Jak przedstawiono w rozdziale 3.2.1, peletyzacja i spiekanie rudy żelaza są komplementarnymi procesami przygotowania surowców tlenku żelaza do wstępnego procesu wytwarzania żelaza i stali. Każdy z nich ma swoje specyficzne zalety i wady. Duży wpływ mają na nie lokalne warunki takie, jak dostępność i rodzaj surowców. Z różnych powodów spiek jest praktycznie zawsze produkowany w hucie: pozwala to na recykling odpadów stałych; miał koksowy jest dostępny w hucie do stosowania jako paliwo; spiek ulega rozkładowi podczas transportu i przenoszenia. Pelety są formowane z surowców – drobnej rudy i dodatków < 0,05 mm – w kulki o średnicy 9-16 mm przy zastosowaniu bardzo wysokich temperatur, przy czym formowanie odbywa się głównie w kopalni (rudy – przyp. tł.) lub w porcie wysyłkowym. W Unii Europejskiej istnieje tylko jedna zintegrowana huta, która posiada zakład peletyzacji (w Holandii). Szwecja posiada cztery samodzielne zakłady peletyzacji.
Produkcja pelet w pięciu zakładach Unii Europejskiej wymienionych powyżej wynosiła 15,1 Mt w roku 1996. W 1995 roku całkowite zużycie pelet w Unii Europejskiej wynosiło około 35 Mt, podczas gdy zużycie spieków było trzy razy wyższe.
Pelety są małymi skrystalizowanymi kulkami rudy żelaza o wielkości 9 – 16 mm. Rysunek 5.1 przedstawia grudkownik bębnowy, który stanowi część zakładu peletyzacji.
Rysunek 5.1: Grudkownik bębnowy jako część zakładu peletyzacji
Proces peletyzacji składa się z mielenia i suszenia lub odwadniania, grudkowania i utwardzania, po którym następuje sortowanie i transport pelet (rysunek 5.2).
Rysunek 5.2: Schemat zakładu peletyzacji - [Info Mil, 1997]
Przed wprowadzeniem do zakładu peletyzacji ruda jest przygotowywana poprzez kilkakrotne sortowanie i wzbogacanie oraz kolejne operacje kruszenia i mielenia. Własności rudy czynią separację magnetyczną dominującym środkiem wzbogacania. W szwedzkich zakładach mielenie i wzbogacanie są procesami mokrymi. W zakładzie holenderskim mielenie jest przeprowadzane we względnie wysokich temperaturach (ok. 100º C). W procesie mokrym dodatki (oliwin, dolomit i/lub wapień, w zależności od produktu końcowego) są mielone, a następnie dodawane do zawiesiny rudy, przeważnie na poziomie od 3 do 3,5 %, przed procesem odwadniania. W innych procesach po mieleniu na gorąco tworzywo jest ponownie nawilżane w mieszalnikach typu łopatkowego i łączone z dodatkami. W obydwu przypadkach zawartość wilgoci jest utrzymywana na poziomie od 8 do 9 %.
Odwodniona lub nawilżona partia pelet jest mieszana z dodatkami a następnie przerabiana w zakładzie przygotowania grudek (surowych). Zakład taki jest zwykle wyposażony w 4 do 6 układów grudkowania składających się z pojemnika podającego, grudkownika bębnowego, sita rolkowego i przenośników do przenoszenia tworzyw. Grudkownik bębnowy jest nachylony pod kątem od 6 do 8º do płaszczyzny poziomej. Aby otrzymać określoną wielkość surowej grudki, przeważnie w zakresie od 9 do 16 mm, frakcje podwymiarowe i nadwymiarowe zostają przesiane i zawrócone ponownie do układu.
Utwardzanie, które oznacza obróbkę cieplną, składa się z procesu suszenia, nagrzewania i chłodzenia. Proces ten może być przeprowadzony w dwóch różnych systemach; w systemie „rusztu wzdłużnego” lub „pieca rusztowego”. Podczas obróbki termicznej magnetyt jest prawie całkowicie utleniany na hematyt. Powoduje to zapotrzebowanie na dużą ilość ciepła zużywanego do przeprowadzenia tego procesu.
W procesie rusztu wzdłużnego używany jest przesuwający się ruszt podzielony na kilka różnych sekcji (rysunek 5.3).
Rysunek 5.3: Schemat procesu rusztu wzdłużnego
UDD suszenie z odciągiem górnym przy użyciu gorącego powietrza z C II
DDD suszenie z odciągiem dolnym przy użyciu gorącego powietrza z AF
PH wstępne nagrzewanie rekuperowanym ciepłem z C
F strefa spalania oleju i gorącego powietrza z C
AF sekcje samospalania z gorącym powietrzem z C
C sekcje chłodzenia wykorzystujące zimne (zewnętrzne) powietrze
C II druga sekcja chłodzenia wykorzystująca zimne (zewnętrzne) powietrze
Przed podaniem surowych grudek na pręty rusztu, pręty są pokrywane warstwą wypalonych pelet o grubości od 5 do 10 cm. Następnie surowe pelety są nakładane na warstwę pokrywającą trzon pieca, aby utworzyć gazoprzepuszczalną warstwę o całkowitej grubości 40 – 55 cm. Surowe pelety muszą być nagrzane do około 1250º C podczas utleniania i spiekania, aby otrzymać pelety o wysokiej wytrzymałości. Można to uzyskać za pomocą rzędu palników rozmieszczonych po obu stronach przesuwnego rusztu, zwykle opalanych olejem.
Na końcu linii utwardzania część pelet jest zawracana i wykorzystywana jako warstwa pokrywająca trzon pieca.
System pieca rusztowego składa się z trzech głównych części: przesuwnego rusztu, pieca obrotowego i oddzielnej chłodnicy pierścieniowej.
Ruszt składa się z zamkniętego łańcucha płyt rusztu, które są połączone ze skrzyniami dmuchowymi w sposób gazoszczelny. Surowe pelety są podawane bezpośrednio na płyty rusztu, gdzie tworzą warstwę o grubości około 20 – 25 cm. Po wstępnej obróbce na ruszcie, pelety są zsypywane poprzez zsyp do pieca obrotowego. Piec wyposażony jest w pojedynczy palnik olejowy lub węglowy na końcowej części wylotowej i pracuje w temperaturze około 1250º C. Dno chłodnicy pierścieniowej składa się z rusztu, co pozwala na przepływ zimnego powietrza przez warstwę pelet. Chłodnica podzielona jest przez ściany na odcinki w sposób zapewniający gorące powietrze do wcześniejszych etapów procesu.
Całość procesu można zobaczyć na rysunku 5.4.
Rysunek 5.4: Schemat procesu pieca rusztowego
UDD suszenie z odciągiem górnym przy użyciu gorącego powietrza z ostatniej części chłodnicy
DDD suszenie z odciągiem dolnym przy użyciu gorącego powietrza z pośredniej części chłodnicy
TPH łagodne podgrzewanie gorącym powietrzem z pośredniej części chłodnicy
PH podgrzewanie gorącym gazem wylotowym z pieca obrotowego
F strefa spalania przy wykorzystaniu gorącego powietrza z pierwszej części chłodnicy
C strefy chłodzenia wykorzystujące zimne powietrze (powietrze otoczenia)
Podczas utwardzania magnetytu, utlenianie na hematyt i spiekanie zachodzi w sekcjach TPH, PH, F i C (patrz rysunek 5.4).
Na końcu ciągu utwardzania pelety są zbierane i sortowane. Pelety podwymiarowe lub rozłamane mogą zostać ponownie wprowadzone do obiegu. Może wystąpić znaczna emisja pyłów.
W przypadku zakładów szwedzkich, utwardzone pelety są przechowywane w zamkniętych skrzyniach zanim zostaną załadowane na otwarte wagony kolejowe w celu przetransportowania ich do portów w Narviku i Luleå. Przy załadunku na statek 2 – 3 % tworzyw jest sortowane jako materiał podwymiarowy, który jest sprzedawany jako surowiec do spiekania. Jeżeli chodzi o ogół tworzyw dla wielkiego pieca (koks, spiek, pelety i ruda kawałkowa), końcowe sortowanie odbywa się przy wielkim piecu.
Rysunek 5.5 przedstawia schemat strumieni tworzyw wejściowych i wyjściowych w zakładzie peletyzacji. Schemat ten może być stosowany do zbierania danych z pojedynczych zakładów peletyzacji.
Rysunek 5.5: Schemat strumieni tworzyw w zakładzie peletyzacji.
Następnie można obliczyć jednostkowe wskaźniki wejścia i emisji. Wartości tych wskaźników w pięciu zakładach peletyzacji w Unii Europejskiej przedstawiono w tablicy 5.1. Wskaźniki emisji nie odnoszą się do 1 t płynnej stali jak w przypadku spiekalni, koksowni i wielkich pieców z tego względu, że nie są dostępne niezbędne współczynniki przeliczeniowe. Jednostkowy przepływ spalin wynosi około 1940 do 2400 Nm³/t pelet.
Wejście
Wyjście
Surowce
Produkt
ruda żelaza
kg/t Pel
935 - 1120
pelety
1000.00
bentonit
5,1 - 7,2
oliwin
31 - 35,8
Emisje
Wapień*1
0 – 3
pył
g/t Pel
Puchaczo_o