Agglomerato (industria dell'acciaio)

L' agglomerato è un materiale composto da ossido di ferro e ganga tostati e sinterizzati in un impianto di sinterizzazione . Questo prodotto si ottiene bruciando carbone precedentemente miscelato con minerale di ferro e ossidi . È un condizionamento del minerale di ferro che ne ottimizza l'utilizzo in altoforno .

Storia

L'interesse dell'agglomerato è stato individuato molto presto, ma i processi utilizzati allora non erano continui. Il metodo primitivo consistente in pratica una maglia ruota , è stato abbandonato alla fine del XIX ° secolo a causa della sua eccessiva spesa per il carburante. I forni a pozzo li sostituiscono poi, la loro efficienza molto più elevata è dovuta sia al confinamento della reazione che al funzionamento in controcorrente (i solidi scendono e i gas salgono).

In questi forni, la tostatura dei minerali di ferro viene poi utilizzata per ottenere il risultato opposto di quello che si cerca attualmente: nel 1895 la tostatura avviene a bassa temperatura per evitarne l'agglomerazione, in modo da avere un minerale friabile.

I forni per la grigliatura del minerale erano allora tini ispirati agli altiforni e ai forni da calce e erano strumenti poco produttivi. Il processo Greenawald, che ne automatizza il principio, ha conosciuto un certo sviluppo intorno al 1910, consentendo la produzione di 300.000 tonnellate all'anno.

Nel Giugno 1906, la prima macchina per agglomerazione a catena (detta anche on grid), costruita da AS Dwight e RL LLoyd, inizia i suoi test di agglomerazione di rame e minerali di piombo . La prima linea per l'agglomerazione del minerale di ferro fu costruita nel 1910 a Birdsboro , in Pennsylvania .

L'agglomerazione del minerale su una catena impiega circa trent'anni per diffondersi nell'industria siderurgica . Mentre prima della seconda guerra mondiale veniva utilizzato principalmente per il ricondizionamento di minerali fini, dopo il 1945 fu generalizzato alla lavorazione di minerali grezzi. Attualmente il suo ruolo è fondamentale perché permette di mescolare più minerali tra loro, e soprattutto di inglobare scorie minerali più o meno ricche di ferro. Questo ruolo di riciclaggio migliora la redditività e limita gli scarti dei complessi di acciaio, che generano molti residui ricchi di ferro ( scorie , fanghi, polveri, ecc .).

Interessi e limitazioni

Interessi

L'agglomerato è un prodotto ottimizzato per il suo utilizzo in altoforno. Per fare ciò, deve soddisfare al meglio diverse condizioni:

essere composto da una matrice di ossidi che, unita alle ceneri derivanti dalla combustione del coke (principalmente silice ), darà luogo ad una scoria fondibile , entrambe reattive rispetto alle impurità (lo zolfo portato dal coke in particolare), poco aggressive verso i refrattari che rivestono l'altoforno e di qualità adeguata al suo recupero;
controllare una granulometria precisa, generalmente compresa tra 20 e 80 mm (pezzi troppo piccoli che intasano il forno, e pezzi troppo grandi che impiegano troppo tempo a trasformarsi al cuore);
mantenere la permeabilità ai gas riducenti, e questo alle più alte temperature possibili;
eseguire reazioni endotermiche a bassa temperatura che possono essere realizzate in modo più economico all'esterno di un altoforno. Questo è essenzialmente l'essiccazione , la calcinazione di ganga (de carbonatazione calcare e disidratazione di argilla o di gesso ) e le reazioni di riduzione . L'agglomerato diventa quindi, a parità di peso, più ricco di ferro del minerale.
overoxidize ossidi di ferro, Fe 2 O 3essendo meglio ridotto dal monossido di carbonio presente nell'altoforno rispetto ai composti meno ossidati, in particolare Fe 3 O 4.

Un altro vantaggio consiste nell'eliminazione degli elementi indesiderabili: il processo di agglomerazione a catena elimina dall'80 al 95% dello zolfo presente nel minerale e nei suoi additivi. È anche un modo per sbarazzarsi dello zinco , elemento che "avvelena" gli altiforni, perché la sua temperatura di vaporizzazione, di 907 ° C , corrisponde a quella di una tostatura ben condotta.

Limitazioni

D'altra parte, l'agglomerato è un prodotto abrasivo e particolarmente fragile . La manipolazione ripetuta ne degrada la granulometria e genera particelle fini , il che lo rende poco adatto a siti lontani dagli altiforni: è quindi preferibile il pellet . È possibile migliorare la resistenza al freddo, in particolare quella allo schiacciamento, aumentando l'energia fornita durante la sinterizzazione.

Migliorando la resistenza meccanica si migliora anche la resistenza dell'agglomerato nei processi che lo utilizzano. Questo perché la riduzione dell'ematite (Fe 2 O 3) in magnetite (Fe 3 O 4) crea vincoli interni. Ma oltre ad un aumento del costo di produzione dell'agglomerato, la riducibilità si deteriora quando si cerca di migliorare la resistenza meccanica.

Composizione

L'agglomerato è generalmente classificato a seconda che sia acido o basico. L'indice di basicità completo i c è calcolato dal seguente rapporto delle concentrazioni di massa :

{\ displaystyle I_ {c} = {\ frac {[CaO] + [MgO]} {[SiO_ {2}] + [Al_ {2} O_ {3}]}}}

Spesso semplifichiamo semplicemente calcolando un indice di basicità semplificato denotato i (o talvolta i a ), uguale al rapporto CaO / SiO 2. L'agglomerato con indice i c inferiore a 1 si dice acido, maggiore di 1, generalmente si dice basico, uguale a 1 si qualifica come autofondente ( i c = 1 è equivalente a i a = 1 , 40). Prima degli anni '50, gli agglomerati con un indice di i c inferiore a 0,5 erano la maggioranza. Poi, quando si comprese che l'agglomerato poteva inglobare il calcare che veniva poi caricato separatamente nell'altoforno, gli indici di base si generalizzarono: nel 1965 gli indici inferiori a 0,5 rappresentavano meno del 15% del tonnellaggio di agglomerato prodotto mentre gli agglomerati di base rappresentavano il 45%.

Troviamo anche la relazione :, k essendo una costante determinata empiricamente (a volte uguale, per semplificare, a 1). La riduzione del ferro è, di per sé, favorita da un mezzo di base, e ha un picco di 2 < i b <2,5. È anche in quest'area che la resistenza meccanica è la migliore (e anche la fondibilità della scoria la peggiore, il che complica la sua evacuazione dall'altoforno). Oltre un indice i b di 2,6 aumenta la proporzione di agglomerato fuso che ne ostruisce i pori e rallenta le reazioni chimiche tra i gas e gli ossidi. Per quanto riguarda gli agglomerati acidi con un indice i b inferiore a 1, il rammollimento inizia non appena si riduce solo il 15% circa del minerale. ${\ displaystyle \ scriptstyle \ i_ {b} = {\ frac {[CaO] + k \ cdot [MgO]} {[SiO_ {2}]}}}$

L'indice di basicità ottimale viene quindi determinato in funzione del minerale utilizzato, delle caratteristiche tecniche dell'altoforno, della destinazione della ghisa e delle qualità desiderate. Notiamo ad esempio:

le ghise prodotte da minette lorraine e destinate alla raffinazione nel processo Thomas avevano basicità di i = 1,35 ( cioè un indice pieno I = 1), che era un compromesso tra viscosità a bassa temperatura (che richiede una scoria acida) e desolforazione ( favorito da una scoria di base);
gli stabilimenti per i quali il contenuto di ferro ricco di zolfo non rappresenta un problema adottano un agglomerato più acido: con i = 0.9 a 1.0. Viene così favorita la riduzione del silicio , ma è possibile ottenere contenuti di zolfo da 0,1 a 0,25%;
la produzione di ferromanganese in altoforno richiede un'elevata resa di manganese e quindi elevate basicità, fino a i = 1.7 o 1.8 (sapendo che in questo caso particolare l'indice corrisponde a !). In questo caso la fusibilità è un punto secondario, la temperatura delle scorie potendo raggiungere i 1650 ° C (invece di 1450 ° C - 1550 ° C nella produzione di fonderie per raffinazione). ${\ displaystyle \ scriptstyle \ i = {\ frac {[CaO] + [MgO] + [BaO]} {[SiO_ {2}]}}}$

Note e riferimenti

Appunti

Nel Belgio francofono , questo materiale veniva quindi chiamato “fritta” - con due t perché è sinterizzato e non fritto - quando lì veniva prodotto e consumato.
Storicamente, la tostatura delle piriti , residui della produzione di acido solforico , aveva il solo scopo di rimuovere lo zolfo e lo zinco. In effetti, questi contengono dal 60 al 65% di ferro e meno dello 0,01% di fosforo, ma fino al 6% di zolfo e il 12% di zinco.

Riferimenti

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Adolf Ledebur , Manuale teorico e pratico di metallurgia del ferro, Volume I e Volume II( vedi in bibliografia )

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Volume 1, p. 254-271
Volume 1, p. 244; 251
Volume 1, p. 260-270
Volume 1, p. 237
Volume 1, p. 248
Volume 1, p. 231-233; 245-247

Vedi anche

Bibliografia

Adolf Ledebur ( trad. Barbary de Langlade rivisto e annotato da F. Valton), Manuale teorico e pratico della metallurgia del ferro, Tomo I e Tomo II , Librairie polytechnique Baudry et Cie editore,1895[ dettaglio delle edizioni ]