Μεταλλουργία Σιδήρου – Χυτοσιδήρου Θεωρία και Τεχνολογία Μάθημα 9 : Περιστροφική Κάμινος

1. Ε.Μ. Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων – Μεταλλουργών Εργ. Μεταλλουργίας Μεταλλουργία Σιδήρου – Χυτοσιδήρου Θεωρία και Τεχνολογία Μάθημα 9: Περιστροφική Κάμινος Δρ. Α. Ξενίδης

2. Περιστροφική κάμινος - Μέθοδος SL-RN • SL-RN: Stelco καιLurgi - Republic Steel καιNational Lead • Η RN αναπτύχθηκε στο διάστημα 1920-1930 για την κατεργασία πτωχών σιδηρομεταλλευμάτων • Η SL αναπτύχθηκε περί το 1960 για την παραγωγή σπογγώδους Fe από πλούσια σιδηρομεταλλεύματα • Η RN είναι παραλλαγή της Krupp-Renn που κατεργαζόταν φτωχά σιδηρομεταλλεύματα. Οι βασικές διαφορές RN και Krupp-Renn είναι: • Η RN λειτουργεί σε χαμηλές θερμοκρασίες για να μη τήκεται το μετάλλευμα στην περιστροφική κάμινο • Η RN χρησιμοποιούσε βασικό συλλίπασμα προς δέσμευση του S των καυσίμων και τη δέσμευση του στο σπογγώδη σίδηρο, ενώ στην Krupp-Renn παράγεται όξινη σκουριά. Μεταλλουργία Fe I

3. Μέθοδος SL-RN (Περιγραφή) • Οι αντιδράσεις αναγωγής λαμβάνουν χώρα σε περιστροφική κάμινο (Π/Κ) • Π/Κ Θερμική συσκευή: Ξήρανση, Πύρωση, Φρύξη • Περιστρεφόμενος κύλινδρος • Μήκους 60 – 125 μέτρων • Διαμέτρου 4 – 6 μέτρων • Πυρίμαχη επένδυση • Ελαφριά κλίση 2 % περίπου προς την έξοδο • Περιστρέφεται με ταχύτητα 0,5 – 1,2 στροφές/λεπτό • Χρόνος παραμονής = f(κλίση, rpm, άνοιγμα στομίου εξόδου, ρυθμό τροφοδοσίας) Μεταλλουργία Fe I

4. Περιγραφή Περιστροφικής Καμίνου • Κατά μήκος του κελύφους υπάρχουν: • Πυρόμετρα • Δειγματολήπτες • Ανθρωποθυρίδες • Βοηθητικοί ανεμιστήρες • Χρησιμεύουν για την προμήθεια αέρα ώστε να διατηρείται το θερμοκρασιακό διάγραμμα και να γίνεται καλύτερη καύση των πτητικών των στερεών καυσίμων • Τα ακροφύσια κατασκευάζονται από πυρίμαχο χάλυβα • Υψηλές θερμοκρασίες • Απότομες θερμικές μεταβολές (θερμικά shocks) • Ο αέρας οδηγείται παράλληλα στον άξονα • Εύκολη αντικατάσταση Μεταλλουργία Fe I

5. Περιγραφή Περιστροφικής Καμίνου • Στόμιο (Καυστήρας με δύο ταχύτητες αέρα) • Προθέρμανση: ελαφρύ καύσιμο και υψηλή ταχύτητα αέρα για πλήρη καύση του • Κανονική λειτουργία: ανεμιστήρας μπορεί να προμηθεύει μόνο αέρα ή να αποσύρεται από την κάμινο • Απαέρια • Μυζητήρες για τον ελκυσμό τους • Κονιοθάλαμος (χονδρόκοκκη σκόνη) • Καύση σε δύο στάδια (πτητικές ουσίες και λεπτόκοκκος άνθρακας) • Διέλευση από ατμολέβητα (ψύξη) • Αποκονίωση • Καπνοδόχος Μεταλλουργία Fe I

6. Περιγραφή Περιστροφικής Καμίνου • Στερεό προϊόν • Περιστρεφόμενος ψύκτης • Οριζόντιος μεταλλικός κύλινδρος • Μήκος 40 – 60 μέτρων • Διάμετρος 3 – 4 μέτρων • Εισέρχονται σε θερμοκρασία περίπου 1000 οC • Ψύξη στους 100οC • Πάνω επιφάνεια: με κατιονισμό νερού • Κάτω επιφάνεια: βυθισμένη σε νερό • Τα συσσωματώματα απομακρύνονται με τη βοήθεια σχάρας • Εφοδιασμένος με πτερύγια για την ανάδευση και εξαγωγή του υλικού • Κλειστά Silos Μεταλλουργία Fe I

7. Περιγραφή Περιστροφικής Καμίνου • Κοσκίνιση και Μαγνητικός Διαχωρισμός (+30, -30+3, -3mm) • To μη μαγνητικό του +3 είναι άνθρακας και ανακυκλώνεται • Το μη μαγνητικό του -3 απορρίπτεται • Το μαγνητικό μέρος είναι σπογγώδης σίδηρος που πάει για χαλυβοποίηση κατευθείαν (+3) ή μετά από συσσωμάτωση (-3mm) • Τροφοδοσία • Χονδρόκοκκο μετάλλευμα • Συσφαιρώματα (pellets) • Καύσιμα • Όλα τα ειδη στερεών καυσίμων (λιγνίτης, ξυλάνθρακας, γαιάνθρακας, ανθρακίτης, κωκ) • Υγρά καύσιμα: μαζουτ Μεταλλουργία Fe I

8. Παραγωγική διαδικασία Π/Κ • Φορτίο της καμίνου • Μετάλλευμα (χοντρόκοκκο ή/και Pellets) • Ασβεστόλιθος ή/και δολομίτης (ανάλογα με το S των καυσίμων) • Γαιάνθρακα με υψηλή συγκέντρωση πτητικών ή λιγνίτη και άνθρακα από την ανακύκλωση • Προθέρμανση καμίνου – Αρχική τροφοδοσία – Σταθερή κατάσταση • Τρεις ζώνες: • Ζώνη ξήρανσης • Απομακρύνεται η φυσική υγρασία • Ζώνη προθέρμανσης (από 900-1100οC) • Ζώνη αναγωγής Μεταλλουργία Fe I

9. Παραγωγική διαδικασία Π/Κ • Χημικές / Φυσικές διεργασίες εντός της καμίνου • Απομάκρυνση υγρασίας • Έκλυση υδρογανθράκων και υδρογόνου από τη θερμική διάσπαση του καυσίμου στη ζώνη προθέρμανσης • Καύση ενός μέρους των καύσιμων πτητικών ενώσεων από τον εισερχόμενο αέρα των πλευρικών ανεμιστήρων • Μεταφορά θερμότητας με ακτινοβολία προς την ελεύθερη επιφάνεια του φορτίου και προς την ελεύθερη επιφάνεια των τοιχωμάτων της καμίνου • Με την περιστροφή της καμίνου, γίνεται μεταφορά της θερμότητας από τα θερμά τοιχώματα της καμίνου προς το φορτίο • Ανανέωση των ελεύθερων επιφανειών του φορτίου για την αποδοχή της θερμότητας δια ακτινοβολίας από τα θερμά αέρια καύσης Μεταλλουργία Fe I

10. Παραγωγική διαδικασία Π/Κ • Στη ζώνη προθέρμανσης γίνεται η αναγωγή μέχρι την παραγωγή σιδήρου κατά την αντίδραση: Fe2O3 + CO = 2FeO + CO2ΔΗο298 = +2,27 kcal • Στη ζώνη αναγωγής: FeO + CO = Feo + CO2 ΔΗο298 = -4,45 kcal CO2 + C = 2 CO ΔΗο298 = +41,21 kcal Μεταλλουργία Fe I

11. Παραγωγική διαδικασία Π/Κ • Δραστικότητα καυσίμου • Όσο δραστικότερο είναι το στερεό καύσιμο τόσο πιο εύκολα σχηματίζεται το CO και επομένως τόσο μεγαλύτερη η αναγωγική ισχύς του αερίου που προκύπτει. • Επίσης, η αντίδραση Boudouard είναι ενδόθερμη αποτρέποντας τον σχηματισμό επικολλημάτων (χιτώνες) ή τήξης του υλικού. • Πρόσφατες έρευνες έδειξαν ότι αν εισαχθεί αέρας κάτω από το φορτίο βελτιώνει την ειδική κατανάλωση ενέργειας. Μεταλλουργία Fe I

12. Μέθοδος Κrupp-Renn • Δεν εφαρμόζεται πλέον • Κατεργαζόταν φτωχά σιδηρομεταλλεύματα πλούσια σε SiO2. • Επικρατούν υψηλές θερμοκρασίες στη ζώνη αναγωγής • Παράγεται ημίρευστη σκουριά και ημίρευστος σίδηρος • Παρά την προσθήκη συλλιπασμάτων ο λόγος CaO:SiO2 είναι χαμηλός περίπου 0.1. Η σκουριά είναι όξινη • Η περιεκτικότητα S στον σίδηρο είναι μεγάλη: Ο παραγόμενος σίδηρος δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για χαλυβοποίηση. • Σχηματίζονται επικολλήματα (χιτώνες και δακτύλιοι) • Η ειδική κατανάλωση ενέργειας είναι πολύ υψηλή • Το τελικό προϊόν είναι πλούσιο σε ακαθαρσίες Μεταλλουργία Fe I

13. Χαρακτηριστικά της Π/Κ στην Μεταλλουργία • Δίδεται η δυνατότητα τροφοδοσίας και λεπτόκοκκου υλικού (καύσιμα – μετάλλευμα) • Συνεχής τροφοδοσία και παραγωγή • Συναγωνίζεται σε δυναμικότητες τις μεγάλες μεταλλουργικές μονάδες • Εξασφάλιση ομοιόμορφης παραγωγής • Αξιοπιστία λειτουργίας και χαμηλό ποσοστό διακοπών • Χαμηλό κόστος συντήρησης και λειτουργίας • Μεγάλη ποικιλία κινούμενων μηχανισμών (απαίτηση για εξειδίκευση και πείρα του προσωπικού συντήρησης) • Υπάρχει τεχνολογία για τη δέσμευση και ανακύκλωση της συλλεγμένης σκόνης • Δυνατότητα ελέγχου του θερμοκρασιακού προφίλ (άρα και των αντιδράσεων) με τη χρήση των ανεμιστήρων. • Δυνατότητα χρήσης όλων των ειδών και ποιοτήτων καυσίμων • Επικολλήματααντιμετωπίζονται με βιομηχανικό πυροβόλο, περιστρεφόμενο κόσκινο στην εξαγωγή • Χαμηλή θερμική απόδοση • Δυνατότητα χρήσης καυσίμων ακατάλληλων για άλλες καμίνους Μεταλλουργία Fe I

14. Δυνατότητες Π/Κ Μεταλλουργία Fe I

15. Δυνατότητες Π/Κ Μεταλλουργία Fe I

16. Ισοζύγιο Ενέργειας Π/Κ Μεταλλουργία Fe I