1 Departamentul de Științe și Inginerie a Materialelor, Institutul Regal de Tehnologie KTH, Brinellvägen 23, 100 44 Stockholm, Suedia

fizice

2 Departamentul de inginerie mecanică, Școala de inginerie, Colegiul de artă și tehnologie de proiectare inginerie, Universitatea Makerere, P.O. Box 7062, Kampala, Uganda

Abstract

Alt furnal este în continuare forma dominantă de producție a fierului, dar de-a lungul anilor, metodele de reducere directă au crescut din mai multe motive. În general, metodele de producție a fierului au cerințe optime în ceea ce privește materialele furajere, în special minereul de fier. În acest studiu, s-au efectuat teste pe minereul de fier Muko din Uganda pentru a analiza adecvarea acestuia pentru a îndeplini cerințele de hrănire ale metodelor dominante de producție de fier de astăzi. Mai precis, au fost determinați indicii Tumbler, Abrasion și Shatter ai minereului. În plus, au fost efectuate teste de porozitate, termoanaliză și reducibilitate. În general, minereul Muko s-a dovedit a avea proprietăți mecanice bune exemplificate cu date despre indicele de rotație și spargere> 89,0% în greutate și

1. Introducere

Fierul, împreună cu produsele sale generice, este în prezent cel mai utilizat metal în diferite sectoare ale economiei lumii. Mulți factori contribuie la aceasta, variind de la proprietățile mecanice bune pe care le posedă la costul redus asociat cu producția sa. Fierul este produs în principal prin două metode; furnalul, BF, cale (fontă brută) și reducerea directă, DR, cale (fier burete). Potrivit Asociației Mondiale a Oțelului, 2011 [1], producția de oțel brut se ridica la 1,4 miliarde de tone până la sfârșitul anului 2010. Dintre acestea, 70% a fost produsă prin cuptorul de oxigen de bază (BOF), care folosește fontă din explozie. cuptor și 28% prin cuptorul cu arc electric (EAF), care folosește burete și fier vechi [1].

Minereul de fier poate fi utilizat direct în forma sa naturală ca materie primă pentru prelucrarea fierului sau poate fi actualizat prin beneficiari înainte de a fi încărcat în cuptoarele BF sau DR. Materia primă este evaluată pentru proprietăți fizice și metalurgice [2]. Proprietățile fizice oferă o indicație a comportamentului materialului în timpul manipulării și coborârii în cuptor. Pe de altă parte, proprietățile metalurgice indică comportamentul materialelor în timpul procesului de reducere. La selectarea minereului de fier pentru industriile siderurgice, unele dintre proprietățile care trebuie luate în considerare includ (i) indicii de rotire, abraziune și spargere, (ii) porozitatea, (iii) compoziția chimică, (iv) pierderea la aprindere, (v) )) comportament de reducere și (vi) degradare termică [3].

Performanța unui furnal depinde în mare măsură de caracteristicile fizice și chimice ale materialelor. Materialele de încărcare, care sunt încărcate prin gât, sunt cocs, minereuri forfetare și minereuri aglomerate sub formă de sinter sau pelete. Minereurile forfetare sunt semnificativ mai ieftine decât peletele și sinterele. Cu toate acestea, acestea sunt inferioare, în special în ceea ce privește topirea-topirea și afectează buna funcționare a furnalului și cresc consumul de cocs [4]. Umflarea și dezintegrarea minereului de fier au reprezentat două obstacole majore în acceptarea lor ca hrană pentru furnale și cuptoare cu reducere directă [5]. Prin urmare, minereul de fier natural extras de pe pământ a fost aproape complet înlocuit ca hrană pentru furnalele de fier de către sintere și pelete.

În studiul minereurilor naturale [6], s-a constatat că compoziția chimică și microstructura fierului natural din zăcămintele Muko din Uganda corespund cerințelor privind minereul de fier de înaltă calitate. Tocmai conținutul de Fe, silice și alumină indică faptul că pot fi utilizate în mod profitabil pentru producerea fierului. Studiul actual examinează proprietățile fizice și metalurgice ale minereului de fier Muko, din Uganda. Acesta le evaluează în raport cu cerințele pentru diferitele metode/procese de producție a fierului, pentru a stabili adecvarea minereului în satisfacerea cerințelor necesare pentru producția de fier. Probele de minereu de fier sunt denumite Ug1-Rushekye, Ug2-Kamena, Ug3-Kyanyamuzinda, Ug4-Nyamiyaga, Ug5-Butare și Ug6-Kashenyi. Prima parte a lucrării prezintă procedura experimentală. Ulterior, rezultatele sunt prezentate și discutate.

2. Experimental

2.1. Determinarea proprietăților fizice

Proprietățile fizice ale minereului au fost studiate prin determinarea indicilor lor de prăbușire, abraziune și spargere, precum și porozitatea lor aparentă.

O putere puternică testul măsoară două mecanisme de degradare a materiei prime, adică Indicele Tumble (TI) și Indexul de abraziune (AI). A fost realizat în conformitate cu standardul internațional ISO 3271: 1995 (E) pentru determinarea rezistenței la căderea minereului de fier [7]. Exact, o probă de bloc de 15 kg a fost rotită într-un tambur circular rotind la 25 rpm pentru 200 de rotații. Ulterior, minereul a fost selectat și s-au obținut fracțiuni de +6,3 mm și -0,5 mm. Procentul fracțiilor proporțional cu greutatea furajului este valoarea TI (+6,3 mm) și AI (-0,5 mm). Testul a fost repetat de patru ori, iar valorile medii pentru aceste teste reprezintă datele finale TI și AI.

Pentru estimarea a Indicele Shatter, un eșantion uscat de minereu de fier (10 kg) de dimensiuni -40 + 10 mm a fost aruncat de 4 ori de la o înălțime de 2 m pe o podea din fontă (0,5 × 0,5 × 0,03 m). Ulterior, minereul de fier a fost selectat și indicele de spargere exprimat ca% în greutate care trece printr-un ecran de dimensiuni de 5 mm (adică fracțiune de -5 mm). Această procedură a urmat o procedură de testare sugerată de [3], care a fost efectuată pe alte minereuri.

aparentă porozitate a fost determinat folosind picnometrul GeoPyc 1360. O cantitate de heliu a fost plasată în camera de probă și volumul său a fost măsurat. Ulterior, o piesă de minereu de fier de 2,0 g a fost plasată în cameră împreună cu gazul de heliu și echipamentul a înregistrat noile valori ale volumului. Diferența dintre volumul de heliu nou și original a dat volumul plicului și scheletului eșantionului. Diferența dintre volumele plicului și scheletul indică procentul de porozitate al probei.

2.2. Determinarea proprietăților metalurgice

Termoanaliza a fost efectuat folosind termogravimetria-analiza termică diferențială-spectrometria de masă (TGA și DTA) cu un Netzsch STA 409 operat într-o atmosferă de argon. Încălzirea a fost efectuată la o rată constantă de 10 ° C/min, de la 20 ° C până la 1450 ° C. Temperatura a fost menținută la 1450 ° C timp de 30 de minute și apoi a crescut la 20 ° C.

Reductibilitate a fost estimat urmând procedura descrisă de Chatterjee (1994) [8], utilizând Netzsch STA 409. Testul utilizează reducerea izotermă a porțiunii de testare, 500 g, pe un pat fix la 950 ° C folosind gaze reducătoare constând din 40% CO și 60% N2. În timpul testului, reducerile de greutate ale eșantionului au fost înregistrate la intervale specificate.

3. Rezultate si discutii

3.1. Proprietăți fizice

Proprietățile fizice ale minereurilor de fier sunt determinate prin testarea rezistenței la rece. Testele, cum ar fi testele de rotire și spargere, oferă o indicație a comportamentului materialului în timpul exploatării minereului, încărcării, transportului, manipulării și screeningului. Ele oferă, de asemenea, o perspectivă asupra comportamentului materialului, într-o perioadă inițială a procesului de reducere în coborârea acestuia în cuptor.

O altă proprietate fizică importantă a minereului de fier este porozitatea acestuia. Facilitează accesul gazului reducător în interiorul minereului forfetar. O porozitate ridicată a materialelor favorizează reducerea, deoarece aceasta oferă o zonă interfațială mare pentru un contact gaz-solid. Porozitatea minereurilor de fier forfetare pentru procesul DRI nu este de obicei limitată, în timp ce valoarea recomandată pentru porozitatea particulelor pentru peletele de minereu de fier este peste 20% (HYL, 2010). În acest studiu, valorile porozității pentru eșantioanele de minereu natural Ug5 și Ug6, care au cantități mai mari de gangue (1,2%; 5,1% SiO2 și 1,0%; 6,0% Al2O3, respectiv, Tabelul 3) și microstructura cu dimensiuni mari de boabe de hematită și incluziuni de impurități [6], au fost determinate. Valoarea porozității pentru eșantionul Ug6, care a avut cea mai scăzută calitate dintre minereurile de fier naturale examinate, sa dovedit a fi de 4,9%. Acest lucru este similar cu valorile de porozitate ale minereurilor comerciale de fier forfetare utilizate în furnal (5,9% pentru minereul de fier MBR Brazilia) [15] și procesele de reducere directă (1,2-5,2% pentru minereurile de fier Orissa India) [3] ]. Mai mult, eșantionul Ug5, a cărui compoziție chimică este similară cu cea a eșantioanelor Ug1-4 a avut o valoare a porozității mai mare de 14,3%.

Pe baza rezultatelor obținute, se poate afirma că minereurile de fier Muko au proprietăți fizice bune, care permit manipularea și transportul adecvat, cu o capacitate bună de a rezista la încărcarea de impact în timpul procesului de încărcare a cuptorului. Rezistența mecanică bună a minereurilor naturale de fier poate fi atribuită porozității sale relativ scăzute și microstructurii relativ uniforme.

3.2. Proprietăți metalurgice
3.2.1. Termoanaliza

Un test de termoanaliză ajută la înțelegerea comportamentului diferitelor minereuri atunci când sunt supuse la temperaturi ridicate, pe măsură ce trece prin procesul de reducere. Analiza DTA evidențiază efectele endotermale și exoterme și intervalele de temperatură, care sunt corelate cu îndepărtarea apei prezente fizic și legate structural din minereu. În plus, evidențiază apariția transformărilor de fază. În plus, greutatea apei adsorbate și structurale

poate fi determinată prin analiza TGA. Valorile pierderii în greutate în timpul încălzirii diferitelor probe de minereu de fier și principalele caracteristici ale vârfurilor endotermale (Vârful 1) și exotermale (Vârful 2) sunt date în Tabelul 2.