Slavko Kovačič, dipl. inž., Ivo Kovačič, dipl. inž. Železarna Sisak DK: 620.18 ASM/SLA: B16a Poskusi izdelave močno bazičnega sintra Z običajno mešanico za sintranje v željezari Sisak, ki je značilna po velikem deležu ljubijskega limonita, smo napravili polindustrijske poskuse sintranja v mejah bazičnosti (Ca0/Si02) od 0,5 do 3,8. Posebna pozornost je veljala bazičosti sintra, pri kateri bi lahko popolnoma odstranili apnenec iz plavžnega vsipa Navedene so kemične, fizikalno kemične, fizikalne, mehanske in tehnološke lastnosti uporabljanih surovin in izdelanih sintrov. Sinter velike bazičnosti — mišljena je večja bazičnost od 1,3 za CaO/SiCh — je tehnološko in ekonomsko zanimiv predvsem pod pogoji, ko je del plavžnega vsipa kisel, najsi bo ruda v kosih, sinter ali peleti. Najočitnejše tehnološke in ekonomske prednosti naj bodo na kratko omenjene. Mešanici za sintranje dodani apnenec disociira v oksidacijski atmosferi v teku sintranja, kar zahteva manj energije kot če bi disociacija potekala v plavževi redukcijski atmosferi. Pristaviti je še, da se pri sintranju uporablja za disociacijo ceneno gorivo, lahko pa tudi apnenec manjše trdnosti (litotamnijski). Disociirani apnenec reagra pri sintranju s komponentami mešanice za sintranje ter pri tem nastane homogena, bazična žlindra, ki blagodejno vpliva na nastanek plavžne žlindre. Apnenec, ki se dodaja plavžu, marsikdaj pri zasipanju segregira, kar odpravimo z uporabo močno bazičnega sintra. Poglavitna ekonomska prednost je zmanjšana specifična poraba koksa — do 20 % — in povečana proizvodnost plavža — do 20 % — pri popolni odstranitvi apnenca iz vsipa1.2'3. Po podatkih iz prakse in proračunov je mogoče pričakovati za vsak kilogram iz plavžnega vsipa odstranjenega apnenca prihranek 0,30 do 0,45 kg koksa. V jugoslovanskih razmerah bi to pomenilo letni prihranek najmanj 135.000 t koksa. Močno bazičen sinter pa tehnološko in ekonomsko ni zanimiv samo tedaj, ko zamenja surovi apnenec v plavžnem vsipu, ampak tudi v primeru, ko je v plavžnem vsipu 100 % samohodnega sintra. Industrijski poskusi v SZ so dokazali6, da se pri vsipu iz 78 % sintra bazičnosti 0,9 in 22 % sintra bazičnosti 2,0 (namesto 100 % samohodnega sintra) proizvodnost poveča za 2,8 % in zmanjša poraba koksa za 1,5 % (7,4 kg koksa/t grodlja). Navedene prednosti so sprožile polindustrijske poskuse sintranja z mešanico, ki je v železarni v Sisku običajna. Namen poskusov je bil izdelava vrste sintrov z naraščajočo bazičnostjo zaradi ugotovitve njihovih najpomembnejših kemičnih, fizikalno kemičnih, mehanskih in tehnoloških lastnosti. Posebna pozornost je bila posvečena možnosti izdelave močno bazičnega sintra, ki naj bi vseboval kar največjo možno količino potrebnega CaO za razmere v plavžih železarne v Sisku. NAČIN OPRAVLJANJA POSKUSOV Polindustrijske raziskave smo opravili po uveljavljenem načinu v ponvici tipa Greenawalt, ki ima delovno povrišno 0,366 m2 in višino 300 m. Uporabljani ekshaustor ima maksimalni podpritisk 1500 mm vs. Naprava je shematsko ponazorjena na sliki 1. Slika 1 Polindustrijska naprava za poskuse sintranja 1 — Ponvica tipa Greenavvalt 2 — Merjenje temperature odhajajočih plinov in podpriti- skov 3 — Ekshaustor 4 — Merjenje količine odhajajočih plinov Homogenizirana in na optimalno vlago navla-žena mešanica se pazljivo vloži v ponvico in zažge z mešanico butana in propana. Zažiganje traja 1 minuto. Med sintranjem se zapisujejo vsi potrebni podatki o temperaturi, podpritisku in količini odhajajočih plinov. Po opravljenem sintranju zdrobimo dobljeni kolač na manjše kose od 150 mm, presejemo na frakcijo 0—5, 5—10, 10—20 in 20—150 mm. Delež frakcije pod 10 mm je povratek, nad 10 mm pa je dober sinter, če del frakcije od 10—20 mm uporabimo za posteljico. Trdnost sintra določamo trikrat po 20 kg frakcije nad 20 mm v bobnu, ki se v štirih minutah obrne stokrat. Po mehanskem obremenjevanju v bobnu presejemo sinter na sitih 5, 10, 20 in 40 mm. Frakcija nad 20 mm predstavlja trdnost sintra, frakcija pod 10 mm pa trdnost proti obrabi oziroma otiranju. Vsak poskus smo izvedli z najmanj tremi sin-tranji, povratek smo posebej pripravili za vsak poskus. Sestava mešanice, s katero smo napravili poskuse sintranja, je navedena na tabeli 1. Delež apnenca se menjuje v mejah od 8 % do 47 % tako, da bi imeli dobljeni sintri bazičnost CaO/SiCK 0,5 — 1,2 — 1,5 — 1,8 — 2,1 — 3,0 — 4,0. Tabela 1: Sestava mešanice za poskuse sintranja Tabela 3: Pokazovavci sintranja in kvalitete sintra Komponenta Delež v % Zrnatost, mm Limonit Ljubija 85 —X pod 8 Okujina 5 pod 5 Plavžni prah 10 pod 3 Apnenec Gradusa X (8—47) pod 3 Skupaj 100 pod 8 Povratek 25 pod 10 Koks 5,2 pod 3 Skupaj 130,2 pod 10 Kemična in sejalna analiza uporabljanih surovin sta zbrani na tabeli 2. Tabela 2: Kemična sestava in sejalna analiza surovin za poskuse Limonit Ljubija Plavžni prah Okujina Apnenec Gradusa Koks Fe % 43,89 40,91 67,69 n.a. 2,62 Mn °/o 2,62 n.a 0,91 n.a. n.a. Si02 % 12,97 13,39 1,56 1,08 4,80 A1203 °/o 7,30 n.a. 3,07 0,38 2,60 CaO % 1,82 2,17 0,67 53,83 1,62 MgO % 0,20 n.a. 2,78 1,61 0,33 P % 0,17 n.a. 0,13 n.a. 0,024 S % 0,036 0,32 n.a. n.a. 0,85 ŽI % 11,04 13,58 n.a. 40,98 85,68 C % n.a. 8,94 n.a. n.a. 75,91 nad 3,0 2,0—3,0 1,0—2,0 0,5—1,0 0,2—0,5 pod 0,2 mm 34,32 mm 18,30 mm 15,46 mm 13,40 mm 10,40 mm 8,10 3,10 0,70 1,60 11,00 42,10 41,50 20,80 11,30 12,20 15,70 19,80 20,20 1,03 13,50 27,90 33,10 18,00 6,40 0,84 8,64 13,74 21,39 25,44 29,94 Proizvodnost Trdnost v bobnu o č/5 o' a O Povratek 1 — 10 mm o/o Hitrost sintranja mm/min. ■G N -M B 6 O (N E B o 10—20 mm o/o 0,52 51,27 17,0 18,2 28,8 14,8 24,8 47,8 27,4 1,35 45,79 20,3 20,0 29,2 13,3 5,5 63,5 31,0 1,55 n.d.x 15,1 20,3 30,4 n.d." 9,7 48,5 41,8 1,80 43,37 13,6 19,9 29,3 13,1 10,3 43,3 46,4 2,15 n.d.x 18,1 20,7 28,8 n.d.x 14,5 30,7 54,8 2,42 40,00 21,2 20,6 26,4 10,5 15,2 30,7 54,1 3,05 37,58 27,8 23,2 24,5 9,2 19,3 27,6 53,1 3,85 35,34 37,1 23,2 20,1 7,1 25,6 30,6 43,7 n.d.« = = ni določeno n.a. = ni analizirano REZULTATI PRVE SERIJE POSKUSOV Tabela 3 kaže rezultate, dobljene v prvi seriji poskusov z mešanico navedeno na tabeli 2. Bazičnost izdelanih sintrov (kolona 1) se nekoliko razlikuje od predvidene, kljub pazljivosti pri izdelavi mešanice. Vsebnost železa v gotoven sintru močno pada, kar je posledica dodane količine apnenca, ta pa je velika, ker je velika vsebnost Si02 v rudi. Količina povratka, oziroma frakcije — 10 mm, je pri majhni bazičnosti (5,2) majhna in znaša 17 %. S povečanjem bazičnosti na 1,35 se količina povratka poveča na 20 °/o, kar predstavlja najvišjo vrednost na področju bazičnosti od 0,52 do 2,15. Pri večjih bazičnostih od 2,15 nenehno raste količina povratka. Največjo vrednost doseže pri bazičnosti 3,85, ko je količina dobljenega povratka več kot še enkrat večja od povratka pri kislem sintru. Hitrost sintranja praktično stalno narašča. Kljub temu narašča proizvodnost samo do bazičnosti 1,55 nato pa stalno pada od 30,4 do 20,1 t sin-tra/m2, 24 h pri bazičnosti 3,82. To je predvsem posledica velike količine Si02 v ljubijski rudi, zaradi tega velikega dodatka apnenca mešanici za sintra-nje. V šesti koloni je navedena proizvodnost glede na železo v sintru, v t železa/m2, 24 h. Proizvodnost železa je še bolj odvisna od bazičnosti, saj pade pri bazičnosti 3,85 na polovico proizvodnosti, dosežene pri bazičnosti 0,52. Trdnost sintra, ki je prikazana s količino frakcije + 20 mm po vrtanju v bobnu, je za kisli sinter velika in znaša okoli 25%. Z naraščanjem bazičnosti močno pade količina frakcije + 20 mm, posebej še na področju bazičnosti od 1,35 do 2,42, ko se giblje od 5—15 %. Trdnost oziroma frakcija + 20 mm doseže prvotno vrednost šele pri bazičnosti 3,85. Pravkar prikazana trdnost ni najboljše merilo mehanskih lastnosti pri visoko bazičnem sintru. V osmi koloni namreč vidimo, da je obrab-na trdnost najmanjša pri bazičnosti 1,35, ko znaša delež frakcije — 10 mm 63,5 %. 2e pri bazičnosti 1,55 doseže obrabna trdnost vrednost, ki jo je imela pri kislem sintru, kar pomeni, da so se mehanske lastnosti močno popravile. Tega po podatku za trdnost sintra (frakcija + 20 mm) ne bi mo-gl trditi. Pri bazičnosti nad 1,55 se obrabna trdnost še poboljša. Posledica narastka obrabne trdnosti je povečanje količine frakcije od 10—20 mm, ki se s pridom uporablja v plavžu. Količina te frakcije naraste pri bazičnosti 2,15 za 100 % v primerjavi s količino iste frakcije pri kislem sintru oziroma pri bazičnosti 0,52. Spričo tega smemo sklepati, da dobimo pri izdelavi sintra z bazičnostjo nad 1,55 trden sinter z dokaj enakomerno zrnatostjo, s čimer se samodejno poboljša fizikalna pripravnost vsipa za plavž. Da je bolje oceniti mehanske lastnosti sintra s količino frakcije + 10 mm, vidimo iz diagrama na sliki 2, iz katerega razberemo, da je količina frakcije + 10 mm pri večji bazičnosti večja od količine frakcije + 20 mm. Za nekatere sintre je v diagramu navedena obstojnost v staranju. Obstojnost je velika, ker je količina frakcije + 10 mm po sedmih dneh padla samo za 1 do 4 %. 0.5 10 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Bazičnost, Ca0/5i02 Slika 3 Vpliv bazičnosti sintra na oksidacijsko stopnjo in reduktivnost I o * 60 f i 40 ♦70 - ki /o o/ j Legenda - s o sinter na dan izdelave o sinter po 7 dneh stanja s; 40 E' 6 s 2015 0.5 1.0 15 2.0 2.5 3.0 Bazičnost, Ca0/Si02 3.5 45 Dodani povratek na osnovno mešanico, % 25.0 32.5 40.0 Slika 2 Mehanska trdnost sintra v odvisnosti od bazičnosti Oksidacijska stopnja stalno raste (glej sliko 3), reduktivnost (določena s frakcijo 1—10 mm, H2, 900° C) pa raste ves čas redukcije samo do bazičnosti 3,0, ko je reduktivnost za 100 % boljša od reduktivnosti kislega sintra. Pri bazičnosti 3,8 reduktivnost zopet močno pade. REZULTATI DRUGE SERIJE POSKUSOV Na področju bazičnosti 2,4 do 3,8, ki je najbolj zanimivo za Željazaro Sisak, je sinter zadosti trden, vendar je proizvodnost manjša. V novi seriji poskusov smo želeli vplivati na proizvodnost z menjanjem količine goriva in z menjanjem količine povratka. Količina goriva v mešanici, ki je analogna mešanici na tabeli 1, je bila 3,5 — 4,0 — 4,5%, povratka pa 25 — 32,5 — 40 %. Rezultati druge serije poskusov so zbrani v diagramih na sliki 4. Proizvodnost je najbolj odvisna od bazičnosti, ker z naraščajočo bazičnostjo raste delež apnenca v mešanici za sintranje. Povečana količina goriva od 3,5 na 4,0 % poveča proizvodnost za 5 do 7 %, od 4,0 na 4,5 % pa samo za 2 %. Delež povratka 38 2.4 30 3.8 2.4 3.0 33 Bazičnost, Ca0/Si02 Slika 4 Odvisnost proizvodnosti, dobljenega povratka in trdnosti od bazičnosti, količine goriva in količine dodanega povratka in bazičnost ne vplivata bistveno na povečanje proizvodnosti zaradi goriva. Pri povečanju dodatnega povratka od 25 na 32,5 % naraste proizvodnost za 2 %, pri povečanju od 32,5 na 40 % pa za 4 %. Dobljeni povratek je močno odvisen od bazičnosti, če zraste bazičnost od 2,4 na 3,8, zraste količina povratka za okoli 13 °/o (absolutnih). Povratek je manjši, če se poveča količina goriva v mešanici, vendar je to povečanje znatnejše samo pri povečanju goriva od 3,5 na 4,0 %. Količina vložengea povratka ne vpliva bistveno na količino dobljenega povratka. Bazičnost ne vpliva bistveno na mehansko trdnost sintra, ki je predstavljena s količino frakcije + 10 mm, toda pri poskusih smo ponovno ugotovili, da bazičnost močno vpliva na enakomernost zrnatosti. Skoraj ves sinter je imel velikost zrna v mejah od 10 do 40 mm, pri tem pa sega delež zrna od 10 do 20 mm nad polovico. Količina goriva bistveno vpliva na trdnost sintra, in sicer predvsem pri povečanju količine goriva od 3,5 na 4,0 %, ko se količina frakcije + 10 mm poveča za 6 % (absolutnih). Vpliv se zmanjša pri povečanju goriva od 4,0 na 4,5 %, ko znaša povečanje trdnosti samo 2 %. Dodani povratek ne vpliva bistveno na trdnost. Največjo trdnost sintra dobimo pri sintru bazičnosti 3,0, s povratkom 32,5 % in 4,5 % goriva. SKLEP Rezultati poskusov za izdelavo močno bazičnega sintra dokazujejo, da je mogoče izdelati trden sinter iz ljubijskega limonita, ki ima veliko vsebnost Si02 — okoli 13 %, če je bazičnost sintra v mejah od 1,55 do 3,8. Trdnost sintra v navedenih mejah je večja od trdnosti kislega sintra bazičnosti 0,52 spremlja jo tudi pojav izrazite enakomernosti velikosti zrna sintra v mejah od 10—20 oziroma 10—40 mm. Na zraku se trdnost sintra v sedmih dneh poslabša največ za 4 %. Sinter najmanjše trdnosti dobimo pri bazičnosti 1,35 in 1,55. S povečanjem bazičnosti raste reduktivnost sintra do bazičnosti 3,0, pri kateri je reduktivnost še enkrat večja kot pri kislem sintru. Potem reduktivnost pada. Pri dosedanjih poskusih ni bil izdelan sinter z isto proizvodnostjo kot pri kislem sintru, če je bila bazičnost večja od 2,15. Pri bazičnosti 2,4, pri kateri za razmere v Sisku, ne bi bilo potrebno dodajati plavžnemu vsipu apnenca, je proizvodnost pri sintranju za okoli 8 % manjša. Literatura 1. Šavrin S. V. in drugi, »Domennaja plavka aglomeratov vysokoj osnovnosti«, Stal' (Moskva) (1964), št. 8, stran 680—684. 2. Mindeli M. Š. in drugi, »Vlijanie vysokoofljusovannogo aglomerata na pokazateli domennoj plavki«, Metallurg (Moskva) (1965), št. 11, stran 28/32. 3. Meyer G. »Neuere Entwncklungen beim Betrieb vom Hochofenanlagen«, Technische Mitteilungen Krupp, VVerksberichte, (Essen), 24 (1966), št. 1, stran 39/44. 4. Mašlanka A., Gutkowska E., Krasowski J., »Badania i produkcja spieku wysokozasadowego«, Wiadomošco Hut-nicze (Katowice) 25 (1969), št. 3, stran 70—75. 5. Geras A., Wptyw zmiany wskažnika jednostkovvego zuzy-cia topnika surowego na jednostkowe zuzycie koksu w modelowym procesie wielkopiecowym«, Hutnik (Katowi-ce) 34 (1967), št. 2, stran 41—51. 6. Makaev S. V., »Proizvodstvo vysokoosnovnogo domen-nogo aglomerata na Nižne Tagil'skom metallurgičeskom kombinate«, Stal' (Moskva) (1969), št. 8, stran 673—678. ZUSAMMENFASSUNG Es vvurden Sinterversuche im Basizitatsbereich CaO/SiO* = 0.5—3.8 mit einer Sintermischung, die einen hohen Anteil von dem feinkornigen Limonit Ljubija, mit 13 °/o SiO enthalt, durchgefiihrt. Der Grund dieser Ver-suche war die Moglichkeit fiir die Produktion von festem Sinter festzustellen, welcher fiir Hochofenmoller geeignet vvare. Die Versuche wurden in einer Greenawalt-Pfanne mit einer Flache von 0.366 m2 durchgefiihrt. Der Riicklaufsinter wurde durch das Sieben am Sieb 10 mm, die Festigkeit des Sinter durch das Drehen in der Trommel (4 X 25 Umdreh./min.) und Sieben am Sieb 5, 10, 20 und 40 mm bestimmt. Bei der Basizitat iiber 1.55 ist die Festigkeit des Sinters grosser als beim saueren Sinter mit einer Basizitat von 0,52. Sie ist aber durch eine ausgesprochene Gleich-massigkeit der Sinterkornergrosse im Bereich von 10 bis 20 bzw. von 10 bis 40 mm gekennzeichnet. Die Festigkeit des Sinters fallt in sieben Tagen hochstens um 4 °/o. Die kleinste Festigkeit ergab der Sinter der Basizitat von 1.35 und 1.55. Durch die Zunahme der Basizitat bis 3.0 wachte die Reduzierbarkeit, wo sie doppelt so gross ist, vvie bei saueren Sinter. Weiter wird die Reduzierbarkeit kleiner. Bei den bisherigen Versuchen hat sich gezeigt, dass die Sinterleistung beim Basizitatsgrad iiber 2.15 kleiner ist als bei saueren Sinter. Bei einer Basizitat von 2.4 wo der Zusatz von Kalkstein fiir den Hochofenmoller bei den Verhiiltnissen in Sisak iiberfliissig ware, war die Sinterleistung um rund 8 % kleiner. SUMMARY Sintering tests vvere made with a sintering mixture which has a high amount of fine Ljubija limonit in the basicity region — CaO/SiOa — between 0.5 to 3.8. Our intention was to find vvhether a strong sinter suitable for blast furnace charge can be performed. Tests were made in a Greenawalt laddle with a cross-section 0.366 m2. The return sinter was determined by sieving on the 10 mm sieve and the sinter strength in the rotary drum (4 x 25 rpm) and by subsequent sieving on sieves 5, 10, 20 and 40 mm. When basicity is over 1.55 the sinter strength is higher than that of acid sinter with basicity 0.52. Besides the grain uniformity of sinter in the limits 10 to 20, and 10 to 40 mm respectively was achieved. In the air the sinter strength decreased for less than 4 °/o in seven days. The lovvest sinter strength vvas obtained at basicities 1.35 and 1.55. By increasing the basicity the reductivitv increases up to basicity 3.0 when reductivity of sinter is tvvice as high as that of acid sinter. At higher basicities the reductivity decreases. In our test the rate of sinter making was lovver than that of acid sinter when basicity \vas higher than 2.15. When basicity was 2.4, i.e. no limestone needs to be added to the blast furnace charge in Sisak, the production rate of the sinter is for about 8 °/o lower. 3AKAIOTEHHE Ure.\b onbiTHora arAOMepamioHHoii CMecn c ooAtiniiM ya£aom MeAKora AiraoHHTa H3 Ajo6hh (Ljubija) c coAepacaHHe.M npn6A. 13 % KpeMHe3eMa b npeAeAax ochobhocth Ca/Si02 CTeneHH 0.5—3.8 6 li a a AOKa3aTb, B03M0>KH0 AH nOAyHHTb arAOMepai AOCTaTOHHO BbICOKOH MexaHimecKOH npohhocth aah ynorpe6AeHHH b AOMeHHOH mnxTe. OnHTLi BbinoAHeHbi b BaHHC KOHCTpyKUHH Greenawalt c noBepx-HOCTLIO 0.366 m2. K0AiwecTB0 B03BpaTa onpeAeAeHO Ha chtg 10 mm a npoihoctb BpameHHeM b 6apa6aHe (4 X 25 b/mhh.) h onpeAeAe-HHeM rpaHyA0MeTpnqecK0ra cocTaBa 3epeH Ha CHTax 5, 10, 20 h 40 mm. Ilpn ochobhocth ctiichii CBHine 1.55 npOTHOCTb arAOMepaTa npcEbnnacT npohhoetb KHCAOra arAOMepaTa ochobhocth 0.52, npa qeM oco6eHHQ Bbipa>KeHa paBHOMepHOCTL 3epeH BeAHiHHbi 10—20 h 10—40 mm. Ha B03Ayxe npo^HOCTi, arAOMepaTa ocAa6eBaeT B temehim 7 AHeS He CBLirne 4 %. ArAOMepaT caMOH nAoxoii npoHHOCTH OKa-3aAca npn ochobhocth 1.35 H 1.55. C noBBimeHHeM ochobhocth ao 3.0 noBHiuaeTca BOCTOHaBAHMae.MOCTb, Korapaa npn 3Toft to*ikh b Asa pa3a Bbinie weM npn khcaom arAOMepaTe. Bbirne 3toi1 CTeneHH npoHHoeTb arAOMepaTa 0CAa6eBaeT. npii onHTax b cayqae ochobhocth arAOMepaTa CBbiine 2.15 He npOH3BeAeH arAOMepaT np0H3B0AHTeAbH0CTH KOTopaa oTBenaeT toh xe caMOH npoH3BOAHTeAiHOCTH npii khcaom arAOMepaTe. npii ochobhocth 2.4 t. e. vcaobhh npii KOTOpbiM Ha MeTaAAvprmecKOM 3aB0Ae B CHCKe (Sisak) He HaAO K AOMeHHOH HIHXTe AoSaBAHTb H3BeCTH3K, np0H3B0AHTeAbH0CTb arAOMepaTa npuSA. Ha 8 % HHJKe.