溶鉄の造粒

液体鉄の造粒

溶鉄の造粒は、高炉（BF）での溶銑の過剰生産を処理する方法であり、鉄鋼統合プラントの製鋼工場での製鋼では消費できません。これは、グラニュー糖（GI）として知られる固体製品を製造する費用効果の高い方法です。 GIは銑鉄のように化学的および物理的特性が優れており、製鋼の主要な原料として使用できます。

GIは造粒されている溶鉄と同じ化学組成を持っています。 GIには酸化やスラグの閉じ込めがなく、金属含有量が高くなっています。図1は、GIの一部を示しています。

図1粒状鉄

GIプラントは、製鋼施設での生産と製鋼施設での溶鉄の要件との間の不一致を処理します。ロジスティック的に2つの施設の間に配置されています。 BFからの過剰な溶鉄はGIの生産のためにGIプラントに転用されます。これにより、BFでの熱風量の減少がなくなり、BOFの冷却剤として内部原料として使用できるGIを生成したり、キューポラ、誘導炉（IF）、電気アーク炉（EAF）で使用する外部販売に使用したりできます。

GIプラントは、BF出力と一致する容量で建設および運用できます。それらは豚鋳造機（PCM）の代替品ですが、かなり高い容量を備えています。二本鎖PCMでさえ、豚型内の溶鉄の凝固時間のために容量が制限されます。 PCMはまた、複雑な設計の結果として頻繁な機械的メンテナンスを必要とします。 GIは銑鉄と同じ特性を持っていますが、ビンシステムで処理できるという追加の利点があります。

溶鉄の造粒プロセスの4つの基本的なステップは次のとおりです。

• 造粒機への溶鉄の流れの制御
• 液体鉄の液滴の形成による造粒と水中での急速な急冷
• 通常は空気水排出装置による固化および冷却されたGIの排出
• GIの脱水と保管場所への輸送

造粒の設備とプロセス

この装置は、大量の溶鉄を造粒し、BFの生産速度で造粒するように設計できます。原理は、溶鉄と冷却水の間の熱伝達に基づいています。溶鉄の冷却および凝固中に放出された熱は、冷却水に伝達され、プロセスから熱を運び出します。

鉄の造粒に使用する装置は標準装備です。

造粒プラントでの溶鉄取鍋の取り扱いには、連続鋳造機で使用されるタレットと同様のツイン取鍋タレットが使用されます。タンディッシュと組み合わせたタレットは、液体鉄取鍋間の不連続性なしに、造粒プラントでのスムーズなシーケンス操作を保証できます。

鉄の造粒に使用されるタンディッシュは、わずかな変更を加えた標準的な連続鋳造タンディッシュです。タンディッシュには、ストッパーロッドシステムまたはスライドゲートシステムのいずれかが装備されています。これにより、問題が発生した場合に造粒を迅速に停止できます。標準システムを使用して、造粒速度を制御できます。タンディッシュとノズルは通常、造粒開始前に約20〜30分間予熱されます。

溶鉄造粒機はプロセスの中心です。それは水を含み、液体鉄の分配器を備えたタンクで構成されています。溶鉄分配器の主な機能は、溶鉄の流れをより小さな粒子に分割し、それを水面全体に均一に分配することです。溶鉄流の分割は、溶鉄のより速い冷却のためのより大きな表面積を提供するだけでなく、造粒機のより大きな表面積に液鉄を分配する。これはまた、より少ない水量での熱集中を回避するのに役立ち、したがって、溶鉄の高流量を可能にする。溶鉄ディストリビューターは、熱衝撃や溶鉄流の長期的な衝撃に耐える必要があるため、重要な機器です。

液体鉄滴の外面は、分配器から水面への移動経路の間に、そして水面に浸透する前に固化する。半液滴の残りの内部部分（現在は顆粒）は、水面に衝突して水量の中で動き始めるときに急冷されます。顆粒が水に衝突したとき、顆粒はわずかに変形しますが、分裂するのを防ぎ、微粉の発生を防ぎます。

造粒タンク内の水を介して鉄の顆粒が移動する間、鉄の熱は冷却水に伝達されます。冷却水により、顆粒は100℃未満の温度に達することができます。

造粒速度が100トン/時の場合、溶鉄から冷却水に伝達される発生熱負荷は約8Mcal/秒の範囲です。水システムは、この大きさの熱負荷を処理するように設計されています。水システムでは、熱濃度（熱/体積単位）が蒸気爆発の臨界濃度よりも低くなるように、熱が水に分配されます。

造粒タンクは、溶鉄流の分裂と水面への溶鉄流の衝撃運動によって形成される溶鉄液滴を収容するのに必要な十分な水量を保持します。

水タンクの設計と構造により、冷却されたGIの断片のタンクからの集中と排出が容易になります。冷却された粒状鉄の排出には、通常、空気-水排出システムが使用されます。

排出された固化したGIは脱水され、コンベヤーベルトによって保管エリアに運ばれ、そこで発送のために備蓄に保管されます。

水冷およびハンドリングシステムは、溶鉄によって追加された大量の熱が冷却水によって確実に除去されるように、注意深くバランスがとられています。水システムは通常、閉回路プロセス水システムです。造粒タンク内の冷却水の流れは、溶鉄の動きに逆流します。造粒タンク内を流れる間、水は溶鉄の熱を奪い、加熱されます。造粒タンクからの加熱された水は除去され、水処理システムに戻されます。戻された高温のプロセス水は、冷却塔または熱交換器のいずれかで冷却されます。

溶鉄造粒プラントは通常完全に自動化されているため、操作全体を実行するのに必要な人員はわずかです。鉄の造粒のスループット時間は通常約30〜40秒で、プロセス収率は99％を超えます。これは、PCMで得られる低い歩留まりと比較すると、優れた改善です。

以下は、溶鉄を造粒するプロセスの重要な特徴です。

• 製鋼施設からの溶鉄の転用に関する土壇場での決定に対応するための短い立ち上げ時間
• 溶鉄から冷却されたGIまでの迅速な処理時間
• 急冷による鉄の化学分析に変化はありません
• プロセス歩留まりの99％以上
• 高可用性を備え、標準装備を使用しているためメンテナンスが制限された堅牢なプロセス
• 操作が簡単
• BFの出力に匹敵する高い生産能力
• 追加の処理を必要としないプライムアイアン製品の製造
• 環境への影響が少ない
• 柔軟なレイアウトで、利用可能な既存のスペースに収容できます
• 低い運用コスト
• 合理的な投資コスト

粒状鉄製品

GIは一貫した物理的および化学的特性を持っています。これは、プライムスクラップの高い金属含有量とバージン鉄源の低い残留含有量を組み合わせたものです。実用的な観点から、高いかさ密度と物理的形状は、効率的なマテリアルハンドリングに適しています。

GIの化学組成は溶鉄と同じです。典型的な分析は、4％から4.5％の炭素、0.5％から0.6％のシリコン、および約95％から95.5％の鉄です。トランプ元素（銅、ニッケル、モリブデン、スズ）は最大0.05％です。

GIは、平らな球のコンパクトで小さな形状をしており、約4トン/cumの高いかさ密度をもたらします。 GIのサイズは8mmから25mmの範囲です。 GIは安息角が大きいため、効果的な輸送と保管が可能です。

GIの特徴のいくつかを以下に示します。

• 均質な構成
• 実質的に酸化物含有量はありません
• 製鋼中の高い金属収率
• 冶金プロセスに追加すると、非常に優れた予熱特性と迅速な溶融/溶解
• マトリックスに炭化鉄が含まれているため、EAF操作でのスクラップの交換に役立ちます
• 高いかさ密度
• 出荷および保管中の不活性
• コンベヤーベルト、マグネット、フロントエンドローダー、ビンシステム、スクラップスキップでの取り扱いを容易にするサイズと形状を備えています
• 高い物理的強度と形状を備えているため、取り扱い中の破損がなく、粉塵が少なくなります。
• パイロフォリックな挙動を示さないため、燃焼を気にせずに輸送および処理できます。輸送中および保管中は不活性です

溶鉄を固化および冷却するプロセスの単純さと、標準のBFスループットを満たす大容量との組み合わせにより、鉄を造粒するプロセスは、統合された鉄鋼プラントでの設置に適しています。