 소량의 벤토나이트를 첨가하면 세라믹 결합이 형성되고 그린 볼을 굴리는 동안 입자가 더 많이 압축되어 결합이 촉진됩니다.

녹색 펠릿의 품질은 광물학, 화학 및 광석 미립자의 입도 측정, 공급 입자 크기와 같은 볼링 매개변수, 펠릿화 중에 추가되는 물의 양, 디스크 회전 속도, 디스크 바닥의 경사각 및 디스크 내 재료의 체류 시간과 같은 입력 매개변수에 따라 달라집니다. 등

녹색 펠릿에서 물은 중요한 역할을 합니다. 광석을 뭉쳐서 액체를 결합시키는 기능을 합니다. 젖은 덩어리는 존재하는 물의 양에 따라 다양한 상태로 존재할 수 있습니다. 이는 그림 1에 개략적으로 나와 있습니다. 결합액 충전 정도 또는 액체 포화도는 결합액으로 채워진 기공 부피의 부분을 나타냅니다.

그림 1 습한 덩어리의 다양한 상태에 대한 개략도

낮은 포화 상태에서 입자는 액체 다리(진자 결합, 진자 상태)에 의해 함께 고정됩니다. 장력 상태(funicular)에서는 액체로 채워진 모세관과 액체 다리가 공존합니다. 모세관 상태에서 모든 모세관은 액체로 채워지고 모세관 힘으로 인해 구멍 구멍에 오목한 표면이 형성됩니다.

액적 상태는 덩어리가 액체의 응집력에 의해 함께 유지될 때 발생합니다. 유사 액적 상태에서 채워지지 않은 공극은 액적 내부에 갇힌 상태로 남아 있습니다. 일반적인 기능은

모세관 및 액적 상태에서는 전체 덩어리 외부 표면에 걸쳐 오목한 모세관 구멍 또는 자유 표면 물이 예상됩니다. 습윤 응집체 강도에 대한 모세관 이론은 현재 잘 확립되어 있습니다.

펠릿화 공정의 운영과 경제성을 모두 개선하기 위해 첨가제가 사용되었습니다. 석회(CaO)와 수화석회[Ca(OH)2]는 펠릿 생산 동안 유익한 첨가제로 판명되었습니다. 석회 또는 소석회를 첨가하여 소성된 펠릿 특성뿐만 아니라 녹색 및 건조 특성이 상당히 개선되었습니다.

제품 펠릿의 물리적 및 야금학적 품질은 크게 그린 펠릿 품질, 결합제 유형 및 양, 사용된 플럭스 및 첨가제, 소성 조건(온도 및 시간 등)과 같은 경화 매개변수에 따라 달라집니다. 녹색 펠릿의 성분은 소성 중에 함께 반응하여 제품 펠릿에서 다양한 상과 미세 구조를 형성합니다.

이러한 상의 유형과 양, 화학적 성질 및 분포는 후속 제철 공정에서 환원 중에 제품 펠릿의 야금학적 특성을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 녹색 펠릿과 낮은 알루미나를 포함하는 자철광 및 고급 적철광 철광석 미분말의 경화에 대한 연구가 세계 여러 곳에서 수행되었습니다. 그러나 이러한 연구 결과는 화학과 광물학의 차이로 인해 알루미나(Al2O3) 함량이 높은 철광석으로 직접 해석할 수 없습니다. 비교적 높은 Al2O3 함량을 가진 철광석 미분은 다른 펠릿화 특성을 나타냅니다.

적철광 철광석의 소성은 다음과 같은 자철광 산화 발열 반응이 없기 때문에 외부에서 더 많은 열을 공급해야 합니다.

4FeO + O2 =2Fe2O3

적철광 광석 미립자로부터 펠릿 생산에 필요한 에너지 소비는 자철광 광석 미립자를 펠릿화하는 데 필요한 에너지 소비보다 큽니다. 또한 적철광 광석으로 만든 펠릿은 배소성이 좋지 않고 배소 온도가 1300℃보다 높을 때까지 적절한 물리적 강도를 얻지 못한다. 적철광 입자 및 펠릿 구조는 온도가 1200℃ 미만인 경우 원래 모양을 유지하는 것으로 관찰된다. C. 적철광 입자의 크기가 커지지 않고 온도가 1300℃보다 높을 때까지 Fe2O3 결정 격자 결함이 제거됩니다. 고온에서 초기 연결 브리지가 결정 입자 사이에 형성되고 Fe2O3의 재결정화가 발생합니다. 그러나 로스팅 온도가 1350℃보다 높으면 다음 반응과 같이 Fe2O3가 Fe3O4로 분해되어 유해하며 이는 펠릿 품질의 손실을 초래합니다.

6Fe2O3=4Fe3O4+O2

이 반응의 열역학은 Fe2O3의 분해 온도가 산소 분압이 증가함에 따라 증가함을 나타냅니다. 따라서 Fe2O3의 분해를 방지하기 위해 과도한 높은 소성 온도와 낮은 산소 분압을 피해야 합니다. 따라서 적철광 펠릿의 경우 더 높은 로스팅 온도를 유지하고 더 좁은 소성 온도 범위를 유지해야 합니다. 이것은 발사 장비의 작동을 어렵게 만듭니다.

적철광 펠릿의 경화를 향상시키기 위해 자철광 첨가 방법과 탄소 부하 방법 모두 실제로 유리한 기술인 것으로 밝혀졌습니다.

자철광 광석의 펠릿화의 경우 펠릿이 산화되기 시작하면 펠릿 코어가 여전히 자철광인 동안 적철광 쉘이 형성됩니다. 이 두 단계의 열 부피 변화는 마그네타이트 단계의 소결이 적철광 단계(1100℃)에 비해 더 일찍(950℃) 시작됨을 나타냅니다. 마그네타이트 상과 적철광 상 사이의 소결 속도 차이는 약 1100℃에서 더 크다. 소결 속도는 마그네타이트 정광의 미세도가 증가함에 따라 두 상 모두에서 증가한다. 따라서 원료를 더 미세하게 갈면 껍질에서 더 많이 소결된 코어가 벗겨지는 원치 않는 이중 구조의 형성이 촉진됩니다. 녹색 펠릿의 일정한 원래 다공성에서 강화된 소결로 인해 마그네타이트 정광이 미세해짐에 따라 산화 속도가 감소합니다. 그러나 실제 볼링에서 더 미세한 원료는 볼링에 더 많은 물을 사용해야 하므로 그린 펠릿 다공성이 증가합니다. 이 두 가지 반대 효과가 균형을 이루고 산화 시간이 일정해집니다. 산업 공정 조건에서 이중 구조의 차이는 여전히 예상됩니다. 이는 경화 전에 부분 산화만 일어나기 때문입니다.

철광석 미분에 석회(CaO)를 첨가하면 그린 펠릿의 생산성이 약간 감소하지만 그린 펠릿의 낙하 저항과 압축 강도는 증가합니다. 또한 펠릿의 강도는 펠릿을 소성하는 동안 발생하는 수축과 정비례합니다. 플럭스 펠릿의 경우 석회를 첨가하면 펠릿 수축이 증가하여 펠릿 강도가 증가합니다. 이것은 석회, 실리카 및 산화철이 상호작용하여 규산칼슘과 페라이트 칼슘을 형성하기 때문입니다. 석회를 첨가하면 원래의 석회 입자 위치 근처에서 매우 국부적인 2차 광물 결합에 의해 지지되는 미세한 적철광 입자가 소결됩니다. 온도와 석회 농도가 증가함에 따라 구조를 강화하고 접근 가능한 다공성을 낮추는 더 많은 슬래그가 형성됩니다.

소석회[Ca(OH)2]의 사용은 녹색 및 건조 펠릿의 낙하 저항 및 압축 강도에 긍정적인 영향을 미칩니다. 또한 Ca(OH)2가 소성된 펠릿의 최종 강도에 좋은 영향을 미칩니다.

Ca(OH)2의 첨가는 더 효율적인 나트륨 이온을 칼슘 이온으로 대체하여 더 칼슘이 많고 덜 효율적인 것으로 전환함으로써 바인더로서의 벤토나이트의 효율을 감소시켜 펠릿 특성을 저하시킨다. 따라서 어떤 경우에는 펠릿화 과정에서 동시에 1개 이상의 결합제를 첨가하는 것이 바람직하지 않습니다. 일정량의 Ca(OH)2가 첨가된 후, 펠릿화 과정 동안 결합제로서의 Ca(OH)2의 효과에 기인할 수 있는 펠릿 특성의 일부 향상이 달성됩니다. 가장 높은 물리화학적 특성을 갖는 0.4%의 벤토나이트와 4% Ca(OH)2를 포함하는 펠릿의 환원 동역학은 이러한 펠릿의 환원이 계면 화학 반응에 의해 제어됨을 보여줍니다.