펠렛 및 펠렛 공장 운영 이해

펠렛 및 펠렛 공장 운영 이해

펠릿화는 매우 미세한 입자의 철광석을 특정 직경 범위(보통 8mm~20mm, 펠릿이라고도 함)의 볼로 변환하는 응집 공정입니다. 이러한 펠릿은 고로 및 직접 환원 공정에 적합합니다. 펠릿화는 다음과 같은 점에서 소결과 다릅니다. 녹색의 굽지 않은 펠렛 또는 볼이 형성되고 가열에 의해 경화됩니다.

철광석 펠릿은 선광 또는 광산 철광석 가루로 만들 수 있습니다. 희박 철광석은 일반적으로 선광을 통해 더 높은 철광석 함량으로 업그레이드됩니다. 이 공정은 제철 공정에 사용할 수 있도록 펠릿화되어야 하는 철광석 필터 케이크를 생성합니다. 또한 선광이 필요 없는 고급 철광석을 가공할 때 발생하는 미분을 버리지 않고 펠릿화하여 사용할 수 있습니다.

펠렛 공장은 광산, 항구 근처에 위치하거나 철강 공장에 부착할 수 있습니다. 고급 환경 기술이 적용된 이 제품은 사실상 무공해이며 고체 또는 액체 잔류물을 생성하지 않습니다.

펠릿화의 역사

펠릿의 역사는 1912년 스웨덴인 A.G.Andersson이 펠릿화 방법을 발명하면서 시작되었습니다. 그러나 펠릿의 상업적 사용은 세계 대전 이후 미국에서 시작되었습니다. 미국에서는 오대호 주변 지역의 방대한 타코나이트(저품위 철광석) 매장량을 개발하기 위한 목적으로 다양한 연구가 미국에서 수행되었습니다. 타코나이트 광석을 농축하는 과정은 광석을 갈아서 맥석을 제거하고 철광석을 업그레이드하는 과정(즉, 광석 선광 과정)이 포함됩니다. 생성된 고급 광석은 0.1mm 이하의 작은 입자 형태로 소결에 적합하지 않습니다. 이 문제는 펠릿화 공정의 개발로 이어졌습니다.

1943년 미네소타 대학 광산 실험소 교수인 Dr. Davis와 그의 동료들은 저품위 철광석을 함유한 타코나이트를 가공하는 방법을 발명했습니다. 그들의 발명은 볼링 드럼에서 미세한 자철광 정광을 볼링하거나 펠릿화하는 것이 가능하며 볼이 충분히 높은 온도(일반적으로 융합 초기 지점 이하)에서 발사되면 폭발에 사용하기에 적합한 단단하고 경화된 펠릿을 만들 수 있음을 보여주었습니다. 용광로, 만들 수 있습니다. 결과적으로, 고로(BF) 성능에 대한 소결의 확실한 이점에도 불구하고, 고로 부하에서 펠릿을 주요 철 함유 재료로 사용하는 확장 작업에서 철강 공장이 달성한 탁월한 성능 때문에 펠릿화 공정에 대한 뜨거운 관심이 높아졌습니다.

Pelletizing 공장은 고급 괴상광석의 전 세계 매장량이 줄어들고 있는 시대에 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다. 이 공장은 저품위 철광석을 업그레이드된 펠릿으로 농축하는 것을 촉진하며, 이는 향후 고로 및 직접환원로에서 점점 더 많이 사용될 것입니다.

철광석 펠릿

철광석 펠릿은 산성 또는 염기성 펠릿일 수 있습니다. 산성 펠릿은 DRI(직접 환원 철) 등급 펠릿이라고도 하며 기본 펠릿은 BF 등급 또는 플럭스 펠릿이라고도 합니다.

• DRI 등급 펠릿 – 이 펠릿의 염기도는 일반적으로 0.1 미만입니다. 소성된 펠릿 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.
• BF 등급 펠릿 – 이 펠릿의 염기도는 0.1보다 크며 다를 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. 이러한 펠릿은 일반적으로 펠릿 소성 후 높은 기계적 강도를 갖습니다. 플럭스 펠릿은 우수한 강도, 개선된 환원성, 팽창 및 연화 용융 특성을 나타냅니다. 이러한 특성 때문에 이 펠릿은 용광로에서 더 나은 성능을 제공합니다.

펠릿의 품질은 광석 또는 정광의 특성, 관련 맥석, 첨가된 플럭스의 유형 및 양에 영향을 받습니다. 이러한 요인은 차례로 펠릿 경화 동안 공존 상의 물리화학적 특성 및 분포의 변화를 초래합니다. 따라서 펠릿의 특성은 광석 입자 사이에 달성된 결합의 형태 및 정도와 산화철의 환원 동안 이러한 결합상의 안정성에 의해 크게 좌우됩니다. 경화 중 상과 미세구조의 형성은 첨가되는 Flux의 종류와 양에 따라 달라지므로 CaO/SiO2 비율 및 MgO 함량 측면에서 Fluxing Agent의 영향이 Pellet 품질에 영향을 미칩니다.

광물학적으로 펠릿은 본질적으로 철광석, 결정질 실리카(석영, 크리스토발석 및 트리다이마이트) 및 포스테라이트(Mg2SiO4)의 적철광(원래 생존) 입자로 구성됩니다. 펠릿 광물학의 주요 변화는 제품에 존재하는 맥석상의 비율입니다. 이는 펠릿 사료 재료와 석회석, 백운석, 감람석 및 벤토나이트 등과 같은 사료 첨가제의 유형 및 양에 따라 달라집니다.

철광석 펠릿의 강도는 취급 및 운송 중 및 고로에서 파손 및 마모에 의한 열화를 최소화하는 데 중요합니다. 펠릿의 강한 결합은 자철광이 적철광으로 산화되거나 적철광이 재결정화되어 입자가 성장하기 때문인 것으로 생각됩니다. 슬래그 결합은 약간 더 낮은 소성 온도에서 더 빠른 강화를 촉진할 수 있지만 일반적으로 펠렛 강도, 특히 열 충격에 대한 내성이 감소합니다. 펠렛 강도는 가장 일반적으로 압축 및 텀블 테스트에 의해 결정됩니다. 개별 펠릿의 압축 강도는 광물학적 조성과 농축물의 물리적 특성, 사용된 첨가제, 볼링 방법, 펠릿 크기, 소성 기술 및 온도, 테스트 절차에 따라 다릅니다. 상업적으로 허용되는 펠릿의 압축 강도는 일반적으로 9mm~18mm 크기 범위의 펠릿에 대해 200~350kg입니다. 텀블러 테스트에서 11.4kg의 +6mm 펠릿을 드럼 텀블러(ASTM E279-65T)에서 25rpm으로 200회 회전시킨 다음 스크리닝합니다. 만족스러운 상업용 펠릿은 텀블러 테스트 후 약 5%의 마이너스 0.6mm(마이너스 28메쉬) 미립자와 94% 이상의 플러스 6mm 크기를 포함해야 합니다. 크기가 6mm에서 0.6mm 사이인 최소한의 깨진 펠릿도 바람직합니다. 고로 공급에 사용되는 펠릿의 다른 중요한 특성은 환원성, 다공성 및 부피 밀도입니다. 일부 농축액의 경우 특정 제한 내에서 다양할 수 있습니다.

펠릿화 과정

펠릿화 공장은 일반적으로 (i) 원료 수령, (ii) 전처리, (iii) 볼링, (iv) 경화 및 냉각이라는 4가지 공정 단계를 거칩니다. 이러한 프로세스 단계는 아래에 설명되어 있습니다.

원재료 수령

펠릿화 공장의 위치는 철광석, 첨가제 및 결합제와 같은 원자재의 수령 방법에 영향을 미칩니다. 많은 펠릿화 공장은 철광석 광산 근처에 있습니다. 이는 광산에서 채굴되는 철광석을 펠릿화하기 위해 설치한 공장이기 때문입니다. 이러한 공장은 철도 및/또는 슬러리 파이프라인을 통해 철광석을 받습니다. 다른 많은 펠릿화 공장은 철광석 광산에서 멀리 떨어져 설치됩니다. 이 공장은 철광석 광산과 무관합니다. 이 공장은 대부분 철로를 통해 철광석을 받습니다. 일부 공장은 장거리 슬러리 파이프 라인으로받을 수 있습니다. 수입 철광석에 의존하는 항구에 위치한 펠릿화 공장에서 수령 방식은 전용선으로 광석을 운송하고 안벽에서 하역한 후 야드에 비축하는 방식이다. 철광석은 일반적으로 최대 경제성을 위해 대량으로 이러한 공장에 배송됩니다.

전처리 과정

전처리 공정에서 철광석은 후속 볼링 공정에 필요한 크기의 미분으로 분쇄됩니다. 전처리에는 농축, 탈수, 분쇄, 건조 및 사전 적심이 포함됩니다. 일반적으로 저품위 철광석은 광석의 품질을 높이고 유황과 인을 함유한 맥석을 제거하고 알갱이 크기를 조절하기 위해 미세하게 분쇄됩니다. 자철광 광석의 경우 업그레이드 및 맥석 제거를 위해 자기 분리기가 사용됩니다. 반면에 적철광 광석의 경우 이러한 작업은 중력 선광, 부유선광 및/또는 습식, 고강도 자기 분리기에 의해 수행됩니다. 연삭 방법은 대략 다음 세 가지 측면에 따라 분류할 수 있습니다.

• 건식 연삭 또는 습식 연삭
• 폐쇄 회로 연삭 또는 개방 회로 연삭
• 단일 연삭 또는 여러 단계 연삭

이러한 공법은 철광석의 종류와 특성, 혼합비, 경제성 등을 고려하여 조합하여 사용한다. 습식 분쇄 시스템에는 증점제와 필터가 있는 탈수 장치가 필요하고 건식 분쇄 시스템에는 사전 습윤 장치가 필요합니다. 사전 습윤은 일반적으로 건식 연삭과 관련이 있습니다. 사전 습윤은 볼링에 적합한 사전 습윤 재료를 준비하기 위해 건조 분쇄된 재료에 적절한 양의 물을 균일하게 첨가하는 것을 포함합니다. 펠릿의 품질에 큰 영향을 미치는 소재의 특성을 조정하는 공정입니다. 이 과정에서 제품 펠릿의 화학적 조성을 조정하여 고품질 펠릿을 생산하는 경우도 있습니다.

벤토나이트, 점토, 수화석회 또는 유기 결합제와 같은 결합제는 일반적으로 그린 ​​볼의 습윤 강도를 처리하기에 더 적합한 수준으로 높이는 데 사용됩니다. 사료 톤당 6.3~10kg의 벤토나이트 소비는 상당한 비용 요소이며 최종 제품의 실리카 함량에 추가됩니다.

광석에 석회 및/또는 백운석을 첨가하면 목표 화학 조성을 갖도록 펠릿이 조정됩니다.

벤토나이트 사용량을 줄이고 더 저렴한 대체품을 개발하기 위해 상당한 노력을 기울였습니다. 그린 볼의 공성 및 강도는 첨가제와 농축액의 수분 함량 및 입자 크기 분포에 의해 영향을 받습니다. 좋은 볼링을 위한 최적의 수분 함량은 일반적으로 9% ~ 12%입니다. 볼링 특성은 농축물의 화학적 조성과는 상대적으로 독립적이지만 물리적 특성에 크게 영향을 받는 것으로 보입니다. 예를 들어, 경면 적철광은 경면 적철광 입자의 판형 구조 때문에 자철광 농축물보다 볼을 만들기가 더 어렵습니다. 어쨌든 만족스러운 펠릿 형성은 일반적으로 약 80% ~ 90% - 43마이크로미터(마이너스 325메쉬)로 분쇄하여 달성됩니다. 일반적으로 펠릿화를 위해 고려되는 모든 재료는 최소 70%에서 43마이크로미터(325메시 빼기)를 포함해야 하며 적절한 볼링 특성을 위해 1200제곱센티미터/그램보다 큰 비표면적(블레인)을 가져야 합니다.

볼링 프로세스

이 과정에서 볼링 장비는 이전 과정에서 준비된 사전 젖음 재료에서 그린 볼을 생성합니다. 볼링 드럼과 디스크 펠릿타이저는 그린 볼을 형성하는 데 가장 널리 사용되는 장치입니다. 두 장치 모두 원심력을 사용하여 미세한 재료를 회전 타원체로 형성합니다.

드럼에 의해 생성된 녹색 공은 직경이 균일하지 않습니다. 배출의 상당 부분(약 70%)은 목표 크기보다 작으며 일반적으로 스크리닝 후 드럼으로 반환됩니다. 다양한 원료 조건에 따라 드럼 작동을 조정하는 것은 어렵습니다. 그러나 균일한 원료 조건(화학 조성, 입자 크기, 수분 등)에 대해 안정적으로 작동합니다.

볼링 드럼에 비해 디스크 펠릿타이저는 무게가 가볍고 조정 가능성이 더 큰 장점이 있습니다. 고유한 설계는 공급의 즉각적인 변동 효과를 평균화하지만 드럼은 그렇지 않습니다. 디스크 펠릿타이저는 녹색 볼을 자체적으로 분류하여 반환되는 펠릿의 양을 줄입니다. 디스크의 분급 작용은 보다 균일한 크기의 볼의 배출을 촉진하여 제품의 선별을 단순화합니다. 디스크 펠릿타이저의 작동은 디스크의 회전, 경사각 및 깊이를 변경하여 다양한 원료 조건에 대해 쉽게 조정할 수 있습니다. 그러나 디스크의 용량이 낮고 일반적으로 디스크는 드럼보다 세심한 제어가 필요합니다.

볼 크기를 가장 잘 제어할 수 있는 것은 볼링 장치가 크기가 작은 재료를 제거하고 재활용하기 위한 스크린이 있는 폐쇄 회로에 있을 때 달성됩니다. 그린 펠릿의 낙하 및 압축 강도는 모두 중요합니다.

경화 과정

펠릿의 소성은 산화 조건에서 1250 ℃에서 1350 ℃ 사이의 상승된 온도에서 적철광 입자의 결합을 확립합니다. 원료 물질에 융제 맥석이 포함되어 있거나 석회석이 첨가되는 경우 이 소성 단계 동안 용융점이 낮은 슬래그가 펠릿에 형성될 수 있습니다. 이러한 경우 제품은 적철광 결합과 슬래그 결합이 모두 있는 중간 구조를 가질 수 있습니다. 소성 공정은 연소열을 발생시키는 연료인 코크스 브리즈와 혼합된 미세 광석을 부분적으로 용융 및 소결해야 하는 소결에 필요한 것보다 낮은 공정 온도가 특징입니다.

펠릿의 경화에는 일반적으로 세 가지 시스템이 사용됩니다. 그것들은 즉 (i) 수직 샤프트로 시스템, (ii) 직선 화격자 또는 이동 화격자 시스템, 및 (iii) 화격자 – 가마 냉각 시스템입니다. 각 시스템은 허용 가능한 품질의 펠릿을 만들기 위해 상업적으로 사용되었기 때문에 일반적으로 자본 및 운영 비용 요소가 시스템을 선택하는 데 관련됩니다.

펠릿화 동안 자철광에서 적철광으로의 산화는 모든 시스템에서 필요한 열의 톤당 약 100M cal의 상당한 비율을 제공합니다. 적철광의 펠릿화를 위해 펠릿 공급 혼합물에 코크스 브리즈(또는 일부 탄소원)를 사용하여 일반적으로 자철광 산화에 의해 제공되는 추가 경화 에너지를 제공하는 것이 일반적인 관행이 되었습니다.

수직 갱도 시스템은 가장 전통적인 시설입니다. 그러나 수직 갱도는 이동식 화격자 또는 화격자 가마 시스템만큼 일반적이지 않습니다. 용광로 설계에는 여러 가지 변형이 있지만 가장 일반적인 것은 그림 1과 같이 Erie 유형입니다. 녹색 볼은 상단에서 장입되고 분당 25~40mm의 속도로 용광로를 통해 하강합니다. 뜨거운 가스. 총 공기의 약 25%가 1280°C ~ 1300°C의 온도에서 뜨거운 가스 유입구를 통해 노로 유입됩니다. 이 퍼니스 구역의 펠릿은 자철석이 산화될 때 발열 열이 방출되기 때문에 1315°C 이상의 온도에 도달합니다. 적철광으로 온도를 높입니다. 퍼니스 공기의 나머지 75%는 냉각 공기 유입구를 통해 들어갑니다. 펠릿은 약 370°C에서 배출되고 최고 가스 온도는 약 200°C입니다. 일반적인 용광로 용량은 하루에 1000~2000톤입니다.

갱구로는 이동식 화격자 또는 화격자 가마 시스템보다 에너지 효율적입니다. 용광로는 자철광을 펠릿화하는 데 적합하지만 적철광 또는 갈철광 재료에는 적합하지 않습니다. 용광로의 단점은 단위 생산성이 낮고 연소 영역의 균일한 온도를 유지하기 어렵다는 것입니다. 펠릿이 큰 덩어리로 융합되어 배출 문제를 일으키는 핫스팟이 발생할 수 있습니다. 또한 용광로에서 플럭스 펠릿을 생산하는 것도 매우 어렵습니다. 수직 고로 시스템의 일반적인 개략도는 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 수직 샤프트 및 화격자 가마 시스템의 일반적인 개략도

수직 화격자 시스템은 용광로 이후 곧 업계에 등장했습니다. 이것은 본질적으로 소결 공정의 수정입니다. 그린 볼은 약 300mm ~ 400mm의 베드 깊이를 제공하기 위해 화격자에 지속적으로 공급되고 소성 구역에서 회복된 상승 기류에 의해 처음 몇 개의 윈드 박스에서 건조된 다음 냉각기에서 회복된 공기를 사용하여 하강 기류 건조됩니다. 이러한 뜨거운 공기 흐름의 배열은 베드의 수분 응결로 인한 펠릿 손상을 제한합니다. 건조 후, 펠릿은 냉각 구역의 다운드래프트 공기에 의해 예열됩니다. 연소는 냉각 영역의 뜨거운 공기로 연료 오일 또는 천연 가스를 연소시켜 연소 영역에서 하향 기류로 이루어집니다. 냉각 구역은 연소 구역을 따라가며 신선한 공기를 상승기류로 사용합니다.

펠릿 생산을 위한 이동식 화격자 시스템은 펠릿의 정적 층을 이동시키는 단일 장치로 구성됩니다. 시스템은 건조, 예열, 소성 및 냉각 펠릿을 위한 간단한 구조를 가지고 있습니다. 상대적으로 쉬운 운영 및 확장의 용이성으로 인해 많은 공장에서 시스템을 사용합니다.

이동식 화격자 시스템의 연료 소비량은 자철광에서 생산된 펠릿 톤당 약 85-140M cal이고 적철광을 펠릿화할 때 톤당 최대 240M cal입니다. 이 시스템은 소성 구역에서 우수한 온도 제어를 제공합니다. 베드 전체의 펠릿 일관성은 일부 소성된 펠릿을 재순환하여 화격자에 노상 및 측면 층을 형성함으로써 달성할 수 있습니다. 대형 화격자 기계는 폭이 4m이며 연간 300만 톤 이상의 펠릿을 생산할 수 있습니다. 원형 화격자 기계도 설계되어 작동 중입니다. 스트레이트 화격자 시스템의 일반적인 개략도는 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2 직선 화격자 시스템의 일반적인 개략도

도 1에 도시된 화격자-가마 시스템은 펠릿을 약 1040℃로 건조 및 예열하기 위한 이동식 화격자, 처리량을 1315℃의 최종 경화 온도까지 균일하게 가열하기 위한 회전식 가마 및 냉각을 위한 환형 냉각기로 구성된다. 제품 및 열 회복. 소성용 열은 가마의 배출 끝에서 중앙 오일, 가스, 석탄 또는 폐목 버너에 의해 공급됩니다. 소성로에서 생성된 뜨거운 가스는 펠릿의 다운드래프트 예열에 사용됩니다. 냉각기의 뜨거운 공기는 가마의 연소를 지원하는 데 사용되며 또한 건조 및 템퍼링 예열을 위해 이동식 화격자로 회복됩니다.

화격자 가마 시스템은 공정의 모든 단계에서 탁월한 온도 제어를 제공하고 일관되게 균일한 품질의 펠릿을 생산합니다. 연료 소비량은 자철광 광석을 사용할 때 생산되는 표준 펠릿 1톤당 75M cal ~ 100M cal이며, 원료가 적철광일 때 생산되는 표준 펠릿 1톤당 최대 170M cal입니다. 이러한 연료 소비량은 플럭스 펠릿을 생산할 때 톤당 60M cal만큼 증가합니다. 볼링에서 펠릿 적재까지 전력 소비는 톤당 약 23kWh입니다.

화격자 가마 시스템은 제어하기 쉽고 제품 펠릿은 품질이 균일합니다. 그것은 또한 상당히 큰 정도로 확장될 수 있습니다. 화격자 가마 시스템은 라인당 연간 최대 600만 톤의 생산 능력을 위해 설계할 수 있습니다. 이러한 시스템은 많은 공장에서 사용됩니다.

펠릿화 공정은 지속적으로 개선되고 있습니다. 자가 플럭싱 펠릿의 생산은 상업적 규모로 받아들여지고 고로 성능의 주요 발전을 이끈 혁신의 한 예입니다. 펠릿 및 펠릿화 공정에 대한 다른 기사는 다음 링크에서 볼 수 있습니다.

http://www.ispatguru.com/iron-ore-pellets-and-pelletizing-processes/

http://www.ispatguru.com/iron-ore-pellets/

http://www.ispatguru.com/iron-ore-pellets-and-pelletization-process/