Ham pelet hazırlama. Peletleme. Tane Boyutunun Mukavemete Etkisi. özellikle. ızgara

Transkript

1 Peletleme Peletleme işlemi, i özellikle ızgara üzerinde kolayca sinterlenmeyen çok ince taneli demir cevherleri için i in oldukça a uygundu İşlem üç kademeden oluşmaktad maktadır: Hammaddelerin hazırlanmas rlanması, Oda sıcakls caklığında ham peletlerin üretimi, o C arasında peletlerin pişirilmesi. irilmesi. Ham pelet hazırlama Yuvarlama, su ve bir bağlay layıcı (bentonit, kireçta taşı,, sülfatlar, s cam suyu, CaCl 2, tuzlar veya organik malzemeler) ilavesiyle yapılı Pelet için i in hazırlanan harmanın n bağlay layıcı miktarı %0,5-1, su içerii eriği i ise %5-10 kadar olmalıdı Peletleme işleminde i kullanılacak lacak cevherin tane büyüklüğünün n % ninin 0,045 mm (325 mesh) in altında nda olması gereki Yuvarlama, ya bir tambur içinde i inde ya da döner d bir disk, tabla üzerinde yapılır r ve bir yamaçta kartopunun yuvarlanmasını andırı Tane Boyutunun Mukavemete Etkisi Ham pelet hazırlama Peletler çoğunlukla çapı mm. olacak şekilde yuvarlatılırla rla Bazı durumlarda yaklaşı şık 3 mm. çaplı mikropeletler de yapılı Pelet büyüklb klüğü; ; tabla eğiminin, e dönme d hızının, h n, verilen su miktarının n cevherin ve suyun tablaya verildiği i yerin değiştirilmesi ile kontrol edilebili Geniş ölçekli üretimler, tambur çapı 2m., eğim e açısı 5-10 o ve dönme d hızıh devir/dk dk.. olan tamburlarda yapılı

2 Ham pelet hazırlama Ham Pelet Oluşumunda umunda Boşluklar lukların n Suyla Doldurma Derecesinin Mukavemete Etkisi Yuvarlama, cevher partikülleri arasındaki boşluklardaki suyun, partikülleri birbirine bağlayan bir kapiler kuvvet sergilemesi ve yüzey y gerilim kuvvetlerinin etkili olması prensibine dayanı Kapiler kuvvet, partiküllerin toplam yüzey y alanı ile orantılıdır r ve böylece azalan partikül l boyutu ile arta Teorik olarak daha fazla sıvıs doygunluğu, u, daha büyük b kapiler kuvvetler ve emme potansiyeli buradan da daha büyük b k ham pelet mukavemeti verecekti Ancak çok yüksek y sıvıs doygunluğunun unun yüksek y mukavemet vermesi gerekmez. SıvıS doygunluğu u ve ham pelet mukavemeti için i in gerekli yoğunluk arasında bir optimum sağlanabili Pelet Oluşum um AşamalarA amaları Pelet Oluşum um AşamalarA amaları Peletlemede granüllerin oluşumu umu üç farklı aşamada amada meydana gelir: A. Yaş peletlerde su miktarının asgari olduğu kademe. Sadece cevher tanelerinin temas noktalarında sıvı köprüler teşekkül ede B. Ara kademesi adlandırılan bu durumda tane aralarındaki boşlukların bazıları su ile doludu C. Bu kademe yaş pelet tüm por hacminin su ile dolu olduğu durumu belirti

3 Bağlay Bağlay layıcılar lar peletlere genellikle şu u nedenlerle ilave edilirler: Yaş pelet üretiminin kolaylaştırılmas lması, Yaş ve kuru mukavemetin arttırılmas lması, Kurutma kademesindeki hassas ısıtma ile ilgili problemlerin giderilmesi, Daha düşük d k piş sıcakls caklığında iyi kalitede ürünlerin elde edilmesi, Pişirilmi irilmiş peletlerin özelliklerinin geliştirilmesi. Bağlay Bağlay layıcılar lar iki ana gurupta incelenebilir: Organik bağlay İnorganik bağlay 1. Organik Bağlay layıcılar: lar: Nişasta, dekstrin gibi bağlay layıcılar, lar, pelet uygulamasının ilk zamanlarında nda kullanılm lmıştı Yaş ve kuru mukavemette gelişmeler sağland landığı halde bu bağlay layıcılarla larla pişmi miş pelet mukavemetinde gelişme sağlanamam lanamamıştı Çünk nkü organik bağlay layıcılar lar rekristalizasyon bağlanmas lanmasının n başlad ladığı andan evvel tamamen yanarla Kontrol edilemezse, yanma, peletlerin mukavemetsizliğini ini ve porozitenin azalmasına neden olan bölgesel b erimeleri oluştururla Ayrıca bir çokları kükürt içerirler i ki, pelet kalitesi yönünden y nden sakıncal ncalıdırla İnorganik bağlay 2. İnorganik Bağlay layıcılar: lar: 2.1 Suda çözünebilir tuzlar: Bir çok suda çözünebilir tuz, peletlerin yaş mukavemetini artırmaz, rmaz, ancak nemin buharlaşmas masıyla yeniden kristalleşir ir ve kuru mukavemeti artıran ran katı bağlar oluştururla Sodyum bileşikleri ikleri ile demir cevherleri arasındaki kimyasal reaksiyon olasılığı ığı fazladı Klorür r tuzlarından oluşan gazların korozifliği ve Ca hariç diğer alkalilerin fırın f n astarına karşı zararlı oluşlar ları klorürl rlü bileşiklerin iklerin kullanılmalar lmalarını sınırlamakta ise de bentonitten daha ucuz bağlay layıcılardı Aynı molarite oranına na sahip suda çözünebilir tuzlar içinde inde en yüksek y basma mukavemetini (kg olarak) veren tuz NaCI dü. Ayrıca, molarite arttıkça a aynı tuz için i in mukavemette artmaktadı İsveç LKAB tesislerinde %0,7 oranında nda FeSO 4 kullanılmaktad lmaktadı 2.2 Bentonit: İnorganik bağlay Peletleme işleminde i en yaygın n kullanılma lma alanı bulan ve başar arılı yuvarlama tekniklerinin gelişmesinde büyük b k rol oynayan bağlay layıcı bentonitti Bentonit, montmorillonit (Al 2 O 3.4SiO 2.H 2 O+nH 2 O) minerallerinin oluşturdu turduğu u bir kil çeşididi Çok ince taneli olmaları ve iyon değiştirebilmelerinden dolayı yüksek plastiklik, bağlay layıcılık k ve kollodial özelliklere sahipti Formülü: : (Na( Na,Ca)(Al,Mg) 6 (Si 4 O 10 ) 3 (OH) 6.nH 2 O Bileşimi: imi: %66.7 SiO 2, %28.3 Al 2 O 3 ve %5 H 2 O olup gerçekte ekte sık s k sık s k değişi i Tip 1 (Na( Bentoniti): Islandığı ığında çok fazla şişe Tip 2 (Ca( Bentoniti): Normal killerden daha fazla şişmezle Yüksek dereceli bentonit, ağıa ğırlığının n 5 katı kadar su absorblar ve kuru kütlesinin 15 katı kadar şişe

4 İnorganik bağlay Bentonit özelliklerinin peletleme tekniğine ine ve pelet özelliklerine etkisi aşağıdaki gibi verilebilir: Yuvarlak teşekk ekkülünü ve büyümeyi b kolaylaştırı Kurutma periyodunda hassas ısıtma ile ilgili problemleri gideri Yaş ve kuru mukavemeti arttırı Pişmi miş pelet özelliklerini iyileştiri Yuvarlama işleminde i su absorblama özelliğinden inden dolayı bağlay layıcısız malzeme hazırlamaya nazaran daha fazla nem kullanılı Topaklamayı kolaylaştırı Bentonit miktarının n değişmesiyle beslenen malzemenin nem içerii eriği kontrol edilebili Yuvarlama işleminde i peletlerin su alması sonucu nemin yaş kürelerde homojen dağı ğılımını kolaylaştırı Pelet içerisindeki i kılcal k kuvvetlerin kaybolmasıyla yla oluşan zararlı etkileri azaltı Kuru mukavemeti ve piş kademesinde curuf bağlanmas lanmasını sağlayarak pişmi miş mukavemeti artırı 2.3 Kireç: İnorganik bağlay Yanmış kireç (CaO)) veya sönms nmüş kireç Ca(OH) 2 olarak kullanılabili labili Kurutma sırass rasında görülen g çatlamalara karşı etkilidi Aynı zamanda kuru ve pişmi miş mukavemeti artırır, r, piş sıcaklığını düşürü Amerika da yapılan deneylerde %1 Ca(OH) 2 in kullanılmas lması,, yaş mukavemeti çok az artırm rmış,, fakat kuru mukavemeti 2,5 kat artırm rmıştı Kireçli peletlerin diğerlerine nazaran daha dirençli olduğu ve kirecin sadece daha kısa k sürede s pişyi yi sağlamakla kalmayıp, aynı zamanda düşük d k piş sıcakls caklıklarında pelet mukavemetine olumlu etki yaptığı görülmüştü YAŞ PELET ÜRETİM TEÇHİZATI Tambur, Tabla Kesik koni YAŞ PELET ÜRETİM M TEÇHİZATI Tambur: Yaş pelet üretiminde yaygın n olarak kullanılan lan tambur, yatay ekseni etrafında dönebilen d silindirik bir cihazdı Beslenecek malzeme su püskp skürtücülerin olduğu u uçtan u verili Birikmeleri önlemek için i in kesici bir mekanizması vardı İyi kalitede pelet üretimi için i in tamburda optimum bir dönme d hızıh ve malzeme derinliği i vardı Bu hız, h kritik hızın h n %25-30 udu. Tambur hızının n artışı şarja sert hareket verdiğinden inden dolayı sakıncal ncalıdı Yüklenen malzeme genellikle tambur hacminin %5 i kadardı Daha fazla yükleme, y ağıa ğırlıktan dolayı yuvarlanmayı zorlaştırı Malzeme tambura şarj edildiğinde inde su püskp skürtücülerin olduğu bölümde çekirdekler oluşur ur ve büyüme b işlemi i tambur uzunluğu boyunca gittikçe e artarak asimilasyonla ilerle Çıkan malzeme mm boyut aralığı ığında eleni -10mm ile +16mm boyutundaki malzemeler resirküle edili Yeni malzeme, parçalanm alanmış elek üstü ve resirküle edilen elek altı karışı ışımı su ile birlikte yeniden şarj edili

5 Peletleme Tamburu YAŞ PELET ÜRETİM M TEÇHİZATI Tambur: Çekirdekleşmenin yanı sıra bazı tabakalaşma ve büyümelerde b oluşu u Tamburda verim, tambur boyu veya çapının n veya her ikisinin birlikte artmasıyla yükseltilebili y Tambur boyu artarsa zaman uzar ve resirküle edilen malzeme miktarı azalı Süre, besleme miktarı ve tamburun eğimiyle e ayarlanabili Ama tambur eğimi e artarsa küçük üçük k peletler ve resirküle edilen malzeme miktarı arta Nem içerii eriğinin inin artması ve bentonitin azalması resirküle edilen malzeme miktarını azaltı İnce malzeme, resirkülasyonu artırı Fakat ince malzeme daha küçük k ve kuvvetli ürün eldesini sağla Kalın n malzeme ise büyüme b hızınıh artırır, r, dolayısıyla yla resirküle oranını da artırır r ve daha zayıf ürün n veri YAŞ PELET ÜRETİM M TEÇHİZATI Peletleme diskleri Disk: Bir yuvarlama diski, çapı boyuna göre g çok büyük, b bir yüzü açık k ve yatayla belli bir açıa yaparak dönen d silindirik bir kaptı Sistem ayrıca, besleyiciler, su püskp skürtücüleri ve disk üzerinde malzeme birikimini önleyen ve malzeme akışı ışını kontrol eden kazıyıcılardan oluşu u Peletleme diskleri pek çok malzeme uygulamaları için in tasarlanmış ıştı Örnek olarak; demir cevheri, gübre, g çimento, alüminyum ve kömür k r konsantreleri, vb. gösterilebili

6 Peletleme diskleri YAŞ PELET ÜRETİM M TEÇHİZATI Yaş peletler istenen boyuta ulaştıklar klarında diskten boşalt altılır, eleme ve resirkülasyon yapılı Diskin verimini ve malzemenin kontrolünü sağlayan etkenler; disk çapı, eğim açısı, a, dönme d hızıh ve çevresel duvarın n yüksekliy ksekliğidi idi Dönme hızı: h Diskten maksimum randıman elde edilinceye kadar disk açısı ve dönme d hızının h n artırılmas lmasıyla optimize edili AşıA şırı hızlar randıman manı azaltı Disk açısı: a Yaş peletin mukavemeti yuvarlama işlemi i sırass rasında gelişir ir ve disk açısıa azaldıkça a yerçekiminin ekiminin normali büyür b r ve bununla birlikte peletin mukavemeti de arta Disk çapı: Çap artırıld ldığında herhangi bir açıda a belirlenen çalışma şartlarında, peletin üst kısmk smına çıktıktan ktan sonraki aşağıa düşme hızıh da arta Ve bu, peletin parçalanmas alanmasına na yol aça a a Parçalanma, alanma, eğim e azaltılarak larak önlenebili YAŞ PELET ÜRETİM M TEÇHİZATI Koni: Yuvarlama konisi, belli bir eğimde e dönen d bir ucu açık a k kesik bir koniden ibaret olup disk ve tambur kadar uygulama alanı bulamamış ıştı Yaş Pelet Hazırlama 1.Çekirdekle ekirdekleşme : Az sayıda taneciğin in bir araya gelerek ilk çekirdeği oluşturmas turması. Koni, biri kenarda hareketli ve diğeri kapalı uçta sabit olmak üzere iki kazıyıcıya ya sahipti Beslenen malzeme merkeze yakın n bir yerden verili Yaş peletler oluşurken urken koninin özelliğinden inden dolayı boyutların doğal bir ayırımı vardı Oluşan peletler boşaltma kenarından ndan alını Oluşan yaş pelet boyutu malzemenin nem içerii eriği i ve koninin eğimiyle e kontrol edili Konide, tambura kıyasla k gerek duyulan nem miktarı %0,20-0,50 0,50 daha fazladı Tipik bir koni: 4,26 m açık a k uçu çapı,, dev/dk dk hız, 48 eğim, 35 ton/saat verim gibi özelliklere sahipti 2.Geçiş : Çekirdekten pelete doğru geçişin in gerçekle ekleşmesi. 3.Oluşan peletlerin istenilen boyuta ulaşmas ması. Pelet çapının n tambur devir sayısına bağlı değişiminin iminin grafiği

7 Peletler Ham pelet hazırlama Ürün peletin porozite ve yoğunlu unluğu u büyük b ölçüde peletleme tablasındaki mekanik kuvvetlere bağlıdı Bu kuvvetler peletin, tablanın n alt kısmk smına düşmesiyle d ortaya çıkar ve bu sebeple tabla çapına ve eğim e açısına a na bağlıdırla Peletin düşme yüksekliy ksekliği i eğimin e düşürülmesiyle azaltılabilir labilir fakat işlem i süresi s arta Bir pelet tarafından tablanın n kenarına çarpmada harcanan kuvvet onun kütlesi k ile orantılıdı F α M α D 3 F: Çarpma kuvveti M: Peletin kütlesi D: Çap Peletin mukavemeti onun çapı ile orantılıyken, çarpma kuvvetleri peletin çapının n küpük ile orantılıdı Peletleme tablası ve tablada malzeme hareketi 1- ε σ ε d Ham pelet hazırlama Yaş peletlerin gerilme mukavemeti Rumpf tarafından; T = 8 (1-ε)/ )/ε (σ/d) (2) eşitliği i ile verilmektedi ε : Taneler arasındaki toplam boşluk hacmi σ : Sıvının S n yüzey y gerilimi d : Partikül çapı Ortalama olarak ε = 0,35 alınırsa; T 15 (σ/d)( olu Bu eşitlikte e de tane çapının n küçük üçülmesi ve taneler arası boşluklar lukların n sıvıs ile tam dolu olması sonucu yüzey y geriliminin artmasıyla gerilme mukavemetinin arttığı görülmektedi

8 Piş Ham peletler taşı şımak için i in yeterli mukavemete sahip olmalıdırla Piş işlemi i sırass rasında su buharlaşı şır r ve peletler bağlay layıcı sayesinde çökmeden kalırla Bunlar, sinterleyerek sertleşt t esnasında nda ısıtmaya dayanacak mukavemeti peletlere sağlarla Piş Peletlerin pişirilmesi, irilmesi, sinterleme ızgarası üzerinde, şaft fırınında f nda ya da döner d fırında f yapılı Özellikle büyük b k tonajlar için i in Dwight-Lloyd makinesi üzerinde piş çok yaygınd ndı Yakıt t kömür k r tozu, sıvıs ya da gaz olabili Hematit peletlerin pişirilmesinde irilmesinde bağlant lantı, kristalizasyon olayları ile izah edilmektedi Manyetit peletlerin pişirilmesinde irilmesinde yeterli oksijenin mevcudiyeti durumunda manyetit hematite dönüşür d r ve oksijen köprk prüleri ve hematit taneciklerinin büyümesi b ile bağlant lantı sağlan lanı Silikatların, CaO ve diğer gang minerallerinin mevcudiyetinde cevher taneciklerinin arasında bu minerallerin oluşturdu turduğu u köprk prülerde pelet mukavemetinin nedenidi Piş sonunda pelet mukavemeti en az kg. aralığı ığındaki basma yüküne y dayanacak kadar olmalıdı Manyetit Peletlerde Bağlant lantı : I.) C: Manyetit kristallerinin köşe k e ve sınırlars rlarında hematit kristalleri teşekk ekkül edeoksitlenmeden ötürü kristal yüzeyindeki y atomların n hareket kabiliyeti artar ve cevher taneciklerinin bağlant lantısı meydana geli II.) C: Piş esnasında nda yeterli miktarda oksijen bulunuyorsa bu durumda manyetit kristalleri tüm t m olarak hematit'e dönüşürle d Bu kademede bağlant lantı rekristalizasyon ve hematit taneciklerinin büyümeleri b nedeni ile meydana geli III.) 900 C'nin üzerinde: Piş esnasında nda redükleyici atmosferin mevcudiyetinde veya yeterli miktarda havanın n mevcut olmayışı ışında manyetit taneciklerinin rekristalizasyon olayı meydana geli IV.) 1200 C'nin üzerinde: Silikatların, kalsiyum oksit ve diğer gang minerallerinin mevcudiyetinde cevher taneciklerinin arasında ergimiş halde bulunan bu minerallerin meydana getirdiği i köprk prüler pelet mukavemetinin nedenidi Fakat bu bağlant lantı rekristalizasyon ile meydana gelen bağlant lantıya nazaran daha zayıft ftı Piş Kömür r tozu kullanıld ldığında çoğunlukla peletlerin dışıd ışına ayrı bir tabaka olarak sarılırla rla Bu durumda piş ızgara üzerinde kok tozuyla doğrudan sinterlemeye çok benze Yalnız z peletlerin boyutu nedeniyle ısının n peletlere nüfuz n etmesi için i in daha uzun bir süre s re gereki Piş fuel-oil ya da gazla yapıld ldığı zaman bunlar ızgara üzerindeki yanma odasında yanarlar ve sıcak s yanma gazları pelet yatağı yoluyla emili Gazdaki ısı içeriğini ini değerlendk erlendk için i in bunlar yataktan birkaç kez geçirilirle Daha önce pişirilmi irilmiş peletlerden bir tabaka genellikle yatağı ğın alt kısmk smına yerleştirili Bu tabaka gazların ısısını ızgarayı terk etmeden önce absorbe eder ve ızgarayı aşırı ısınmadan koru Bir pelet yatağı bir konsantre yatağı ğından daha yüksek y geçirgenli irgenliğe e sahipti Bu nedenle daha fazla gaz akışı ve daha yüksek bir yatak mümkm mkün n olur, bu da daha büyük b sinterleme kapasitesini sonuç veri

9 Piş Peletlerin şaft fırınında f nda pişirilmesi irilmesi kireçta taşının kalsinasyonuna çok benze Şaft fırınının f n alt kısmk smında yakma havası aşağıya inen sıcak s peletlerle ön ısıtılır r ve üst kısımda k ham peletler aşağıa ğıdan gelen sıcak s yanma gazlarıyla ön ısıtılı Wanderrost- Drohrofen Kombinasyonuna Göre Sinter Izgarasında Piş Kalsinasyonun tersine gaz akışı ışının ısı kapasitesi katı akışı ışınınkinden nkinden daha azdı Üstteki ön ısıtma zonunda bu nedenle yanma gazları hızla soğu Halbuki pişmi miş peletlerin soğumas uması daha az etkilidi İyi ısı değişimine imine bağlı olarak iyi ısı ekonomisi sağlan lanır r ve yakıt t değerleri erleri ton pelet başı şına 10-15kg. 15kg. fuel-oil azalı Bu manyetit cevherlerine uygulanı Hematit cevherleri için in yakıt t tüketimi t iki kat daha fazladı Brezilya da CVRD s Sao Luis deki peletleme tesisindeki piş fırınıf Akış ışkan Yataklı Fırında Piş

10 Bir pelet üretim tesisinin akım şeması Peletleme diskleri Bir pelet tesisiyle ilgili veriler: m² m reaksiyon yüzeyiy m cihaz genişli liği Kapasite: 0,35 7,25 milyon ton/yıl l (tek bir ünitede) Yılda gün g çalışma Özgül üretim oranları (grate factor): Yaş cevherler için; i in; 15 t / gün.mg n.m²,, yüksek y kaliteli manyetit için; i in; >35 t / gün.mg n.m² Tüketim miktarları: Doğal manyetit için; i in; 350 MJ ısıl l enerji / t pelet, Limonit için; i in; MJ ısıl l enerji / t pelet kwh/t elektrik enerjisi (karış ıştırma, kürelek releşt ve piş için i in hammaddelere ve tesis kapasitesine bağlı olarak) 0.05 m³ m taze su / t pelet (soğutma suyu devresi için) i in) Ürün n Kalitesi (Yüksek fırınlar f ve direkt redüksiyon prosesleri için i in üretilen peletler): Basma mukavemeti: >2.500 N / pelet Tumble indeks: mm >95% Aşınma indeksi: -0.5 mm <5% Boyut: mm >85 90% Tozlar: -11 mm <1% Yüksek porozite, redüklenebilirlik ve metalizasyon derecesi Peletlerin Yararları Standardizasyon: Homojen boyut aralığı ığı,, genellikle mm aralığı ığındadı Saflık: % demir içerii eriği i (Ana mineral Fe 2 O 3 ) Maliyet etkisi: %25-30 kadar yüksek y oranda homojen porozite içermesine rağmen kızdk zdırma kaybı yoktu Bu kadar yüksek y porozite hızlı redüksiyon ve yüksek y metalizasyon oranlarına na imkan tanı Mukavemet: Redükleyici atmosferdeki termal yükler y altında bile homojen ve yüksek y mekanik mukavemet. Taşı şınabilme: Aşındırıcı şartlar altında düşük d k oranda bozulma.