Cercetări privind aglomerarea minereurilor de fier prin sinterizare

INTRODUCERE

În elaborarea oţelului, fonta brută reprezintă principala încărcătură feroasă care la ora actuală continuă să se fabrice în furnal, iar utilizarea aglomeratului la fabricarea fontei se menţine în peste 90 % din sectoarele siderurgice mondiale.

Datorită utilizării minereurilor de fier mărunte (care în starea lor iniţială nu pot constitui încărcătura metalică a furnalelor) ca materie primă de bază la producerea aglomeratului, sinterizarea acestora reprezintă un mare avantaj pentru siderurgie, alături de scăderea consumului specific de combustibil şi creşterea permeabilităţii coloanei de materiale procesate în furnal.

Dintre obiectivele importante ale dezvoltări sectorului primar siderurgic fac parte şi cele legate de creşterea calităţii aglomeratului, alături de reducerea preţului de fabricaţie a acestuia.

Metodele actuale de obţinere a aglomeratului din minereurile de fier utilizează în principal la scară industrială, maşini de sinterizare (aglomerare) cu bandă continuă. Datorită procesării cantităţilor uriaşe de materii prime de constituienţă diferită, alături de fenomenele fizico-chimice care au loc pe benzile acestor maşini se poate afirma că sinterizarea minereurilor de fier în regim continuu, face parte din categoria proceselor industriale de o mare complexitate.

Numeroşi cercetători au evidenţiat în lucrările lor [7, 17, 26, 136, 142, 172, 218] multitudinea problemelor cu care se confruntă fabricile de aglomerare şi au încercat găsirea soluţiilor specifice cazurilor analizate.

Tehnologia de sinterizare a minereurilor de fier se bazează pe exploatarea unui volum mare de informaţii pentru fiecare etapă a procesului, influenţat în principal de numărul de componenţi ai amestecului de şarjă.

În etapa de pregătire a materialului, odată ce stiva de minereu omogenizat este formată, amestecul rezultat dobândeşte anumite caracteristici fizico-chimice, care nu mai pot fi schimbate pe parcursul procesului tehnologic şi care au consecinţe hotărâtoare asupra aglomeratului obţinut. În acest sens, lucrarea de faţă are ca principal obiectiv găsirea soluţiilor de optimizare a reţetelor de şarjă pe fazele procesului de sinterizare, în vederea îmbunătăţirii calităţii aglomeratului pornind de la condiţiile concrete de funcţionare ale fabricilor de aglomerare şi de la baza materială procesată în acest sector de activitate. Cercetările efectuate în acest scop au menirea să găsească modalităţile practice de îmbunătăţire a procesului de pregătire a materiilor prime, considerat segment de bază a fluxului tehnologic de fabricare a aglomeratului.

Lucrarea este structurată pe opt capitole: în primele două sunt prezentate aspecte teoretice abordate în studii de specialitate cu referire la procesele care au loc pe banda maşinii de aglomerare şi la influenţele principalilor factori asupra procesului de sinterizare, în cel de-al treilea sunt enumerate pe scurt fazele tehnologice ale procesului alături de structura sortimentală a reţetelor de şarjă şi de caracteristicile fizico-chimice ale materialelor frecvent utilizate, iar în capitolele 4 – 8 sunt redate rezultatele preocupărilor pentru găsirea soluţiilor de îmbunătăţire a calităţii aglomeratului.

Determinarea repartiţiei combustibilului solid în stratul de material este deosebit de importantă, de ea depinzând în cea mai mare parte dinamica procesului de sinterizare. Capitolul 4 al lucrării tratează aspectele legate de calitatea combustibilului utilizat în procesul de sinterizare, iar pentru stabilirea granulaţiei optime a acestuia se propune un program experimental de aplicare, pe baza determinărilor corelaţiilor dintre caracteristicile fizico-chimice ale aglomeratelor şi repartiţia combustibilului solid (cocs mărunt) pe înălţimea stratului de material depus pe cărucioarele maşinilor de sinterizare.

Una dintre problemele de un real interes pentru obţinerea aglomeratelor de calitate este cea a asigurării în amestecul de material procesat pentru sinterizare, a compoziţiilor chimice dorite, caracterizate prin conţinutul de elemente şi compuşi utili şi sterili, de bazicitate impusă şi granulaţie corespunzătoare.

În ţări precum Japonia sau Australia au fost studiate cu interes [35, 111, 187, 217 - 220] atât granulaţia cât şi conţinuturile de SiO2 ale materialelor utilizate la aglomerare, pentru a stabili rolul pe care acesta îl are în formarea fazelor complexe de liant tip SFCA- ferita de siliciu calciu şi aluminiu – a cărei morfologie prezentă în structura finală a aglomeratului influenţează direct proprietăţile mecanice ale acestuia. În paralel cu aceste studii, în lucrare sunt cercetate cauzele care determină instabilitatea bazicităţii aglomeratelor obţinute în varianta utilizării în şarje a materialelor bogate în SiO2.

Capitolul 5 cuprinde rezultatele studiilor proprii referitoare la gradul de neomogenitate al materiilor prime utilizate în şarjele de aglomerare şi prezintă o metodă originală de prelevare a probelor ce urmează a fi analizate în laborator. Tot aici se prezintă balanţele de SiO2 pe fazele de fabricaţie ale aglomeratului calculate prin două metode de prelevări ale probelor de materiale: cea utilizată în prezent la Uzina Aglomerare-Furnale-ISPAT SIDEX Galaţi şi una nouă, descrisă în lucrare.

În capitolul 6 se prezintă partea experimentală de punere în evidenţă a SiO2 din aglomerat şi returul de aglomerat, în situaţia utilizării în reţetele de şarjă a materialelor bogate în silice. Cu ajutorul microscopiei optice sunt reliefate structurile aglomeratelor fabricate din astfel de şarje, în scopul soluţionării problemelor ridicate de această tehnologie. Capitolul mai cuprinde programe noi, la realizarea cărora am contribuit cu soluţii originale de calculare a reţetelor de şarjă în varianta procesării materialelor bogate în SiO2, cu scopul asigurării bazicităţii corespunzătoare aglomeratului, impusă de încărcătura furnalului.

Pe baza cercetărilor proprii efectuate pentru stabilirea legăturii dintre conţinutului de carbon din şarje şi parametrii de funcţionare ai maşinilor de sinterizare se prezintă un model matematic de optimizare a compoziţiilor chimice ale şarjelor, în scopul reducerii din aglomerate a conţinutului de SiO2.

Procesul de aglomerare pe bandă fiind unul continuu este lesne de înţeles că pot apărea probleme majore, atât în situaţia unei dereglări tehnice sau legate de fazele tehnologice anterioare sinterizării.

Capitolul 7 este consacrat cercetărilor experimentale efectuate pentru stabilirea influenţei parametrilor tehnologici ai procesului de sinterizare asupra regimului termic din stratul de material depus pe banda maşinii. Rezultatele obţinute de noi contribuie la elucidarea cauzelor care conduc la fabricarea aglomeratului, declasat din punct de vedere al bazicităţii şi rezistenţei mecanice.

Capitolul 8 se referă la contribuţiile proprii aduse pentru îmbunătăţirea procesului de sinterizare, prin introducerea în programul de calcul existent a unor parametri calitativi, specifici şarjelor de aglomerare. Astfel, corelarea parametrilor de funcţionare ai maşinilor de sinterizare cu indicatorii de calitate ai amestecurilor de şarje constituie criterii de bază în elaborarea unui model matematic cu ajutorul căruia pot fi reglate: cantităţile de cocs mărunt dozate în funcţie de umiditatea sa, vitezele maşinilor în funcţie de conţinutul de carbon al cocsului şi umiditatea acestuia, precum şi necesarul de umiditate al şarjei.

La deversarea de pe banda maşinii, odată cu răcirea sinterului au loc fenomene ireversibile în structura aglomeratului, care influenţează proprietăţile mecanice ale acestuia. Găsirea soluţiilor de îmbunătăţire a calităţii aglomeratului cu ajutorul rezultatelor experimentale efectuate pe răcitoarele liniare se concretizează prin conceperea şi realizarea unui program matematic de optimizare a procesului de răcire pornind de la condiţiile de funcţionare atât ale maşinii, cât şi ale răcitorului.

În finalul lucrării, tot cu caracter de noutate se prezintă un program de calcul pentru optimizarea preţului de fabricaţie a aglomeratului, cu ajutorul căruia, în funcţie de stocurile de materii prime aflate în depozit se poate alege varianta economică de reţetă pentru formarea stivelor ţinând cont totodată şi de condiţiile de calitate cerute aglomeratului.