Sinterung von Filterkuchen aus Eisenerz- bzw. Konzentratschlamm: Filtrier-Sinter-Verfahren PDF
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FORSCHUNGSBERICHT DES LANDES NORDRHEIN -WESTF ALEN Nr. 2674/Fachgruppe Huttenwesen/Werkstoffkunde Herausgegeben im Atiftrage des Ministerprasidenten Heinz Kuhn vom Minister fur Wissenschaft und Forschung Johannes Rau Prof. Dr. -lng. Werner Wenzel Priv. -Doz. Dr. -lng. Dipl. -Wirtsch. -lng. Heinrich-Wilhelm Gudenau Dr. -lng. Johannes Moeljono Institut fur Eisenhuttenkunde der Rhein. -Westf. Techn. Hochschule Aachen Sinterung von Filterkuchen aus Eisenerz- bzw. Konzentratschlamm (Filtrier-Sinter-V erfahrenl WESTDEUTSCHER VERLAG 1977 CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek Wenzel, Werner Sinterung von Filterkuchen aus Eisenerz- bzw. Konzentratschlamm (Filtrier-Sinter-Verfahren) / Werner Wenzel; Heinrich-Wilhelm Gudenauj Johannes Moeljono. - 1. Aufl. - Opladen: West deutscher Verlag, 1977. (Forschungsberichte des Landes Nordrhein Westfalen; Nr. 2674 : Fachgruppe Hlittenwesen/ Werkstoffkunde) ISBN-13: 978-3-531-02674-9 e-ISBN-13: 978-3-322-87843-4 001: 10.1007/978-3-322-87843-4 NE: Gudenau, Heinrich Wilhelm:; Moeljonot Johannes: © 1977 by Westdeutscher Verlag GmbH, Opladen Gesamtherstellung: Westdeutscher Verlag Inhalt A. Einleitung 1 B. Problemstellung 2 c. Gegenliberstellung der Agglomerationsstufen 5 D. Filteraggregate und ihre Leistung 11 E. Versuchsgeratebeschreibung 20 F. Versuche und Diskussion in der ersten Agglomerationsstufe (Herstellen der 24 Filterformlinge) 1. EinfluB des KQrnungsbandes der Erze auf die Grlinfestigkeit 24 2. EinfluB des Wassergehaltes der Formlinge 27 auf die Grlinfestigkeit 3. EinfluB des unterdruckes des Filteraggre- 33 gates auf die Grlinfestigkeit 4. EinfluB der Trocknungstemperatur auf die 35 Griinfestigkeit 5. EinfluB von Filtrierhilfsmitteln auf die 37 Griinfestigkeit G. Versuche und Diskussion in der zweiten Agglomerationsstufe (Sintern der Filter 39 formlinge) 1. EinfluB des Wassergehaltes der Formlinge 39 auf die Sinterleistung 2. EinfluB des Wasser<]ehaltes der Formlinge auf die Sintereigenschaften 43 - IV - 3. EinfluB der Koksmenge auf die Sinter 45 leistung 4. EinfluB der Koksmenge auf die Sinter 48 eigenschaften 5. EinfluB der Art der Koksaufgabe bzw. Mischtechnik auf die Sinterleistung 50 6. EinfluB der Aufgabeart des Kokses bz~". Mischtechnik auf die Sintereigenschaften 54 7. EinfluB der Rlickgutmenge auf die Sinter 56 leistung 8. EinfluB der Rlickgutmenge auf die Sinter eigenschaften 61 9. EinfluB der Gasdurchlassigkeit der Sin terschlittung auf die Sinterleistung 64 10. EinfluB der Gasdurchlassigkeit der Sin- terschlittung auf die Sintereigenschaften 85 11. EinfluB der Mollertemperatur auf die Sinterleistung 89 12. EinfluB der Mollertemperatur auf die Sintereigenschaften 90 H. Zus~.enfassende Betrachtung 91 1. Literatur 97 A. Einleitung Der steigende Weltstahlbedarf erfordert eine stetig wachsende Menge an Eisenerzen; so wird st~ndig die Eisenerzf6rderung inten siviert und werden neue Lagerstatten erschlossen (1). Urn die neben den Stuckerzen in gr6Berem MaBe anfallenden Fein erze verhutten zu k6nnen, mussen diese agglomeriert werden 2-5. So werden heute durchschnittlich etwa 50 - 60% Sinter, 10 - 20% Pellets und 20 - 25% Stuckerz dem Hochofen zugefuhrt. Im Rahmen der Agglomerationsverfahren - Sintern, Pelletieren und Brikettieren - ist das Sintern von Feinerzen am meisten ver breitet. Bei der Sinterung von Eisenerzen werden feink6rnige eisenhaltige Stoffe, wie Feinerze und Abfallprodukte der eisenhUtten~nnischen Prozesse mit festen Brennstoffen, Zuschlagen und Wasser ge mischt, auf einen Rost geschichtet und an der Oberfl~che ge zundet. Gleichzeitig wird von oben ein Luftstrom hindurchge saugt oder gepreBt. Innerhalb der Mischung bildet sich eine so genannte Brenn- und Sinterzone aus, die in Str6mungsrichtung des Luftstromes fortschreitet. Dabei findet eine Verfestigung der Teilchen infolge Platzwechsel der Atome im festen Zustand, Kornwachstum, Erweichung der Teilchenoberflachen oder Schlacken bildung statt. Das Produkt ist ein mehr oder weniger festes por6ses und gut reduzierbares Agglomerat. Bei der Sinterung wird das Feinerz nicht nur stUckig gemacht, sondern daruber hinaus wird es auch physikalisch und chemisch aufbereitet; dieses macht sich in einer Leistungssteigerung der Roheisenproduktion sowie einer Erniedrigung des Kokssatzes der Hoch6fen bemerkbar 6-13). Urn den Weltstahlbedarf zu decken, wird eine Erh6hung der Hochofenleistung angestrebt. Das kann erreicht werden durch einen hohen Sinteranteil im M611er, der gleichzeitig eine Steigerung der Sinterproduktion notwendig macht. - 2 - Zur Erhohung der Sinterproduktion wurden daher neue Sinteran lagen mit hohen Kapazi taten gebaut; dieser Weg ist mit neuen Investitionskosten verbunden. Die Bestrebungen der Eisen industrie gehen hauptsachlich dahin, wesentliche Leistungs verbesserungen hinsichtlich Quantitat als auch Qualitat des in den vorhandenen Anlagen erzeugten Sinters zu erreichen, wie z.B. durch Verbesserung der Gasdurchlassigkeit der Sinter mischung 14-16) oder durch eine vollstandige Automatisierung d er S1' n t eran 1 age 12 u. 17-20) . We 1' te re Untersuch ungen 'Zle 1 en darauf hin, die Sinterkosten durch Optimierung des Verfahrens zu senken, ohne daB die Sinterqualitat verschlechtert wird. B. Problemstellung In dieser Arbeit solI ein neuer Weg untersucht werden, die Gas durchlassigkeit der Sinterschicht auch dann zu gewahrleisten, wenn nur feinkornige Erze als Grundlagen der Sinterrohrmischung zur VerfUgung stehen. Bekannt ist, daB schon geringe Zugaben von feinkornigen Zuschlagen zur Sintermischung die Leistung absinken lassen 21) Die Moglichkeit der Pelletierung solI nicht beschritten werden, da viele Konzentrate, deren Verwendung zur Sinterung angestrebt wird, nicht in der fUr die Pelletierung optimalen Korngr0Be vorliegen und daher in einem zweiten Mahlvorgang weiter zer k1einert werden mUBten. Dieser zv"eite Mahlvorgang bringt jedoch den Hauptteil der Kosten der Erzmahlung Uberhaupt. In dieser Arbeit solI untersucht und diskutiert werden, wie sich Konzentrate bei der Sinterung verhal ten,' wenn sie zuvor zu Filterformlingen agglomeriert als Sinterrohgut eingesetzt werden. Diese Formung in einer primaren Agglomerationsstufe bietet sich an, da viele Konzentrate in nasser Form den Konzentrationspro zeB verlassen und durch Filtration vom Wasser befreit werden mUssen. - 3 - Mittels e,ines Zellentrornmelfilters sollen aus Erz- bzw. Konzen tratschlarnm gleichmaBige Filterkuchen hergestellt werden. Je nach Art des Erzes werden diese Filterkuchen evtl. durch die heiBen Sinterabgase getrocknet und anschlieBend nach Koksgrus zugabe gesintert, siehe Bild 1. ABGAS , '""" Zftlen "",a.n.n..m 80,. III , W-a ......l tldiBHo .S Fii Utdof'lll'llitltt • Jeo ... " "Ii. Znc-hle, ", Z'il~I"do...d •.t.lc. h l Bild 1 Filtrier-Sinter-Verfahren Durch die Filtrierung des Schlarnmes wird eine Trennung vorn Wasser und eine Verfestigung des Sinterrohmaterials erzielt. Die Zellenform der Filterflache ermoglicht eine gleichmaBige StilckgroBe des SinterrohmOllers. Durch die Moglichkeit der Ausnutzung der heiBen Sinterabgase wird weiter Feuchtigkeit entzogen, dadurch wird gleichzeitig eine zunehmende Ver festigung und Erwarmung des Rohsinteragglomerates herbeige filhrt. - 4 - Durch diese MaBnahme 5011 angestrebt werden: a) die Sinterung von Erzen bzw. Konzentraten mit beliebig kleinen Kornfraktionen zu erQoglichen, b) infolge gleichmaBiger StlickgroBe und besserer Gasdurchlassigkeit des Sinterrohmollers die Sinterleistung zu erhohen, c) kristallisierten Sinter aus Konzentraten, d.h. Sinter mit Pelletbindungsmechanismen herzustellen, d) infolge der Optimierung des Wassergehaltes der Sinterrohmischung den Brennstoffverbrauch zu erniedrigen, e) die Sinterabgase durch Einleiten in die Schlamm filteranlage zu entstauben, gleichzeitig eine weitere Trocknung und Erwarmung der Filterkuchen zu erzielen. Die Probleme dieses Sinterverfahrens werden in zwei Haupt kreise unterteilt: a) Filtrationsproblemkreis b) Sinterproblemkreis Fur einen reibungslosen Betriebsablauf des neuen Sinterver fahrens ist es notig, zunachst genugend feste Formlinge und weiterhin eine genugend groBe Menge erzeugen zu konenn. Daher gehoren zum Filtrationsproblem die Leistungsuntersuchung des Filteraggregates und die Festigkeitsuntersuchung des Fil terkuchens. Die Wirtschaftlichkeit eines Sinterverfahrens ist u.a. von der Leistung des Sinter aggregates abhangig; dabei bestimmt vor allem der Ruckgutanfall die Hohe der Leistung. Infolge dessen fallen unter das Sinterproblem hauptsachlich die Leistung, der Ruckgutanfall und die Festigkeit des Produktes. - 5 - C. GegenUberstellung der Agglomerationsstufen bei der Eisen erzagglomeration Beim Brikettieren von Eisenerzen werden in der ersten Agglo merationsstufe Formlinge oder PreBlinge hergestellt 22) • Forrnlinge, die ohne PreBdruck erzeugt werden, entstehen vor nehmlich beim Filtrieren von Eisenerzen 23). Diese konnen un regelrnaBige Gestalt haben, wenn z.B. der Filterkuchen von einem liblichen Scheibenfilter abgestreift wird und dabei in kleinere Agglomerate zerfallt, oder eine regelmaBige Gestalt besitzen, wenn z.B. auf einem Bandfiltergerat auf dem Filter tuch ein Raster mitlauft - wie in dieser Arbeit beschrieben - das nach dem FilterprozeB kleine, wlirfelformige Agglomerate abwirft 24) Auch beim Herstellen von preBlingen konnen ungleichformige Agglomerate gebildet werden, wie z.B. beim Slinger-Sinter prozeB 25-27), bei dem Material durch den Slinger beschleunigt auf ein Verfestigungsband geschleudert wird, dort verdichtet wird und beim Herabfallen einzelne kleine Agglomerate bildet. Beim Einsatz von Stempelpressen, Walzenpressen und Ringwalzen pressen werden vornehmlich gleichformige Agglomerate erzeugt. Beim SinterprozeB wurde frUher in der ersten Agglomerations stufe eine Krlimelung des Mollers aus Erz, Koksgrus, Zuschlagen und Wasser herbeigeflihrt 28-31), urn eine erhohte Gasdurchlassig keit der Sinterrohmischung herbeizuflihren. 1m Hinblick auf die Gasdurchlassigkeit und die damit im engen Zusamrnenhang stehende Leistung eines Sinterbandes werden heute die Sinterrohmaterialien durch Rollieren in eine Kugelform liberflihrt. Die eingesetzten Rolliertromrneln sind in unmittelbarer Nahe der Sinterbander angeordnet und erzeugen ein kugeliges Agglomerat, das zwar die gleiche Form besitzt, jedoch mit unterschiedlicher Korn groBe 32). Die Diskussion und Versuche zurn Filtrier-Sinter-Verfahren bringen eine Erweiterung der bekannten Agglomerationsverfahren fUr Eisenerze. Es wird jedoch nur die 1. Agglomerationsstufe ver- - 6 - fahrenstechnisch verandert - das Herstellen der Formlinge. Die 2. Stufe - das Sintern - wird in der Ublichen Art bei behalten. Als Abgrenzung wird kurz auf die bekannten Agglo merationsverfahren und die Bindungsarten eingegangen. Beim Pelletieren werden die Feinsterze oder Konzentrate mit und ohne Zuschlagen unter Zusatz von Wasser in Tellern, Trommeln oder Koni zu GrUnpellets zusammengeballt. Wahrend die Pelletiertrommel verschieden groBe Pellets verlassen - die zu kleinen werden abgesiebt und dem ProzeB wieder zugefUhrt - verlassen den Pelletierteller und den Konus gleich groBe Grlinpellets. Der Anteil an der GrUnpelletherstellung betragt beim Teller 30%, fUr die Trommel 67% und auf den Konus ent fallen 3% 33-37} Die Aufgabe der pr~maren Agglomeration liegt darin, wirtschaft lich gUnstig gute Ausgangsprodukte fUr den nachfolgenden Har tungsprozeB zu schaffen. Wenn darUber hinaus die Meglich- keit besteht, Agglomerate in dieser ersten Stufe zu erzeugen, die ohne einen zweiten AgglomerationsprozeB dem Reduktions verfahren zugefUhrt werden kennen, ware eine Einsparung sowohl groBer Investitions- wie auch Verarbeitungskosten zu erzielen. So betragen z.B. fUr das Pelletieren die Kosten fUr vier Pelletierteller mit 4,5 m ~ und einer Leistung von 1 Mill. Jahrestonnen ca. 400.000 OM Investitionskosten 38}. Die In vestitionskosten der Brennanlage in der zweiten Agglomerations stufe betragen jedoch bei gleicher Leistung nachgeschaltet nach den Pelletiertellern ca. 30 Mill. OM. Bei der Betrachtung der Verarbeitungskosten fallt als greBter Posten der Betriebs kosten der in der zweiten Agglomerationsstufe zusatzliche An teil an Brennstoffkosten ins Gewicht 38}; weiterhin aber auch die elektr. Energie, Reparatur-, Betriebspersonal- und Wartungs personalkosten. Somit kommt der ersten Agglomerationsstufe eine groBe Bedeutung zu, wenn sie nicht nur ein gutes Vorprodukt fUr die sekundare Agglomerationsstufe anstrebt, sondern darliber hinaus ein festes Agglomerat, das einen nachgeschalteten Re duktionsprozeB ohne Schwierigkeiten durchlaufen kann. Wenn
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