Uso de Pellets de Mineral de Hierro en Carga de Alto Horno

Uso de gránulos de mineral de hierro en la carga de altos hornos

La peletización es un proceso que consiste en mezclar partículas muy finas de finos de mineral de hierro de tamaño inferior a 200 mallas con aditivos como bentonita y luego darles forma en grumos ovalados/esféricos de 8-20 mm de diámetro mediante una peletizadora y endurecer las bolas por cocción. con un combustible. Es el proceso de convertir finos de mineral de hierro en "pellets de mineral de hierro de tamaño uniforme" que se pueden cargar directamente en un alto horno. La figura 1 muestra gránulos de mineral de hierro.

Fig. 1 Pellets de mineral de hierro

Hay varios procesos/tecnologías de peletización de mineral de hierro disponibles. Sin embargo, actualmente, el proceso de parrilla móvil recta (STG) y el proceso de horno de parrilla (GK) son procesos más populares.

Las propiedades físicas de los gránulos de mineral de hierro se dan a continuación.

•     Tamaño:8-20 mm

•     pH (40 g/L, 20 °C; suspensión en agua) – 5,0 – 8,0

•     Punto de fusión:1500-1600 °C

•     Densidad aparente:  2,0 -2,2 t/cum

•     Índice de tambor (+6,3 mm) – 93-94 %

•     Índice de abrasión (-0,5 mm) – 5-6 %

•     Resistencia a la compresión (daN/p):alrededor de 250

•     Porosidad –> 18 %

El análisis químico de los gránulos de mineral de hierro se proporciona a continuación.

Grado BF                     Grado DRI

Fe                                            %         63 – 65,5                       65 -67,8

SiO2 + Al2O3                         %               <5                                        <5

CaO + MgO                            %           Hasta 3                      Hasta 0,10

P, máx                                     %              0,05                             0,05

S, máx                                     %              0,01                             0,01

Basicidad, mín                           %              0,5

Desintegración (-3,15 mm)   %                                                     2

Índice de hinchazón                        %            13-18

Reducibilidad                             %                65

En la pestaña 1 se proporcionan diferentes pruebas estándar ISO para gránulos

Tab 1 Pruebas estándar ISO utilizadas para gránulos BF
Prueba estándar ISO	Valores de medición	Propósito
ISO 4700 /Resistencia al aplastamiento	daN	Resistencia en frío de pellets
ISO 3271 /Fuerza de caída	Fracciones +6,3 mm y -0,5 mm	Tendencia a la abrasión
ISO 13930 / Desintegración por reducción a baja temperatura	Fracciones +6,3, -3,15 y -0,5 mm	Tendencia a la degradación por baja temperatura
ISO 4698 /Hinchamiento libre	Volumen %	Aumenta la tendencia a la hinchazón
ISO 4695 / Reducibilidad	Tasa de reducción al 40 % reducida	Reducibilidad
ISO 7992 / Reducción bajo carga	1. Tasa de reducción al 40 % de reducción	Reducibilidad, Comportamiento de ablandamiento/fusión
	2. Caída de presión al 80 % reducida
	3. Reducción de la contracción del lecho en un 80 %

La calidad de los gránulos está influenciada por la naturaleza del mineral o concentrado, la ganga asociada, el tipo y la cantidad de fundentes agregados. Estos factores a su vez dan como resultado la variación de las propiedades fisicoquímicas de las fases coexistentes y su distribución durante la induración del sedimento. Por lo tanto, las propiedades de los gránulos se rigen en gran medida por la forma y el grado de enlace logrado entre las partículas de mineral y la estabilidad de estas fases de enlace durante la reducción de óxidos de hierro en el alto horno. Dado que la formación de fases y microestructuras durante el endurecimiento depende del tipo y la cantidad de fundentes añadidos, existe un efecto de los agentes fundentes en términos de relación CaO/SiO2 y contenido de MgO en la calidad del gránulo.

Historia del uso de gránulos de mineral de hierro en altos hornos

La historia de los gránulos comenzó en 1912 cuando A.G. Andersson, un sueco, inventó un método de peletización.

Sin embargo, el uso comercial de pellets comenzó en los EE. UU. después de la Segunda Guerra Mundial. Se realizaron varios estudios con el objetivo de desarrollar las vastas reservas de taconita en el área alrededor de los Grandes Lagos. En 1943, el Dr. Davis, profesor de la Estación Experimental de Minas de la Universidad de Minnesota, inventó un método para procesar taconita que contenía mineral de hierro de baja ley. Su proceso implicó moler taconita para eliminar las gangas y mejorar el mineral de hierro (es decir, un proceso de beneficio del mineral). El mineral de alto grado resultante está en forma de partículas finas, tan pequeñas como 0,1 mm o menos, que no son adecuadas para la sinterización. Este problema condujo al desarrollo de la granulación de estas partículas finas. Las plantas peletizadoras hoy en día juegan un papel importante en una era en la que la reserva global de mineral en trozos de alta ley se está reduciendo. Las plantas promueven la concentración de mineral de baja ley en gránulos mejorados, que se utilizan cada vez más en los altos hornos y los hornos de reducción directa.

Históricamente, la fabricación de hierro en EE. UU. se ha basado en gran medida en gránulos, principalmente porque todos los minerales de hierro locales necesitaban ser beneficiados (mejorados) moliéndolos en partículas finas (<0,1 mm) y aglomerando estos finos en gránulos, pero también porque las plantas de sinterización son no se utiliza por motivos medioambientales.

Los gránulos de mineral de hierro son ahora la mayor fuente de hierro para los altos hornos de América del Norte. Los pellets constituyen alrededor del 70 % de la carga del alto horno. Inicialmente, los gránulos ácidos (grados DRI) se producían y utilizaban en altos hornos.

A mediados de la década de 1980, se realizaron una serie de ensayos de granulación y alto horno para evaluar los beneficios de los gránulos fundentes de dolomita de piedra caliza. Hacia el final de la década, los gránulos fundentes se habían establecido firmemente como un producto importante y representaban alrededor del 30 % de la producción de gránulos de América del Norte.

La transición a gránulos fundentes implicó muchos cambios en el equipo de la planta (p. ej., molinos de molienda de fundente, quemadores de precalentamiento) y prácticas. Cada planta de gránulos ha personalizado la química de gránulos fundentes para cumplir con la operación de alto horno de su cliente. Como resultado, hay plantas de pellets que producen hasta cuatro grados de pellets. En América del Norte, los gránulos han pasado de ser un producto básico a principios de la década de 1970 a un producto hecho a la medida, satisfaciendo las especificaciones específicas más exigentes de un cliente en la década de 1990. Los gránulos fundentes norteamericanos ahora son equivalentes al mejor sinterizado en términos de reducibilidad y propiedades de fusión de ablandamiento y son superiores en términos de resistencia y descomposición a baja temperatura (LTD/RDI).

Ventajas de los pellets

Los gránulos de mineral de hierro se pueden utilizar como sustituto del sinterizado y el mineral en trozos calibrado en la carga del alto horno debido a las siguientes propiedades.

• La forma esférica y los poros abiertos de los gránulos brindan una permeabilidad mejor y uniforme, lo que resulta en un funcionamiento más suave del horno. Los gránulos tienen un rango de tamaño uniforme generalmente dentro de un rango de 8 a 20 mm.
• Los gránulos tienen una resistencia al aplastamiento en frío muy alta, lo que resulta en una generación insignificante de finos en el almacén.
• La alta porosidad (superior al 18 %) conduce a una reducción más rápida
• La alta resistencia de los gránulos (alrededor de 250 daN/p) proporciona una buena resistencia a la desintegración durante el descenso de la carga. Tiene un mejor índice de volteo en comparación con el mineral de hierro calibrado.
• Composición química uniforme en comparación con el mineral en trozos calibrado. La ausencia de LOI es otra ventaja de los gránulos.

El índice de hinchamiento de los gránulos es una propiedad metalúrgica importante. La hinchazón indica un cambio de volumen de los gránulos durante la reducción. La expansión del volumen de los gránulos durante la reducción da como resultado una menor resistencia a la compresión de los gránulos. Un alto hinchamiento dentro del horno provoca un aumento en el volumen de la tarima, lo que a su vez reduce los vacíos en la carga. Esto impide el flujo de gas en el horno y provoca una caída de presión. Esto a su vez hace que la carga cuelgue y se deslice dentro del alto horno. La adición de dolomita es favorable para mejorar la propiedad de hinchamiento de los gránulos. El hinchamiento máximo permisible de los gránulos para el alto horno oscila entre el 16 % y el 18 %. Los gránulos ácidos (gránulos DRI) y los gránulos sin MgO exhiben una mayor hinchazón.

Los gránulos fundentes se pueden producir como equivalentes al mejor sinterizado en términos de reducibilidad y propiedades de fusión de ablandamiento y son superiores en términos de resistencia y descomposición a baja temperatura (LTD/RDI). Los gránulos fundentes exhiben una buena resistencia, una capacidad de reducción mejorada, características de fusión de hinchamiento y ablandamiento. Debido a estas propiedades, los gránulos fundentes brindan un mejor rendimiento en el alto horno.

Metálicos en carga BF

El sinterizado, los gránulos y los minerales en trozos calibrados son los tres metales que contienen hierro que normalmente se utilizan en la carga del alto horno. Los usos de los tres metales en la carga del alto horno pueden variar de cero a cien por ciento con el ajuste de los parámetros del horno. Estos tres metálicos se pueden utilizar en cualquier combinación de dos metálicos o tres metálicos. No existe una fórmula estándar para la elección de los metálicos. La elección de los metálicos depende de varios factores que varían de una planta a otra. A continuación se detallan algunos de los factores que influyen en la elección de los metálicos.

• Disponibilidad del material metálico de especificación correcta
• Propiedades metalúrgicas de los materiales metálicos, como la reducibilidad, las propiedades de decrepitación térmica y las propiedades de ablandamiento
• Coste relativo del material metálico
• Efecto del uso de metales en el costo total de producción de metal caliente
• Posibilidad de ajuste de varios parámetros del horno, como el patrón de distribución, la tasa de combustible, etc.
• Posibilidad de ajuste en parámetros de control de procesos
• Instalaciones disponibles en almacén de hornos
• Disponibilidad de planta de sinterización cautiva
• Tipo de mineral de hierro disponible en la mina cautiva o área cercana al alto horno
• Problemas relacionados con el buen funcionamiento del BF sin colgarse ni deslizarse
• Cuestiones relacionadas con el medio ambiente

Los pellets en alto horno se pueden utilizar del 0 % al 100 %. No existe una solución estándar para aumentar el contenido de gránulos en la carga del alto horno. Cada ubicación y cada horno tendrá diferentes problemas que deben identificarse, analizarse y deben encontrarse soluciones para llegar a la cantidad máxima del contenido de gránulos que se puede utilizar en la carga de BF. El objetivo siempre debe ser tener una operación de alto horno sin problemas al menor costo posible de producción del metal caliente.