Ken Van Avermaet
tijdens het sinteren van ijzererts.Onderzoek naar het optreden van krimpscheuren
Academiejaar 2007-2008Faculteit IngenieurswetenschappenVoorzitter: prof. dr. ir. Joris DegrieckVakgroep Mechanische constructie en productie
Burgerlijk werktuigkundig-elektrotechnisch ingenieurScriptie ingediend tot het behalen van de academische graad van
Begeleiders: dr. ir. E. Rosseel (Arcelor), ir. H. Vansteenkiste (Arcelor)Promotor: prof. dr. ir. Wim De Waele
Ken Van Avermaet
tijdens het sinteren van ijzererts.Onderzoek naar het optreden van krimpscheuren
Academiejaar 2007-2008Faculteit IngenieurswetenschappenVoorzitter: prof. dr. ir. Joris DegrieckVakgroep Mechanische constructie en productie
Burgerlijk werktuigkundig-elektrotechnisch ingenieurScriptie ingediend tot het behalen van de academische graad van
Begeleiders: dr. ir. E. Rosseel (Arcelor), ir. H. Vansteenkiste (Arcelor)Promotor: prof. dr. ir. Wim De Waele
Dankwoord
Nu mijn thesis is afgewerkt, kan ik terugkijken op een zeer leerrijke periode. Wat begon met een
redelijk eenvoudige opdrachtomschrijving, groeide uit tot een onderzoek van een complex pro-
ductieproces, waarbij ik zowel op technisch vlak als op sociaal vlak veel heb bijgeleerd. Hierbij
wil ik enkele mensen bedanken zonder wiens hulp het niet zou gelukt zijn.
Ten eerste wil ik mijn promotor, prof. dr. ir. Wim De Waele, bedanken voor het opzoekwerk,
de suggesties en alle tijd die hij spendeerde aan mijn thesis. Ook mijn begeleider, dr. ir. Evert
Rosseel, en de andere mensen van de dienst Systemen en Modellen van ArcelorMittal Gent die
me hebben bijgestaan, wil ik bedanken.
Op technisch vlak hebben ook de lijnverantwoordelijken, ir. Filip Stas, ir. Marc Pieters en ir.
Wouter Holbrecht, de ploegbazen, de meestergasten en de operatoren van de sinterfabriek mij
geholpen alle aspecten van het sinterproces te begrijpen en te doorgronden, waarvoor bedankt.
Tenslotte wil ik nog alle mensen bedanken die mij op andere manieren geholpen hebben mijn
thesis tot een goed einde te brengen, in het bijzonder Stijn Hertele, Jana Vanleuven en mijn
ouders.
”De auteur geeft de toelating deze masterproef voor consultatie beschikbaar te stellen en delen
van de masterproef te kopieren voor persoonlijk gebruik.
Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrek-
king tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit
deze masterproef.”
10 juni 2008
Ken Van Avermaet
Onderzoek naar het optreden van krimpscheuren
tijdens het sinteren van ijzererts.
Ken Van Avermaet
Promotor: prof. dr. ir. Wim De Waele
Begeleider: dr. ir. E. Rosseel (ArcelorMittal Gent)
Scriptie ingediend tot het behalen van de graad van
Master in de ingenieurswetenschappen: werktuigkunde-elektrotechniek
Vakgroep Mechanische constructie en productie
Voorzitter: prof. dr. ir. Joris Degrieck
Faculteit Ingenieurswetenschappen
Academiejaar 2007-2008
Overzicht
Sinterfabrieken zijn tegenwoordig een onmisbare schakel geworden in het productieproces van
staal. Bij het sinteren wordt een mengsel van fijne ijzerertsen, vaste brandstoffen, smeltmiddelen
en een aantal recuperatieproducten geagglomereerd tot sinter. Deze sinter heeft als voordeel dat
het poreuzer en sterker is dan gewone ijzerertsen. Bij het inzetten van sinter in de hoogovens,
zorgen deze voordelen voor een betere reductie en een lager energieverbruik.
Het sinteren zelf gebeurt op een kettingrooster, waarbij de verbrandingslucht doorheen de lading
omlaag wordt gezogen. Bij het sinteren neemt de dichtheid van het materiaal toe, waardoor
krimpscheuren ontstaan, waarlangs de verbrandingslucht kan weglekken. Deze studie heeft als
doel de factoren te bepalen, die een invloed hebben op de vorming van deze scheuren en tevens
te onderzoeken wat de invloed van de krimpscheuren op de sinterproductie is.
Uit de analyse van meetwaarden over een periode van 10 maanden, bleek dat de scheuren
zorgen voor een grotere productiviteit, doordat ze in de bovenste laag het voortschrijden van het
vlamfront vergemakkelijken. Daarnaast bleek ook dat de sinterkwaliteit niet noemenswaardig
verslechtert of zelfs verbetert als de scheuren groot zijn. Het is dus niet nodig om speciale
inspanningen te doen om de krimpscheuren te vermijden.
Trefwoorden: sinter, ijzererts, krimpscheuren, sinterkwaliteit
Study on the occurance of shrinkage cracks whensintering iron ore
Ken Van Avermaet
Supervisor(s): prof. dr. ir. Wim De Waele, dr. ir. Evert Rosseel
Abstract—More than 90% of the blast furnace burden at ArcelorMittalGhent consists of sintered iron ore. Therefore, the quality of the sinter isvery important. However, the sintering process causes a decrease in vol-ume, which causes the formation of shrinkage cracks and affects the sinterquality, among other things. Over a period of ten months, several data setswere collected, related to the productivity of the two sinter plants and thequality of the sinter. The goal of this study was to examine the differentinteractions between the variables, concentrating on the influence of thecracks.
Keywords—iron ore, sintering, cracks, sinter quality
I. INTRODUCTION
These days, sinter plants are key units in the production ofsteel. It is the function of the sinter plants to process fine grainedraw material into coarse grained iron ore sinter for charging theblast furnaces. To begin with, a precisely dosed mixture is cre-ated, consisting mostly of fine ores and solid fuel in the formof cokes and antracite. The mixture is then fed onto a conveyorbelt, consisting of a large number of waggons, linked up as anendless chain. Burners heat the material to the required tem-perature (1100-1200 ◦C), which causes the fuel in the mixtureto ignite. The fuel burns with the aid of a downward airstreamthrough the mixture, resulting in the flame front moving throughthe sintering bed. The sintering processes are completed oncethe flame front has passed through the entire mixed layer andall fuel has been burnt. At the end of the conveyor belt, the hotsinter is collected, cooled, broken into the desired particle sizeand transported to the blast furnaces.
The reason why most blast furnace burdens consist mostly ofsinter, is that it is porous and that it has a higher strength thenthe ores of which it is made. Because of this, the burden has ahigher reducibility and the whole process becomes more energyefficient.
When sintering iron ore, formation of shrinkage cracks is nearlyinevitable, due to the densification of the mixture. These cracksaffect the sintering process by increasing the air leakage and in-fluencing the chemical reactions during the sintering process, asa result of which the sinter quality is affected.
II. SHRINKAGE CRACKS
Firstly, it is important to know which parameters affect theformation of shrinkage cracks. Analysis of the collected dataindicates that the percentage of limestone in the mixture is themost important factor. Limestone tends to bind the particles be-fore sintering and increases the strength of the material after sin-tering, which causes a decrease in shrinkage cracks.
III. PRODUCTIVITY
Secondly, it is necessary to make sure the cracks don’t affectthe production capacity in a negative way. The results indicatethat the cracks have a positive effect on the productivity. This isbecause they improve the heat exchange in the top layer of thesinter strand.
IV. SINTER QUALITY
Thirdly, the quality of the sinter mustn’t suffer from the influ-ences of the cracks. According to the results of the study, theseinfluences are rather limited. There are even indications that thecracks can have a positive effect on the sinter quality.
V. PERMEABILITY OF THE SINTER STRAND
Finaly, the shrinkage cracks cause an increase in the perme-ability of the sinter strand, which in its turn causes the air leak-age to increase. Although this has an influence on the energyconsumption of the fans, this effect is negligible in comparisonto the air leakage in the pipes, filters, . . .
VI. CONCLUSIONS
It can be concluded that there is no need to take immediateaction to reduce shrinkage cracks. They are beneficial for thesinter plant productivity and have little influence on the sinterquality. Nevertheless, should it become apparent that the crackshave any negative effect on the sinter quality, the results of thisstudy can be used to adapt the production settings in order toreduce the crack formation.
Inhoudsopgave
1 Situering en opdrachtomschrijving 1
1.1 ArcelorMittal Gent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Situering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2.1 Sinteren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2.2 De installaties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 Opdrachtomschrijving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2 Bijzonderheden bij het sinteren 10
2.1 Het vlamfront . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2 Segregatie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3 Transformaties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3.1 De ijzerinhoud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3.2 Het kalkgehalte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3.3 Onzuiverheden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3 Verwerking van experimentele gegevens 16
3.1 Relevante parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.1.1 Grondstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.1.2 Productieparameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.1.3 Krimpscheuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.1.4 Productiviteit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.1.5 Sinterkwaliteit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.2 Consistentie van de scheurgegevens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4 Correlaties 32
4.1 Invloeden op de scheurvorming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.1.1 De fijnbedding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.1.2 De brandstof . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.1.3 De sinterlading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.1.4 Het vochtgehalte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.1.5 De laaghoogte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.1.6 De verticale staven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.1.7 De ontsteking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.2 Invloed op de productiviteit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.2.1 De fijnbedding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.2.2 De brandstof . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.2.3 De sinterlading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.2.4 Het vochtgehalte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.2.5 De laaghoogte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.2.6 De verticale staven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.2.7 De ontsteking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.2.8 De krimpscheuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.3 Invloed op de sinterkwaliteit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.3.1 De fijnbedding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.3.2 De brandstof . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.3.3 De sinterlading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.3.4 Het vochtgehalte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.3.5 De laaghoogte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.3.6 De verticale staven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.3.7 De ontsteking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.3.8 De krimpscheuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.4 Samenvatting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5 Regressies 72
5.1 De krimpscheuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
5.2 De productiviteit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.3 De sinterkwaliteit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.4 Uitbreidingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
6 Doorlaatbaarheid van de sinterkoek 83
6.1 Regeling van de bakventilatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
6.2 Doorlaatbaarheid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
6.3 De ventilatorkarakteristieken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.4 Invloed van de krimpscheuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
7 Besluit 91
A Ventilatorkarakteristieken 93
Lijst van afkortingen en symbolen
Ac,d,rel relatieve dwarsscheuroppervlakte
Ac,l,rel relatieve langsscheuroppervlakte
Ac,rel totale relatieve scheuroppervlakte
bc totale gemiddelde scheurbreedte
bc,d gemiddelde dwarsscheurbreedte
bc,l gemiddelde langsscheurbreedte
φi massapercentage van grondstof i in het sintermengsel
ψi,j massapercentage van bestanddeel j in grondstof i
Gx−y sinterfractie met korrelgrootte tussen x mm en y mm
H laaghoogte sintermengsel
lc,d,rel relatieve dwarsscheurlengte
lc,l,rel relatieve langsscheurlengte
lc,rel totale relatieve scheurlengte
Mi mediaan van de granulometrische verdeling van grondstof i
mu uurproductie sinter
P permagnag-waarde van de geproduceerde sinter
∆p opgemeten onderdruk onder de sinterketting
Q opgemeten rookgasdebiet
T rookgastemperatuur
To oventemperatuur
v snelheid sinterketting
vvf snelheid van het vlamfront
zvs diepte van de verticale staven
met grondstof i:
a antraciet
b bedding
br brandstof (antraciet en cokes)
c cokes
f fijnsinter
k kalk (kalkpoeder en kalksteen)
kp kalkpoeder
ks kalksteen
v vocht
en bestanddeel j:
Al2O3 Al2O3
as as
CaO CaO
Fetot totaal ijzergehalte
Fe2+ ijzer onder de vorm van FeO
MgO MgO
MnO MnO
S zwavel
SiO2 SiO2
vb vluchtige bestanddelen
Hoofdstuk 1
Situering en opdrachtomschrijving
1.1 ArcelorMittal Gent
ArcelorMittal Gent, ook wel bekend onder de vroegere naam Sidmar, werd opgericht in 1962 als
geıntegreerd maritiem staalbedrijf. Vandaag maakt het deel uit van de ArcelorMittal-groep, de
wereldleider in staalproductie.
Op de site in Gent wordt uitsluitend plaatstaal vervaardigd, eventueel verzinkt of lasergelast
voor koetswerkonderdelen voor de automobielindustrie.
1.2 Situering
1.2.1 Sinteren
Als men denkt aan de productie van staal, denkt men aan de hoogovens, de convertoren, de
gieterijen en de walserijen. Het hoogovenproces wordt eenvoudig voorgesteld als de reductie van
ijzererts met behulp van cokes. In de praktijk is ijzererts echter zelden een hoofdbestanddeel
van de hoogovenlading. De productiestap die men hierbij overslaat zijn de sinterfabrieken, waar
de ijzerertsen worden voorbereid voor de hoogovens door ze te sinteren (zie figuur 1.1).
Dit sinteren bestaat uit het samenbakken van fijne ijzerertsen, recuperatiestoffen en smeltmid-
delen op een kettingrooster d.m.v. vaste brandstoffen (cokesgruis of antraciet) die homogeen
vermengd zitten in het te sinteren mengsel. De bovenlaag van het mengsel wordt met behulp
van cokesgas ontstoken, terwijl lucht door de lading naar beneden wordt gezogen, zodat het
vlamfront langzaam door de laag trekt.
1
HOOFDSTUK 1. SITUERING EN OPDRACHTOMSCHRIJVING 2
Bij het voorbijtrekken van het vlamfront verweken de ijzerhoudende bestanddelen, waardoor ze
aaneenkitten tijdens het afkoelen. De ijzererts wordt hierbij al gedeeltelijk gereduceerd. Het
verkregen materiaal, de sinter, is poreus door het verdampen van het vocht, de ontbinding van
de kalksteen en de verbranding van de vaste brandstoffen. Na breken en afzeven is de sinter
klaar voor de hoogovens.
De voordelen van sinter worden duidelijk als men kijkt naar het hoogovenproces. De hoogovens
worden tot zo’n 40 m hoog gevuld met afwisselende lagen sinter en cokes. Naarmate het materiaal
zakt, stijgt natuurlijk de druk en de temperatuur. De sinter heeft als voordeel ten opzichte van
gewone ijzerertsen dat het minder snel verweekt bij hoge temperaturen en aangezien het een
poreus materiaal is, is het eenvoudiger om de verbrandingslucht voor het hoogovenproces door
de lading te blazen. Op die manier stijgen de productiviteit en de stabiliteit van de hoogovens,
terwijl het totale energieverbruik daalt. Daardoor is het sinteren een bijna onmisbare schakel
geworden in de staalproductie.
HOOFDSTUK 1. SITUERING EN OPDRACHTOMSCHRIJVING 3
ijzer
erts
kalk
stee
n
stee
nkoo
l
sint
erfa
brie
k
coke
sfab
riek
hoog
oven
conv
erto
rco
ntin
u-gi
eter
ijw
alse
rijen
gron
dsto
ffenp
ark
coke
s sint
er
ruw
ijzer
staa
l
slab
s
Fig
uur
1.1:
Pos
itie
van
desi
nter
fabr
ieke
nin
het
prod
ucti
epro
ces
van
staa
l
[H]
HOOFDSTUK 1. SITUERING EN OPDRACHTOMSCHRIJVING 4
1.2.2 De installaties
ArcelorMittal Gent heeft twee sinterfabrieken die zo goed als volledig van elkaar gescheiden
opereren [1]. Sinterfabriek SIN1 is gebouwd in 1966 toen de voordelen van gesinterd fijnerts
t.o.v. stukerts duidelijk werden. Sinterfabriek SIN2 kwam er pas later in 1972 en ondertussen
zijn er aan de installaties van beide sinterfabrieken al een aantal aanpassingen aangebracht m.b.t.
de verhoging van de productiecapaciteit en een verbetering van de emissies.
Beide sinterfabrieken hebben in grote lijnen dezelfde opbouw (zie figuur 1.2), maar verschillen
in enkele details (bv. de koelinstallaties) en vooral in productiecapaciteit: SIN2 kan ongeveer
vier keer meer produceren dan SIN1. Het sinterproces bestaat uit drie belangrijke fasen: de
ladingvoorbereiding, het sinteren en het afwerken van de sinter.
1.2.2.1 Voorbereiden van de sinterlading
Het voorbereiden van de lading is de eerste fase van het sinterproces. Hierin worden de grond-
stoffen aangevoerd, gedoseerd en gemengd. De samenstelling van de lading wordt zo geregeld
dat het mengsel een optimale doorlaatbaarheid heeft voor de verbrandingslucht en rookgassen,
waardoor een hoge productiviteit kan gehaald worden. Het mengsel moet daarbij zo homogeen
mogelijk zijn, zodat de sinter van goede kwaliteit is.
De ijzerertsen die per schip aangevoerd worden, worden niet rechtstreeks naar de sinterfabrieken
getransporteerd. Eerst worden ze opgeslagen in de ertsopslagplaats in het grondstoffenpark. In
nauwkeurig bepaalde verhoudingen worden ze daarna afgegraven en via transportbanden naar
de fijnbedding gebracht. De fijnbedding bestaat uit verschillende soorten fijne ertsen, smelt-
middelen en recuperatiestoffen, die in horizontale lagen op elkaar gestapeld worden. Op die
manier ontstaat er een goede en constante menging van de grondstoffen. Op de site zijn twee
fijnbeddingen aanwezig, die afwisselend worden opgebouwd en afgegraven. Elke bedding bestaat
uit 240000 ton materiaal, wordt in ongeveer 9 dagen opgeworpen en in gemiddeld 12 dagen weer
afgegraven. Het beddingmengsel, dat wordt afgegraven, wordt naar de opslagbunkers van de
sinterfabrieken getransporteerd.
HOOFDSTUK 1. SITUERING EN OPDRACHTOMSCHRIJVING 5
doseerbunkers menger/
pelletiseerder
oven
sinterketting
windkasten
rondkoeler
(SIN2)
koelketting (SIN1)
bakventilator
elektrofilter
schouw
warme fijnsinter-
afzeving (SIN1)
walsenbreker
zeverij
hoogovensinter (15-25mm) naar hoogovens
fijnsinter (0-4mm) naar fijnsinterbunkerroosterlaag (4-15mm) naar
roosterlaagbunker
ster-
breker
Figuur 1.2: Opbouw van de sinterinstallaties
HOOFDSTUK 1. SITUERING EN OPDRACHTOMSCHRIJVING 6
Naast het beddingmengsel bevatten deze bunkers ook de andere bestanddelen van het sin-
termengsel: cokesgruis, antraciet, kalksteen, poederkalk en fijnsinter. Het cokesgruis en het
antraciet vormen de brandstof voor het sinteren. De gebruikte cokes worden op de site zelf
geproduceerd in de cokesfabriek. Een voordeel van een eigen cokesfabriek is natuurlijk onafhan-
kelijk te zijn van de sterk fluctuerende cokesprijzen op de markt. Daarnaast kan er ook gezorgd
worden voor een constante brandstofkwaliteit. Na de cokesfabriek worden de cokes, die voor
de sinterfabrieken bestemd zijn, gebroken tot cokesgruis (of poedercokes) en afgezeefd. De rest
wordt verwerkt in de hoogovens. Naast cokesgruis wordt er ook antraciet gebruikt als brandstof.
Antraciet bevat ongeveer evenveel koolstof, alleen moet het worden aangekocht, waardoor het
moeilijker is om de kwaliteit binnen nauwe grenzen te houden.
De kalk wordt in de eerste plaats toegevoegd aan de lading om de slakvorming in de hoogovens
te verbeteren. Dit gebeurt onder de vorm van gemalen kalksteen en ongebluste poederkalk.
De dosering van de kalk gebeurt volgens de behoeften van de hoogovens. Hiervoor wordt de
basiciteitsindex I2 (verhouding CaO/SiO2) van de geproduceerde sinter bepaald en vergeleken
met de wenswaarde van de hoogovens.
Tenslotte wordt er nog fijnsinter toegevoegd, dat in feite geen grondstof is, maar een recuperatie-
product van het sinterproces. De fijnste sinterfractie, die niet bruikbaar is voor de hoogovenla-
ding, bedraagt ongeveer 28% van de sinterproductie (zie figuur 1.3). Door dit materiaal opnieuw
te verwerken in het sintermengsel, kan een deel toch opnieuw worden omgezet in bruikbare sin-
ter. De sinter die te fijn is, wordt enerzijds afgezeefd in de zeverijen van de sinterfabrieken en
anderzijds in de hoogovens voor het laden. Daarnaast wordt op verschillende plaatsen in de
sinterfabrieken stofrijke lucht afgezogen. Het fijne stof wordt hieruit gefilterd en ook ingezet als
fijnsinter.
De grondstoffen worden aan de opslagbunkers gedoseerd en komen in lagen op een transport-
band terecht, die ze naar de menger voert. De menger is een onder lichte helling draaiende
trommel, die aan de binnenzijde voorzien is van schoepen. Vandaar gaat het mengsel naar de
pelleteertrommel, die vergelijkbaar is met de menger. In de pelleteertrommel wordt een hoe-
veelheid water toegevoegd aan het mengsel, waardoor de zeer fijne stofdeeltjes zich vastzetten
op de grovere korrels (zie figuur 1.4). De resulterende grotere deeltjes zorgen voor een betere
doorlaatbaarheid van het mengsel op de sinterketting, doordat de ruimtes ertussen groter zijn.
HOOFDSTUK 1. SITUERING EN OPDRACHTOMSCHRIJVING 7
Hoogovens
Sinterfabrieken
Kalk (31)
Water (7)
Brandstof (45)
Fijnsinter
hoogovens (80)
Fijnsinter sinter-
fabrieken (370)
Sinter naar
hoogovens
(1000)
Roosterlaag (90)Waterdamp (86)
CO + CO2 (61)
Ontbonden kalksteen (56)
Bruikbare
sinter (920)
Fijnbedding
(1040)
Figuur 1.3: Gewichtsverhoudingen van de materiaalstromen binnen de sinterfabrieken
pelleteertrommel
waterverneveling
grondstoffen
micropellets
zeer fijne deeltjes
kern (> 1mm)micropellet
Figuur 1.4: Micropelletisatie verbetert de doorlaatbaarheid van het mengsel op de sinterketting
HOOFDSTUK 1. SITUERING EN OPDRACHTOMSCHRIJVING 8
1.2.2.2 Sinteren
De samengestelde lading gaat van de pelleteertrommel naar de doseerbunker voor de tweede
fase, het eigenlijke sinteren. Dat gebeurt op een reeks na elkaar geplaatste roosterwagens die
een doorlopende horizontale sinterketting vormen. De bovenkant van de roosterwagen bestaat uit
drie rijen roosterstaven, waartussen zich telkens een kleine opening bevindt. De grootte van de
spleten is zo gekozen dat er een minimum aan materiaal doorvalt, maar dat de verbrandingslucht
er toch gemakkelijk kan worden doorgezogen. De eerste stap in het laden van de ketting is
het aanbrengen van een beschermende laag sinter, de roosterlaag, op de roosterstaven. De
roosterlaag verhindert de doorval van fijne mengselkorrels tussen de roosterstaven, evenals het
aanbakken aan en oververhitten van de roosterstaven. Bovenop de roosterlaag komt dan de te
sinteren lading.
De lading wordt in de ontstekingsoven aan het begin van de ketting ontstoken met behulp van
een reeks branders die met cokesgas worden gestookt. Vanaf dit punt tot het eind van de
ketting bevinden zich onder het rooster een aantal afzuigkasten, de windkasten, waarlangs de
bakventilator de verbrandingslucht door de lading zuigt en zo de rookgassen afvoert. Hierdoor
trekt het vlamfront geleidelijk omlaag door de hele dikte van de lading. De snelheid van het
rooster wordt zodanig geregeld dat boven de laatste afzuigkast alles gebakken is, m.a.w. dat het
vlamfront de onderzijde van de lading heeft bereikt.
1.2.2.3 Afwerken van de sinter
In de laatste fase van het proces valt de sinter van de ketting op de breekvloer, waar het een
eerste keer wordt gebroken door de sterbreker (de primaire breker). Vervolgens wordt de sinter
afgezeefd in fracties van verschillende stukgroottes, verder gebroken en gekoeld. De fijnste fractie
wordt opnieuw verwerkt in het sintermengsel als fijnsinter, van de grovere fracties wordt een deel
gebruikt voor de roosterlaag en de rest gaat via een transportband naar de hoogovens.
HOOFDSTUK 1. SITUERING EN OPDRACHTOMSCHRIJVING 9
1.3 Opdrachtomschrijving
Een van de problemen tijdens het sinteren is het optreden van krimpscheuren in de lading op de
ketting. Tijdens het bakproces wordt het mengsel gedroogd en smelten de bestanddelen aaneen,
waardoor de sinter minder plaats inneemt dan het oorspronkelijke mengsel. Hierdoor ontstaan
er scheuren, waarlangs een deel van de verbrandinglucht zich een weg kan banen.
dwarsscheuren
langsscheur
Figuur 1.5: Scheuren in de sinterkoek op SIN1
Om het sinterproces verder te kunnen optimaliseren is het nodig een inzicht te krijgen in de wis-
selwerking tussen de verschillende productieparameters en de gevormde krimpscheuren enerzijds
en tussen de scheuren en de geproduceerde sinter anderzijds. De onderlinge invloeden kunnen
daarbij zowel een weerslag hebben op de productiviteit van de sinterfabrieken als op de kwaliteit
van de geproduceerde sinter.
De procesparameters en verschillende soorten meetwaarden kunnen teruggevonden worden in
de centrale database van ArcelorMittal Gent. Om gegevens over de scheuren te verkrijgen werd
een scheurdetectiesysteem ontworpen [2], dat uit digitale beelden van de sinterkoek eenvoudig
de scheurafmetingen kan bepalen. Met het geheel van al deze gegevens en een basisinzicht in de
werking van de sinterfabrieken moet het mogelijk zijn om een beeld te krijgen van de verschil-
lende wisselwerkingen binnen het sinterproces en zelfs om verbeteringen aan de procesregeling
voor te stellen, indien nodig.
Hoofdstuk 2
Bijzonderheden bij het sinteren
2.1 Het vlamfront
De ontsteking van de sinterlading gebeurt op een temperatuur van 1200 a 1300◦C gedurende 1
tot 2 minuten. De in de bovenste laag aanwezige fijne cokes ontbranden, waardoor het bakproces
in gang wordt gezet. De bakventilator zorgt voor een gelijkmatige onderdruk in de windkasten
onder het sinterrooster, waardoor het vlamfront omlaag wordt getrokken door het sintermengsel.
Zo ontstaat er een warmtewisselingssysteem met vier zones.
• Boven het vlamfront bevindt er zich een zone waar het sintermengsel al is omgezet in
sinter. De koude omgevingslucht die hier wordt doorgezogen, wordt voorverwarmd en
koelt tegelijkertijd de sinter gedeeltelijk af.
• In het vlamfront zorgt de verbranding van de brandstof (cokesgruis en antraciet) met
de voorverwarmde lucht voor een temperatuur van 1250 a 1450◦C. Hierbij verweekt de
ijzererts en vinden de voor de sintervorming benodigde reacties plaats.
• De hete gassen die tijdens het verbrandingsproces zijn ontstaan, zorgen in de onderliggende
zone voor een reeks voorbereidende processen. Het vrije water en het gebonden water
verdampen en de carbonaten in het mengsel ontbinden.
• Door het verdampen van het water daalt de temperatuur van de verbrandingsgassen zeer
snel, totdat ze verzadigd zijn met water. Een groot deel van de waterdamp condenseert
bij het doorstromen van de onderste laag. De rest wordt afgevoerd met de rookgassen.
10
HOOFDSTUK 2. BIJZONDERHEDEN BIJ HET SINTEREN 11
sinter
krimp
vlamfrontvochtig
mengsel
droog mengsel
bandlengte
temperatuur rookgassen (°C)
400
200
300
100
L/2 L
laaghoogte
sinterrooster roosterlaag
Figuur 2.1: Temperatuursverloop tijdens het bakproces
Het bakproces wordt gevolgd op het temperatuursverloop van de uittredende rookgassen, opge-
meten in de windkasten. Dit is vereenvoudigd weergegeven in figuur 2.1. Hierop is duidelijk te
zien dat het vlamfront omlaag beweegt doorheen de lading. Boven het vlamfront bevindt zich
de geproduceerde warme sinter, eronder het nog ongebakken mengsel. Zolang er zich onderaan
vochtig mengsel bevindt, zal de temperatuur van de rookgassen niet boven de 100◦C stijgen.
Een eventuele temperatuursstijging wordt gecompenseerd door de gedeeltelijke condensatie van
de waterdamp in de rookgassen. Hierdoor kan de vochtigheid tot 3% stijgen, wat een nadelig
effect heeft op de doorlaatbaarheid van de lading. Pas vanaf het moment dat het vrije water
uit het mengsel is verdampt, kan de temperatuur stijgen. Dit gebeurt ongeveer halverwege de
sinterketting.
Hoe verder voorbij dit punt, hoe meer het droge mengsel is voorverwarmd en hoe heter de rook-
gassen worden. De rookgastemperatuur bereikt uiteindelijk een maximum van 350 a 450◦C ter
hoogte van het doorbrandpunt, dit is het punt waar het vlamfront de roosterlaag bereikt, waarna
ze weer daalt door het ontbreken van een warmtebron. De kettingsnelheid wordt zo geregeld
dat het doorbrandpunt, en dus de maximale rookgastemperatuur, zich boven de voorlaatste
windkast bevindt.
HOOFDSTUK 2. BIJZONDERHEDEN BIJ HET SINTEREN 12
2.2 Segregatie
Het doseren van het mengsel op de ketting gebeurt met een doseerrol, die de materie via een af-
strijkplaat laat afrollen op de ketting. Met behulp van de afstrijkplaat wordt de totale laaghoogte
van de lading op het rooster ingesteld. De controle op de hoogte van de afgerolde materiaalhoop,
het voedingspeil, gebeurt met drie ultrasone sensoren (in het midden en aan beide zijkanten).
sinterrooster
roosterlaag
doseerrol
mengselbunker
regelschuif
afstrijkplaat
ultrasone sensor
te laag peil
optimaal peil
te hoog peil
Figuur 2.2: Dosering van het sintermengsel
Naarmate de sinter voortbeweegt op de sinterketting, is er een groter gedeelte van de laaghoogte
reeds voorverwarmd. Dit betekent dat er minder warmte moet toegevoegd worden door het
verbrandingsproces in het vlamfront. Indien de brandstof perfect homogeen verdeeld zou zijn,
zou dit betekenen dat er een warmteoverschot zou ontstaan in het vlamfront. Het vlamfront zou
hierdoor verbreden zonder een significant temperatuursverschil. Een perfect homogene brand-
stofverdeling heeft met andere woorden een verspilling van brandstof tot gevolg.
Via een gestimuleerde brandstofsegregatie probeert men dit effect te compenseren. Bij het pel-
letiseren gaan de fijne materiedeeltjes (vooral brandstof en kalksteen) kleven aan de grovere
deeltjes (het ijzererts). Hoe kleiner de grove korrel, hoe groter het specifiek oppervlak (de ver-
houding oppervlakte/volume), dus hoe meer fijne deeltjes in verhouding kunnen vastkleven. Bij
het afrollen van de korrels op de afstrijkplaat zullen de grove korrels onderaan de laag terechtko-
men. Hierdoor zit er dus minder brandstof onderaan de lading en verkleint het warmteoverschot
in het vlamfront.
HOOFDSTUK 2. BIJZONDERHEDEN BIJ HET SINTEREN 13
laaghoogte
% koolstof in mengselmediaan mengsel (mm)
3 2 1 3 3,5 4
Figuur 2.3: Proefondervindelijk vastgestelde segregatieverschijnselen
Ondanks de segregatie ontstaat er nog een warmteoverschot in het vlamfront, dat vergroot
naarmate het vlamfront omlaag beweegt. Op figuur 2.1 is dit waar te nemen als een verbreding
en een neerwaartse afbuiging van het vlamfront.
HOOFDSTUK 2. BIJZONDERHEDEN BIJ HET SINTEREN 14
2.3 Transformaties
Tijdens het sinterproces treden er allerlei chemische transformaties op, die allemaal een invloed
uitoefenen op de geproduceerde sinter. De belangrijkste transformaties hebben betrekking op
de ijzerinhoud van de sinter. Daarnaast zijn er ook andere stoffen die een rol spelen. Het
kalkgehalte van de fijnbedding en de uiteindelijke sinterlading heeft een grote invloed op het
proces. Uiteindelijk bevat het sintermengsel nog allerlei onzuiverheden, zoals oxiden van andere
metalen (Al2O3, MgO, MnO).
2.3.1 De ijzerinhoud
Het ijzer komt binnen in het productieproces via het ijzererts en de recuperatiestoffen in de
fijnbedding. Het beddingmengsel bevat gemiddeld ±57% ijzer, voornamelijk onder de vorm van
Fe2O3 (hematiet), Fe3O4 (magnetiet) en FeO (wustiet), maar ook onder de vorm van calcium-
ferraten en ijzersilicaten.
Hoewel het grootste deel van de ijzerreductie in de hoogovens gebeurt, wordt het ijzererts bij het
sinteren al gedeeltelijk gereduceerd. In het vlamfront wordt een deel van het hematiet omgezet
naar het sterkere magnetiet of zelfs tot wustiet, wat zorgt voor de verbeterde sterkte van de
sinter ten opzichte van ijzererts. Na het voorbijtrekken van het vlamfront wordt de sinter weer
afgekoeld door de aangezogen, zuurstofrijke omgevingslucht, waardoor het materiaal gedeeltelijk
heroxideert. De graad van de uiteindelijke reductie hangt af van de breedte en snelheid van het
vlamfront en kan gemeten worden met een permagnag-toestel. Een deel van de geproduceerde
sinter wordt door dit toestel geleid, waarin de magnetische permeabiliteit ervan wordt gemeten.
Aangezien de relatieve permeabiliteit van wustiet (3,9.106) en magnetiet (106 - 5,7.106) veel
hoger ligt dan die van hematiet (500 - 40000) [3], kan zo gemakkelijk op ieder moment een beeld
verkregen worden van de fasensamenstelling, zonder een monster te moeten analyseren.
2.3.2 Het kalkgehalte
Er zit al een hoeveelheid kalk in de fijnbedding (±5,3%), maar het grootste deel wordt pas bij de
dosering van het sintermengsel toegevoegd. De hoofdreden is dat op deze manier de basiciteit
van de sinter snel kan worden aangepast aan de wensen van de hoogovens.
Tijdens het sinterproces ontbindt de kalk en worden onder andere calciumferraten (FexOy.CaO)
gevormd. Deze zijn gewenst voor de mechanische sterkte van de sinter. Daarnaast heeft de kalk
ook een bindende werking, zowel bij het pelletiseren als bij het sinteren zelf.
HOOFDSTUK 2. BIJZONDERHEDEN BIJ HET SINTEREN 15
2.3.3 Onzuiverheden
Het is van belang oxiden van andere metalen in het ijzererts zoveel mogelijk te beperken, omdat
die zorgen voor een lagere koudsterkte en warmsterkte van de sinter (zie respectievelijk 3.1.5.1
en 3.1.5.2) [4].
Hoofdstuk 3
Verwerking van experimentele
gegevens
3.1 Relevante parameters
Om een goed inzicht te krijgen in de vorming en invloed van de krimpscheuren is het nuttig een
aantal belangrijke productieparameters en andere gegevens in verband met het productieproces
te onderzoeken [5]. Er zijn natuurlijk parameters die men doelbewust samen laat varieren aan de
hand van bepaalde vuistregels. Bij het veranderen van de laaghoogte van de sinterkoek worden
bijvoorbeeld de hoeveelheden van de verschillende grondstoffen automatisch mee aangepast. An-
derzijds zijn er grootheden, zoals de scheuroppervlakte, die beınvloed worden door de ingestelde
productieparameters. Deze verbanden kunnen, indien significant, al worden teruggevonden via
een eenvoudige statistische analyse.
Hierna worden de relevante parameters opgelijst en kort toegelicht.
3.1.1 Grondstoffen
3.1.1.1 Fijnbedding
De fijnbedding bestaat uit ongeveer 83% ijzererts, 12% toeslagstoffen en 5% recuperatiepro-
ducten. De toeslagstoffen zijn voornamelijk smeltmiddelen (kalk), die van belang zijn voor de
vorming en evacuatie van de slakken in de hoogovens. De recuperatieproducten zijn alle afval-
producten van de hele staalfabriek, die nog resten ijzer of koolstof bevatten: slakken, oxiden,
stof uit de ontstoffingsinstallaties.
16
HOOFDSTUK 3. VERWERKING VAN EXPERIMENTELE GEGEVENS 17
Iedere fijnbedding wordt zo gevormd dat het resulterende beddingmengsel zo homogeen mogelijk
is. De samenstelling is dus constant voor eenzelfde fijnbedding en varieert slechts weinig bij het
overschakelen tussen beddingen. Toch is het nuttig de invloed hiervan grondiger te bestude-
ren. Aan de hand van de chemische analyses van iedere bedding kunnen volgende parameters
onderzocht worden:
• het totale ijzergehalte, dat een maat is voor de hoeveelheid staal die hieruit kan geprodu-
ceerd worden
• het percentage Fe++
• de gehaltes aan CaO, SiO2, MgO, Al2O3 en MnO
3.1.1.2 Cokesgruis
Zoals al eerder werd aangehaald, worden de gebruikte cokes op de site zelf geproduceerd, waar-
door de kwaliteit ervan goed te controleren is. Deze kwaliteit omvat twee aspecten: de chemische
en de fysische kwaliteit.
De eisen voor de chemische kwaliteit worden in de eerste plaats afgestemd op de behoeften van
de hoogovens, die de grootste afnemers van cokes zijn. De cokes van ArcelorMittal Gent bevat-
ten ongeveer 85% koolstof, 10% as en daarnaast nog kleine hoeveelheden vluchtige bestanddelen
(alle stoffen die ontsnappen als gas of damp onder 950◦C, de waterdamp niet meegerekend) en
zwavel. Door zijn inert karakter heeft de as een vermindering aan mechanische sterkte als effect,
wat er bij het malen voor zorgt dat de fijnste fractie, deze voor de sinterfabrieken, meer as bevat
(±11%).
De fysische kwaliteit wordt vooral bepaald door de granulometrie van de sinter. Hierbij is het
belangrijk dat de korrelgrootte onder een bepaalde waarde blijft. Door het feit dat de brand-
stof slechts in een kleine verhouding aanwezig is in het sintermengsel, zorgen te grote korrels
(groter dan 3mm) voor een heterogeniteit. De brandstof is niet langer gelijkmatig verdeeld over
de lading, maar geconcentreerd in de afzonderlijke korrels. Ook zullen de grote korrels afrollen
naar de onderlaag bij het laden van de ketting. Het gewenste segregatie-effect (zie 2.2) wordt
hierdoor ongedaan gemaakt.
HOOFDSTUK 3. VERWERKING VAN EXPERIMENTELE GEGEVENS 18
De spreiding op de korrelgrootte mag ook niet te groot worden. Aangezien kleine brandstof-
korrels sneller branden dan grote, zal een grotere variatie een verbreding van het vlamfront
veroorzaken, wat het proces negatief beınvloedt en het bepalen van het doorbrandpunt bemoei-
lijkt.
Naast de granulometrie speelt de vochtigheid ook een rol. De dosering van de brandstof gebeurt
via een gewichtsmeting. Als men een constant gewicht instelt, betekent dit dat een varierend
vochtgehalte zorgt voor een varierend droog brandstofgehalte in het mengsel. Doordat het
vochtgehalte in de praktijk snel kan schommelen met 1 a 2%, is het moeilijk het brandstofge-
halte correct bij te regelen. Dit wordt opgelost door het vochtgehalte van de brandstof continu
te meten met een radioactieve sonde en de brandstof te doseren uit meerdere bunkers. Door
de vochtmeting terug te koppelen kan het brandstofdebiet continu worden bijgestuurd en de
combinatie van meerdere bunkers zorgt voor een gedeeltelijke compensatie van de stochastische
schommelingen in het vochtgehalte.
In de praktijk stelt men nog de eis dat het vochtgehalte van de brandstof niet boven de 12%
mag gaan, omdat het zich dan slecht verdeelt in het mengsel en zich m.a.w. gedraagt als grove
brandstof.
De belangrijkste parameters van het cokesgruis zijn dus:
• de percentages onzuiverheden (vluchtige bestanddelen, as en zwavel)
• de granulometrische verdeling
• het vochtgehalte: via vochtmetingen wordt hiermee bij de regeling al rekening gehouden,
de invloed hiervan wordt dus al gecompenseerd voor het mengen van de lading
3.1.1.3 Antraciet
Vroeger werden enkel cokes gebruikt als brandstof in de sinterfabrieken. Aangezien de cokes-
fabriek een beperkte capaciteit heeft, moest er altijd een deel aangekocht worden. Het wordt
echter steeds lastiger om cokes aan te kopen met een voldoende laag zwavelgehalte. Om toch te
kunnen voldoen aan de emissienormen, is men overgestapt op antraciet als bijkomende brand-
stof, aangezien dat gemakkelijker verkrijgbaar is met een laag zwavelgehalte.
Voor de antraciet gelden dezelfde eisen als voor het cokesgruis, met als groot verschil dat, door-
dat het wordt aangekocht, de samenstelling ervan moeilijker te controleren is. Het aangekochte
antraciet heeft ongeveer hetzelfde koolstofgehalte als de cokes en meer vluchtige bestanddelen.
HOOFDSTUK 3. VERWERKING VAN EXPERIMENTELE GEGEVENS 19
Het as- en zwavelgehalte zijn ongeveer gelijk, alleen zit er bij het antraciet meer spreiding op.
Voor het antraciet zijn de belangrijkste grootheden dus dezelfde als voor het cokesgruis:
• de percentages onzuiverheden (vluchtige bestanddelen, as en zwavel)
• de granulometrische verdeling
• het vochtgehalte: het effect hiervan wordt ook bij het antraciet al gecompenseerd
3.1.1.4 Kalksteen
Aan het sintermengsel wordt kalk toegevoegd onder de vorm van gemalen kalksteen en onge-
bluste poederkalk. De dosering gebeurt volgens de behoeftes van de hoogovens.
In het sinterproces heeft dit als effect dat de smelt in het vlamfront basischer is. Daardoor
worden de ijzeroxiden feller aangetast en ontstaan er verbindingen met CaO, zoals silicaten
(SiO2.CaO) en ferraten (FexOy.CaO), die zorgen voor een goede mechanische sterkte.
De ongebluste kalk wordt in de eerste plaats toegevoegd voor zijn positief effect op de produc-
tiviteit. De doorlaatbaarheid van de sinterlading verbetert door:
• de bindende werking van het poederkalk bij het pelletiseren, waardoor de permeabiliteit
voor het sinteren stijgt
• de bindende werking op de sinterketting zelf, waardoor er minder krimpscheuren optreden
• een vermindering van de CO2 in de rookgassen (afkomstig van de ontbinding van kalk-
steen), waardoor de stromingsweerstand vermindert
• het vochtopslorpend karakter van ongebluste kalk dat moddervorming tegengaat
Daarnaast stijgt de snelheid van het vlamfront door de betere pelletisatie en het kleinere vocht-
gehalte.
De bijkomende voordelen van poederkalk zijn:
• de ultrafijne poederkalk wordt gemakkelijker opgenomen in de smelt dan de kalksteen,
waardoor de effecten van de kalksteen nog versterkt worden
• door de vermindering in scheuren daalt het verbruik van de bakventilator
HOOFDSTUK 3. VERWERKING VAN EXPERIMENTELE GEGEVENS 20
3.1.2 Productieparameters
3.1.2.1 Sintersamenstelling
Het fijnbeddingmengsel vormt het hoofdbestanddeel van de sinterlading. Daarnaast wordt er
brandstof, kalk en een gedeelte fijnsinter toegevoegd. De samenstelling van het sintermengsel
is wellicht een van de grootste invloedsfactoren op het proces. Vandaar worden de percentages
van de verschillende grondstoffen in het sintermengsel verder onderzocht:
• fijnbedding: gemiddeld 68%
• brandstof: gemiddeld 1% cokesgruis en 2,5% antraciet
• fijnsinter: gemiddeld 25%
• kalk: gemiddeld 2,5% kalksteen en 1% poederkalk
3.1.2.2 Vochtgehalte
Het totale vochtgehalte van het sintermengsel heeft ook een invloed op het sinterproces. Een
te hoog vochtgehalte zorgt voor een verminderde doorlaatbaarheid van de sinterkoek, doordat
de fijne deeltjes afspoelen en de openingen opvullen. Aan de andere kant zorgt een te laag
vochtgehalte voor een slechte pelletisatie, doordat de fijne bestanddelen niet goed hechten aan
de grovere. Ook nu verstoppen de losse fijne bestanddelen de porositeiten. Er bestaat met an-
dere woorden een optimaal vochtgehalte om een maximale doordringbaarheid te bekomen. Dit
percentage ligt rond de 7,8%.
De vochtinhoud van het sintermengsel zorgt ook voor een probleem bij het bakproces. Boven
en in het vlamfront is al het water verdampt. De verbrandingslucht voert de gevormde water-
damp mee door de onderste laag, waar een gedeelte weer zal condenseren door afkoeling van de
verbrandingslucht. Op die manier kan het lokale vochtgehalte onderaan de sinterketting 2 a 3%
stijgen. Dit zorgt opnieuw voor de vorming van een modderachtig mengsel wat de doorlaatbaar-
heid verslechtert. Dit effect kan weliswaar enigzins tegengewerkt worden door de fijnsinter zo
warm mogelijk toe te voegen, wat zorgt voor minder condensatie.
Wat men in de praktijk doet, is de wenswaarde voor het vochtgehalte verlagen tot ±6%. Hier-
door loopt het lokale vochtgehalte minder hoog op en kan men besparen op brandstof, aangezien
minder warmte moet worden toegevoegd om het mengsel te drogen. Om deze wenswaarde te
bereiken wordt voor iedere grondstof een vochtmeting gedaan (ofwel continu, ofwel eenmaal per
ploeg) en wordt de gepaste hoeveelheid water toegevoegd in de pelleteertrommel.
HOOFDSTUK 3. VERWERKING VAN EXPERIMENTELE GEGEVENS 21
3.1.2.3 Laaghoogte
De laaghoogte van de sinterlading kan gevarieerd worden om de productiecapaciteit van de
sinterfabriek te wijzigen. Enerzijds heeft het vlamfront bij een grotere laaghoogte meer tijd
nodig om de onderkant van de sinterlaag te bereiken. De sinterketting zal met andere woorden
trager moeten draaien. Anderzijds zorgt het progressief stijgend karakter van de snelheid van
het vlamfront in functie van de bandlengte (zie 2.2) ervoor dat de sinterduur niet evenredig
toeneemt met de laaghoogte. De productiviteit zal dus toenemen bij grotere laaghoogtes.
Bij het verhogen van de mengsellaag moet het brandstofgehalte verminderd worden, omdat
• de dikkere laag fungeert als isolatie, waardoor de warmte-overdracht verbetert en er dus
minder warmte moet toegevoegd worden;
• het vlamfront een grotere weg moet afleggen en dus meer tijd heeft om te verbreden.
Om de productiecapaciteit nog verder op te kunnen drijven, wordt op SIN2 gebruik gemaakt van
verticale staven. Dit zijn lange metalen staven die vast bevestigd zijn en in het sintermengsel
worden geduwd tussen het laden en de ontstekingsoven. Als de sinterketting voortbeweegt,
trekken deze staven groeven in het mengsel, waardoor de warmte-overdracht tijdens het sinteren
verbetert en het vlamfront sneller omlaag beweegt. Hierdoor kan de productiecapaciteit tot 15%
worden verhoogd.
Er bestaan ook systemen die hetzelfde effect pogen te verwezenlijken door middel van platen, die
in de langsrichting op de sinterwagens geplaatst worden [6]. Het principe hierachter is hetzelfde
als dat van de verticale staven.
3.1.2.4 Ontsteking
Nadat de roosterlaag en het sintermengsel geladen zijn op de sinterketting, wordt de bovenste
laag ontstoken in de oven. Deze wordt gevoed met cokesgas en de temperatuur wordt geregeld
door het gas- en luchtdebiet aan te passen. Een te lage oventemperatuur zorgt voor een slechte
ontsteking binnen de oven. Voor een werkende sinterketting betekent dit dat het mengsel moet
ontstoken worden door het reeds ontstoken materiaal voorbij de oven. Hierdoor komt het vlam-
front maar traag op gang (zie fig 3.1) en wordt niet het hele roosteroppervlak benut voor het
bakken. Er kunnen zelfs zones ontstaan die niet gebakken zijn, wat de productiviteit zeker niet
ten goede komt.
HOOFDSTUK 3. VERWERKING VAN EXPERIMENTELE GEGEVENS 22
mengsel
sinter
goede ontsteking
mengsel
sinter
te zwakke ontsteking
Figuur 3.1: Het effect van een slechte ontsteking op het sinterproces
Als de oventemperatuur daarentegen te hoog is, zal de bovenste laag sinter volledig samensmel-
ten, waardoor de doorlaatbaarheid verlaagt. Hierdoor daalt niet alleen de productiviteit van de
sinterfabriek, maar wordt ook sinter geproduceerd die niet de gewenste porositeit heeft voor de
hoogovens.
3.1.3 Krimpscheuren
Tijdens het sinterproces verdampt het water uit het sintermengsel en worden de ertsdeeltjes aan
elkaar gesinterd. Dit zorgt voor een verdichting van het materiaal en dus onvermijdelijk ook
voor krimpscheuren. Doordat het vlamfront neerwaarts door de laag trekt, ontstaan de scheuren
aan het oppervlak en groeien deze geleidelijk doorheen het materiaal. De scheurafmetingen zijn
dus het grootst aan het oppervlak.
Hierop gebaseerd werd een scheurdetectiesysteem ontworpen [2] dat aan de hand van een foto
van het oppervlak kan bepalen welke scheuren zich in beeld bevinden en wat de afmetingen
ervan zijn. De scheuren zijn onder te verdelen in langsscheuren, volgens de bewegingsrichting
van de sinterketting, en dwarsscheuren, loodrecht daarop. Om de foto’s gemakkelijk te kunnen
vergelijken, maak ik gebruik van drie eenvoudige grootheden:
• de gemiddelde scheurbreedte
• de relatieve scheurlengte: de totale scheurlengte op de foto, gedeeld door de lengte van het
onderzochte stuk sinterkoek
• de relatieve scheuroppervlakte: de totale scheuroppervlakte op de foto, gedeeld door de
oppervlakte van het onderzochte stuk sinterkoek
HOOFDSTUK 3. VERWERKING VAN EXPERIMENTELE GEGEVENS 23
Deze drie grootheden kunnen berekend worden voor de langs- en dwarsscheuren afzonderlijk of
voor alle scheuren samen. In paragraaf 3.2 wordt onderzocht hoeveel deze gegevens varieren
binnen een werkingstoestand en of de totale variatie voldoende is om de verschillende werkings-
toestanden te kunnen onderscheiden.
Naast de scheuren heeft de krimp ook als gevolg dat de zijwanden van de sinterkoek loskomen
van de zijkanten van de sinterwagens. Deze openingen hebben hetzelfde effect als de scheuren,
maar zijn moeilijker op te volgen. Recent werd echter een systeem uitgedacht om de effecten
van dit loskomen aan de wanden te verminderen. Door langwerpige metalen platen te monteren
onder de plaatsen waar deze openingen optreden, met andere woorden aan de zijkanten van de
roosterwagens, kan belet worden dat er te veel lucht ontsnapt. Voorlopig zijn er platen besteld
om een tiental roosterwagens mee uit te rusten. Indien blijkt dat dit systeem voldoende effect
heeft, zullen de overige wagens ook voorzien worden van platen.
3.1.4 Productiviteit
3.1.4.1 Uurproductie
Aan de hand van het debiet van de sinter dat naar de hoogovens wordt afgevoerd, kan men
eenvoudig de uurproductie van de sinterfabrieken bepalen. Logischerwijs is dit de beste indicatie
voor de productiviteit.
3.1.4.2 Snelheid van het vlamfront
De snelheid waarmee het vlamfront door de sinterlading omlaag trekt, is een duidelijke maat
voor de efficientie van het sinterproces. Deze parameter is niet rechtstreeks terug te vinden in de
database, maar kan berekend worden uit enkele andere parameters. Men regelt de snelheid van
de sinterketting zo af, dat het doorbrandpunt op een vaste afstand van het einde van de ketting
blijft. In de tijd die de sinter erover doet om van de ontstekingsoven naar het doorbrandpunt te
verplaatsen, is het vlamfront door de volledige laaghoogte getrokken. Met andere woorden: de
snelheid van het vlamfront is te berekenen als:
vvf =v ×H
xdbp(3.1)
met xdbp de positie van het doorbrandpunt, gemeten vanaf de eerste windkast.
HOOFDSTUK 3. VERWERKING VAN EXPERIMENTELE GEGEVENS 24
3.1.5 Sinterkwaliteit
Met de kwaliteit van de geproduceerde sinter wordt de mate bedoeld waarin de sinter geschikt
is om in te zetten in de hoogovens.
• De permeabiliteit van de sinter moet voldoende hoog zijn voor een goede doorstroming en
een groot reactie-oppervlak, waardoor het brandstofverbruik afneemt en de ijzererts beter
wordt gereduceerd.
• De sinter mag niet te veel fijne deeltjes bevatten, aangezien die door de hoogoven worden
uitgestoten en moeten worden afgezeefd in het gasreinigingssysteem.
• Daarnaast moet de granulometrie van de sinter tussen nauwe grenzen liggen om segregatie
bij het laden van de hoogovens te beperken.
• Ze moet voldoende sterk zijn, zowel in koude als warme omstandigheden om het gewicht
van de hoogovenlading te kunnen blijven dragen.
3.1.5.1 ISO-test
De ISO-test is een trommeltest waarbij de mechanische weerstand van de sinter in koude omstan-
digheden wordt nagegaan aan de hand van de korrelgrootteverdeling. De proef wordt uitgevoerd
volgens de norm ISO-3271. Van de sinter, die naar de hoogovens gaat, wordt ±15 kg afgezeefd
met een korrelgrootte van 10-40 mm. Vervolgens wordt dit monster in een trommel geladen en
wordt de trommel geroteerd. Na 200 toeren wordt het monster zorgvuldig ontladen en afgezeefd
in drie fracties: >6,3 mm, 0,5-6,3 mm en <0,5 mm.
De fijnste en grofste fracties zijn respectievelijk een maat voor de abrasie en de cohesie van de
sinter. Voor het hoogovenproces is het belangrijk het vrijgekomen ”stof”, met andere woorden
de fijnste fractie, te beperken.
3.1.5.2 LTB-test
De LTB-test (Low Temperature Breakdown) is ontwikkeld door het CRM (Centre for Research
in Metallurgy) en heeft als doel het bepalen van de abrasieweerstand van de sinter onder een re-
ducerende atmosfeer (20% CO, 20% CO2, 60% N2) en verhoogde temperatuur (520◦C). Hiermee
worden de werkingsomstandigheden in de hoogovens nagebootst.
HOOFDSTUK 3. VERWERKING VAN EXPERIMENTELE GEGEVENS 25
Voor deze proef wordt na de ISO-test ±500 g sinter, met een granulometrie van 10-16 mm,
afgewogen en in een reactor gebracht. Vervolgens wordt het monster opgewarmd terwijl de
reactor roteert en doorstroomd wordt met het reducerend gasmengsel. Na een vaste tijd wordt
het monster weer afgekoeld en afgezeefd in drie fracties: >6,3 mm, 0,5-6,3 mm en <0,5 mm.
Voor het hoogovenproces is vooral de fijnste fractie van belang. Waarden >20% zijn nefast voor
de gang van de hoogoven. Het beperken van dit ”stof”, dat vrijkomt tijdens de hoogovenwerking,
is de belangrijkste eis voor de sinterkwaliteit [7].
3.1.5.3 Granulometrie van de sinter
Voor het hoogovenproces is het belangrijk zo weinig mogelijk fijne deeltjes te hebben, dus is
het logisch dat de sinter waarvan wordt vertrokken ook aan bepaalde normen moet voldoen.
Hiervoor wordt de sinterfractie <5 mm opgevolgd.
Daarnaast is ook de spreiding van de korrelgrootte belangrijk. Terwijl bij het laden van de
sinterketting segregatie aanmoedigd wordt, is dit bij het laden van de hoogovens ongewenst.
Hiervoor moeten ook de grofste sinterfracties beperkt blijven.
3.1.5.4 Basiciteitsindex
Zoals eerder al vermeld, wordt er in het sintermengsel een gedeelte kalk toegevoegd en wordt dit
gedoseerd volgens de behoeften van de hoogovens. Dit gebeurt op basis van een basiciteitsindex
I2 (de verhouding van de fracties CaO en SiO2 in het mengsel), die normaal rond 1,5 ligt.
3.1.5.5 Fasenanalyse
Tijdens het sinterproces treedt al een gedeeltelijke reductie van het ijzererts in het mengsel op.
Het magnetiet, dat daarbij ontstaat, zorgt voor een betere sterkte van de sinter, maar is moeilij-
ker om verder te reduceren dan hematiet. Er is met andere woorden een optimale reductiegraad
voor de sinter. Om een exact beeld te krijgen van welke fasen in de sinter voorkomen wordt
eens per dag een sintermonster genomen en wordt hiervan de fasensamenstelling onderzocht.
Daarnaast wordt voor een continue opvolging gebruik gemaakt van de permagnag-metingen (zie
2.3).
HOOFDSTUK 3. VERWERKING VAN EXPERIMENTELE GEGEVENS 26
3.1.5.6 Samenvatting
Samengevat geven volgende grootheden een zicht op de kwaliteit van de sinter:
• de LTB-test: vooral de fijnste fractie is van belang, deze moet onder 15,5% blijven
• de ISO-test: ook hier telt vooral de fijnste fractie, deze moet onder 6% blijven
• de granulometrie van de sinter: zowel de fijnste als de grofste fractie moeten zo klein
mogelijk blijven
• de basiciteitsindex: deze moet vooral goed de richtwaarde volgen
• de fasen in de sinter: de permagnag-waarde van de sinter moet optimaal zijn (±38%)
HOOFDSTUK 3. VERWERKING VAN EXPERIMENTELE GEGEVENS 27
Tabel 3.1: Overzicht van de relevante grootheden
grootheid symbool
grondstoffen
totaal ijzergehalte van de fijnbedding ψb,Fetot
gehalte Fe2+ in de fijnbedding ψb,Fe2+
gehalte MgO in de fijnbedding ψb,MgO
gehalte MnO in de fijnbedding ψb,MnO
gehalte Al2O3 in de fijnbedding ψb,Al2O3
gehalte CaO in de fijnbedding ψb,CaO
gehalte SiO2 in de fijnbedding ψb,SiO2
gehalte vluchtige bestanddelen in de cokes ψc,vb
gehalte as in de cokes ψc,as
gehalte zwavel in de cokes ψc,S
mediaan van het cokesgruis Mc
gehalte vluchtige bestanddelen in de antraciet ψa,vb
gehalte as in de antraciet ψa,as
gehalte zwavel in de antraciet ψa,S
mediaan van de antraciet Ma
productieparameters
percentage fijnbedding φb
percentage fijnsinter φf
percentage brandstof (cokes en antraciet) φbr
percentage cokes φc
percentage antraciet φa
percentage kalk (kalksteen en poederkalk) φk
percentage kalksteen φks
percentage poederkalk φkp
vochtgehalte van de sinterlading φv
laaghoogte H
diepte van de verticale staven zvs
oventemperatuur To
HOOFDSTUK 3. VERWERKING VAN EXPERIMENTELE GEGEVENS 28
grootheid symbool
krimpscheuren
gemiddelde scheurbreedte langsscheuren bc,l
gemiddelde scheurbreedte dwarsscheuren bc,d
totale gemiddelde scheurbreedte bc
relatieve scheurlengte langsscheuren lc,l,rel
relatieve scheurlengte dwarsscheuren lc,d,rel
totale relatieve scheurlengte lc,rel
relatieve scheuroppervlakte langsscheuren Ac,l,rel
relatieve scheuroppervlakte dwarsscheuren Ac,d,rel
totale relatieve scheuroppervlakte Ac,rel
productiviteit
uurproductie mu
snelheid van het vlamfront vvf
sinterkwaliteit
fractie <0,5 mm uit de LTB-test LTB0−0,5
fractie <0,5 mm uit de ISO-test ISO0−0,5
sinterfractie <5 mm G0−5
sinterfractie >40 mm G40+
basiciteitsindex I2
permagnag-waarde P
HOOFDSTUK 3. VERWERKING VAN EXPERIMENTELE GEGEVENS 29
3.2 Consistentie van de scheurgegevens
De scheurgegevens, gebruikt in de analyses, zijn gegenereerd door de digitale verwerking van
foto’s van de sinterketting. Om uit deze gegevens besluiten te kunnen trekken, moeten ze
voldoen aan twee voorwaarden.
• De gegevens worden afgeleid uit foto’s van het einde van de sinterketting, maar moeten
ook representatief zijn voor de hele sinterketting.
• Bij werking onder een vast productieregime moet de spreiding op de berekende grootheden
voldoende klein blijven ten opzichte van hun totale werkingsgebied.
Aan de eerste voorwaarde is eenvoudig te voldoen, aangezien het productieproces onder normale
omstandigheden slechts geleidelijk wijzigt bij een verandering van een parameter. In sommige
gevallen kan het wel zijn dat een parameter een plotse wijziging ondergaat. Bij een regenbui
bijvoorbeeld zal het vochtgehalte van de fijnbedding plots stijgen, maar dit geeft geen proble-
men, doordat het vochtgehalte continu wordt opgemeten en gecompenseerd in de vochtregeling.
Andere parameters, zoals de laaghoogte en het percentage poederkalk, zorgen wel voor een over-
gangseffect in het sinterproces. De foto’s die op deze ogenblikken genomen zijn, mogen met
andere woorden niet gebruikt worden om verbanden te zoeken. Om ook meer geleidelijke ver-
anderingen op te vangen is de timing bij het verzamelen van gegevens bij een bepaalde foto
zeer belangrijk. De vertragingen tussen de dosering, het sinteren en het afwerken van de sinter
moeten hiervoor goed geschat worden.
Voor de tweede voorwaarde moeten de variaties van de scheurgegevens binnen eenzelfde produc-
tieregime vergeleken worden met de uiterste waarden die deze parameters kunnen aannemen.
Aan de hand van een reeks foto’s, die kort na elkaar werden genomen, kunnen deze variaties
bepaald worden binnen een productieregime. Voor beide sinterfabrieken werden op 4 maart
2008 40 foto’s genomen, over een tijdsspanne van 20 minuten. De waargenomen spreidingen
zijn weergegeven in onderstaande grafieken, samen met de uiterste waarden die de grootheden
tijdens de onderzochte periode (23 juli 2007 t.e.m. 29 april 2008) hebben aangenomen.
HOOFDSTUK 3. VERWERKING VAN EXPERIMENTELE GEGEVENS 30
0
2
4
6
8
10
12
langs dwars totaal langs dwars totaal
type scheuren
gem
idd
eld
e s
ch
eu
rbre
ed
te (
cm
)
Totale spreiding Spreiding binnen regime
SIN1 SIN2
0
2
4
6
8
10
12
langs dwars totaal langs dwars totaal
type scheuren
rela
tieve s
ch
eu
rlen
gte
(-)
Totale spreiding Spreiding binnen regime
SIN1 SIN2
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
langs dwars totaal langs dwars totaal
type scheuren
rela
tieve s
ch
eu
rop
perv
lakte
(-)
Totale spreiding Spreiding binnen regime
SIN1 SIN2
Figuur 3.2: Spreidingsintervallen scheurgegevens
HOOFDSTUK 3. VERWERKING VAN EXPERIMENTELE GEGEVENS 31
In de grafieken is duidelijk te zien dat de waarden een redelijke spreiding vertonen binnen een
regime. Het feit dat er zoveel spreiding op de waarden zit, is deels te wijten aan het proces
zelf en deels aan de digitale verwerking van de foto’s. Bij het voortschrijden van de sinterkoek
zullen er stukken zijn met meer scheuren en stukken met minder scheuren. Een verschil van
een minuut tussen twee foto’s kan dus al voor een verschillend beeld zorgen. Het feit dat niet
alle foto’s even scherp zijn en dat een fractie van de scheuren niet goed herkend wordt bij het
verwerken, zorgt natuurlijk ook voor een extra onnauwkeurigheid.
Ondanks de grote spreiding binnen een regime is het totale werkingsgebied groot genoeg om
verschillen tussen werkingspunten waar te kunnen nemen. Om de scheurgegevens te kunnen
correleren aan andere grootheden zal er wel gezorgd moeten worden voor een voldoende aantal
foto’s.
Om deze thesis niet te zwaar te beladen met tabellen en grafieken worden verder enkel de totale
scheurgegevens beschouwd. Dit is gerechtvaardigd door het feit dat de richting van de scheur
geen invloed heeft op de doorstroming van de rookgassen en het sinterproces.
Hoofdstuk 4
Correlaties
Via deze studie is het in de eerste plaats de bedoeling verbanden tussen verschillende parameters
vast te leggen. De beste manier om dit te verwezenlijken is eerst te zoeken naar eenvoudige
correlaties tussen de variabelen. Hierbij moet in het achterhoofd gehouden worden dat een
sterke correlatie niet altijd duidt op een sterk effect binnen het proces. Enerzijds kan het toeval
ervoor zorgen dat geheel onafhankelijke variabelen een sterke correlatie lijken te hebben. Er
moet op gelet worden dat er uit deze verbanden geen besluiten worden getrokken. Anderzijds
kunnen sterke effecten over het hoofd gezien worden, doordat het effect verwaarloosbaar is ten
opzichte van een ander effect of doordat het werkingsgebied van de parameter in kwestie zeer
klein is.
De parameters die in tabel 3.1 zijn opgesomd, zullen nu gecorreleerd worden, aan de hand
van verzamelde gegevens over de periode van juli 2007 t.e.m. mei 2008. Hierbij worden een
aantal correlaties niet onderzocht, omdat ze triviaal zijn of enkel op toeval kunnen gebaseerd
zijn. In hoofdstuk 5 zal daarna, aan de hand van de gevonden correlaties, gepoogd worden de
onderliggende verbanden bloot te leggen.
Grondstoffen &
productieparameters
Productiviteit &
sinterkwaliteit
Scheurvorming
Figuur 4.1: Te onderzoeken verbanden
Voor de correlatiecoefficienten moet rekening gehouden worden met de grote spreiding op de
scheurgegevens. Met andere woorden, een zelfde correlatiecoeficient zal duiden op een sterker
verband als een van beide parameters scheurgerelateerd is.
32
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 33
4.1 Invloeden op de scheurvorming
De factoren die een rol kunnen spelen voor de scheurvorming zijn:
• de gebruikte grondstoffen
• de ingestelde productieparameters
4.1.1 De fijnbedding
Aangezien het beddingmengsel het hoofdbestanddeel van de sinterlading is, is het logisch als
eerste invloed de chemische samenstelling van de fijnbedding te onderzoeken. De belangrijkste
componenten die daarbij bekeken worden, zijn Fetot, Fe2+, CaO, SiO2, Al2O3, MgO en MnO.
De laatste vier uit dit rijtje zijn te verwaarlozen, aangezien die zeer weinig varieren tussen de
verschillende beddingen (zie figuur 4.2). Bij de overige drie valt duidelijk een trend op in figuur
4.3. Het totale ijzergehalte neemt toe in de tijd, terwijl de percentages ijzeroxide en ongebluste
kalk afnemen.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
210 215 220 225 230 235 240 245 250
beddingnummer
pe
rce
nta
ge
s M
nO
, A
l 2O
3 e
n
Mg
O (
%)
0
1
2
3
4
5
6
pe
rce
nta
ge
SiO
2 (
%)
MnO Al2O3 MgO SiO2
Figuur 4.2: Verwaarloosbare componenten in de fijnbedding
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 34
45
47
49
51
53
55
57
59
210 215 220 225 230 235 240 245 250
beddingnummer
pe
rce
nta
ge
Fe
(%
)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
pe
rce
nta
ge
s F
e2+ e
n C
aO
(%
)
Fetot Fe2+ CaO
Figuur 4.3: Varierende componenten in de fijnbedding
Als we deze trends nu vergelijken met de scheurgegevens in beide sinterfabrieken (zie figuur
4.4), merken we dat de gemiddelde scheurbreedte niet merkbaar verandert, maar dat de rela-
tieve scheurlengte en -oppervlakte wel een trend vertonen. Bij SIN1 dalen de beide grootheden
licht, terwijl ze bij SIN2 licht stijgen. Aangezien dat de beddingsamenstelling gelijk is voor beide
sinterfabrieken, is het onwaarschijnlijk dat dit een bepalende parameter is voor de scheurafme-
tingen.
In onderstaande tabel zijn de bijhorende correlatiecoefficienten weergegeven. Daaruit blijkt dat
alle correlaties redelijk zwak zijn, maar dat ze wel gelijkaardig zijn voor beide sinterfabrieken.
Dit bevestigt de veronderstelling dat de beddingsamenstelling weinig invloed heeft op de scheur-
vorming.
Tabel 4.1: Correlaties tussen de beddingsamenstelling en de scheurvorming
SIN1 SIN2
bc lc,rel Ac,rel bc lc,rel Ac,rel
ψb,Fetot 0,0763 -0,0860 -0,0378 0,1259 -0,0848 -0,0198
ψb,Fe2+ 0,0810 -0,0609 -0,0256 0,1028 -0,0226 0,0175
ψb,CaO -0,0677 0,0995 0,0569 -0,0482 0,1752 0,1334
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 35
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
23/07/2007 11/09/2007 31/10/2007 20/12/2007 08/02/2008 29/03/2008
datum
bc S
IN1
(m
)
-0.03
-0.02
-0.01
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
bc S
IN2
(m
)
SIN1 SIN2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
23/07/2007 11/09/2007 31/10/2007 20/12/2007 08/02/2008 29/03/2008
datum
l c,r
el S
IN1
(-)
-7
-5
-3
-1
1
3
5
7
9
11
l c,r
el S
IN2
(-)
SIN1 SIN2
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
23/07/2007 11/09/2007 31/10/2007 20/12/2007 08/02/2008 29/03/2008
datum
Ac,r
el S
IN1
(-)
-0.04
-0.03
-0.02
-0.01
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
Ac,r
el S
IN2
(-)
SIN1 SIN2
Figuur 4.4: De trends in de scheurafmetingen
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 36
4.1.2 De brandstof
Een tweede component die een invloed kan hebben op de scheurvorming is de toegevoegde
brandstof. Eenmaal per ploeg wordt een monster genomen van de antraciet en het cokesgruis.
Zoals eerder al gezegd, is het koolstofgehalte van beide brandstoffen ongeveer gelijk en redelijk
constant. Wat wel een rol kan spelen in de scheurvorming, zijn de granulometrie van de brandstof
en de onzuiverheden die erin zitten, met name de vluchtige bestanddelen, de as en de zwavel.
Een snelle blik op de correlatiecoefficienten met betrekking tot de granulometrie leert ons dat
de invloed hiervan zeer klein is. De mediaan van de antraciet heeft een negatieve invloed op alle
scheurafmetingen en kan eventueel wel als lichte invloed beschouwd worden.
Tabel 4.2: Correlaties tussen de brandstofgranulometrie en de scheurvorming
SIN1 SIN2
bc lc,rel Ac,rel bc lc,rel Ac,rel
Ma -0,0711 -0,0195 -0,0584 -0,0569 -0,0860 -0,1237
Mc 0,0197 -0,0758 -0,0543 0,0681 -0,0092 0,0229
Wat de onzuiverheden betreft, zijn die voor de cokes bijna constant, doordat die op de site
zelf geproduceerd worden, voor de antraciet is dit niet het geval. Uit de resultaten van de
antracietanalyses blijkt dat er twee hoofdtypes antraciet afwisselend worden gebruikt. De types
worden gekenmerkt door onderstaande gemiddelde waarden:
Tabel 4.3: Gemiddelde samenstelling van beide types antraciet
type 1 type 2
ψa,vb 5,67% 8,05%
ψa,as 10,99% 9,23%
ψa,S 0,23% 0,26%
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 37
0
5
10
15
20
25
30
01/07/2007 09/10/2007 17/01/2008 26/04/2008
datum
pe
rce
nta
ge
s v
luc
hti
ge
be
sta
nd
de
len
en
as
(%
)
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
pe
rce
nta
ge
zw
av
el
(%)
VB As S
2 1 2 1 2 1 21
Figuur 4.5: De twee types antraciet
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
type 1 type 2 type 1 type 2
type antraciet
bc (
m)
en
Ac,r
el (
-)
0
1
2
3
4
5
6
7
l c,r
el (
-)
bc Ac,rel lc,rel
SIN1 SIN2
Figuur 4.6: Gemiddelde scheurafmetingen per type antraciet
Uit grafiek 4.6 blijkt dat beide sinterfabrieken meer scheuren vertonen bij antraciet van ty-
pe 2 dan van type 1. De gemiddelde scheurbreedte blijft ongeveer gelijk, maar de relatieve
scheurlengte en dus ook de relatieve scheuroppervlakte nemen toe. Aan de hand van de corre-
latiecoefficienten kan dit resultaat gecontroleerd worden.
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 38
Tabel 4.4: Correlaties tussen de brandstofanalyses en de scheurvorming
SIN1 SIN2
bc lc,rel Ac,rel bc lc,rel Ac,rel
ψa,vb -0,0858 0,1133 0,0652 0,0093 0,1632 0,1516
ψa,as 0,1084 -0,1922 -0,1265 0,0361 -0,0391 -0,0128
ψa,S 0,0189 0,0409 0,0487 -0,0928 -0,0147 -0,0484
ψc,vb 0,0767 0,0340 0,0661 -0,1266 -0,0082 -0,0679
ψc,as 0,0704 -0,0010 0,0288 -0,0274 -0,0554 -0,0795
ψc,S -0,0813 -0,0199 -0,0708 0,1195 0,0392 0,0999
Uit bovenstaande waarden blijkt inderdaad dat veel vluchtige bestanddelen en weinig as zorgen
voor bredere, maar kortere scheuren met een kleiner scheuroppervlak. Dit komt overeen met
antraciet van type 2. De invloed van het zwavel in de antraciet en de cokessamenstelling is
minder duidelijk.
4.1.3 De sinterlading
De belangrijkste productieparameters zijn natuurlijk de fracties die van elke grondstof gedoseerd
worden om de sinterlading samen te stellen. Allereerst is het nuttig om te zoeken naar trends in
de sintersamenstelling die de trends in de scheurafmetingen (zie figuur 4.4) kunnen verklaren.
Uit figuur 4.7 blijkt dat de percentages fijnbedding, brandstof en fijnsinter ongeveer constant
blijven, maar bij het kalkpercentage is, ondanks de grote schommelingen, een stijging van enkele
procenten waar te nemen (zie figuur 4.8).
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 39
0
20
40
60
80
100
120
140
160
01/07/2007 20/08/2007 09/10/2007 28/11/2007 17/01/2008 07/03/2008 26/04/2008
datum
pe
rce
nta
ge
s S
IN1
(%
)
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
pe
rce
nta
ge
s S
IN2
(%
)
bedding brandstof fijnsinter
Figuur 4.7: De constant blijvende percentages bedding, brandstof en fijnsinter
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
01/07/2007 20/08/2007 09/10/2007 28/11/2007 17/01/2008 07/03/2008 26/04/2008
datum
pe
rce
nta
ge
ka
lk (
%)
SIN1 SIN2
Figuur 4.8: De trends in het kalkpercentage
Het is onwaarschijnlijk dat deze trend te koppelen is aan de toenemende scheurafmetingen op
SIN1, om twee redenen. Ten eerste heeft kalk de reputatie een bindmiddel te zijn voor de
sinter en zou meer kalk de scheuren moeten doen afnemen. Ten tweede is het verloop van het
kalkpercentage op beide sinterfabrieken sterk gelijklopend, terwijl de trend in scheurafmetingen
tegengesteld is.
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 40
Wat op figuur 4.8 wel duidelijk te zien is, is dat er een piek optreedt in de periode van 23 januari
2008 t.e.m. 5 februari 2008. Door de gemiddelde scheurafmetingen binnen deze piekperiode te
vergelijken met de scheurafmetingen erbuiten, kan de invloed van de toegevoegde kalk uit deze
gegevens afgeleid worden. Er moet wel opgemerkt worden, dat in deze periode enkel kalksteen
werd ingezet, terwijl daarbuiten soms ook poederkalk werd toegevoegd. De resultaten slaan dus
enkel op het totale kalkpercentage (kalksteen en poederkalk) en niet op het gehalte kalksteen
alleen.
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
normaal piek normaal piek
kalkpercentage
bc (
m)
en
Ac,r
el (
-)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
l c,r
el (
-)
bc Ac,rel lc,rel
SIN1 SIN2
Figuur 4.9: Gemiddelde scheurafmetingen in en buiten de piekperiode in het kalkpercentage
Uit bovenstaande waarden blijkt duidelijk dat de scheuren tijdens de piekperiode breder waren,
maar dat de relatieve scheurlengte en -oppervlakte een stuk lager lagen dan in de periodes ervoor
en erna. Dit staaft de bindende reputatie van kalk: de kalk verhindert dat de scheuren verder
doorlopen.
Op dezelfde manier kunnen de gegevens ook opgedeeld worden in periodes, waarin enkel kalksteen
gebruikt werd en periodes, waarin ook poederkalk werd toegevoegd.
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 41
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
nee ja nee ja
poederkalk
bc (
m)
en
Ac,r
el (
-)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
l c,r
el (
-)
bc Ac,rel lc,rel
SIN1 SIN2
Figuur 4.10: Gemiddelde scheurafmetingen met en zonder toevoeging van poederkalk
Op SIN1 zorgt het poederkalk voor een lichte stijging van de scheurafmetingen, terwijl het op
SIN2 duidelijk het omgekeerde effect heeft.
Tabel 4.5: Correlaties tussen de sintersamenstelling en de scheurvorming
SIN1 SIN2
bc lc,rel Ac,rel bc lc,rel Ac,rel
φb 0,0585 -0,0176 -0,0025 -0,0277 -0,1217 -0,1274
φbr -0,1621 0,0580 -0,0437 0,0592 0,1978 0,2152
φf -0,0475 0,0361 0,0268 -0,0095 0,1152 0,1016
φk -0,0033 -0,0393 -0,0410 0,1442 -0,0192 0,0568
φks -0,0052 -0,0534 -0,0549 0,1527 -0,0012 0,0776
φkp 0,0099 0,0846 0,0848 -0,1260 -0,0514 -0,1123
Doordat de kalk slechts in zeer kleine gehaltes in het mengsel voorkomt, zijn de waarden van de
correlatiecoefficienten zeer klein en is het zeer moeilijk om er besluiten uit te trekken in verband
met de invloed van de kalk op de scheuren. Voor de andere componenten in de sinterlading
kunnen wel nog enkele besluiten getrokken worden, al is het voornamelijk op SIN2. Meer
beddingmengsel zorgt voor een afname van de scheurafmetingen, terwijl brandstof en fijnsinter
een tegengesteld effect veroorzaken.
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 42
4.1.4 Het vochtgehalte
Een andere parameter die een grote invloed op de scheurvorming toegeschreven wordt, is het
vochtgehalte van de sinterlading. Na de verdichting door het sinteren wordt het vochtgehalte
altijd omschreven als belangrijkste oorzaak voor de krimpscheuren. Aangezien de massa van het
mengsel met meer dan 5% afneemt tijdens het proces, is het zeer waarschijnlijk dat dit ook zo
is. De vraag is nu of de variatie in vochtgehalte groot genoeg is om een significante verandering
teweeg te brengen in de vorming van de krimpscheuren.
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
01/07/2007 20/08/2007 09/10/2007 28/11/2007 17/01/2008 07/03/2008 26/04/2008
datum
vo
ch
tge
ha
lte
SIN
1 (
%)
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
vo
ch
tge
ha
lte
SIN
2 (
%)
SIN1 SIN2
Figuur 4.11: De trends in het vochtgehalte op beide sinterfabrieken
Uit de data blijkt dat het vochtgehalte tijdens de tien onderzochte maanden gestegen is met
±0,2% op beide sinterfabrieken. Dit lijkt weinig, maar ten opzichte van het totale werkingsgebied
(5,2 - 6,1%) is dit al heel wat. Dit zou de stijgende trend in scheurafmetingen op SIN2 kunnen
verklaren, maar niet de omgekeerde trend op SIN1.
Tabel 4.6: Correlaties tussen het vochtgehalte en de scheurvorming
SIN1 SIN2
bc lc,rel Ac,rel bc lc,rel Ac,rel
φv -0,0155 -0,1250 -0,1371 -0,0163 0,0675 0,0528
Uit de correlatiecoefficienten blijkt dat op SIN2 een groter vochtgehalte wel degelijk zorgt voor
grotere scheurafmetingen. Op SIN1 echter is een omgekeerd effect merkbaar, wat overeenkomt
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 43
met wat uit de trends kan worden afgeleid, maar zeer onlogisch lijkt. Waarschijnlijk ligt de
oorzaak hiervan bij het kalkpercentage, dat op de ene sinterfabriek het vochtgehalte volgt en
op de andere sinterfabriek niet. Op SIN1 wordt bij een groter vochtgehalte gemiddeld meer
kalk ingezet, waardoor de scheuren verminderen. Op SIN2 daarentegen wordt bij een groter
vochtgehalte gemiddeld minder kalk ingezet, waardoor de scheuren toenemen.
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
percentage kalk (%)
vo
ch
tge
ha
lte
SIN
1 (
%)
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
vo
ch
tge
ha
lte
SIN
2 (
%)
SIN1 SIN2
Figuur 4.12: Het vochtgehalte van de sinterlading in functie van het vochtgehalte
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
4.5 5 5.5 6 6.5
vochtgehalte (%)
Ac,r
el o
p S
IN1
(-)
-0.04
-0.03
-0.02
-0.01
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
Ac,r
el o
p S
IN2
(-)
SIN1 SIN2
Figuur 4.13: De relatieve scheuroppervlakte in functie van het vochtgehalte
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 44
4.1.5 De laaghoogte
In de onderzochte periode werd op SIN1 het grootste deel van de tijd gewerkt met een laaghoogte
van 400 mm. Een twintigtal dagen werd met een grotere laaghoogte gewerkt (430 mm) en een
vijftal dagen met een kleinere (350 mm). De invloed van deze relatief kortstondige wijzigingen
op de scheurafmetingen is toch duidelijk te merken. Zowel de scheurbreedte als de scheuropper-
vlakte kennen een dalend verloop in functie van de laaghoogte. Ook de correlatiecoefficienten
bevestigen deze bevinding.
Voor SIN2 is de situatie iets anders. De drie voornaamste laaghoogtes die werden toegepast
(450 mm, 500 mm en 550 mm) wisselden elkaar vaker af, wat het eenvoudiger zou moeten ma-
ken het effect ervan te zien. Het gebruik van de verticale staven maakt het echter moeilijker.
Uit figuur 4.14 blijkt dat bij de middelste laaghoogte het meeste scheuren optreden.
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
0.045
350 400 430 450 500 550
laaghoogte (mm)
bc (
m),
Ac,r
el (-
)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
l c,r
el (
-)bc Ac,rel lc,rel
SIN1 SIN2
Figuur 4.14: Gemiddelde scheurafmetingen voor de verschillende laaghoogtes
Tabel 4.7: Correlaties tussen de laaghoogte en de scheurvorming
SIN1 SIN2
bc lc,rel Ac,rel bc lc,rel Ac,rel
H -0,2217 -0,0045 -0,1631 -0,0975 -0,1998 -0,2329
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 45
4.1.6 De verticale staven
Uit de gegevens van de laaghoogtes is gebleken dat de verticale staven een grote invloed hebben
op de scheurvorming. Het is belangrijk hierbij op te merken dat het programma om de foto’s
van de sinterkoek te verwerken zo is afgesteld, dat het de groeven, veroorzaakt door de staven,
niet aanziet als scheuren [2]. De groeven zorgen echter voor een verminderde dwarsdoorsnede
van de sinterkoek, waardoor op die plaatsen gemakkelijker scheuren ontstaan, zoals op figuur
4.16 duidelijk te zien is. Dit verklaart de verstoorde resultaten in verband met de laaghoogtes
op SIN2.
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
0 175 225
diepte verticale staven (mm)
bc (
m),
Ac,r
el (-
)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
l c,r
el (
-)
bc Ac,rel lc,rel
Figuur 4.15: Gemiddelde scheurafmetingen voor de verschillende dieptes van de verticale staven
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 46
groeven
langsscheuren
Figuur 4.16: Krimpscheuren ontstaan in de groeven van de verticale staven
Tabel 4.8: Correlaties tussen de diepte van de verticale staven en de scheurvorming
SIN2
bc lc,rel Ac,rel
zvs 0,0246 0,4082 0,4867
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 47
4.1.7 De ontsteking
De laatste belangrijke productieparameter is de temperatuur in de ontstekingsoven. Een te hoge
temperatuur zorgt voor het aaneensmelten van de bovenlaag, terwijl een te lage temperatuur
zorgt voor stukken van de lading die niet gesinterd zijn. Er bestaat dus een kritische tem-
peratuur, waarbij de scheurvorming maximaal is. Boven deze kritische temperatuur worden de
scheuren verhinderd door een dichtgesmolten ertslaag en eronder blijft er los sintermengsel op de
laag liggen, dat de scheuren opvult. Deze redenering volgend, blijkt uit de correlatiecoefficienten
dat de gemiddelde oventemperatuur van SIN1 onder deze kritische temperatuur ligt en die van
SIN2 erboven.
Tabel 4.9: Correlaties tussen de oventemperatuur en de scheurvorming
SIN1 SIN2
bc lc,rel Ac,rel bc lc,rel Ac,rel
To -0,0062 0,1255 0,1363 -0,1303 -0,1466 -0,1940
Een voordeel bij de oventemperatuur is dat de wenswaarde per 50◦C gewijzigd wordt. Dit maakt
het gemakkelijk de gegevens onder te verdelen in klassen rond deze wenswaarden en het effect
van de temperatuur uit te zetten in een grafiek. Grafiek 4.17 bevestigt de besluiten uit de
correlatiecoefficenten, op de hoogste temperatuur op SIN2 na, waar de invloed van de verticale
staven waarschijnlijk weer een rol speelt.
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
1100 1150 1150 1200 1250 1300
oventemperatuur (°C)
bc (
m),
Ac,r
el (
-)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
l c,r
el (
-)
bc Ac,rel lc,rel
SIN1 SIN2
Figuur 4.17: Gemiddelde scheurafmetingen bij de verschillende oventemperaturen
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 48
4.2 Invloed op de productiviteit
De factoren die een rol kunnen spelen voor de productiviteit van de sinterfabriek zijn:
• de gebruikte grondstoffen
• de ingestelde productieparameters
• de aanwezige krimpscheuren
4.2.1 De fijnbedding
Aangezien enkele van de componenten van de fijnbedding een trend vertonen, is het nuttig om
te controleren of ook de productiviteit een trend vertoont.
0.00015
0.00017
0.00019
0.00021
0.00023
0.00025
0.00027
0.00029
0.00031
0.00033
0.00035
23/07/2007 11/09/2007 31/10/2007 20/12/2007 08/02/2008 29/03/2008
datum
sn
elh
eid
vla
mfr
on
t (m
/s)
SIN1 SIN2
Figuur 4.18: De trends in de snelheid van het vlamfront
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 49
150
250
350
450
550
650
23/07/2007 11/09/2007 31/10/2007 20/12/2007 08/02/2008 29/03/2008
datum
uu
rpro
du
cti
e (
t/h
)
SIN1 SIN2
Figuur 4.19: De trends in de uurproductie
Tabel 4.10: Correlaties tussen de beddingsamenstelling en de productiviteit
SIN1 SIN2
mu vvf mu vvf
ψb,Fetot -0,3813 -0,3975 -0,0928 -0,1599
ψb,Fe2+ 0,2519 0,0997 0,0419 0,0282
ψb,CaO 0,3899 0,3789 0,2660 0,3441
Er is duidelijk een dalende trend merkbaar bij SIN1 en een stijgende trend bij SIN2. Volgens
figuur 4.3 stijgt het totale ijzergehalte in de bedding, terwijl de gehaltes aan Fe2+ en CaO dalen.
Volgens de correlatiecoefficienten zou dit moeten zorgen voor een verminderde productiviteit.
Dit klopt voor SIN1, maar niet voor SIN2, waaruit kan besloten worden dat de variaties in de
beddingsamenstelling geen grote invloed hebben op de productiviteit.
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 50
4.2.2 De brandstof
Net als bij de krimpscheuren heeft de brandstofgranulometrie een kleine invloed. Hier is er wel
duidelijk een verschil te merken tussen beide sinterfabrieken.
Tabel 4.11: Correlaties tussen de brandstofgranulometrie en de productiviteit
SIN1 SIN2
mu vvf mu vvf
Ma -0,1306 -0,0708 0,0944 0,0857
Mc -0,0864 -0,1363 0,1228 0,1175
Als de gegevens worden opgesplitst naargelang het gebruikte type antraciet, merken we opnieuw
tegengestelde effecten op tussen beide sinterfabrieken. Bij SIN1 geeft antraciet van type 2 een
lagere productiviteit, terwijl het bij SIN2 andersom is, wat wordt bevestigd door de berekende
correlatiecoefficienten. Ook voor de samenstelling van de cokes ondervinden de sinterfabrieken
onderling een tegengestelde invloed. Bij SIN1 wordt een hogere productiviteit bereikt bij meer
vluchtige bestanddelen en as en minder zwavel. Bij SIN2 is dit net omgekeerd.
Deze tegenstrijdigheid is waarschijnlijk opnieuw het gevolg van een andere parameter die het
effect van de antraciet overcompenseert, namelijk het percentage fijnsinter in de sinterlading.
Gemiddeld lag het percentage fijnsinter in de periodes met antraciet van type 1 bij SIN1 lager
dan in de periodes met antraciet van type 2, terwijl het bij SIN2 juist hoger lag. Fijnsinter die
van de zeverijen teruggevoerd wordt naar de sinterfabriek, is nog redelijk warm en zorgt voor een
verminderde condensatie in de onderste laag van de sinterlading. Deze vermindering bevordert
de doorlaatbaarheid van de laag en dus ook de productiviteit.
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 51
0
3
6
9
12
15
18
21
type 1 type 2 type 1 type 2
type antraciet
sn
elh
eid
vla
mfr
on
t (m
/min
)
0
100
200
300
400
500
600
700
uu
rpro
du
cti
e (
t/u
)
snelheid vlamfront uurproductie
SIN1 SIN2
Figuur 4.20: Gemiddelde productiviteit per type antraciet
Tabel 4.12: Correlaties tussen de brandstofanalyses en de productiviteit
SIN1 SIN2
mu vvf mu vvf
ψa,vb -0,2615 -0,1864 0,2703 0,3815
ψa,as 0,0731 -0,0643 -0,2766 -0,3739
ψa,S -0,1341 -0,0562 0,0541 0,0736
ψc,vb 0,4123 0,3602 -0,0597 -0,0070
ψc,as 0,2754 0,2562 -0,0289 0,0414
ψc,S -0,3406 -0,2581 0,1145 0,1023
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 52
4.2.3 De sinterlading
De trends in de productiviteit kunnen niet verklaard worden door de trend in het kalkpercentage
in de sinterlading, aangezien het kalkgehalte gelijkloopt voor beide sinterfabrieken. Als we echter
de waarden in de piekperiode van het kalkgehalte vergelijken met de periode ervoor en erna, is er
duidelijk een negatief effect te zien van de kalk op de productiviteit. De poederkalk heeft echter
een positief effect volgens figuur 4.22. Dit blijkt ook uit de berekende correlatiecoefficienten in
tabel 4.13. De reden waarom de kalksteen en de poederkalk een schijnbaar tegengesteld effect
hebben, is dat ze bij de dosering van de sinterlading omgekeerd varieren. Als er meer poederkalk
wordt ingezet, is er minder kalksteen nodig. Doordat het effect van de poederkalk groter is dan
dat van de kalksteen, lijkt het alsof de kalksteen een negatief effect heeft op de productiviteit,
terwijl dat niet zo is. Hieruit blijkt ook dat het gehalte kalksteen best niet wordt meegerekend
bij de regressies in hoofdstuk 5.
Het effect van de fijnsinter ligt in het verminderen van de condensatie in de onderste lagen van
de sinterlading, waardoor de laag beter doorlaatbaar wordt. Het percentage fijnsinter vertoont
een dalende trend op SIN1 en een stijgende trend op SIN2 (zie figuur 4.23), wat overeenkomt
met de trends in de productiviteit.
Het toevoegen van brandstof zorgt voor een verbreding van het vlamfront, waardoor de warmte-
uitwisseling tussen de verschillende lagen verslechtert en de productiviteit daalt.
0
3
6
9
12
15
18
21
normaal piek normaal piek
kalkpercentage
sn
elh
eid
vla
mfr
on
t (m
m/m
in)
0
100
200
300
400
500
600
700
uu
rpro
du
cti
e (
t/u
)
snelheid vlamfront uurproductie
SIN1 SIN2
Figuur 4.21: Gemiddelde productiviteit in en buiten de piekperiode van het kalkpercentage
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 53
0
3
6
9
12
15
18
21
nee ja nee ja
poederkalk
sn
elh
eid
vla
mfr
on
t (m
m/m
in)
0
100
200
300
400
500
600
700
uu
rpro
du
cti
e (
t/u
)
snelheid vlamfront uurproductie
SIN1 SIN2
Figuur 4.22: Gemiddelde productiviteit met en zonder toevoeging van poederkalk
Tabel 4.13: Correlaties tussen de ladingsamenstelling en de productiviteit
SIN1 SIN2
mu vvf mu vvf
φb -0,0915 -0,1993 -0,0028 -0,0206
φbr -0,6324 -0,5695 -0,0186 -0,0628
φf 0,2149 0,3283 0,0400 0,0847
φk -0,5788 -0,5825 -0,1262 -0,1864
φks -0,6576 -0,6534 -0,0987 -0,1698
φkp 0,6829 0,6659 0,0137 0,1224
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 54
15
20
25
30
35
40
45
50
23/07/2007 11/09/2007 31/10/2007 20/12/2007 08/02/2008 29/03/2008
datum
perc
en
tag
e f
ijn
sin
ter
SIN
1 (
%)
0
5
10
15
20
25
30
35
perc
en
tag
e f
ijn
sin
ter
SIN
2 (
%)
SIN1 SIN2
Figuur 4.23: De trends in de percentages fijnsinter op beide sinterfabrieken
4.2.4 Het vochtgehalte
Het vochtgehalte vertoont een duidelijk stijgende trend op beide sinterfabrieken (zie figuur 4.11).
De vochtigheid van de lading kan dus de trends in de productiviteit ook niet verklaren, wat ook
blijkt uit de correlatiecoefficienten. Hieruit en uit het feit dat de correlaties redelijk klein zijn,
kan worden besloten dat het vochtgehalte wellicht geen overwegende invloed op de productiviteit
heeft.
Tabel 4.14: Correlaties tussen het vochtgehalte en de productiviteit
SIN1 SIN2
mu vvf mu vvf
φv -0,0735 -0,1660 0,0612 0,0106
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 55
4.2.5 De laaghoogte
Als de laaghoogte van de sinterlading wordt opgedreven, zijn er enkele effecten die elkaar te-
genwerken. Per sinterwagen wordt er meer sinter geproduceerd, maar daar staat tegenover dat
het vlamfront er langer over doet om de onderkant van de laag te bereiken, dus de bandsnelheid
zal automatisch verlagen. Aangezien de snelheid van het vlamfront stijgt naar het einde van de
ketting toe en dit nog versterkt wordt door de langere verblijfsduur, zal echter de sinterproduc-
tie toenemen. Dit blijkt ook uit figuur 4.24. Opnieuw is het resultaat voor SIN2 moeilijker te
interpreteren door het gebruik van de verticale staven.
0
3
6
9
12
15
18
21
350 400 430 450 500 550
laaghoogte (mm)
sn
elh
eid
vla
mfr
on
t (m
m/m
in)
0
100
200
300
400
500
600
700
uu
rpro
du
cti
e (
t/u
)
snelheid vlamfront uurproductie
SIN1 SIN2
Figuur 4.24: Gemiddelde productiviteit voor de verschillende laaghoogtes
Tabel 4.15: Correlaties tussen de laaghoogte en de productiviteit
SIN1 SIN2
mu vvf mu vvf
H 0,1626 0,2250 -0,3288 -0,2491
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 56
4.2.6 De verticale staven
De groeven die met de verticale staven in het sintermengsel worden getrokken, zorgen ervoor
dat de verbrandingswarmte van het vlamfront zich gemakkelijker een weg kan banen door het
mengsel. Vooral de snelheid van het vlamfront juist voorbij de ontstekingsoven zal hierdoor
beınvloed worden, wat zorgt voor een verhoging van de productiecapaciteit.
0
3
6
9
12
15
18
21
0 175 225
diepte verticale staven (mm)
sn
elh
eid
vla
mfr
on
t (m
m/m
in)
0
100
200
300
400
500
600
700
uu
rpro
du
cti
e (
t/u
)
snelheid vlamfront uurproductie
Figuur 4.25: Gemiddelde productiviteit voor de verschillende dieptes van de verticale staven
Tabel 4.16: Correlaties tussen de diepte van de verticale staven en de productiviteit
SIN2
mu vvf
zvs 0,5509 0,5405
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 57
4.2.7 De ontsteking
Binnen het onderzochte werkingsgebied blijkt de oventemperatuur een positief effect te hebben
op de productiviteit. De laagste temperaturen geven een duidelijk lagere productiviteit, terwijl
bij de hogere temperaturen slechts weinig verschil merkbaar is. Het is met andere woorden
belangrijk de oventemperatuur hoog genoeg te houden.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
1100 1150 1150 1200 1250 1300
oventemperatuur (°C)
ke
ttin
gs
ne
lhe
id (
m/m
in)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
uu
rpro
du
cti
e (
t/u
)
kettingsnelheid uurproductie
SIN1 SIN2
Figuur 4.26: Gemiddelde productiviteit bij de verschillende oventemperaturen
Tabel 4.17: Correlaties tussen de oventemperatuur en de productiviteit
SIN1 SIN2
mu vvf mu vvf
To 0,7131 0,6920 -0,0355 0,0542
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 58
4.2.8 De krimpscheuren
De krimpscheuren hebben een gelijkaardige werking als de groeven van de verticale staven.
Enerzijds zorgen de scheuren, net als de verticale staven, voor een betere warmteoverdracht in
de bovenste lagen. Anderzijds komen de langsscheuren dikwijls voor in de groeven, waardoor de
scheuren het effect van de verticale staven nog versterken. Het feit dat de correlaties bij SIN2
een stuk hoger liggen dan bij SIN1, bevestigt deze wisselwerking tussen de verticale staven en
de scheuren.
Bij SIN1 zijn er geen verticale staven aanwezig, waaruit het effect van de krimpscheuren zonder
tussenkomst van de staven blijkt. Vooral de scheurbreedte heeft een invloed. Een brede scheur
bevordert de doorstroming van de rookgassen namelijk beter dan een langere scheur met dezelfde
oppervlakte.
Tabel 4.18: Correlaties tussen de krimpscheuren en de productiviteit
SIN1 SIN2
mu vvf mu vvf
bc 0,1653 0,1026 0,1760 0,1894
lc,rel -0,0924 -0,0294 0,3084 0,3321
Ac,rel 0,0059 0,0344 0,3553 0,3854
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05
gemiddelde scheurbreedte (m)
uu
rpro
du
cti
e (
t/h
)
SIN1 SIN2
Figuur 4.27: De uurproductie in functie van de gemiddelde scheurbreedte
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 59
4.3 Invloed op de sinterkwaliteit
Dezelfde factoren die meespelen bij de productiviteit van de sinterfabriek zijn ook hier van
belang:
• de gebruikte grondstoffen
• de ingestelde productieparameters
• de aanwezige krimpscheuren
4.3.1 De fijnbedding
Om te beginnen kunnen de trends in de beddingsamenstelling (zie figuur 4.3) vegeleken worden
met eventuele trends in de sinterkwaliteit. De enige kwaliteitsparameter die een duidelijke trend
vertoont is de permagnag-waarde op SIN1. Het is met andere woorden niet de fijnbeddingsa-
menstelling die deze trend veroorzaakt.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
23/07/2007 11/09/2007 31/10/2007 20/12/2007 08/02/2008 29/03/2008
datum
pe
rma
gn
ag
(%
)
SIN1 SIN2
Figuur 4.28: De trends in de permagnagwaarden op beide sinterfabrieken
De correlatiecoefficienten verschillen redelijk in teken en grootte tussen beide sinterfabrieken,
maar er zijn wel enkele overeenkomsten terug te vinden. Het kalkpercentage bijvoorbeeld heeft
niet op alle parameters het verwachte bindend effect. De LTB0−0,5-waarde daalt weliswaar bij
toenemend kalkgehalte, maar bij de ISO-test komen er juist meer fijne deeltjes vrij. Ook de
granulometrische verdeling verslechtert: de kleinste fractie vergroot en er zit meer spreiding op
de korrelgroote van de geproduceerde sinter.
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 60
Tabel 4.19: Correlaties tussen de beddingsamenstelling en de sinterkwaliteit
SIN1 LTB0−0,5 ISO0−0,5 G0−5 G40+ P
ψb,Fetot -0,8611 0,6927 0,4771 0,5592 0,2333
ψb,Fe2+ -0,1175 0,1275 0,1634 0,1878 -0,1019
ψb,CaO -0,4419 0,2537 0,4503 0,5020 0,0828
SIN2 LTB0−0,5 ISO0−0,5 G0−5 G40+ P
ψb,Fetot 0,2165 -0,0543 0,0770 0,7370 0,3085
ψb,Fe2+ -0,1519 0,0691 -0,1083 0,4904 0,2013
ψb,CaO -0,2450 0,0627 -0,0208 0,6775 0,2021
4.3.2 De brandstof
De granulometrie van de brandstof heeft slechts een zeer kleine invloed op de sinterkwaliteit,
wat blijkt uit onderstaande correlatiecoefficienten.
Tabel 4.20: Correlaties tussen de brandstofgranulometrie en de sinterkwaliteit
SIN1 LTB0−0,5 ISO0−0,5 G0−5 G40+ P
Ma -0,0486 0,0317 -0,0185 -0,0295 0,2466
Mc 0,1585 -0,1217 0,0481 0,0076 0,0862
SIN2 LTB0−0,5 ISO0−0,5 G0−5 G40+ P
Ma -0,0788 -0,0824 0,0498 -0,0353 0,1021
Mc -0,0510 -0,1022 0,0680 -0,0660 0,0457
Uit de vergelijking van de sinterkwaliteit bij de twee types antraciet in figuur 4.29 kan besloten
worden dat antraciet van type 1 (met een laag gehalte aan vluchtige bestanddelen en zwavel en
een hoog gehalte aan as) sinter van een betere kwaliteit produceert dan antraciet van type 2. De
verschillen zijn echter klein, net als de correlatiecoefficienten, wat het moeilijk maakt besluiten
te trekken.
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 61
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
type 1 type 2 type 1 type 2
type antraciet
LT
B0-0
,5,
ISO
0-0
,5,
G0-5
en
G40+ (
%)
LTB0-0,5 ISO0-0,5 G0-5 G40+
SIN2SIN1
0
10
20
30
40
50
60
type 1 type 2 type 1 type 2
type antraciet
pe
rma
gn
ag
(%
)
permagnag
SIN2SIN1
Figuur 4.29: Gemiddelde sinterkwaliteit per type antraciet
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 62
Tabel 4.21: Correlaties tussen de brandstofanalyses en de sinterkwaliteit
SIN1 LTB0−0,5 ISO0−0,5 G0−5 G40+ P
ψa,vb 0,1182 0,0097 0,1048 -0,0336 0,3278
ψa,as 0,0307 -0,0458 -0,0895 0,0435 -0,1868
ψa,s 0,0505 -0,0102 -0,0143 -0,0618 0,1259
ψc,vb -0,1773 -0,0239 -0,0073 -0,0971 -0,3757
ψc,as -0,1656 -0,0419 0,0049 -0,0231 -0,2402
ψc,s 0,2593 -0,0288 0,0506 0,0955 0,4262
SIN2 LTB0−0,5 ISO0−0,5 G0−5 G40+ P
ψa,vb 0,0263 0,0850 0,0210 -0,0960 -0,0484
ψa,as 0,0622 -0,1019 -0,0310 0,0231 0,1412
ψa,s 0,0360 0,0141 0,0268 -0,0008 0,0506
ψc,vb -0,0982 -0,0064 -0,1461 -0,0057 -0,0259
ψc,as -0,0442 -0,0180 -0,1773 0,0452 -0,0839
ψc,s 0,2254 -0,0725 0,1244 -0,0326 0,0408
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 63
4.3.3 De sinterlading
Uit de vergelijking van de sinterkwaliteit in de piekperiode van het kalkpercentage en erbuiten
blijkt opnieuw (zie 4.2.3) dat de kalk een veel kleinere invloed heeft dan verwacht. Het bindend
effect van de kalk zou ervoor moeten zorgen dat de waarden van LTB0−0,5, ISO0−0,5 en G0−5
dalen, wat niet zo is.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
normaal piek normaal piek
kalkpercentage
LT
B0-0
,5,
ISO
0-0
,5,
G0-5
en
G40+ (
%)
LTB0-0,5 ISO0-0,5 G0-5 G40+
SIN1 SIN2
0
10
20
30
40
50
60
normaal piek normaal piek
kalkpercentage
pe
rma
gn
ag
(%
)
permagnag
SIN1 SIN2
Figuur 4.30: Gemiddelde sinterkwaliteit in en buiten de piekperiode van het kalkpercentage
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 64
Het gehalte poederkalk in de lading heeft wel een duidelijk effect op de sinterkwaliteit. Terwijl
de ISO0−0,5-waarde ongeveer gelijk blijft, dalen alle overige waarden. Er komen minder fijne
deeltjes vrij tijdens de LTB-test en de granulometrische verdeling van de geproduceerde sinter is
ook beter (minder fijne deeltjes en een kleinere spreiding). De kwaliteit van de sinter verbetert
dus merkbaar bij een groter gehalte aan poederkalk. Daarnaast zorgen grotere hoeveelheden
poederkalk ook voor een dalende permagnag-waarde.
Doordat de poederkalk het overtollige vocht in de sinterlading absorbeert en de sinterreacties
bevordert, heeft het een dunner vlamfront tot gevolg. Daardoor worden de temperatuursgra-
dienten voor en na het vlamfront groter en krijgt het hematiet minder tijd om te reduceren tot
magnetiet, waardoor de permagnag-waarde daalt. Er worden echter meer ferraten gevormd, die
de sterkte van de sinter blijven garanderen.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
nee ja nee ja
poederkalk
LT
B0-0
,5,
ISO
0-0
,5,
G0-5
en
G40+ (
%)
LTB0-0,5 ISO0-0,5 G0-5 G40+
SIN1 SIN2
0
10
20
30
40
50
60
nee ja nee ja
poederkalk
pe
rma
gn
ag
(%
)
permagnag
SIN1 SIN2
Figuur 4.31: Gemiddelde sinterkwaliteit met en zonder toevoeging van poederkalk
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 65
De correlatiecoefficienten bevestigen deze bevindingen. Over het algemeen zijn de coefficienten
zeer klein, enkel de permagnag-waarde kent een aantal grote invloeden. Poederkalk heeft een
verlaging tot gevolg, terwijl brandstof een verhoging veroorzaakt. De reden is dat een verhoging
aan brandstof voor een groter warmte-overschot zorgt, waardoor het vlamfront verbreedt.
Tabel 4.22: Correlaties tussen de mengselsamenstelling en de sinterkwaliteit
SIN1 LTB0−0,5 ISO0−0,5 G0−5 G40+ P
φb 0,0656 -0,0282 -0,1744 -0,1056 -0,0111
φbr 0,1417 0,0802 -0,0173 0,1814 0,7197
φf -0,0987 0,0354 0,1732 0,0762 -0,1271
φk 0,1502 -0,0075 0,0580 0,1579 0,5401
φks 0,1743 -0,0238 0,0950 0,1893 0,6020
φkp -0,1911 0,0626 -0,1734 -0,2216 -0,6017
SIN2 LTB0−0,5 ISO0−0,5 G0−5 G40+ P
φb -0,1724 0,0273 -0,0863 -0,1092 -0,2143
φbr -0,0794 -0,0831 0,0193 0,0492 0,4503
φf 0,1963 0,0282 0,0851 0,0780 0,0955
φk 0,0747 -0,1300 0,0266 0,1576 0,2012
φks 0,1345 -0,1562 0,0530 0,2075 0,1891
φkp -0,2854 0,1834 -0,1001 -0,2846 -0,1585
4.3.4 Het vochtgehalte
Het vochtgehalte heeft geen duidelijk effect op de sinterkwaliteit, wat blijkt uit de kleine waarden
voor de correlatiecoefficienten.
Tabel 4.23: Correlaties tussen het vochtgehalte en de sinterkwaliteit
SIN1 LTB0−0,5 ISO0−0,5 G0−5 G40+ P
φv 0,0743 -0,0280 -0,2191 -0,1771 0,0799
SIN2 LTB0−0,5 ISO0−0,5 G0−5 G40+ P
φv 0,0111 0,0497 0,0543 0,0022 0,1998
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 66
4.3.5 De laaghoogte
Uit de correlatiecoefficienten in tabel 4.24 blijkt dat een stijgende laaghoogte zorgt voor meer stof
bij de ISO-test en de LTB-test, een betere granulometrieverdeling en een kleinere permagnag-
waarde. In figuur 4.32 is echter nauwelijks een effect merkbaar.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
350 400 430 450 500 550
laaghoogte (mm)
LT
B0-0
,5,
ISO
0-0
,5,
G0-5
en
G40+ (
%)
LTB0-0,5 ISO0-0,5 G0-5 G40+
SIN1 SIN2
0
10
20
30
40
50
60
70
350 400 430 450 500 550
laaghoogte (mm)
pe
rma
gn
ag
(%
)
permagnag
SIN1 SIN2
Figuur 4.32: Gemiddelde sinterkwaliteit voor de verschillende laaghoogtes
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 67
Tabel 4.24: Correlaties tussen de laaghoogte en de sinterkwaliteit
SIN1 LTB0−0,5 ISO0−0,5 G0−5 G40+ P
H -0,0179 0,0261 -0,0816 -0,0125 -0,3422
SIN2 LTB0−0,5 ISO0−0,5 G0−5 G40+ P
H 0,1409 0,1855 -0,1335 0,0047 -0,1509
4.3.6 De verticale staven
Figuur 4.33 toont geen significante veranderingen in sinterkwaliteit tussen de verschillende staaf-
dieptes. Enkel de permagnag-waarde wijzigt, maar toont geen eenduidig verband. Dit wordt
bevestigd door de correlatiecoefficienten.
Tabel 4.25: Correlaties tussen de diepte van de verticale staven en de sinterkwaliteit
SIN2 LTB0−0,5 ISO0−0,5 G0−5 G40+ P
zvs 0,0029 -0,0672 0,0823 0,0443 -0,0289
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 68
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 175 225
diepte verticale staven (mm)
LT
B0-0
,5,
ISO
0-0
,5,
G0-5
en
G40+ (
%)
LTB0-0,5 ISO0-0,5 G0-5 G40+
53.4
53.6
53.8
54
54.2
54.4
54.6
54.8
55
55.2
55.4
0 175 225
diepte verticale staven (mm)
pe
rma
gn
ag
(%
)
permagnag
Figuur 4.33: Gemiddelde sinterkwaliteit voor de verschillende dieptes van de verticale staven
4.3.7 De ontsteking
Een goede ontsteking zorgt voor een snelle start van het verbrandingsproces en een dun vlam-
front, waardoor er meer ferraten en minder magnetiet gevormd worden. Dit verklaart de betere
granulometrie en de lagere permagnag-waarde bij hogere oventemperaturen. De LTB-waarde en
de ISO-waarde vertonen echter geen veranderingen.
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 69
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
1100 1150 1150 1200 1250 1300
oventemperatuur (°C)
LT
B0-0
,5,
ISO
0-0
,5,
G0-5
en
G40+
(%
)
LTB0-0,5 ISO0-0,5 G0-5 G40+
SIN1 SIN2
0
10
20
30
40
50
60
70
1100 1150 1150 1200 1250 1300
oventemperatuur (°C)
pe
rma
gn
ag
(%
)
permagnag
SIN1 SIN2
Figuur 4.34: Gemiddelde sinterkwaliteit bij de verschillende oventemperaturen
Tabel 4.26: Correlaties tussen de ontsteking en de sinterkwaliteit
SIN1 LTB0−0,5 ISO0−0,5 G0−5 G40+ P
To -0,2375 0,0247 -0,1256 -0,2093 -0,6993
SIN2 LTB0−0,5 ISO0−0,5 G0−5 G40+ P
To 0,1257 0,0953 -0,0247 -0,4365 -0,0893
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 70
4.3.8 De krimpscheuren
Er is al gebleken dat de sinterscheuren een positieve invloed hebben op de productiviteit. Als
nu zou blijken dat de kwaliteit van de sinter niet onder de scheuren lijdt, betekent dit dat de
scheuren zeker niet vermeden moeten worden, zelfs bevorderd.
Zoals al geweten is, hebben de krimpscheuren en de verticale staven een soortgelijk effect. De
correlatiecoefficienten zijn hier dan ook aan de lage kant. De scheuren spelen dus geen grote
rol in de sinterkwaliteit. Op het eerste gezicht is het dus niet nodig de krimpscheuren tegen te
gaan. Meer gedetailleerde besluiten moeten blijken uit de regressies.
Tabel 4.27: Correlaties tussen de krimpscheuren en de sinterkwaliteit
SIN1 LTB0−0,5 ISO0−0,5 G0−5 G40+ P
bc -0,0439 -0,0798 0,0494 -0,1453 -0,1402
lc,rel -0,0820 0,1679 -0,0256 0,0588 0,0876
Ac,rel -0,1170 0,1201 0,0076 -0,0388 0,0092
SIN2 LTB0−0,5 ISO0−0,5 G0−5 G40+ P
bc 0,0163 -0,0424 -0,0416 0,0069 -0,1590
lc,rel -0,1493 0,1027 0,1330 -0,1695 0,0528
Ac,rel -0,1234 0,0735 0,0981 -0,1535 -0,0159
HOOFDSTUK 4. CORRELATIES 71
4.4 Samenvatting
Een aantal trends waren zichtbaar in de onderzochte gegevens, waarvan de meeste verklaard
konden worden aan de hand van het procesverloop of toevalligheden in de ingestelde parameters.
De krimpscheuren worden vooral beınvloed door de ladingsamenstelling, de laaghoogte en de
verticale staven. Ze hebben een positief effect op de productiviteit, doordat ze het vlamfront
gemakkelijker door de lading laten trekken. Op de sinterkwaliteit hebben ze op het eerste gezicht
geen grote invloed, wat zou betekenen dat het nuttig is de krimpscheuren te bevorderen. Een
regressie van de onderzochte grootheden moet dit bevestigen.
Hoofdstuk 5
Regressies
Nu we een beeld hebben van de invloeden van alle parameters op de scheurvorming, de pro-
ductiviteit en de sinterkwaliteit, is het mogelijk een aantal numerieke verbanden op te stellen,
waarin de meest invloedrijke parameters bevat zitten. Aan de hand van deze verbanden is het
dan mogelijk de proceswijzigingen te voorspellen, bij wijziging van bepaalde parameters.
5.1 De krimpscheuren
Van een aantal parameters is de invloed op de scheurvorming bekend:
• het percentage kalk (φk)
• het percentage brandstof (φbr)
• de laaghoogte (H)
• de diepte van de verticale staven bij SIN2 (zvs)
Aan de hand van deze parameters kan een lineair model voor de scheurafmetingen opgesteld
worden van de vorm:
gi = c0 +∑
ci,j .pj (5.1)
met gi grootheid i en pj parameter j.
72
HOOFDSTUK 5. REGRESSIES 73
Aangezien de relatieve scheuroppervlakte evenredig is met het product van de gemiddeld scheur-
breedte en de relatieve scheurlengte, is het voldoende een model voor bc en lc,rel op te stellen.
Het resultaat van de meervoudige regressie is weergegeven in tabel 5.1. Dezelfde effecten als in
het vorige hoofdstuk zijn waar te nemen:
• meer kalk zorgt voor bredere, maar kortere scheuren
• toevoegen van brandstof heeft net het omgekeerde effect
• een grotere laaghoogte vermindert de scheuren
Tabel 5.1: Coefficienten ci,j van de regressie van de scheurafmetingen
SIN1 SIN2
gi bc lc,rel bc lc,rel
c0 0,1044 m 2,2969 0,0322 m 2,0105
ci,φk0,0740 m -23,9252 0,1438 m -47,4525
ci,φbr0,6902 m 69,5070 0,1950 m 169,4466
ci,H -0,1424 -1,1716 1m -0,0083 -5,6574 1
m
ci,zvs 0 0 0,0122 6,7632 1m
Met de opgestelde formules kunnen de scheurafmetingen voorspeld worden bij wijzigingen van
de ingerekende parameters. Hiervoor is het wel belangrijk te weten hoe nauwkeurig het model is.
Op figuren 5.1 en 5.2 is te zien dat alle punten rond de bissectrice liggen, maar dat er een redelijk
grote spreiding is. Dit is enerzijds te wijten aan de grote spreidingen op de scheurgegevens, maar
anderzijds ook aan het beperkte aantal invloedsfactoren dat in rekening is gebracht.
HOOFDSTUK 5. REGRESSIES 74
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
0.045
0.05
0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05
verzamelde gegevens (m)
reg
ressie
(m
)
SIN1 SIN2
Figuur 5.1: Verificatie van het model voor bc
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 2 4 6 8 10 12
verzamelde gegevens (-)
reg
ressie
(-)
SIN1 SIN2
Figuur 5.2: Verificatie van het model voor lc,rel
HOOFDSTUK 5. REGRESSIES 75
5.2 De productiviteit
Voor de productiviteit kunnen we op dezelfde manier een lineair model opstellen. De bekende
invloedsparameters zijn:
• de laaghoogte (H)
• de diepte van de verticale staven bij SIN2 (zvs)
• het percentage poederkalk (φkp)
Aangezien we een wiskundig model willen opstellen dat met een redelijke nauwkeurigheid de
scheurvorming kan voorspellen, is het best enkele andere parameters ook in rekening te nemen.
Bij de krimpscheuren was dit niet mogelijk, doordat de grote spreidingen op de scheurgegevens
voor een vertekend beeld zouden zorgen.
Voor de selectie van de bijkomende parameters kan beroep gedaan worden op de correlatie-
coefficienten uit het vorige hoofdstuk. Daarnaast kan via een enkelvoudige lineaire regressie
voor elke parameter de richtingscoefficient van de regressielijn berekend worden, die ook een
beeld geeft van de invloed op de scheurafmetingen. Zo worden volgende parameters bekomen:
• het zwavelgehalte van de antraciet (ψa,S)
• het zwavelgehalte van de cokes (ψc,S)
Hoewel de krimpscheuren volgens hoofdstuk 4 een positief effect hebben op de productiviteit,
blijkt dit effect klein ten opzichte van de overige invloeden. Het resultaat van de regressie staat
in tabellen 5.2 en 5.3.
Bij de eerste poging werden alle vermelde parameters meegerekend. Een aantal van de berekende
coefficienten heeft het verwachte teken:
• meer poederkalk zorgt voor een hogere productiviteit
• een hoger zwavelgehalte in de cokes geeft een lagere productiviteit
• een hoger zwavelgehalte in de antraciet geeft een lagere productiviteit op SIN2
• het gebruik van de verticale staven vergroot de productiecapaciteit
HOOFDSTUK 5. REGRESSIES 76
De andere coefficienten komen echter niet overeen met de eerdere bevindingen:
• een grotere laaghoogte verhoogt de productiviteit in de werkelijkheid, wat niet blijkt uit
de coefficienten
• een hoger zwavelgehalte in de antraciet heeft op SIN1 niet hetzelfde effect als op SIN2 en
de waarden komen ook niet overeen met de waarden voor de zwavelgehaltes van de cokes.
De invloed van deze parameters wordt verkeerd ingeschat door de wisselwerking met de vele
andere invloedsfactoren in het sinterproces. Het is dan ook beter deze parameters weg te laten
uit de berekeningen, wat bij de tweede poging is gebeurd.
Tabel 5.2: Coefficienten ci,j van de regressie van de productiviteit voor SIN1
SIN1
poging 1 poging 2
gi vvf mu vvf mu
c0 0,2974 mms 273,27 t
h 0,2911 mms 221,25 t
h
ci,H 4,88.10−5 1s -76,59 t
h.m 0 0
ci,φkp3,2765 mm
s 3284,43 th 5,7419 mm
s 5196,70 th
ci,ψa,S0,3521 mm
s -232,64 th 0 0
ci,ψc,S-1,4464 mm
s -36,78 th -1,2885 mm
s -139,27 th
Tabel 5.3: Coefficienten ci,j van de regressie van de productiviteit voor SIN2
SIN2
poging 1 poging 2
gi vvf mu vvf mu
c0 0,3478 mms 826,31 t
h 0,2435 mms 551,35 t
h
ci,H -1,81.10−4 1s -1,81.10−4 t
h.m 0 0
ci,zvs 1,40.10−4 1s 297,43 t
h.m 1,50.10−4 1s 321,85 t
h.m
ci,φkp3,2154 mm
s 7000,49 th 2,8268 mm
s 5702,55 th
ci,ψa,S-1,0095 mm
s -3748,99 th -2,8513 mm
s -8702,48 th
ci,ψc,S-3,7428 mm
s -3425,74 th -2,7176 mm
s -663,02 th
HOOFDSTUK 5. REGRESSIES 77
Uit figuren 5.3 en 5.4 blijkt dat het model voor de productiviteit veel nauwkeuriger is dan het
model voor de scheurafmetingen. Dit is waarschijnlijk te wijten aan de grote spreidingen op de
scheurafmetingen.
0.00017
0.00019
0.00021
0.00023
0.00025
0.00027
0.00029
0.00031
0.00033
0.00035
0.00017 0.00019 0.00021 0.00023 0.00025 0.00027 0.00029 0.00031 0.00033 0.00035
verzamelde gegevens (m/s)
reg
ressie
(m
/s)
SIN1 SIN2
Figuur 5.3: Verificatie van het model voor vvf
150
250
350
450
550
650
750
150 250 350 450 550 650 750
verzamelde gegevens (t/h)
reg
ressie
(t/
h)
SIN1 SIN2
Figuur 5.4: Verificatie van het model voor mu
HOOFDSTUK 5. REGRESSIES 78
5.3 De sinterkwaliteit
Tenslotte kunnen we een analoog model opstellen voor de verschillende aspecten van de sinter-
kwaliteit. Hier is de analyse echter iets complexer, doordat voor elke grootheid andere invloeden
overwegen. De berekende coefficienten zijn meteen weergegeven in tabellen 5.4 en 5.5. Figuren
5.5 t.e.m. 5.9 tonen de nauwkeurigheid van de opgestelde modellen, die goed is voor de LTB-
en de permagnag-waarde, maar minder goed voor de overige kwaliteitsparameters.
Tabel 5.4: Coefficienten ci,j van de regressie van de sinterkwaliteit voor SIN1
SIN1
gi LTB0−0,5 ISO0−0,5 G0−5 G40+ P
c0 0,2135 0,0977 0,0674 0,0324 -0,3290
ci,φbr0 0 0 0 19,1700
ci,φkp-0,1197 -0,0617 0 -2,8743 0
ci,H 0 0 -0,1631 1m 0 0
ci,To -1,80.10−4 1◦C -7,95.10−5 1
◦C 0 0 0
ci,ψa,vb0 0 0,0177 0,1279 0
ci,ψa,as 0,8221 0,2089 -0,0198 0,9808 0
ci,ψa,S16,5066 2,1366 7,9336 8,3090 0
ci,ψc,vb2,3573 -0,1836 0 0 0
ci,ψc,as -0,0189 0,1998 0 0 0
ci,ψb,Fetot0 0 0 0 -0,0524
ci,ψb,Al2O30 0 0 0 7,5667
HOOFDSTUK 5. REGRESSIES 79
Tabel 5.5: Coefficienten ci,j van de regressie van de sinterkwaliteit voor SIN2
SIN2
gi LTB0−0,5 ISO0−0,5 G0−5 G40+ P
c0 0,0820 0,0452 0,0358 0,0095 -0,0236
ci,φbr0 0 0 0 13,2672
ci,φkp-2,9129 -0,4016 0 0,4163 0
ci,H 0 0 -0,0560 1m 0 0
ci,To -4,47.10−5 1◦C -3,02.10−5 1
◦C 0 0 0
ci,ψa,vb0 0 0,1010 0,0543 0
ci,ψa,as 0,5418 0,1918 0,2430 0,8295 0
ci,ψa,S17,1907 6,5517 3,7594 20,1609 0
ci,ψc,vb0,1920 0,1155 0 0 0
ci,ψc,as 0,3041 0,0987 0 0 0
ci,ψb,Fetot0 0 0 0 0,0021
ci,ψb,Al2O30 0 0 0 4,6245
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
12 13 14 15 16 17 18 19 20
verzamelde gegevens (%)
reg
ressie
(%
)
SIN1 SIN2
Figuur 5.5: Verificatie van het model voor LTB0−0,5
HOOFDSTUK 5. REGRESSIES 80
5
5.2
5.4
5.6
5.8
6
6.2
6.4
6.6
5 5.2 5.4 5.6 5.8 6 6.2 6.4 6.6
verzamelde gegevens (%)
reg
ressie
(%
)
SIN1 SIN2
Figuur 5.6: Verificatie van het model voor ISO0−0,5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
verzamelde gegevens (%)
reg
ressie
(%
)
SIN1 SIN2
Figuur 5.7: Verificatie van het model voor G0−5
HOOFDSTUK 5. REGRESSIES 81
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25
verzamelde gegevens (%)
reg
ressie
(%
)
SIN1 SIN2
Figuur 5.8: Verificatie van het model voor G40+
20
30
40
50
60
70
80
20 30 40 50 60 70 80
verzamelde gegevens (%)
reg
ressie
(%
)
SIN1 SIN2
Figuur 5.9: Verificatie van het model voor P
HOOFDSTUK 5. REGRESSIES 82
5.4 Uitbreidingen
Zoals al werd vermeld, is het mogelijk meer parameters in de berekeningen op te nemen dan hier
is gebeurd. Daarvoor moeten echter meer gegevens beschikbaar zijn om geen foute conclusies te
trekken. In deze studie zijn enkel de belangrijkste parameters besproken, maar zelfs hier bleek
al meermaals dat de gevonden resultaten niet overeenkwamen met de werkelijkheid.
Met de verbanden die in dit hoofdstuk werden opgesteld is het mogelijk de werking van de
sinterfabriek te voorspellen bij variaties in de verschillende productieparameters. De nauwkeu-
righeid laat bij sommige modellen echter te wensen over. Een mogelijkheid om dit op te vangen
is gebruik te maken van een adaptief voorspellingsmodel [8], dat door het opvolgen van de pro-
cesgegevens op langere termijn andere verbanden kan blootleggen en nauwkeurigere resultaten
kan bereiken.
Hoofdstuk 6
Doorlaatbaarheid van de sinterkoek
De vorming van krimpscheuren heeft intuıtief een bepalende invloed op de doorlaatbaarheid
van de sinterkoek. Op de plaatsen waar de scheuren optreden zal de stromingsweerstand door
de sinterlading lager liggen dan op de rest van het oppervlak. Met andere woorden, een deel
van de verbrandingslucht zal langs de scheuren weglekken in plaats van deel te nemen aan
het verbrandingsproces. Om eenzelfde kwaliteit van sinter te kunnen garanderen, zullen de
bakventilatoren dus een groter debiet moeten leveren, wat ook een groter vermogen betekent.
6.1 Regeling van de bakventilatoren
De invloed van de krimpscheuren op de doorlaatbaarheid is het best te zien aan de verschuiving
van het werkingspunt van de bakventilatoren. Dit is het snijpunt van de ventilatorkarakteristiek
en de ladingskarakteristiek van de sinterketting (zie figuur 6.1).
In normale bedrijfsomstandigheden verandert de helling van de ladingskarakteristiek naargelang
de doorlaatbaarheid van de sinterlading. Een slechtere doorlaatbaarheid zorgt er dus voor dat
het werkingspunt omhoog verschuift langs de ventilatorkarakteristiek. Daarnaast zijn de venti-
latoren uitgerust met kleppen aan de ingang, die automatisch worden gesloten als de maximaal
toegelaten onderdruk bereikt wordt. Deze begrenzing is in de regeling van de ventilator inge-
bouwd om implosie van de elektrofilter te voorkomen, maar wordt normaal enkel in speciale
gevallen bereikt. Figuur 6.2 vat de regeling samen aan de hand van de karakteristieken.
Aangezien de krimpscheuren zorgen voor een verbeterde doorlaatbaarheid, zullen ze er niet voor
zorgen dat de kleppen moeten sluiten. Voor deze studie is het dus voldoende de werkingspunten
met volledig open kleppen te beschouwen.
83
HOOFDSTUK 6. DOORLAATBAARHEID VAN DE SINTERKOEK 84
Q
∆p
Q
∆p
Q
∆p
ventilator-
karakteristiek
ladings-
karakteristiek
werkingspunt
Figuur 6.1: Het werkingspunt van de bakventilator als snijpunt van de ventilator- en de ladings-
karakteristiek
Q
∆p
∆pmax
verminderde
doorlaatbaarheid
sluiten van
kleppen
Figuur 6.2: Regeling van de bakventilatoren
Het is ook belangrijk op te merken dat SIN2 beschikt over twee bakventilatoren. Normaal
gezien werken beide ventilatoren in parallel, maar als een kleiner debiet gewenst is, kan een van
de ventilatoren uitgeschakeld worden. Ook deze werkingspunten kunnen, gezien het beperkte
voorkomen, achterwege gelaten worden in deze studie.
HOOFDSTUK 6. DOORLAATBAARHEID VAN DE SINTERKOEK 85
6.2 Doorlaatbaarheid
Aangezien de sinterlading een poreuze laag is, kan voor het bepalen van de doorlaatbaarheid de
wet van Ergun gebruikt worden. Deze wet geeft het verband tussen de drukval over een poreus
medium en het debiet dat erdoor stroomt, in functie van de porositeit van het materiaal en de
viscositeit van het fluıdum [9]. Vereenvoudigd ziet de wet er als volgt uit:
∆p = c1.Q.H + c2.Q2.H (6.1)
Voor kleine Reynolds-getallen herleid dit zich tot de lineaire wet van Darcy:
∆p =µ.Q.H
κ.A(6.2)
waarin µ de dynamische viscositeit (Pa.s) van het fluıdum voorstelt, A de oppervlakte van het
sinterbed (m2) en κ de Darcy-permeabiliteit (eenheid darcy, 1D = 0, 9869µm2).
Daar de stroming doorheen de sinterlading in het turbulente gebied komt, kan de wet van Darcy
echter niet gebruikt worden. De wet van Ergun mag ook niet letterlijk toegepast worden, omdat
er een verbrandingsproces doorgaat in het poreus medium. Om dit op te lossen rekent men in de
praktijk met JPU (Japanese Permeablity Units) of BPU (British Permeability Units) [10, 11],
naargelang de gebruikte eenheden. Beiden worden berekend als:
Q
A.
(H
∆p
)0,6
(6.3)
In deze studie is het minder belangrijk exacte getalwaarden te kunnen kleven op de permeabi-
liteit, maar wel een algemeen beeld van de invloed van de krimpscheuren te krijgen. Daarom
volstaat het hier enkel de drukval ∆p en het debiet Q te beschouwen en de werkingspunten op
de ventilatorkarakteristieken te bestuderen.
HOOFDSTUK 6. DOORLAATBAARHEID VAN DE SINTERKOEK 86
6.3 De ventilatorkarakteristieken
De eerste stap is natuurlijk het bepalen van de karakteristieken van de bakventilatoren. Deze
zijn door de leverancier opgemeten bij de levering en zijn op papier beschikbaar (zie appendix
A). Om deze verder te kunnen verwerken is het best het wiskundig verband te bepalen tussen het
debiet en de onderdruk. Hiervoor werden de karakteristieken in hun werkingsgebieden benaderd
door middel van derdegraads veeltermen. Voor SIN1 wordt de ventilatorkarakteristiek:
∆p = (870 + 5, 27s
m3.Q− 0, 0181
s2
m6.Q2 + 1, 52.10−6 s3
m9.Q3) mmWK (6.4)
en voor SIN2:
∆p = (3257 + 5, 00s
m3.Q− 0, 0169
s2
m6.Q2 − 1, 05.10−6 s3
m9.Q3) mmWK (6.5)
met ∆p de verwezenlijkte onderdruk in mmWK en Q het debiet in m3/s. Bij SIN2 is het debiet
dubbel zo groot als in de appendix te zien is, aangezien er twee ventilatoren in parallel werken.
Om deze vergelijkingen te kunnen gebruiken, moeten ze nog omgerekend worden naar de eenhe-
den die in de database gebruikt worden, namelijk mbar en Nm3/h. De omzetting van mmWK
naar mbar gaat zeer eenvoudig volgens:
∆p(mmWK) = ∆p(mbar) 10, 0981
mbar
mmWK(6.6)
De omzetting van m3/s naar Nm3/h vergt echter iets meer rekenwerk doordat de temperatuur
aan de ingang van de ventilator tussenkomt. Hiervoor geldt onderstaand verband.
Q(m3/s) =T.1013, 25 mbar
298 K.(1013, 25 mbar −∆p)Q(Nm3/h) 1
3600 s/h(6.7)
HOOFDSTUK 6. DOORLAATBAARHEID VAN DE SINTERKOEK 87
6.4 Invloed van de krimpscheuren
Om de invloed van de scheuren op de doorlaatbaarheid van de sinterlading te onderzoeken is het
best alle gegevens uit de database om te rekenen naar een vaste referentie-ingangstemperatuur.
Een temperatuur die hiervoor handig is, is de ingangstemperatuur Tkar waarbij de karakteristiek
is opgemeten (428 K voor SIN1 en 423 K voor SIN2). Dit is voor beide sinterfabrieken gedaan en
weergegeven in onderstaande figuren. De werkingspunten van SIN1 liggen redelijk dicht bij de
theoretische karakteristiek. Bij SIN2 is er een groter verschil merkbaar, wat door drie factoren
wordt veroorzaakt:
• de karakteristiek is opgesteld in laboratoriumomstandigheden, wat een vertekend beeld
geeft;
• de slijtage aan de ventilatoren heeft een sterke invloed op de karakteristiek;
• de debietsmeting heeft een beperkte nauwkeurigheid (±10%).
75
85
95
105
115
125
135
550000 650000 750000 850000 950000 1050000 1150000
debiet (m³/h)
on
de
rdru
k (
mb
ar)
karakteristiek werkingspunten
Figuur 6.3: Ventilatorkarakteristiek en werkingsgebied van SIN1
HOOFDSTUK 6. DOORLAATBAARHEID VAN DE SINTERKOEK 88
95
105
115
125
135
145
155
165
175
185
1200000 1700000 2200000 2700000
debiet (m³/h)
on
de
rdru
k (
mb
ar)
karakteristiek werkingspunten
Figuur 6.4: Ventilatorkarakteristiek en werkingsgebied van SIN2
Om tenslotte de invloed van de scheuren te begroten moeten de correlaties tussen de scheuraf-
metingen en de doorlaatbaarheid bekeken worden. Op SIN1 is er geen effect merkbaar, maar
op SIN2 is er wel een duidelijk positief verband. De regressielijnen voor SIN2 hebben volgende
vergelijkingen:
Q = 1705119 m2/h.bc + 1657510 m3/h (6.8)
Q = 984151 m3/h.lc,rel + 6161 m3/h (6.9)
Als we deze regressielijnen verlengen tot de verticale assen en we veronderstellen dat de invloed
van de krimpscheuren lineair is, bekomen we het debiet dat door de sinterlading zou stromen
bij gebrek aan scheuren:
Q0 ≈ 1653130 m3/h (6.10)
Gezien het gemiddelde debiet van ±1701558 m3/h, betekent dit dat het lekdebiet door de scheu-
ren gemiddeld zo’n 3% van het totale rookgasdebiet bedraagt.
Dit ligt redelijk laag, maar is wel realistisch. Het grootste deel van het totale lekdebiet wordt na-
melijk aangezogen door spleten in de windkasten, elektrofilter, . . . Aangezien al die spleten samen
een grotere oppervlakte hebben als de krimpscheuren, is het logisch dat slechts een fractie van
het lekdebiet door de scheuren wordt veroorzaakt. Het totale lekdebiet wordt voor SIN2 geschat
op ±25% [5], waarvan het lekdebiet door de scheuren dus ongeveer een achtste bedraagt. Het
HOOFDSTUK 6. DOORLAATBAARHEID VAN DE SINTERKOEK 89
totale lekdebiet voor SIN1 wordt geschat op ±30%, waarvan de krimpscheuren geen merkbaar
deel uitmaken.
600000
650000
700000
750000
800000
850000
900000
0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05
bc (m)
de
bie
t (m
³/h
)
600000
650000
700000
750000
800000
850000
900000
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
lc,rel (-)
de
bie
t (m
³/h
)
Figuur 6.5: Invloed van bc en lc,rel op de doorlaatbaarheid op SIN1
HOOFDSTUK 6. DOORLAATBAARHEID VAN DE SINTERKOEK 90
1000000
1200000
1400000
1600000
1800000
2000000
2200000
2400000
0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05
bc (m)
de
bie
t (m
³/h
)
1000000
1200000
1400000
1600000
1800000
2000000
2200000
2400000
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
lc,rel (-)
de
bie
t (m
³/h
)
Figuur 6.6: Invloed van bc en lc,rel op de doorlaatbaarheid op SIN2
Wat nog als een nadelig effect kan gezien worden, is dat het grotere debiet dat de scheuren
veroorzaken, ook een groter vermogen eist. Dit is echter te verwaarlozen, aangezien het totale
werkingsgebied zich beperkt tot een kleine zone rond het ontwerppunt van de ventilatoren.
Hoofdstuk 7
Besluit
Voor deze studie zijn de gegevens van de twee sinterfabrieken van ArcelorMittal Gent onderzocht
over een periode van 10 maanden. De nadruk lag hierbij vooral op de factoren die de vorming
van krimpscheuren in de sinterkoek beınvloeden. Daarnaast werd ook aandacht besteed aan
de invloed van deze factoren op de productiviteit van de sinterfabrieken en de kwaliteit van de
geproduceerde sinter.
Een basisinzicht in de verschillende processen, die doorgaan voor, tijdens en na het sinteren, is
al voldoende om de meeste waarneembare effecten te kunnen verklaren. Er zijn echter enorm
veel factoren die een rol spelen, waarvan sommige moeilijk of niet zijn op te volgen, zoals bij-
voorbeeld de exacte plaats en afmetingen van het vlamfront. Deze studie is dan ook zeker niet
volledig, maar geeft wel een goed beeld van de belangrijkste invloeden.
Uit de resultaten blijkt dat de krimpscheuren vooral het resultaat zijn van de verdichting ten
gevolge van het sinteren en minder door het verdampen van de vochtinhoud van het mengsel.
Een verhoging van de laaghoogte heeft een vermindering van de krimpscheuren tot gevolg, net
als een groter gehalte kalksteen in het sintermengsel. Het verhogen van het brandstofgehalte
zorgt dan weer voor een toename van de scheuren.
De krimpscheuren hebben een positief effect op de productiecapaciteit, doordat ze in de bovenste
laag het voortschrijden van het vlamfront vergemakkelijken. Andere factoren die de productivi-
teit verbeteren, zijn het gehalte kalkpoeder en het gebruik van de verticale staven.
De sinterkwaliteit is per definitie de mate waarin de geproduceerde sinter geschikt is om ingezet
te worden in de hoogovens. De belangrijkste parameters om dit op te volgen zijn de warmsterk-
te (LTB-test) en de koudsterkte (ISO-test). Deze waarden kunnen worden verbeterd worden
91
HOOFDSTUK 7. BESLUIT 92
door poederkalk aan het sintermengsel toe te voegen en een goede ontsteking van de lading te
garanderen. Onzuiverheden in de brandstof (vluchtige bestanddelen, as en zwavel) hebben een
negatieve invloed op de kwaliteit. De invloed van de krimpscheuren op de sinterkwaliteit is
gering, er is echter wel een positieve invloed op de warmsterkte merkbaar, terwijl de koudsterkte
negatief beınvloed wordt.
Een laatste effect van de krimpscheuren is het lokaal beter doorlaatbaar maken van de sinter-
koek, waardoor een deel van de verbrandingslucht weglekt. Dit effect blijkt echter geen negatief
effect te hebben op het sinterproces, het bevordert zelfs de warmtewisseling tussen de verschil-
lende lagen. De bakventilatoren, die instaan voor het drukverschil over de sinterketting, moeten
door de betere doorlaatbaarheid wel een groter debiet leveren. De lek door de krimpscheuren is
echter te verwaarlozen ten opzichte van de lek die optreedt in de windkasten, de leidingen en de
elektrofilter.
Als besluit van het onderzoek kan gesteld worden dat er geen inspanningen moeten worden ge-
daan om de krimpscheuren te vermijden. In het geval dat het effect op de koudsterkte te groot
zou zijn, kan het wel nuttig zijn actie te ondernemen om de scheurafmetingen te verkleinen,
waarbij de resultaten van deze studie een hulp kunnen zijn.
Wegens de vele invloedsfactoren was het in deze relatief korte periode niet mogelijk alle effecten
op het sinterproces te onderzoeken. De invloed van het vochtgehalte van de sinterlading was
bijvoorbeeld niet ondubbelzinnig vast te stellen door de wisselwerking met de overige parame-
ters. Indien gewenst kunnen andere verbanden ook worden blootgelegd door de verschillende
parameters continu op te volgen over een langere periode.
Bijlage A
Ventilatorkarakteristieken
93
BIJLAGE A. VENTILATORKARAKTERISTIEKEN 94
SIN1
BIJLAGE A. VENTILATORKARAKTERISTIEKEN 95
SIN2
Bibliografie
[1] Gabriel Dauwels, Andre de Sloover, Raymond Fournelle en Johan Schelstraete, Cursus
siderurgie 2de jaar: Sinterfabriek, ArcelorMittal Gent, 2000
[2] Ken Van Avermaet, Ontwikkeling van een scheurdetectiesysteem bij het sinteren, Stagever-
slag ArcelorMittal Gent, 2007
[3] Thomas J. Ahrens, Rock Physics and Phase Relations: A Handbook of Physical Constants,
AGU Book Board, 1995
[4] Kenichi Higuchi, Takashi Orimoto, Fumio Koizumi, Hiroyuki Furuta, Yasushi Takamoto,
Takehiko Sato en Kazuyuki Shinagawa, Quality Improvement of Sintered Ore in Relation
to Blast Furnace Operation, Technical report Nippon Steel, 2006
[5] Filip Stas, Gabriel Dauwels en Johan Schelstraete, Cursus siderurgie 3de jaar: Sinterfabriek,
ArcelorMittal Gent, 2006
[6] Kenichi Higuchi, Takuya Kawaguchi, Masanori Kobayashi, Yohzoh Hosotani, Keiichi Na-
kamura, Koichi Iwamoto en Masami Fujimoto, Improvement of Productivity by Stand-
support Sintering in Commercial Sintering Machines, ISIJ International, 40, 12, 2000,
1188–1194
[7] Luc Bonte, Roland Sergeant, Alain Daelman, Gabriel Dauwels en Katleen Huysse, Influ-
ence of the coke and burden quality on the productivity of the blast furnace, Revue de
Metallurgie, 102, 6, 2005, S5–S10
[8] Rafael Barea, Javier Mochon, Cores Alesandro en Ramon D. Martın, Fuzzy control of
Micum Strength for Iron Ore Sinter, ISIJ International, 46, 5, 2006, 687–693
[9] E. P. Wonchala en J. R. Wynnyckyj, Nonisothermal flow of gases through packed beds,
Metallurgical and Materials Transactions B, 18, 1, 1987, 279–280
[10] Jasbir Khosa en James Manuel, Predicting Granulating Behaviour of Iron Ores Based on
Size Distribution and Composition, ISIJ International, 47, 7, 2007, 965–972
96
BIBLIOGRAFIE 97
[11] C. E. Loo en M. F. Hutchens2, Quantifying the Resistance to Airflow during Iron Ore
Sintering, ISIJ International, 43, 5, 2003, 630–636
Lijst van figuren
1.1 Positie van de sinterfabrieken in het productieproces van staal . . . . . . . . . . . 3
1.2 Opbouw van de sinterinstallaties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3 Gewichtsverhoudingen van de materiaalstromen binnen de sinterfabrieken . . . . 7
1.4 Micropelletisatie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.5 Scheuren in de sinterkoek op SIN1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.1 Temperatuursverloop tijdens het bakproces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2 Dosering van het sintermengsel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3 Proefondervindelijk vastgestelde segregatieverschijnselen . . . . . . . . . . . . . . 13
3.1 Het effect van een slechte ontsteking op het sinterproces . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2 Spreidingsintervallen scheurgegevens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.1 Te onderzoeken verbanden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.2 Verwaarloosbare componenten in de fijnbedding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.3 Varierende componenten in de fijnbedding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.4 De trends in de scheurafmetingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.5 De twee types antraciet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.6 Gemiddelde scheurafmetingen per type antraciet . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.7 De constant blijvende percentages bedding, brandstof en fijnsinter . . . . . . . . 39
4.8 De trends in het kalkpercentage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.9 Gemiddelde scheurafmetingen in en buiten de piekperiode in het kalkpercentage . 40
4.10 Gemiddelde scheurafmetingen met en zonder toevoeging van poederkalk . . . . . 41
4.11 De trends in het vochtgehalte op beide sinterfabrieken . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.12 Het vochtgehalte van de sinterlading in functie van het vochtgehalte . . . . . . . 43
4.13 De relatieve scheuroppervlakte in functie van het vochtgehalte . . . . . . . . . . . 43
4.14 Gemiddelde scheurafmetingen voor de verschillende laaghoogtes . . . . . . . . . . 44
4.15 Gemiddelde scheurafmetingen voor de verschillende dieptes van de verticale staven 45
98
LIJST VAN FIGUREN 99
4.16 Krimpscheuren ontstaan in de groeven van de verticale staven . . . . . . . . . . . 46
4.17 Gemiddelde scheurafmetingen bij de verschillende oventemperaturen . . . . . . . 47
4.18 De trends in de snelheid van het vlamfront . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.19 De trends in de uurproductie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.20 Gemiddelde productiviteit per type antraciet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.21 Gemiddelde productiviteit in en buiten de piekperiode van het kalkpercentage . . 52
4.22 Gemiddelde productiviteit met en zonder toevoeging van poederkalk . . . . . . . 53
4.23 De trends in de percentages fijnsinter op beide sinterfabrieken . . . . . . . . . . . 54
4.24 Gemiddelde productiviteit voor de verschillende laaghoogtes . . . . . . . . . . . . 55
4.25 Gemiddelde productiviteit voor de verschillende dieptes van de verticale staven . 56
4.26 Gemiddelde productiviteit bij de verschillende oventemperaturen . . . . . . . . . 57
4.27 De uurproductie in functie van de gemiddelde scheurbreedte . . . . . . . . . . . . 58
4.28 De trends in de permagnagwaarden op beide sinterfabrieken . . . . . . . . . . . . 59
4.29 Gemiddelde sinterkwaliteit per type antraciet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.30 Gemiddelde sinterkwaliteit in en buiten de piekperiode van het kalkpercentage . 63
4.31 Gemiddelde sinterkwaliteit met en zonder toevoeging van poederkalk . . . . . . . 64
4.32 Gemiddelde sinterkwaliteit voor de verschillende laaghoogtes . . . . . . . . . . . 66
4.33 Gemiddelde sinterkwaliteit voor de verschillende dieptes van de verticale staven . 68
4.34 Gemiddelde sinterkwaliteit bij de verschillende oventemperaturen . . . . . . . . . 69
5.1 Verificatie van het model voor bc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.2 Verificatie van het model voor lc,rel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.3 Verificatie van het model voor vvf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.4 Verificatie van het model voor mu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.5 Verificatie van het model voor LTB0−0,5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5.6 Verificatie van het model voor ISO0−0,5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
5.7 Verificatie van het model voor G0−5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
5.8 Verificatie van het model voor G40+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5.9 Verificatie van het model voor P . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
6.1 Het werkingspunt van de bakventilator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
6.2 Regeling van de bakventilatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
6.3 Ventilatorkarakteristiek en werkingsgebied van SIN1 . . . . . . . . . . . . . . . . 87
6.4 Ventilatorkarakteristiek en werkingsgebied van SIN2 . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.5 Invloed van bc en lc,rel op de doorlaatbaarheid op SIN1 . . . . . . . . . . . . . . . 89
LIJST VAN FIGUREN 100
6.6 Invloed van bc en lc,rel op de doorlaatbaarheid op SIN2 . . . . . . . . . . . . . . . 90
Lijst van tabellen
3.1 Overzicht van de relevante grootheden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.1 Correlaties tussen de beddingsamenstelling en de scheurvorming . . . . . . . . . 34
4.2 Correlaties tussen de brandstofgranulometrie en de scheurvorming . . . . . . . . 36
4.3 Gemiddelde samenstelling van beide types antraciet . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.4 Correlaties tussen de brandstofanalyses en de scheurvorming . . . . . . . . . . . . 38
4.5 Correlaties tussen de sintersamenstelling en de scheurvorming . . . . . . . . . . . 41
4.6 Correlaties tussen het vochtgehalte en de scheurvorming . . . . . . . . . . . . . . 42
4.7 Correlaties tussen de laaghoogte en de scheurvorming . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.8 Correlaties tussen de diepte van de verticale staven en de scheurvorming . . . . . 46
4.9 Correlaties tussen de oventemperatuur en de scheurvorming . . . . . . . . . . . . 47
4.10 Correlaties tussen de beddingsamenstelling en de productiviteit . . . . . . . . . . 49
4.11 Correlaties tussen de brandstofgranulometrie en de productiviteit . . . . . . . . . 50
4.12 Correlaties tussen de brandstofanalyses en de productiviteit . . . . . . . . . . . . 51
4.13 Correlaties tussen de ladingsamenstelling en de productiviteit . . . . . . . . . . . 53
4.14 Correlaties tussen het vochtgehalte en de productiviteit . . . . . . . . . . . . . . 54
4.15 Correlaties tussen de laaghoogte en de productiviteit . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.16 Correlaties tussen de diepte van de verticale staven en de productiviteit . . . . . 56
4.17 Correlaties tussen de oventemperatuur en de productiviteit . . . . . . . . . . . . 57
4.18 Correlaties tussen de krimpscheuren en de productiviteit . . . . . . . . . . . . . . 58
4.19 Correlaties tussen de beddingsamenstelling en de sinterkwaliteit . . . . . . . . . . 60
4.20 Correlaties tussen de brandstofgranulometrie en de sinterkwaliteit . . . . . . . . . 60
4.21 Correlaties tussen de brandstofanalyses en de sinterkwaliteit . . . . . . . . . . . . 62
4.22 Correlaties tussen de mengselsamenstelling en de sinterkwaliteit . . . . . . . . . . 65
4.23 Correlaties tussen het vochtgehalte en de sinterkwaliteit . . . . . . . . . . . . . . 65
4.24 Correlaties tussen de laaghoogte en de sinterkwaliteit . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.25 Correlaties tussen de diepte van de verticale staven en de sinterkwaliteit . . . . . 67
101
LIJST VAN TABELLEN 102
4.26 Correlaties tussen de ontsteking en de sinterkwaliteit . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.27 Correlaties tussen de krimpscheuren en de sinterkwaliteit . . . . . . . . . . . . . 70
5.1 Coefficienten ci,j van de regressie van de scheurafmetingen . . . . . . . . . . . . . 73
5.2 Coefficienten ci,j van de regressie van de productiviteit voor SIN1 . . . . . . . . . 76
5.3 Coefficienten ci,j van de regressie van de productiviteit voor SIN2 . . . . . . . . . 76
5.4 Coefficienten ci,j van de regressie van de sinterkwaliteit voor SIN1 . . . . . . . . 78
5.5 Coefficienten ci,j van de regressie van de sinterkwaliteit voor SIN2 . . . . . . . . 79