proceso de peletizacion
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PROCESO DE PELETIZACION
GENERALIDADES, DESCRIPCION DEL PROCESO, PROCESOS Y EQUIPOS PARA
COCIMIENTO, ETAPAS DE FABRICACION DEL PELET
1.- GENERALIDADES.
La peletización es el proceso mediante el cual el concentrado de mineral de fierro es aglomerado
en forma de esferas, sometidas a un calentamiento o quemado para que adquiera las propiedades
de dureza, estabilidad y reducibilidad para su uso en el alto horno.
Este proceso surge como una necesidad por aprovechar el mineral ultrafino que se producían ya
bien en la molienda de mineral, vetas de material fino en forma natural, minerales de fierro
pobres que eran concentrados por métodos de flotación o concentración magnética de tal manera
que su uso era dificilmente para sinterizar, briquetear o directamente ser utilizado en el alto
horno.
Hacia el año de 1912 aparece la primera patente de fabricación de pelet en Suecia, concedida a
A:G: Anderson esto derivado de las limitaciones existentes para continuar adicionando fuerte
cantidades finos de mineral a las plantas de sinter, proponiendo un nuevo proceso que era "la
formacion de esferas de mineral con adición de agua y por medio del quemado dale dureza ".
Posteriormente en Alemania son continuados los primeros trabajos desarrollados en Suecia y es
hasta 1926 que son concluidos con la instlacion de una planta piloto de 120 toneladas por dia sin
tener un esquema definido, para 1935 el proceso de pelet a traves de esta pequeña planta cobró
su dimensión tal como lo conocemos actualmente, en 1937 este adelanto tecnológico es
desmantelado para en su lugar contruir una moderna planta de sinter..
Al concluir la 2a Guerra Mundial las reservas minerales de EUA quedaron mermadas, por lo que la
busqueda de fuentes alternas de mineral de fierro se dirigieron la Región del Mesabi (grandes
reservas, Baja ley de fierro y magnetico), estudios encaminados a recuperar este tipo de material
encontraron que molienda fina era evitable para liberar la magnetitia e iniciar la concentracion
magnetica a baja intensidad, dando un producto ultrafino (96 % -M325) que por sus
caracterisiticas se presentabla limitaciones para la sinterizacion
Reeiniciadas las investigaciones en el año de 1944, se concuyeron el el año de 1955 con la
instlacion de 2 gigantescas planta peletizadoras por las Compañias Reserves Mining Co. y Erie
Mining Co.
2.- DESCRIPCION DEL PROCESO.
Dado que los minerales de fierro en su estado natural no pueden ser peletizados directamente, la
mayoría requieren de molienda para ser beneficiados mediante procesos de ; Flotación,
concentración magnética (Baja/Alta Intensidad), medio denso, etc.. estos procesos se realizan bien
sea para mejorar la ley de fierro o eliminación de constituyente indeseables. La molienda fina (-
M325) permite la formación de esferas de fierro, siguiendo el principio de la bola de nieve, que a
medida que rueda en un plano inclinado atrapa partículas finas. Estas esferas de fierro aglutinadas
por la cohesión del agua y aditivos, son alimentadas a hornos de cocimiento, donde se les da un
tratamiento térmico apropiado para endurecerlo y proporcionar la propiedades fisicoquímicas
para el manejo y consumo en el alto horno.
3.- PROCESOS Y EQUIPOS PARA COCIMIENTO DEL PELET :
Horno de cuba
Es el primer equipo que se usó para cocimiento de pelet fue en un horno cilíndrico vertical estático
recubierto de refractario, donde el pelet se carga por la parte de superior y se descarga por la
parte inferior, cuenta con quemadores en la parte lateral del horno y se introducen los gases al
nivel de la zona de quemado, por la parte de abajo entra el aire frío, enfriando los pelets
quemados y asciende calor a las partes altas; este aire quema los gases de combustión de los
quemadores elevando la temperatura alrededor de 1300 °C en la zona de quemado; la operación
de estos hornos es limitada ya que se dificulta el control de temperatura y sobre todo la
homogeneización de la misma, los hornos de cuba más grandes que se construyeron son de 1000
ton/día y existen restricciones para cocer pelet de material magnetítico, es por eso que la
aparición del horno de parrilla recta hicieron que este tipo de horno ya no sean diseñados
Horno de parrilla recta
Este tipo de horno fue inspirado en el proceso de sinter, ya que utiliza el mismo principio de
cadena sin fin, con la diferencia de que esta cubierto en la parte de arriba en toda su extensión
formando un túnel de material refractario dividido en varias etapas o zonas, que van desde el
secado hasta las de alta temperatura donde se cuenta con quemadores laterales horizontales en
las paredes. Los gases calientes pasan de arriba a abajo en la cama de pelet; excepto en la primera
zona de secado que es de abajo hacia arriba.
Durante el enfriamiento el entra aire de la atmosfera y se caliente para ser transportada mediante
ductos para la demás zonas, este aire caliente también se utiliza como aire precalentado para los
quemadores, aumentando la eficiencia de estos y recuperando un 30 % de energía de gases.
El ancho de parrilla varia de 2 a 4 metros. Y en los hornos más grandes la producción es hasta de
20,000 t/día.
El consumo especifico de combustible depende de del tipo de mineral a peletizar y de combustible
sólido adicionado así como de tipo de pelet a fabricar.
Sistema parrilla recta/horno rotatorio:
Este proceso cuenta con 2 etapas de cocimiento ; en la primera parte del proceso se cuenta con
equipo similar al de una parrilla recta horizontal la cual abarca hasta la etapa de precalentamiento,
de ahí el pelet es descargado a un horno de forma cilíndrica en posición horizontal con
movimiento e inclinado. Calentado por un gran quemador en el extremo al de alimentación del
pelet , al rodar los pelet por el giro del horno, el calentamiento se realiza uniforme; por lo que la
calidad de quemado de estos pelets es mejor que los otros sistemas, sin embargo la operacion y
mantenimiento del equipo es costosa; sobre todo en el horno rotario y enfriador anular .
4.- ETAPAS DE FABRICACION DEL PELET.
La peletización comprende dos etapas principales; la formación de pelet verde y
su endurecimiento.
4.1.- FORMACION DEL PELET "VERDE".
El proceso se inicia con la preparación de la materia prima procedente de la mina el cual debe ser
homogeneizado para tener un buen comportamiento de calidad en los pasos sucesivos.
Molienda:
Una vez el material homogeneizado pasa a la etapa de molienda, que se puede realizar mediante
molinos de bolas o autógenos/semiautogénos, la descarga de los molinos se enlaza a un sistema
de clasificación generalmente por ciclones para separar el tamaño mayor del requerimiento y
recircularlo al molino y a su vez se separan los ultrafinos o lamas, de esta manera se obtiene la
granulometría dentro de la especificación que es en el orden de 80% abajo de menos 325 mallas.
La molienda se realiza ya sea en húmedo o en seco ; si se efectúa en húmedo, (proceso más
común) la etapa siguiente lógica es efectuar un "deshumidificado" o "secado" parcial llamado
filtración. Si se realiza en seco el paso subsecuente es una humectación del material para permitir
su boleo.
Secado o filtración:
Para la fabricación de esferas o pelets es indispensable una humedad del orden de 8 a 10% para
efectuar la aglomeración. El secado o filtrado se realiza mediante filtros de disco o tambor y en
algunos casos se utilizan en hornos secadoras adicionales.
La operación de filtrado es importante y deberá ser homogénea debido a que la fabricación del
pelet húmedo (pelet verde)es una operación muy sensible a los cambios de humedad.
Mezclado:
En este proceso se efectúa la incorporación de aditivos que permitan ayudar no solo al proceso de
aglomeración, como lo son ; la bentonita o compuestos orgánicos, sino aditivos para el control de
índice de basicidad del producto como son el uso de : calhidra, dolomita y caliza o la
incorporación de MgO al pelet, (para mejorar las propiedades del pelet cocido) de igual manera
también la adición de coque fino es un aditivo que tiene como objetivo reducir el consumo de
energía durante el cocimiento y aumentar la porosidad del pelet cocido.
Para la incorporación de estos se utilizan 2 tipos de equipos:
- Aspas sobre bandas o descargas discos
Consistente de aspas colocadas sobre la banda o en la descarga a discos que mezclan los aditivos
ya pesados, este método no es recomendable ya que en la banda o descarga no es posible un
mezclado eficiente y completo.
- Mezcladores de tambor.
Consistentes en un tambor fijo con dos flechas internas provistas de aspas en forma de "arados",
las cuales mezclan el material al pasar el material y aditivos. Este sistema es eficiente y
comunmente utilizado por las modernas plantas peletizadoras.
Proceso de Boleo:
En este proceso el objetivo es dar la forma esférica al pelet y las propiedades de resistencia en
verde durante el manejo hasta su endurecimiento en la etapa de cocimiento, lo métodos mas
comunes son los siguientes:
Boleo por Tambor
Es el proceso más antiguo y consiste esencialmente en un tambor horizontal con un pequeño
ángulo de inclinación, el material es cargado con la granulometría y humedad requerida entra por
un extremo y la cual al girar el tambor y debido a la inclinación sale por el extremo contrajo, el
material rueda en el interior del tambor siguiendo el principio de la bola de nieve y mediante
este movimiento se producen las esferas de mineral de fierro.
En este tipo de equipos el pelet no es formado en un solo transferencia o pasada por el tambor, ya
que no alcanza el tamaño requerido, sin embargo en la descarga existe un cribado para separar el
tamaño pequeño y ser recirculado nuevamente al tambor, esta recirculación normalmente se
eleva hasta un recirculación de 200% de la alimentación inicial.
Boleo por disco
Consiste en un disco o "plato" inclinado con un ángulo que varia entre 45° y 50° el plato cuenta
con una ceja en el extremo de aproximadamente una relación de 0.2 del diámetro disco , los
diámetros de los discos a nivel industrial alcanzan hasta 9 metros, sin embargo los mas comunes
son entre 6.5 y 7.0 metros, giran a una velocidad de 4 a 7 revoluciones por minuto (rpm), es el
proceso más común para la fabricación de "pelet verde" y los principales parámetros de operación
son :
Humedad del mineral.
Granulometría o finura de mineral(°B blaine).
Inclinación del Disco.
Velocidad del disco.
Zona de alimentación al disco.
Posición de raspadores en el Disco
La principal ventaja que tiene sobre el tambor es que el material alimentado realiza una sola
"pasada "para obtener el tamaño de pelet deseado; la recirculación del material fuera de
especificación es muy baja (10 - 20%) y adicionalmente el disco actúa como eficiente mezclador.
Calidad del "pelet verde".
El pelet con humedad y aun sin cocer ya bien fabricado en discos o tambores se le llama "pelet
verde", debe de reunir ciertas características físicas para ser transportado hasta el horno de
endurecimiento como la mínima degradación y el tamaño adecuado para su futuro consumo en
los altos hornos, las propiedades que son medidas para su control de calidad y del proceso de
fabricación de la esfera son : :
Tamaño = +3/8" a 5/8" (9.5 mm a 15.8mm)
Resistencia compresión en húmedo = mayor de 1 Kg/pelet
Resistencia caídas = mayor a 3 caídas de 12" (20.48 cm)
Humedad = 8 % a 10 %
Resistencia compresión en seco = mayor de 2.0 Kg/pelet.
El tamaño del pelet.
La dimensión de un pelet mayor a 3/8" y menor a 5/8" es el tamaño óptimo que se ha encontrado
de acuerdo a ensayos realizados en los altos hornos, tomando en cuenta factores como la
permeabilidad del lecho del horno y sobre todo el efecto de tiempo de reducción química del pelet
en el interior del alto horno.
Resistencia a la compresión (húmedo y seco).
Durante la descarga y acomodo de los pelet húmedos en la parrilla para formar la cama de pelet y
efectuar el secado y posterior cocimiento el aplastamiento de un pelet con otro y adicionalmente
el peso de la columna de pelets superiores hace que estos sufran una degradación por
aplastamiento por lo que se requiere que los pelets cuenten con una resistencia a la compresión
de un mínimo de 1 Kg/pelet.
Después que los pelet han perdido el agua durante la etapa de secado pierden cohesión por lo que
es necesario que mantengan su resistencia en seco para lo cual se mide y controla la propiedad de
resistencia a la compresión en seco.
En el trayecto de manejo el pelet de los discos hasta la parrilla es sometido a varias caídas por
banda por esto se requiere que tenga cierta resistencia a un numero mínimo de caídas las caídas,
las cuales son medidas mediante el lanzamiento de pelets a diferentes alturas hasta que son
quebrados..
4.2- PROCESO DE ENDURECIDO O COCIMIENTO.
El pelet verde es endurecido mediante la aplicación de temperatura en un horno donde se
alcanzan temperaturas cercanas al punto de fusión de sus componentes. ( 1280 - 1300 grados
centígrados ) El proceso de quemado mas común para realizar el peletizado en el mundo es el
proceso llamado de parrilla recta la cual consta de una banda sinfín recubierta con varias zonas
donde se realiza la piroconsolidación proceso el consta de varias etapas:
Etapa de Secado :
Con el propósito de eliminar el agua contenida en el " Pelet verde " la primer etapa y quizás la mas
critica del proceso es el secado del pelet para tal efecto es utilizado aire caliente entre 200 y 400
grados centígrados proveniente de la zona de enfriamiento y el que se hace pasar a través de la
cama de pelet verde.
Normalmente el secado se realiza en 2 etapas : la primera se realiza por un secado ascendente (de
la parte inferior hacia la superior), y la segunda por un secado descendente (de la parte superior a
la inferior) esta última con el fin de secar los pelet de las capas superiores que no se alcanzan a
secar en el ascendente.
La temperatura es controlada en los rangos mencionados dependiendo de la capacidad de pelet
verde para eliminar o desalojar el contenido de humedad en el menor tiempo posible sin que se
destruyan por "explosión".
Etapa de Precalentamiento:
Una vez seco el pelet entra a una zona del horno de adecuación térmico de media temperatura en
la es preparado para el quemado o piroconsolidación propiamente dicho, el rango de temperatura
de esta zona varia dependiendo del tipo de material que es peletizado sin embargo esta va de 900
a 1000 grados centígrados. Si la materia prima con la que fue fabricado el pelet es magnetita, es
esta zona ocurre principalmente la reacción de oxidación de magnetita a hematíta y debido a que
la atmósfera durante el proceso de peletización es oxidante, esta reacción es marcadamente
exotérmica (aportadora de calor al proceso) de tal manera que la cantidad de calorías para cocer
un pelet de magnetita es aproximadamente la mitad que para un pelet fabricado con hematíta
(600,000 Btu/ton de pelet con magnetita y 1,100,000 Btu/ton de pelet con hematíta) en un
horno de parrilla recta.
Etapa de Quemado:
En esta zona es donde se tiene la máxima temperatura y donde se realiza el endurecimiento final,
la temperatura de cocimiento está muy cercana al punto de fusión de los componentes, por tal
motivo se logra la difusión de la escoria y la formación de fundidos que dan los compuestos de
escoria que proporcionan las propiedades del pelet; en esta etapa sucede el crecimiento de los
granos de hematíta y la formación de "puentes" de hematíta formando una estructura consolidada
que le da la resistencia final al pelet.
La temperatura de quemado son del orden de 1280 - 1300 grados centígrados.
Etapa de Post-quemado:
Dado que las temperaturas de la fase anterior ( cocimiento ) son muy elevadas y un enfriamiento
brusco ocasionaria una verificación de las fases formadas, esta se considera como una etapa
escalón de adecuación antes de su enfriamiento. la temperatura es cercana de 1000 grados
centígrados.
Etapa de Enfriamiento:
Se realiza con aire frío de la atmósfera ; el cual es aprovechado para las etapas de secado o aire
precalentado para los quemadores sale de ésta a alta temperatura y se utiliza en el secado o como
aire precalentado en quemadores.
4.3.- CONTROL DE CALIDAD DE PELET :
Tamaño o Granulometría :
Se realiza mediante un análisis de cribas, para conocer su distribución granulométrica,
puntualizando contar con el mayor porcentaje entre 3/8" y 5/8" ( 9 mm - 12 mm) y el mejor
porcentaje posible menor a 1/4 " ( 6.3mm). Valores mayores al 85 % entre 3/8" y 5/8 " son
aceptables así como menores a 3 % en 1/4 ".
Resistencia a la compresión en frío (ASTM).
Se determina sometiendo al individualmente a los pelets una fuerza creciente de compresión
generada por dos placas hasta que el pelet se rompa, en ese momento se mide la fuerza máxima
(Kg) en que se destruye, para que la prueba sea representativa lleva acabo toma el promedio de
20 pelets por cada determinación. Valores promedio por arriba de 200 Kg/pelet son aceptables.
Indice de Degradación Tumbler ASTM.
Mide el comportamiento del pelet durante el manejo y la abrasión; la prueba se efectúa en un
tambor, para el caso de la norma ASTM es de 0.914 m de diámetro por 0.457 m de longitud con
dos cejas interiores de 50 mm de altura a 25 RPM se ensayan 11.3 Kg de material muestreado, se
somete a 200 revoluciones; se reporta el resultado como la fracción en porciento mayor a 6.3 mm
y la menor de 0.6 mm .
Porosidad del Pelet :
Determina el porcentaje de huecos que presenta el pelet producto esta prueba se realiza por
desplazamiento con agua. Esta propiedad está muy relacionada es determinate para la etapa de
reducción en el alto horno, es por eso que es de gran importancia su medición y control.
Ensayos Tecnológicos a Pelet con temperatura y Gases reductores.
Este Tipo de ensayos tiene como objetivo simular las condiciones a las que se va a someter el pelet
en cuanto a temperatura, de gradación, presión y atmósfera en el Interior del alto horno.
Degradación a baja temperatura DBT a 600 °C:
Simula las condiciones a las que se ve sometido el pelet en la parte alta de la cuba del alto horno
esta prueba se lleva a cabo a 600°C con una composición de gases de 60% de N2, 24% de CO y 16%
de CO2.
Bajo estas condiciones ocurre el primer paso de reducción, el cual va acompañado de un cambio
en la estructura cristalina (hematíta a magnetita) provocando el debilitamiento del pelet, por lo
que es necesario saber que tanto es afectado el contenido de magnetita en esta etapa.
La prueba se realiza en un pequeño reactor rotario horizontal de 200mm de diámetro girando a
una velocidad 10 rpm calentado dentro de un horno por espacio de 1 hora a las condiciones antes
mencionadas. Finalizado el ensayo se criba el producto reportando la fracción mayor de 6.3 mm y
la menor de 0.6 mm .
Hinchamiento Norma JIS . a 900°C :
Este Ensayo se realiza en un tubo o reactor horizontal fijo donde se ensayan de 3 a 5 pelets, para
llevar a cabo la prueba JIS se utiliza una mezcla de gases con 30% de CO y 70% de N2. Midiendo la
característica de los pelet de su tendencia a aumentar el volumen durante la reducción; este
aumento puede dar niveles tales que interfiera en la permeabilidad del horno o ejerza presiones
más altas que las normales en las paredes o que el mismo hinchamiento destruya al pelet. Se
determina el aumento de volumen expresado en porciento con relación a antes y después del
ensayo.
Reducibilidad Norma JIS (900 °C) :
Se determina la capacidad de un pelet para ceder oxígeno reducción o sea pasar de hematíta
(Fe2O3) a fierro metálico, esta propiedad es determinada por la estructura cristalina, el tamaño y
la porosidad que asegura el paso de gases reductores a todo el interior del pelet.
La prueba se efectúa en un reactor de acero inoxidable vertical, el cual se le determina su peso
constantemente y se le están pasando gases reductores 30% de CO y 70% de N2; este reactor está
dentro de un horno a 900°C. Se le determina la pérdida de peso a través del tiempo que se lleva la
prueba; esta es medida directa de la pérdida de oxígeno. (
Resistencia a la compresión después de la reducción:
El objetivo de este ensayo es determinar la disminución de resistencia que sufre el pelet al recibir
un tratamiento térmico bajo atmosfera reductora tal como se presenta en el interior del horno.La
prueba se realiza con el mismo aparato de compresión en frío para en rangos más bajos de los
normales (0 - 100 Kg/pelet).
Reducibilidad bajo carga Burghardt (1050 °C) :
Simula las condiciones en la parte baja del horno; se lleva a cabo en un reactor cilíndrico estático
vertical donde está empacado el material (800 mm 1 X 125 mm d); por medio de un pistón o
contrapeso se le aplica una carga constante: En la prueba ISO es de 0.8 Kg/cm2 que simula la
columna de carga de un alto horno mediano, se le hacen pasar gases con 40% de CO y 60% de CO
y 60% de N2 (83 Lt/min). A 1050°C se determina el aplastamiento, la caída de presión de los gases
de entrada a la salida y la pérdida de peso, con estos datos se tiene una idea de la permeabilidad,
la deformación por calor y la reducibilidad del material en caliente.
Especificación de Pelet.
El establecimiento de característica o especificaciones deseadas para el control del pelet, es
necesario definirlas conjuntamente entre el fabricante y el usuario, dado que estas dependen de
factores como :
- Materia prima para la fabricación del pelet.
- Limitaciones de equipo para el peletizado y control de calidad
- Economías del proceso.
- Tamaño del alto horno
- Tipo de carga metálica requerida para productividad.
Sin embargo existe información técnica por la cual puede ser definida una buena calidad del pelet
con el siguiente ejemplo de especificación:
Ejemplo de especificaciones para pelet.
Fierro Total 62.0% mínimo
Fe ++ 0.85% máximo
Fósforo 0.065% máximo
Azufre 0.02% máximo
Basicidad (CaO/SiO2) 1.1 ± 0.1
Degradación %-M28 5% máximo
Indice Tumbler % -1/4" 92% mínimo
Resistencia a la Comp.. 250 Kg/pelet mínimo
Granulometría
+3/4" 4.0 % máximo
-3/4", +1/2" 70.0% mínimo
-1/2", +1/4" 25.0% máximo
-1/4" 1.0% máximo
Degradación a baja temperatura:
% +1/4" 80% mínimo
% -M30 5% mínimo
Reducibilidad JIS
Reducibilidad 70% mínimo
Hinchamiento 20% máximo
Resistencia después de Reducción 60 Kg/Pelet mínimo.
Reducibilidad bajo carga:
Contracción de la cama 15% máximo
Caída de presión 15% mm H2O máximo
Velocidad de reducción (dr/dt)40 0.90% min. mínimo