Aglomerace

Účel spékacího procesu

Moderní vysoce výkonné vysoké pece dosahují zlepšeného výkonu přípravou vsázky po stránce fyzikální i metalurgické, což zlepšuje prostupnost a schopnost redukce. Tato příprava znamená aglomeraci pecní vsázky buď spékáním nebo peletizací . Vsázka obsahuje směs drobných rud, aditiv, recyklované materiály s obsahem železa z následných procesů, jakými jsou hrubý prach a kal z čištění vysokopecního plynu, válcovenské okuje, slévárenské okuje atd., ke kterým se přidává koksový mour k zapálení směsi.

 

Fotografie spékacího pásu se zavážecím zařízením (bubny nebo skluznými žlaby) a zážehovým krytem na začátku pásu je na obr. 1.

Míchání a příprava směsí surovin

Suroviny je třeba před spékacím procesem promíchat. To obyčejně znamená vrstvení materiálů na přípravné ploše v přesných množstvích, potřebných pro spékací operaci. V této etapě se mohou také přidávat některá tavidla,  materiály k recyklaci z následně probíhajících pochodů, jak již bylo uvedeno. Spodní vrstvy rudy se překrývají vrstvou hrubého materiálu, aby se zabránilo víření při závanu větru. Na začátku procesu spékání se promísená ruda přendá do úložného zásobníku na začátku aglomeračního zařízení.

V etapě mísení se mohou do promíchávané rudy přidávat další aditiva jako vápno, olivín, zachycený prach a válcovenské okuje, prach z čištění vysokopecního plynu (a mnohem nižší množství kalů) a recyklovaný aglomerát ( částice o velikosti < 5 mm) z třídění aglomerátu (obr. 2). Při pochodu spékání se nejčastěji používá jako palivo koksový mour (o velikosti částic menších než 5 mm). Obvykle se vyrábí přímo na místě v koksovnách a ukládá se do zásobních násypek pro následné použití. Mour lze také získat drcením koksu.

V některých případech se používá jako paliva antracitu. Integrované hutní závody s kapacitou koksu, která není dostačující pro zásobování aglomeračního závodu, jsou závislé na externích dodavatelích koksového prachu. Směs rudy a koksového prachu se na dopravníkových pásech váží a sype se do směsného bubnu. Zde se dokončí promíchávání a směs se navlhčí, aby se vytvořily mikropelety, které přispívají k prodyšnosti aglomeračního lože.

Tam, kde se využívají pro mísení a promíchávání zásobní nádrže, se emise potlačují pomocí odlučování hmotných částic a následným čištěním jímaného plynu.

Používají se také jiné projekty. Obrázek znázorňuje závody využívající drcení koksu a mísení v bunkrech. Komíny indikují emisní zdroje, ale jejich skutečný počet není velký, protože se každý využívá pro více než jeden proud výstupního plynu.

Provoz aglomeračního pásu

Aglomerační zařízení tvoří v podstatě široký pohyblivý rošt z tepelně odolné litiny. Materiál, který se má spékat je umístěn navrch 30 – 50 mm hluboké vrstvy recyklovaného aglomerátu. Tato spodní vrstva zabraňuje směsi, která se spéká, aby propadala otvory v roštu a chrání rošt před přímým teplem hořící směsi.

V moderních aglomeračních závodech je vrstva materiálů ke spékání asi 400-600 mm hluboká, ale ve starších závodech jsou obvykle lože mělčí.

Na začátku roštu zažehává kryt plynových hořáků koksový mour ve směsi. Při pochodu se spodním tahem prosávají výkonné ventilátory vzduch aglomeračním ložem do rozvodných komor (větrovodů ) umístěných na spodní straně podél celé délky roštu.

Proud odpadního plynu aglomeračního závodu kolísá od 350 000 do 1 600 000 m3 za hodinu v závislosti na velikosti závodu a provozních podmínkách. Běžně je specifický objemový průtok odpadního plynu mezi 1500 a 2500 m3 na tunu tříděného aglomerátu.

Většina aglomeračních zařízení s velkou odsávanou plochou (více než 250 m2 a /nebo šíří roštu větší než 3m) má dva hlavní sběrače odsávaného plynu s řadou samostatných ventilátorů a odprašovacím zařízením, které by mělo být vhodným moderním opatřením pro omezení emisí.

Jak aglomerovaná směs postupuje podél roštu, je čelo spalování taženo dolů směsí. Tím se vytváří teplo (1330 – 1480 0C) dostatečné k tomu, aby se spekly jemné částice dohromady do porézního slínku, který se nazývá aglomerát.

Během aglomeračního procesu probíhá řada chemických i metalurgických reakcí. Ty vedou jak k tvorbě aglomerátu samotného, tak také ke vzniku prachu a plynných emisí.

Reakce se překrývají a ovlivňují se vzájemně, nastávají jak reakce v tuhém skupenství, tak heterogenní reakce mezi taveninou, pevnými a plynnými fázemi, které se vyskytují v zóně spékání.

V basickém prostředí (1,5 -1,7 CaO/SiO2 bazicity, která je velmi běžná) probíhají ve spékané směsi následující procesy a reakce :

• odpařování vlhkosti
• předehřev a kalcinace basických sloučenin, zážeh koksového mouru a reakce mezi uhlíkem, pyritem, chloridovými a fluoridovými sloučeninami a vzdušným kyslíkem
• rozklad hydrátů a štěpení uhličitanů
• reakce mezi CaO a hematitem (krevel-druh železné rudy)
• reakce mezi křemičitanovou fází a CaO, jakož i fázemi oxidů železa za tvorby taveniny křemičitanu a zvýšeného podílu roztavených fází
• tvorba sloučenin vápníku a síry a sloučenin s obsahem fluoru, společně s alkalickými chloridy a chloridy kovů
• redukce oxidů železa na kovové železo ve vysoko-teplotní zóně
• vytváření dutin a kanálků při spalování koksu a odpařování vlhkosti
• reoxidace a rekrystalizační procesy se smršťováním, přeměnou a vytvrzováním během ochlazování aglomerátu
• tvorba trhlin z důvodu tepelného pnutí během ochlazování aglomerátu a deformace v mikrostruktuře aglomerátu

Před dosažením konce roštu je koksový mour zcela spálen a jeden nebo dva poslední větrovody se využívají pro počínající proces ochlazování. Chladič může být zabudován do aglomeračního pásu, nebo je oddělen, což je nejběžnější. Produkt spékání vypadává z konce roštu ve formě spečence, který se rozlamuje na nárazové plošině a pomocí drtiče.

V mnohých závodech pak aglomerát prochází procesem třídění za horka, čímž se oddělí jemné částice menší než cca 5 mm a recyklují se do vsázkové směsi.

Obr. 3 zobrazuje teplotu a reakční zóny vrstvy aglomerátu 6 minut po zážehu.

Třídění horkého aglomerátu a chlazení

Není-li chlazení zabudováno do aglomeračního pásu, pak po přechodu  pásu postupuje aglomerovaný materiál na chladič. Chladič má charakteristickou kruhovou konstrukci o nějakých 20 až 30 m v průměru, ve kterém se umístí aglomerát ve vrstvě větší než l m.

Aglomerát se chladí vzduchem vháněným vertikálně do vrstvy. Objemový průtok chladícího vzduchu aglomerátem je vysoký a závisí na druhu a stáří použitého systému.

Specifický průtokový objem je 1500 - 2500 m3/ t aglomerátu, což vede k průtokové rychlosti 100 000 až 1 000 000 m3/hod.

Někdy se značného tepla odpadního plynu z chlazeného aglomerátu využívá v kotlích na odpadní teplo, do zážehových čel aglomeračního roštu, nebo k předehřevu čerstvé vsázky. Existují a jsou známy i jiné projekty chladičů.

Ochlazený aglomerát se přepravuje k sítům, které oddělují frakce, které se použijí ve vysoké peci (4 -10 mm a 20 - 50 mm) od frakcí, které se navrátí do aglomeračního procesu (0 -5 mm jako vratná jemná frakce a 10-20 mm jako spodní vrstva).