鋼鉄生産におけるペレット：役割、製造および重要性
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定義と基本概念
ペレットは、鉄鉱石の微粉、濃縮物、または製鉄に使用されるその他の原材料から生成される均一なサイズの球状または円筒状の塊です。これらは高炉、直接還元プロセス、その他の製鉄方法における主要な原材料として機能し、効率的な取り扱い、輸送、還元ユニットへの供給を促進します。
製鋼チェーンにおいて、ペレットは重要な中間的な位置を占めています。これらは微細な鉄鉱石粒子から凝集技術を通じて生成され、その後、高品質の一貫した原料として高炉や直接還元プラントに供給されます。ペレットの使用はプロセスの安定性を向上させ、粉塵の生成を減少させ、冶金的性能を向上させます。
ペレットは、均一なサイズ、高い鉄分含有量、および優れた還元性によって焼結物と区別されます。これにより、負荷の組成をより正確に制御でき、炉の生産性と製品の品質が向上します。全体として、ペレットは現代の製鋼の効率と環境性能に大きく貢献しています。
技術設計と運用
コア技術
ペレット化技術は、微細な粒子が結合して大きな管理可能なユニットに形成される凝集の原則に基づいています。このプロセスでは、鉄鉱石の微粉、バインダー、フラックスなどの原材料を混合し、グリーンペレットを形成し、次に熱処理を通じて硬化させます。
主要な技術コンポーネントには、ペレット化ディスクまたはドラム、ボーリングシステム、硬化炉が含まれます。ペレット化ディスクまたはドラムは、原料混合物を転がして結合させることによって球状のグリーンペレットを形成します。硬化炉は、通常、移動グレートまたはグレートキルンシステムで、ペレットを加熱して硬化させ、製鋼に適した機械的強度と冶金的特性を達成します。
主要な運用メカニズムには、ペレット形成を促進するための水分とバインダーの制御された追加が含まれ、その後、相変化と結合を誘発するための熱処理が続きます。原材料の準備から始まり、ペレット形成を経て、硬化に至り、高炉や直接還元ユニットでの使用の準備が整います。
プロセスパラメータ
重要なプロセス変数には、水分含量、バインダーの投与量、ペレットサイズ、硬化温度、滞留時間が含まれます。グリーンペレット形成のための典型的な水分レベルは8%から12%の範囲で、ペレットの強度と透過性に影響を与えます。
ペレットサイズは一般的に直径8mmから16mmの範囲で変動し、透過性と還元性を最適化するための目標サイズ分布があります。硬化温度は1250°Cから1350°Cの範囲で維持され、適切な結合と冶金的特性を確保します。
プロセス制御システムは、温度プロファイル、ペレット強度、水分レベルなどのパラメータを監視するためにセンサーと自動化を利用します。高度な制御戦略には、フィードバックループとリアルタイムデータ分析が含まれ、最適な運転条件を維持し、一貫したペレット品質を確保します。
設備構成
典型的なペレット化プラントは、原材料取り扱いシステム、混合およびペレット化ユニット、硬化炉、冷却ステーションで構成されています。ペレット化装置は、ディスクまたはドラムタイプで、容量に応じて直径が4メートルから8メートルの範囲です。
硬化炉は通常、グレートキルンまたはストレートグレートシステムで、長さは最大100メートル、幅は4メートルから6メートルです。これらのシステムは、排出管理のためのバーナー、温度制御ゾーン、排気システムを備えています。
補助システムには、粉塵収集ユニット、材料フィーダー、コンベヤーベルト、水処理施設が含まれます。時間の経過とともに、設備はエネルギー効率を改善し、排出を減少させ、ペレット品質を向上させるために進化してきました。前加熱ゾーンや廃熱回収システムなどの革新が含まれます。
プロセス化学と冶金
化学反応
ペレットの硬化中には、主に酸化、還元、相変化を含むいくつかの化学反応が発生します。鉄酸化物（FeO、Fe2O3、Fe3O4）のヘマタイト（Fe2O3）への酸化は基本的であり、必要な結合相を提供します。
熱力学的には、反応は高温によって駆動され、安定したヘマタイトおよびマグネタイト相の形成が行われます。反応速度は温度、ペレットの多孔性、バインダーやフラックスの存在によって影響を受け、結合と強度の発展の速度を決定します。
CO2やSO2などの副産物は、燃焼および還元プロセス中に生成される可能性があります。シリカ、アルミナ、その他の不純物を含むスラグ相の形成は、高温処理中に発生し、ペレットの特性に影響を与えます。
冶金的変化
ペレットの硬化は、アモルファスまたは結合が不十分な材料から結晶性のヘマタイトおよびマグネタイトへの相変化を引き起こします。微細構造の発展には、機械的強度を与える密な結合マトリックスの形成が含まれます。
微細構造は、緩く結合した粒子から、統合された多孔質のセラミックのような材料へと進化します。これらの変化は、還元性、圧縮強度、取り扱いや溶融中の劣化に対する抵抗を向上させます。
冶金的変化は、還元性、透過性、熱的安定性などの特性に直接影響を与え、効率的な高炉運転にとって重要です。これらの変化を適切に制御することで、一貫したペレット性能を確保し、望ましくない欠陥を最小限に抑えます。
材料相互作用
金属酸化物、スラグ形成剤、耐火材料間の相互作用は、ペレットの品質とプロセスの安定性に影響を与えます。硬化中、鉄酸化物とフラックス間の反応は、ペレット表面をコーティングするスラグ相を生成し、結合を助けます。
耐火材料の摩耗は、高温腐食により発生する可能性があり、特に硬化炉内で顕著です。材料移動メカニズムには、元素の拡散や相の移動が含まれ、耐火ライニングの汚染や劣化を引き起こす可能性があります。
望ましくない相互作用を制御するには、プロセ