Sedan 1971 tillverkar LKAB pellets för direktreduktion. Dagens pellets,KPRS
(Kiruna Pellets Reduction Special), med tillsatser av dolomit, kalksten,
bentonit och organiskt material framställs kommersiellt på KK3
pelleteseringsverket i Kiruna av magnetit. Pellets tillverkas i
huvudfraktioner 9-12,5 och 12,5-16 mm vilka fylls proportionerligt i
reduktionsugnen. Mängden såld pellets uppgår till cirka 4 Mt per år. LKAB
undersöker reducerad pellets bland annat med avseende på fysisk
hållfasthet, ihopkladdningsgrad och olika faktorers påverkan på
metalliserings- och uppkolningsgrad. Syftet är att uppnå kvalitetskrav
samt att uppfylla kundens önskemål. De faktorer som styr
reduktionsprocessen är pelletsammansättning och processparametrar.
I detta arbete undersöks metalliserings- och uppkolningsmekanismen vid
reduktion av direktreduktionspellets genom analys och karakterisering av
pellets struktur utifrån dess kemiska sammansättning, partikelstorlek,
partikelstorleksfördelning, porositet, totala ytarea (mikrostruktur),
gråberginnehållet och dess fördelning samt processparametrar. Studien
omfattar även undersökningar av korrelationer av de två typer av faktorer
och deras inverkan på metalliserings- och uppkolningsgraden. Metoder som
används är isoterma reduktionsförsök (> 28 test), uppkolningsförsök i
laboratorieskala (17 test), BET-analys på oxiderad- och reducerad pellets,
kemisk analys, optisk mikroskopi, svepelektronmikroskopi (SEM) och XRD.
BET analyser av oxiderad pellets, laboratoriereducerad pellets samt
pellets reducerad i Midrex ugn gjordes delvis med hjälp av FlowSorb II 2300
men även "FriStar 3000" som mäter specifik ytarea. Analyser av erhållna
resultat kompletterades med utvärderingar som gjordes med hjälp av
programmen "Modde 7" och "Simka-P+ 11".
Reduktion i laboratorieförsök ledde till en hög metalliseringsgrad på över
97 % i 9 av 28 test. Mekanismer för metallisering av olika
direktreduktionspellets beror av både av pellets sammansättning och
processparametrar. T oC påskyndar metalliseringsreaktioner. Högre H2/CO
förhållande och gaskvalitet (CO+H2)/(CO2+H2O) påverkar porositet positivt.
Beroende på sammansättning och oxidationsmiljö skapas den ursprungliga
reaktionsytan hos oxiderad pellets, ju större yta desto högre
metalliseringsgrad uppnås. Pellets med lägsta reaktionsarean uppvisade en
reduktionsgrad på omkring 91 %. Begynnelseporositeten visade sig inte ha
stor betydelse i metalliseringsprocessen vid laboratorietestningen.
Uppkolningsprocessen som sker under reduktion visade sig bero av
reaktionsyta efter reduktion, temperaturen i reduktionszonen och MgO-halt.
Uppkolningstest utfördes med lägre temperatur och annan gaskvalitet,
(CH4+CO)/(CO2+H2). Experiment visade att med låg gaskvalitet (0.5) sker
avkolning medan det med höga gaskvalitet sker uppkolning. En högre
gaskvalitet och en lägre B2 inverkar positivt på uppkolningsgraden i
kylzonen. XRD-analys visade att nästan allt kol ligger bundet till järn som
järnkarbid.
Metalliserings och uppkolningsmekanismer i korgförsök skiljer sig från dem
i laboratorieförsök. Pellets från korgtest visade mindre andel av
oreducerad wüstit samt lägre under reduktion utvecklad porositet
(högst 63.9 %) men höga metalliseringsgrader (över 97 %). Hos pelleten
observerades såväl långa som svampliknande porer i korn vilka troligen
orsakas av kalciumföreningar och rådande reducer...
