Table Of ContentFORSCHUNGSBERICHT DES LANDES NORDRHEIN -WESTF ALEN
Nr. 2674/Fachgruppe Huttenwesen/Werkstoffkunde
Herausgegeben im Atiftrage des Ministerprasidenten Heinz Kuhn
vom Minister fur Wissenschaft und Forschung Johannes Rau
Prof. Dr. -lng. Werner Wenzel
Priv. -Doz. Dr. -lng. Dipl. -Wirtsch. -lng.
Heinrich-Wilhelm Gudenau
Dr. -lng. Johannes Moeljono
Institut fur Eisenhuttenkunde
der Rhein. -Westf. Techn. Hochschule Aachen
Sinterung von Filterkuchen
aus Eisenerz- bzw. Konzentratschlamm
(Filtrier-Sinter-V erfahrenl
WESTDEUTSCHER VERLAG 1977
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Wenzel, Werner
Sinterung von Filterkuchen aus Eisenerz- bzw.
Konzentratschlamm (Filtrier-Sinter-Verfahren) /
Werner Wenzel; Heinrich-Wilhelm Gudenauj
Johannes Moeljono. - 1. Aufl. - Opladen: West
deutscher Verlag, 1977.
(Forschungsberichte des Landes Nordrhein
Westfalen; Nr. 2674 : Fachgruppe Hlittenwesen/
Werkstoffkunde)
ISBN-13: 978-3-531-02674-9 e-ISBN-13: 978-3-322-87843-4
001: 10.1007/978-3-322-87843-4
NE: Gudenau, Heinrich Wilhelm:; Moeljonot
Johannes:
© 1977 by Westdeutscher Verlag GmbH, Opladen
Gesamtherstellung: Westdeutscher Verlag
Inhalt
A. Einleitung 1
B. Problemstellung 2
c. Gegenliberstellung der Agglomerationsstufen 5
D. Filteraggregate und ihre Leistung 11
E. Versuchsgeratebeschreibung 20
F. Versuche und Diskussion in der ersten
Agglomerationsstufe (Herstellen der
24
Filterformlinge)
1. EinfluB des KQrnungsbandes der Erze auf die
Grlinfestigkeit 24
2. EinfluB des Wassergehaltes der Formlinge
27
auf die Grlinfestigkeit
3. EinfluB des unterdruckes des Filteraggre- 33
gates auf die Grlinfestigkeit
4. EinfluB der Trocknungstemperatur auf die
35
Griinfestigkeit
5. EinfluB von Filtrierhilfsmitteln auf die
37
Griinfestigkeit
G. Versuche und Diskussion in der zweiten
Agglomerationsstufe (Sintern der Filter
39
formlinge)
1. EinfluB des Wassergehaltes der Formlinge
39
auf die Sinterleistung
2. EinfluB des Wasser<]ehaltes der Formlinge
auf die Sintereigenschaften 43
- IV -
3. EinfluB der Koksmenge auf die Sinter
45
leistung
4. EinfluB der Koksmenge auf die Sinter
48
eigenschaften
5. EinfluB der Art der Koksaufgabe bzw.
Mischtechnik auf die Sinterleistung 50
6. EinfluB der Aufgabeart des Kokses bz~".
Mischtechnik auf die Sintereigenschaften 54
7. EinfluB der Rlickgutmenge auf die Sinter
56
leistung
8. EinfluB der Rlickgutmenge auf die Sinter
eigenschaften 61
9. EinfluB der Gasdurchlassigkeit der Sin
terschlittung auf die Sinterleistung 64
10. EinfluB der Gasdurchlassigkeit der Sin-
terschlittung auf die Sintereigenschaften 85
11. EinfluB der Mollertemperatur auf die
Sinterleistung 89
12. EinfluB der Mollertemperatur auf die
Sintereigenschaften 90
H. Zus~.enfassende Betrachtung 91
1. Literatur 97
A. Einleitung
Der steigende Weltstahlbedarf erfordert eine stetig wachsende
Menge an Eisenerzen; so wird st~ndig die Eisenerzf6rderung inten
siviert und werden neue Lagerstatten erschlossen (1).
Urn die neben den Stuckerzen in gr6Berem MaBe anfallenden Fein
erze verhutten zu k6nnen, mussen diese agglomeriert werden 2-5.
So werden heute durchschnittlich etwa 50 - 60% Sinter, 10 - 20%
Pellets und 20 - 25% Stuckerz dem Hochofen zugefuhrt.
Im Rahmen der Agglomerationsverfahren - Sintern, Pelletieren
und Brikettieren - ist das Sintern von Feinerzen am meisten ver
breitet.
Bei der Sinterung von Eisenerzen werden feink6rnige eisenhaltige
Stoffe, wie Feinerze und Abfallprodukte der eisenhUtten~nnischen
Prozesse mit festen Brennstoffen, Zuschlagen und Wasser ge
mischt, auf einen Rost geschichtet und an der Oberfl~che ge
zundet. Gleichzeitig wird von oben ein Luftstrom hindurchge
saugt oder gepreBt. Innerhalb der Mischung bildet sich eine so
genannte Brenn- und Sinterzone aus, die in Str6mungsrichtung
des Luftstromes fortschreitet. Dabei findet eine Verfestigung
der Teilchen infolge Platzwechsel der Atome im festen Zustand,
Kornwachstum, Erweichung der Teilchenoberflachen oder Schlacken
bildung statt. Das Produkt ist ein mehr oder weniger festes
por6ses und gut reduzierbares Agglomerat.
Bei der Sinterung wird das Feinerz nicht nur stUckig gemacht,
sondern daruber hinaus wird es auch physikalisch und chemisch
aufbereitet; dieses macht sich in einer Leistungssteigerung
der Roheisenproduktion sowie einer Erniedrigung des Kokssatzes
der Hoch6fen bemerkbar 6-13). Urn den Weltstahlbedarf zu decken,
wird eine Erh6hung der Hochofenleistung angestrebt. Das kann
erreicht werden durch einen hohen Sinteranteil im M611er, der
gleichzeitig eine Steigerung der Sinterproduktion notwendig
macht.
- 2 -
Zur Erhohung der Sinterproduktion wurden daher neue Sinteran
lagen mit hohen Kapazi taten gebaut; dieser Weg ist mit neuen
Investitionskosten verbunden. Die Bestrebungen der Eisen
industrie gehen hauptsachlich dahin, wesentliche Leistungs
verbesserungen hinsichtlich Quantitat als auch Qualitat des
in den vorhandenen Anlagen erzeugten Sinters zu erreichen, wie
z.B. durch Verbesserung der Gasdurchlassigkeit der Sinter
mischung 14-16) oder durch eine vollstandige Automatisierung
d er S1' n t eran 1 age 12 u. 17-20) . We 1' te re Untersuch ungen 'Zle 1 en
darauf hin, die Sinterkosten durch Optimierung des Verfahrens
zu senken, ohne daB die Sinterqualitat verschlechtert wird.
B. Problemstellung
In dieser Arbeit solI ein neuer Weg untersucht werden, die Gas
durchlassigkeit der Sinterschicht auch dann zu gewahrleisten,
wenn nur feinkornige Erze als Grundlagen der Sinterrohrmischung
zur VerfUgung stehen. Bekannt ist, daB schon geringe Zugaben
von feinkornigen Zuschlagen zur Sintermischung die Leistung
absinken lassen 21)
Die Moglichkeit der Pelletierung solI nicht beschritten werden,
da viele Konzentrate, deren Verwendung zur Sinterung angestrebt
wird, nicht in der fUr die Pelletierung optimalen Korngr0Be
vorliegen und daher in einem zweiten Mahlvorgang weiter zer
k1einert werden mUBten. Dieser zv"eite Mahlvorgang bringt jedoch
den Hauptteil der Kosten der Erzmahlung Uberhaupt.
In dieser Arbeit solI untersucht und diskutiert werden, wie sich
Konzentrate bei der Sinterung verhal ten,' wenn sie zuvor zu
Filterformlingen agglomeriert als Sinterrohgut eingesetzt werden.
Diese Formung in einer primaren Agglomerationsstufe bietet sich
an, da viele Konzentrate in nasser Form den Konzentrationspro
zeB verlassen und durch Filtration vom Wasser befreit werden
mUssen.
- 3 -
Mittels e,ines Zellentrornmelfilters sollen aus Erz- bzw. Konzen
tratschlarnm gleichmaBige Filterkuchen hergestellt werden. Je
nach Art des Erzes werden diese Filterkuchen evtl. durch die
heiBen Sinterabgase getrocknet und anschlieBend nach Koksgrus
zugabe gesintert, siehe Bild 1.
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Bild 1 Filtrier-Sinter-Verfahren
Durch die Filtrierung des Schlarnmes wird eine Trennung vorn
Wasser und eine Verfestigung des Sinterrohmaterials erzielt.
Die Zellenform der Filterflache ermoglicht eine gleichmaBige
StilckgroBe des SinterrohmOllers. Durch die Moglichkeit der
Ausnutzung der heiBen Sinterabgase wird weiter Feuchtigkeit
entzogen, dadurch wird gleichzeitig eine zunehmende Ver
festigung und Erwarmung des Rohsinteragglomerates herbeige
filhrt.
- 4 -
Durch diese MaBnahme 5011 angestrebt werden:
a) die Sinterung von Erzen bzw. Konzentraten mit
beliebig kleinen Kornfraktionen zu erQoglichen,
b) infolge gleichmaBiger StlickgroBe und besserer
Gasdurchlassigkeit des Sinterrohmollers die
Sinterleistung zu erhohen,
c) kristallisierten Sinter aus Konzentraten, d.h.
Sinter mit Pelletbindungsmechanismen herzustellen,
d) infolge der Optimierung des Wassergehaltes der
Sinterrohmischung den Brennstoffverbrauch zu
erniedrigen,
e) die Sinterabgase durch Einleiten in die Schlamm
filteranlage zu entstauben, gleichzeitig eine
weitere Trocknung und Erwarmung der Filterkuchen
zu erzielen.
Die Probleme dieses Sinterverfahrens werden in zwei Haupt
kreise unterteilt:
a) Filtrationsproblemkreis
b) Sinterproblemkreis
Fur einen reibungslosen Betriebsablauf des neuen Sinterver
fahrens ist es notig, zunachst genugend feste Formlinge und
weiterhin eine genugend groBe Menge erzeugen zu konenn.
Daher gehoren zum Filtrationsproblem die Leistungsuntersuchung
des Filteraggregates und die Festigkeitsuntersuchung des Fil
terkuchens.
Die Wirtschaftlichkeit eines Sinterverfahrens ist u.a. von
der Leistung des Sinter aggregates abhangig; dabei bestimmt
vor allem der Ruckgutanfall die Hohe der Leistung. Infolge
dessen fallen unter das Sinterproblem hauptsachlich die Leistung,
der Ruckgutanfall und die Festigkeit des Produktes.
- 5 -
C. GegenUberstellung der Agglomerationsstufen bei der Eisen
erzagglomeration
Beim Brikettieren von Eisenerzen werden in der ersten Agglo
merationsstufe Formlinge oder PreBlinge hergestellt 22) •
Forrnlinge, die ohne PreBdruck erzeugt werden, entstehen vor
nehmlich beim Filtrieren von Eisenerzen 23). Diese konnen un
regelrnaBige Gestalt haben, wenn z.B. der Filterkuchen von
einem liblichen Scheibenfilter abgestreift wird und dabei in
kleinere Agglomerate zerfallt, oder eine regelmaBige Gestalt
besitzen, wenn z.B. auf einem Bandfiltergerat auf dem Filter
tuch ein Raster mitlauft - wie in dieser Arbeit beschrieben -
das nach dem FilterprozeB kleine, wlirfelformige Agglomerate
abwirft 24)
Auch beim Herstellen von preBlingen konnen ungleichformige
Agglomerate gebildet werden, wie z.B. beim Slinger-Sinter
prozeB 25-27), bei dem Material durch den Slinger beschleunigt
auf ein Verfestigungsband geschleudert wird, dort verdichtet
wird und beim Herabfallen einzelne kleine Agglomerate bildet.
Beim Einsatz von Stempelpressen, Walzenpressen und Ringwalzen
pressen werden vornehmlich gleichformige Agglomerate erzeugt.
Beim SinterprozeB wurde frUher in der ersten Agglomerations
stufe eine Krlimelung des Mollers aus Erz, Koksgrus, Zuschlagen
und Wasser herbeigeflihrt 28-31), urn eine erhohte Gasdurchlassig
keit der Sinterrohmischung herbeizuflihren. 1m Hinblick auf die
Gasdurchlassigkeit und die damit im engen Zusamrnenhang stehende
Leistung eines Sinterbandes werden heute die Sinterrohmaterialien
durch Rollieren in eine Kugelform liberflihrt. Die eingesetzten
Rolliertromrneln sind in unmittelbarer Nahe der Sinterbander
angeordnet und erzeugen ein kugeliges Agglomerat, das zwar
die gleiche Form besitzt, jedoch mit unterschiedlicher Korn
groBe 32).
Die Diskussion und Versuche zurn Filtrier-Sinter-Verfahren bringen
eine Erweiterung der bekannten Agglomerationsverfahren fUr
Eisenerze. Es wird jedoch nur die 1. Agglomerationsstufe ver-
- 6 -
fahrenstechnisch verandert - das Herstellen der Formlinge.
Die 2. Stufe - das Sintern - wird in der Ublichen Art bei
behalten. Als Abgrenzung wird kurz auf die bekannten Agglo
merationsverfahren und die Bindungsarten eingegangen.
Beim Pelletieren werden die Feinsterze oder Konzentrate mit
und ohne Zuschlagen unter Zusatz von Wasser in Tellern,
Trommeln oder Koni zu GrUnpellets zusammengeballt. Wahrend
die Pelletiertrommel verschieden groBe Pellets verlassen - die
zu kleinen werden abgesiebt und dem ProzeB wieder zugefUhrt -
verlassen den Pelletierteller und den Konus gleich groBe
Grlinpellets. Der Anteil an der GrUnpelletherstellung betragt
beim Teller 30%, fUr die Trommel 67% und auf den Konus ent
fallen 3% 33-37}
Die Aufgabe der pr~maren Agglomeration liegt darin, wirtschaft
lich gUnstig gute Ausgangsprodukte fUr den nachfolgenden Har
tungsprozeB zu schaffen. Wenn darUber hinaus die Meglich-
keit besteht, Agglomerate in dieser ersten Stufe zu erzeugen,
die ohne einen zweiten AgglomerationsprozeB dem Reduktions
verfahren zugefUhrt werden kennen, ware eine Einsparung sowohl
groBer Investitions- wie auch Verarbeitungskosten zu erzielen.
So betragen z.B. fUr das Pelletieren die Kosten fUr vier
Pelletierteller mit 4,5 m ~ und einer Leistung von 1 Mill.
Jahrestonnen ca. 400.000 OM Investitionskosten 38}. Die In
vestitionskosten der Brennanlage in der zweiten Agglomerations
stufe betragen jedoch bei gleicher Leistung nachgeschaltet nach
den Pelletiertellern ca. 30 Mill. OM. Bei der Betrachtung
der Verarbeitungskosten fallt als greBter Posten der Betriebs
kosten der in der zweiten Agglomerationsstufe zusatzliche An
teil an Brennstoffkosten ins Gewicht 38}; weiterhin aber auch
die elektr. Energie, Reparatur-, Betriebspersonal- und Wartungs
personalkosten. Somit kommt der ersten Agglomerationsstufe eine
groBe Bedeutung zu, wenn sie nicht nur ein gutes Vorprodukt
fUr die sekundare Agglomerationsstufe anstrebt, sondern darliber
hinaus ein festes Agglomerat, das einen nachgeschalteten Re
duktionsprozeB ohne Schwierigkeiten durchlaufen kann. Wenn
