Aglomeracja

Aglomeracja (spiekanie) polega na prażeniu drobnych kawałków rudy lub wysuszonego i sprasowanego koncentratu, przez co otrzymuje się większe porowate spieki, które wytrzymują nacisk rudy w wielkim piecu i nie kruszą się. Spiek wytwarza się z nawilżonej i uśrednionej mieszanki rud (ziarno < 8mm), z kamienia wapiennego, z dolomitu zmielonego (ziarno < 3mm). Mieszanka spieka się w wyniku częściowego nadtopienia ziarn.

Spiekanie prowadzi się na taśmach spiekalniczych w warstwie o grubości 300mm; koks znajdujący się w mieszance w ilości ok.8% zapalony palnikiem z góry, spalając się w przesysanym (z góry w dół) przez warstwę powietrzu, dostarcza ciepła (1250-1320⁰C) potrzebnego do nadtopienia rudy. Przesysanie powietrza umożliwia przesuwanie warstwy ziarn w dół aż do rusztu, z prędkością zależną od przewiewności mieszanki; prędkość ta zwykle wynosi 25mm/min. Spiek powstaje w wyniku powierzchniowego nadtopienia większych ziarn i stopienia najdrobniejszych ziarn; przy czym powstała faza ciekła, krzepnąc w miarę chłodzenia, łączy ziarna w gąbczaste bryły o znacznej porowatości. Spiek spadając z taśmy kruszy się i sortuje na gorąco, a następnie zsypuje do chłodni i chłodzi przepływem powietrza do temperatury 150⁰C.

Rys.1 Spiekanie rudy na taśmie

Dodatek kamienia wapiennego i dolomitu do mieszanki stosuje się w celu ożużlowania krzemianki rudy tak, aby powstały w wielkim piecu żużel miał zasadowość 1,1-1,15. Spiekana mieszanka pozostaje w strefie najwyższych temperatur ok. 60s, po czym strefa ziarn przesuwa się w dół, a powietrze przesysane z góry chłodzi gotowy spiek.

Wtedy, gdy mieszanka przebywa w strefie wysokich temperatur, zachodzi wiele reakcji redukcji oraz tworzenia się nowych minerałów.

W czasie chłodzenia spieku zachodzi proces krzepnięcia i krystalizacji nowych składników ze stopu; szybkie chłodzenie powoduje, że część fazy krzemianowej nie zdąży wykrystalizować i ulega zeszkleniu.

Gotowy spiek składa się z trzech rodzajów składników:

• z minerałów pierwotnych, nie zmienionych w procesie spiekania (hematyt i nieprzereagowany kwarc),

• z minerałów wtórnych powstałych w wyniku reakcji redukcji lub rekrystalizacji w fazie stałej, jak również w wyniku utleniania w czasie chłodzenia spieku (faza tlenkowa)

• z minerałów wtórnych ze składników stopionych w wyniku reakcji w fazie ciekłej (krystaliczna faza krzemianowa zawierające szkliwo).

Dodatek koksu wpływa na równowagę poszczególnych składników.

Zawartość Fe²⁺ oznaczona za pomocą analizy chemicznej jest wskaźnikiem stopnia reakcji redukcji oraz wskaźnikiem jakości spieku. Spiek o małej zawartości FeO (wistyt) zawiera więcej hematytów i ferrytów, jest bardziej redukcyjny i mniej wytrzymały. Spiek o zwiększonej zawartości FeO zawiera mniej hematytu i ferrytów, więcej magnetytu i oliwinów wapniowych, jest mniej redukcyjny i bardziej wytrzymały.

Jakość spieków zależy od stopnia krystalizacji składników fazowych, jak również od wielkości ziarna mieszanki. Gruboziarnistość rud i topników oraz złe wymieszanie powoduje niepełne spieczenie i niejednorodny skład fazowy. Niespieczone grube ziarna wapnia (CaO) powodują łupliwość spieku i zmniejszenie odporności na działanie wilgoci.

Własność spieków określa się za pomocą analizy zawartości Fe, FeO i zasadowości, jak również przez pomiar wytrzymałości i rozkruszności, redukcyjności oraz wytrzymałości i ścieralności po redukcji.

Wytrzymałość i rozkruszność spieków określa się metodą zrzutową lub bębnową.

Redukcyjnością rud i spieków nazywa się zdolność oddawania przez nie tlenu związanego z żelazem w tlenki. Dokonując pomiarów zakłada się warunki zbliżone do istniejących w szybie wielkiego pieca. Obecnie pomiar redukcyjności przeprowadza się wg ISO (Międzynarodowa Organizacja Standaryzacji). Oprócz metody ISO stosuje się badanie wg Lindera.

Dokonuje się również pomiarów porowatości spieku i zmian porowatości w czasie redukcji. Ze względu na to, że redukcyjność jest zależna od porowatości, pomiar ten konieczny jest do określenia zmian zachodzących w spieku w procesie redukcji.

Przydatność spieku w procesie wielkopiecowym jest oceniana na podstawie temperatury mięknięcia i topienia spieku. Dlatego jest korzystne, aby w wielkim piecu ruda lub spiek miękły jak najpóźniej, gdyż wtedy redukcja tlenków zachodzi najdłużej.

Belgijski instytut CNRM wprowadził metodę określania własności za pomocą urządzenia Permagnag. Za pomocą Permagnagu określa się, więc wskaźnik magnetyczny spieku, który jest proporcjonalny do redukcyjności i wytrzymałości spieku.

Zmniejszenie wskaźnika magnetycznego spieku oznacza konieczność zwiększenia dodatku koksu do naboju i odwrotnie, zwiększenie wskaźnika oznacza konieczność zmniejszenia ilości koksu.

Taśma spiekalnicza jest taśmą bez końca napiętą na dwóch bębnach, złożoną z wielu wózków długości 1-1,5m, których dnem jest ruszt. Wózki przesuwają się ponad komorami odciągowymi połączonymi rurociągiem ze ssawą. Taśmę spiekalniczą charakteryzuje szerokość, długość (między osiami obu bębnów) i powierzchnią ssania.

Rys.2 Taśma spiekalnicza

1 - zasobniki dozujące rudę (R), koncentrat (KR), kamień wapienny (Ka), dolomit (D), koks (K) i zwroty (z), 2 - wagi taśmowe, 3 - mieszalnik, 4 - grudkownik, 5 - urządzenie zsypowe taśmy, 6 - palnik, 7 - taśma spiekalnicza, 8 - łamacz, 9 - sito spieku gorącego, 10 - chłodnica, 11 - sito spieku zimnego, 12 - filtr elektryczny, 13 - ssawa, 14 - komin

Wymiary i wydajność największych w świecie taśm spiekalniczych są następujące:

• szerokość 4-5m

• długość 75-113m

• powierzchnia 300-500m² (nawet do 700m²)

• wydajność 8000-16000 ton/dobę

Wymiary taśm pracujących w Polsce wynoszą: szerokość 2 do 2,5m, długość 25-30m, powierzchnia ssania 50-75m².

Przewiduje się zautomatyzowanie procesu spiekania na taśmie przez pomiar temperatury spalin w trzech ostatnich komorach ssawnych. Inny rozkład temperatur spalin oznacza konieczność zmiany prędkości taśmy. Dodatkowym czynnikiem regulacji jest stosowanie Permagnagu, który kontroluje w sposób ciągły jakość spieku za taśmą.

W Polsce rozbudowujemy aglomerownie, ponieważ stosowane u nas rudy krajowe i zagraniczne mają duże ilości rudy drobnej i miału (np. ruda krzyworoska ma do 70% miału), odpowiadające swą wielkością kawałkom przesortowanej rudy.

Literatura:

1. Ryszard Chudzikiewicz, Wojciech Briks „Podstawy Metalurgii i Odlewnictwo”. Państwowe Wydawnictwo Naukowe - Warszawa 1977.

2. „Hutnictwo Ogólne” - Wydawnictwo „Śląsk”, Katowice 1977

---