2.Descrierea procesului industrial

2.1. Principalele etape ale procesului

Procesul de peletizare

Peleţii sunt bile sferice formate prin aglomerarea minereurilor de fier măcinate sau în stare naturală

în prezenţa umidităţii şi a unui liant. După o întărire la aproximativ 1300ᴼC, devin material de

alimentare pentru procesele de fabricare a fontei, cum ar fi furnalul şi cuptorul cu reducere directă.

Procesul de peletizare constă în trei etape principale:

1. Pregătirea materiei prime

2. Formarea peleţilor verzi

3. Întărirea peleţilor (solidificare)

1.Pregătirea materiilor prime

Pregătirea materiilor prime implică uscarea şi măcinarea minereurilor de fier, aditivi şi cărbune

sau cocs. Uscarea minereurilor de fier este necesară, în cazul măcinării uscate a minereurilor de fier,

pentru a reduce conţinutul de umiditate din minereurile de fier la mai puţin de <1%. Peletizarea

necesită măcinarea minereului de o anumită fineţe necesară formării bilelor şi ulterior arderii în

cuptor. Pentru a produce calitatea necesară peleţilor verzi, minereul de fier trebuie să fie fin

mărunţit de aproximativ 60-80% minus 45 de microni.

Morile cu bile sunt utilizate în mod tradiţional pentru măcinare. Alegerea de măcinare uscată sau

umedă depinde de tipul de minereu şi alte condiţii locale. Dacă minereul este de natură moale

friabilă, atunci măcinarea uscată este o opţiune mai bună. În acelaşi timp măcinarea uscată consumă

30% mai multă energie comparativ cu măcinarea umedă şi este necesară o instalaţie suplimentară de

uscare. Măcinarea umedă este aleasă în cazul în care concentratul de minereu provine de la

instalaţia de îmbogăţire. Corpurile de măcinare în măcinarea umedă se consumă de şapte ori mai

mult decât în măcinarea uscată. Aditivii, şi anume calcar şi dolomită şi liant, adică bentonită de

asemenea trebuie să aibă aceeaşi fineţe ca cea a minerului de fier.

Schema bloc a procesului de peletizare

2.Formarea peleţilor verzi

Procesul de formare a peleţilor verzi implică a) amestecarea minereului de fier măcinat cu apă

tehnologică, liant şi fluxuri b) formarea de peleţi verzi în disc sau tambur de granulare urmată de

procesul de cernere în site rotative.

Scopul amestecării este de umectare a minereului de fier (amestecat cu flux şi cocs/cărbune),

împreună cu liantul la niveluri de umiditate necesare peletizării ulterioare. Un amestec bun şi

omogen îmbunătăţeşte stabilitatea bilelor verzi şi ajută la reducerea consumului de liant. Bentonita

este cel mai folosit liant şi dozajul său este în intervalul de 0.5-1.0 %. Amestecarea este în general

efectuată în agitatoare cu palete orizontale sau agitatoare Eric.

Peleţii verzi cu dimensiuni de aproximativ 9-16 mm sunt preparaţi în tambururile de formare a

bulgărilor sau în discuri. Discurile sunt preferate pentru a produce peleţi verzi de calitate deoarece

acestea sunt uşor de controlat şi cu suprafaţă mică de ocupare. Discul este o cuvă înclinată de

aproximativ 5-7.5 metri diametru rotindu-se cu aproximativ 6-8 rpm.Înclinaţia discului este de

aproximativ 45ᴼ şi poate fi ajustată independent între 45 şi 49 ᴼ. Amestecul pre-umezit este

alimentat în disc la o rată controlată.Minereurile de fier sunt încărcate ascendent, până când frecarea

este depăşită de gravitaţie şi materialul coboară în partea de jos a discului.Această acţiune de

rostogolire formează în primul rând granule mici numite ‘seminţe’. Creşterea are loc în rotaţiile

ulterioare ale discului prin adăugarea de materie primă proaspătă şi de ciocnirea dintre peleţii mai

mici. Pe măsură ce peleţii se măresc aceştia se strămută la margine şi în partea de sus a cadrului

discului, până când se revarsă peste margine.Creşterea peleţilor este controlată de cantitatea mică de

apă pulverizată pe disc şi de ajustarea vitezei de rotaţie a discului. Peleţii verzi sunt descărcaţi din

disc într-un singur transportor.Cernerea peleţilor verzi are loc într-un ciur cu două site chiar înainte

de a fi alimentaţi în utilajul de solidificare. Scopul tamburului de cernere este de a preveni formarea

bulgărilor/peleţilor supradimensionaţi (+16 mm) şi minereuri subdimensionate (-6.3 mm fracţie) la

intrarea în instalaţia de solidificare.Formarea unui strat de peleţi perfect plat în ambele părţi este

esenţială pentru controlul optim al procesului de solidificare.

Calitatea şi cantitatea de liant adăugat joacă un rol important în timpul formării bilelor. Lianţii

îndeplinesc două funcţii importante în peletizarea minereului de fier. Liantul face ca minereul umed

să devină elastic, astfel încât acesta va nuclea seminţele care cresc cu o viteză controlată în granule

bine formate. În timpul uscării, liantul ţine particulele în aglomerate în timp ce apa este îndepărtată

şi continuă să le lege împreună până când peletul este încălzit suficient pentru a sinteriza granulele

împreună.

3.Întărirea peleţilor (solidificare)

Peleţii verzi, după cernere, sunt încălziţi în utilajul de întărire.Patru tipuri majore de procese de

întărire sunt disponibile : 1) cuptor cu cuvă 2) bandă de oţel 3) grătar drept şi 4) cuptor cu grătar.

Dintre acestea, cuptorul cu cuvă şi banda de oţel sunt potrivite pentru capacităţi mai mici de

producţie iar cuptorul drept şi cuptorul cu grătar ocupă majoritatea producţiei de pelete din minereu

de fier din lume. Întărirea peleţilor constă în trei etape principale :

1. Uscarea peleţilor verzi

2. Încălzirea peleţilor la 1250-3000ᴼC pentru a sinteriza particulele de oxid de fier

3. Răcirea peleţilor fierbinţi înainte de descărcarea lor în halde

În utilajul de întărire cu, cuptor drept peleţii sunt transportaţi în cuptor pe un grătar mobil, care

reţine peleţii permiţând în acelaşi timp aerului să treacă.Grătarul mobil este încărcat cu aproximativ

0,05 m înălţime de peleţi încălziţi ca strat de vatră pentru a proteja grătarul şi 0.50 m de peleţi

verzi.Peleţii verzi de dimensiuni mici cu conţinut minim de minereu creşte permeabilitatea şi

permite trecerea eficientă a fluxului gazos prin stratul de peleţi. Acesta minimizează căderea de

presiune prin strat şi capacităţile necesare a exhaustoarelor procesului. Permeabilitatea mare a

stratului permite operarea adâncă în strat, care maximizează productivitatea, reducând astfel

costurile de producţie. Uleiul de cuptor, gazul de furnal, gazul de cocserie sau amestecul lor este

utilizat drept combustibil pentru a încălzi peleţii.

Permeabilitatea stratului şi temperatura de ardere sunt factorii critici în procesul de solidificare, care

sunt legate respectiv de transferul de masă şi căldură. Permeabilitatea stratului decide cantitatea de

gaz de proces care poate fi circulat în zone diferite.

Schimbări fizico-chimice în timpul solidificării

În timpul uscării (180-350ᴼC), conţinutul de umiditate din peleţii verzi este evaporat. Umiditatea

interstiţială şi de suprafaţă se evaporă la temperaturi mai mici întrucât apa combinată chimic (ca

goethit sau limonit) sau orice hidroxid sau combinaţii de hidroxid pierd conţinutul de apă la

temperature ridicate. Apa împreună cu liantul formează anumite tipuri de geluri.

În timpul preîncălzirii (500-1100ᴼC) diferite reacţii acţionează în paralel în funcţie de chimia

peleţilor verzi. Descompunerea carbonaţilor, hidraţilor şi calcinarea sulfurilor prezente are loc în

cadrul acestei etape. Gazeificarea combustibililor solizi precum cărbunele sau cocsul şi conversia

oxizilor de fier precum goethite, siderit, hematite are loc deasemenea. Începerea lipirii oxizilor

solizi şi creşterea granulelor sunt principalii paşi din această etapă.

În timpul etapei de încălzire (1300-1350ᴼC), temperatura este sub temperatura de topire dar în

intervalul de reactivitate a componentelor minereurilor şi aditivilor.Formarea legăturilor între oxizi

şi zgură este decisivă în această etapă. Hematitul este faza dominantă în coaja şi straturile exterioare

ale peletului în timp ce magnetitul şi forma FeO în straturile interioare şi de bază datorită presiunii

parţiale ridicate a CO. Dioxidul de siliciu, în funcţie de împrejurări, reacţionează cu FeO pentru a

forma faialit la aproximativ 1175-1200ᴼC şi reacţionează cu CaO pentru a forma orto-silicaţii. CaO

reacţionează cu Fe2 O3/Fe3O4 pentru a forma ferita de calciu (CF) şi MgO reacţionează cu Fe3 O4

pentru a forma magnezioferit (MF).MF rămâne inert până la sfârşitul procesului de întărire în timp

ce CF joacă un rol important. La temperaturi mai ridicate, CF se topeşte şi se îndreaptă către o nouă

fază de capilaritate. Când siliciul este disponibil (de la bentonită sau de la minereul de fier) CF se

dizolvă şi evoluează spre silico-ferite de calciu şi alumină (SFCA) în timp ce temperatura creşte

uşor la 1300ᴼC.

SFCA este etapa cheie de legătură în fluxul de bază a peleţilor din minereu de fier în care cristalele

de hematit sunt cimentate de matricea lor poroasă. Această matrice este considerată a determina în

mod direct parametrii de calitate precum rezistenţa înainte şi după reducere şi înmuiere şi topire în

furnal. În peleţii acizi topirea silicatului este principala fază de lipire. Cantitatea şi distribuţia sa

afectează în mod direct calitatea peleţilor. Finalizarea cristalizării şi creşterea bilelor a fazelor de

oxid sunt paşii principali în etapa de încălzire. În timpul solidificării, factorii cinetici trebuie

deasemenea luaţi în calcul deoarece peleţii nu sunt omogeni din punct de vedere termodinamic.

Formarea fazelor depinde de reacţiile dintre diferite sisteme oxidice.

2.3 Schema bloc a procesului, scheme ale fluxului tehnologic

Schema fluxului tehnologic