5          Zakłady peletyzacji

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.

5.1        Stosowane procesy i technologie

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]

5.1.1        Mielenie i suszenie / odwadnianie

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 %.

5.1.2        Przygotowanie surowych grudek

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.

5.1.3        Utwardzanie

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.

5.1.3.1       Proces rusztu wzdłużnego

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.

5.1.3.2       Proces pieca rusztowego

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).

5.1.4        Sortowanie i transport

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.

5.2        Aktualne poziomy zużycia/emisji

5.2.1        Schemat strumieni tworzyw i dane dotyczące wejścia/wyjścia

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.