Rautapelletin ominaisuudet masuunia jäljittelevissä olosuhteissa Selvitys pelkistyvyydestä, turpoamisesta ja pehmenemisestä

Samankaltaiset tiedostot
KOKSIN OMINAISUUDET MASUUNIN OLOSUHTEISSA

Raudan valmistus masuunissa

Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta

METALLIEN JALOSTUKSEN YLEISKUVA

Voimalaitoksen uudistaminen Raahen Voima Oy

MINERAALI- TUOTTEET Kierrätys ja Mineraalituotteet

Kuonanmuodostus ja faasipiirrosten hyödyntäminen kuonatarkasteluissa

17. Tulenkestävät aineet

Kuonien rakenne ja tehtävät

Uppokaariuunin panoksen sähkönjohtavuus. Anne Hietava (os Heikkilä) Prosessimetallurgian tutkimusyksikkö

Teollinen kaivostoiminta

Kon Teräkset Viikkoharjoitus 1. Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikan tutkimusryhmä Koneenrakennustekniikka

Ruostumattoman teräksen valmistaminen loppupään terässulattoprosessit.

Kertausluennot: Mahdollisuus pisteiden korotukseen ja rästisuorituksiin Keskiviikko klo 8-10

Näkökulmia teräksen valmistusprosessien tutkimukseen ja kehitykseen

Korkealämpötilaprosessit

Pelkistimien ja energian käyttö integroidussa terästehtaassa

MT Erikoismateriaalit tuotantoprosesseissa (3 op)

- Termodynaamiset edellytykset - On olemassa ajava voima prosessin tapahtumiselle - Perusta - Kemiallinen potentiaali

Konvertteriprosessien ilmiöpohjainen mallinnus Tutkijaseminaari , Oulu

Ultralujien terästen hitsausmetallurgia

Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta

Koksin laatuun vaikuttaneet tekijät Ruukki Metalsin koksaamolla vuosina

Hapettuminen ja pelkistyminen: RedOx -reaktiot. CHEM-A1250 Luento

Rak Betonitekniikka 2 Harjoitus Rakennussementit, klinkkerimineraalikoostumus ja lämmönkehitys

Prosessimetallurgian opintosuunta

1. Malmista metalliksi

Korkealämpötilakemia

3. Polttoaineuunit. 3.1 Kylmäilmakupoliuunit. Raimo Keskinen Pekka Niemi - Tampereen ammattiopisto

I/2018 IV/2017 III/2017 II/2017 I/2017 IV/2016 III/2016 II/2016

LPK / Oulun yliopisto

Ruukki on metalliosaaja, johon voit tukeutua alusta loppuun, kun tarvitset metalleihin pohjautuvia materiaaleja, komponentteja, järjestelmiä ja

Ellinghamin diagrammit

Korkealämpötilaprosessit

SSAB:n kestävän kehityksen strategia. 25. lokakuuta 2017

Johanna Tikkanen, TkT

NIMI: Luokka: c) Atomin varaukseton hiukkanen on nimeltään i) protoni ii) neutroni iii) elektroni

HIILIVOIMA JA HAPPAMAT SATEET

Täyttä Terästä OPPIMATERIAALI

Korkealämpötilaprosessit

JÄRVIMALMIN JALOSTUS PUUPOLTTOAINEITA KÄYTTÄVISSÄ LÄMPÖLAITOKSISSA Hajautetut biojalostamot: tulosfoorumi Tomi Onttonen Karelia-AMK

MT Erikoismateriaalit tuotantoprosesseissa (3 op)

Outokumpu Tornion Operaatiot. Maailman integroiduin ruostumattoman teräksen tuotantolaitos

Faasipiirrokset, osa 2 Binääristen piirrosten tulkinta

II/2018 I/2018 IV/2017 III/2017 II/2017 I/2017 IV/2016 III/2016

TEKNILLINEN TIEDEKUNTA. Rautaoksidien vetypelkistys. Timo Antero Hannila

Rautametallien sulametallurgia

Metallien valmistus. Kuva1: Louhittua kuparikiisua. Kuparikiisu sisältää jopa 35% kuparia. (Kuva:M.Savolainen).

KaiHali & DROMINÄ hankkeiden loppuseminaari

Kokemukset energiatehokkuusjärjestelmän käyttöönotosta

Fe - Nb - C ja hienoraeteräkset

Korkealämpötilakemia

III/2018 II/2018 I/2018 IV/2017 III/2017 II/2017 I/2017 IV/2016

IV/2018 III/2018 II/2018 I/2018 IV/2017 III/2017 II/2017 I/2017

2. Prosessikaavioiden yksityiskohtainen tarkastelu

Mikä on ruostumaton teräs? Fe Cr > 10,5% C < 1,2%

Tuotantoprosessi Torniossa ja Kemin kaivoksella

Puhtaat aineet ja seokset

Ferri~gneettisten mineraalien mi%thritt&nisestth Curiel-tilan perusteella: aurskausmenetel- vaikutus

Korkealämpötilaprosessit

Sähkökemian perusteita, osa 1

Kenttätutkimus hiiliteräksen korroosiosta kaukolämpöverkossa

MOOLIMASSA. Vedyllä on yksi atomi, joten Vedyn moolimassa M(H) = 1* g/mol = g/mol. ATOMIMASSAT TAULUKKO

Petri Rantapelkonen TERÄKSEN VALMISTAMINEN

Metallinjalostuksesta Cleantech -tuotteita

AKKU- JA PARISTOTEKNIIKAT

Rakennussementit. Betonilaborantti ja -myllärikurssi Otaniemi, Espoo. Sini Ruokonen. Finnsementti OY

Korkealämpötilakemia

Lapin alueen yritysten uudet teräsmateriaalit Raimo Ruoppa

Hapettuminen ja pelkistyminen: RedOx -reaktiot. CHEM-A1250 Luento

luku2 Kappale 2 Hapettumis pelkistymisreaktioiden ennustaminen ja tasapainottaminen

MAA- JA TIENRAKENNUSTUOTTEET

Polttopuun tehokas ja ympäristöystävällinen käyttö lämmityksessä. Pääasiallinen lähde: VTT, Alakangas

Luento 1 Rauta-hiili tasapainopiirros Austeniitin hajaantuminen perliittimekanismilla

Chem-C2400 Luento 3: Faasidiagrammit Ville Jokinen

Kemialliset reaktiot ja reaktorit Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta I

Valunhankintakoulutus Pirjo Virtanen Metso Lokomo Steels Oy. Teräsvalujen raaka-ainestandardit

Kon Teräkset Viikkoharjoitus 2. Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikan tutkimusryhmä Koneenrakennustekniikan laitos

POHJANVAHVISTUSPÄIVÄ 2016 PÄÄKAUPUNKISEUDUN ENERGIANTUOTANNON TUHKIEN KORROOSIOVAIKUTUS

Mustavaaran Kaivos Oy

Korkealämpötilaprosessit

MT Erikoismateriaalit tuotantoprosesseissa (3 op) 5. Luento - Ti Tulenkestävien aineiden käyttö Case esimerkkejä

MT Erikoismateriaalit tuotantoprosesseissa (3 op)

Piikarbidi, jalokorundi ja tavallinen korundi

Harjoitus 5. Mineraaliset seosaineet, Käyttö ja huomioonottaminen suhteituksessa

Kuonat prosessimetallurgiassa

Faasimuutokset ja lämpökäsittelyt

Käytännön esimerkkejä on lukuisia.

FeCr- ja terästuotteen hiilijalanjälki Ilmastopäivä Tornio

Kalkkikivestä sementiksi

KaiHali. Järvisedimentin ja suoturpeen luontainen kyky poistaa kaivosveden sulfaatti- ja metallikuormitusta

CHEM-A1100 Teollisuuden toimintaympäristöt ja prosessit

Kuonat prosessimetallurgiassa

KALIUMPERMANGANAATIN KULUTUS

KE1 - Kemiaa kaikkialla on pakollinen kurssi, joka on päästävä läpi lukion läpäisemiseksi

Absol. monipuolinen imeytysaine

Aika tehdä teräksestä fossiilivapaata

11. Valuteräksen sulatus ja käsittely

YVA-lain hankeluettelon päivitys - metalli- ja kemianteollisuus

Yrityksen tuotantotiloina on vuonna 2007 valmistunut, lähes 1000m² teollisuushalli, joka sijaitsee KAIRAKATU 6:ssa.

Transkriptio:

Rautapelletin ominaisuudet masuunia jäljittelevissä olosuhteissa Selvitys pelkistyvyydestä, turpoamisesta ja pehmenemisestä DI Mikko Iljana Prosessimetallurgian tutkimusryhmä, Lectio Praecursoria

Teräs Aikamme tärkein käyttömetalli. Maailman toiseksi yleisin käyttömateriaali betonin jälkeen. Suuri lujuus on teräksen ominaisuus, jonka ansiosta teräs poikkeaa muista rakennusmateriaaleista. Teräs on yksi tehokkaimmin kierrätettävistä materiaaleista. Teräslajeja on useita tuhansia. Teräksissä on hiiltä tavallisimmin alle 1 % ja rakenneteräksissä alle 0,2 %. Vuonna 2015 maailmassa tuotettiin 1620 milj. tonnia terästä. - 49,6 % tuotettiin Kiinassa - 4,0 milj. tonnia tuotettiin Suomessa 2

Teräksen valmistusmenetelmät Osuus maailman terästuotannosta Tehdas Suomessa 60 % SSAB Europe, Raahe 40 % Ovako, Imatra 3

Masuuniprosessi - Ikivanha keksintö. - Jatkuvatoiminen vastavirtaperiaatteella toimiva kuilu-uuni. - Rautamalmi ja metallurginen koksi panostetaan kerroksittain masuunin huipulta. - Hormeilta puhalletaan happirikastettua kuumaa ilmaa ja injektoidaan lisäpelkistysaineita (Raahessa kivihiilipölyä). - Kohotessaan kaasu pelkistää raudanoksideja ja poistuu masuunin huipulta. - Pelkistykseen tarvittava hiilimonoksidi ja vety syntyvät masuunissa koksista ja hormeilta injektoitavista lisäpelkistysaineista. - Sula raakarauta ja kuona lasketaan rautareiästä masuunin alaosasta. 4

Masuunissa tapahtuvia ilmiöitä Rautamalmipelletti sisältää hematiittia ja magnetiittia, jotka ovat kaksi raudanoksidien eniten happea sisältävää esiintymismuotoa. CO ja H 2 kaasut pelkistävät raudanoksideja vaiheittain: hematiitti -> magnetiitti -> wüstiitti -> metallinen rauta. Erityisesti ensimmäiseen pelkistysvaiheeseen (hematiitti -> magnetiitti) liittyy hienoaineksen muodostumista. Pelkistyessään pelletit saattavat turvota. Rautapanos pehmenee 1200 ja 1350 C:n välillä ja panoksen kaasunläpäisevyys heikkenee nopeasti. Koksin hiili pelkistää jäännöswüstiitin metalliseksi raudaksi sulassa tilassa. Tämä ns. suorapelkistys vaatii huomattavasti kaasupelkistystä enemmän energiaa. Rautapanoksen tulisi kestää mahdollisimman korkeisiin lämpötiloihin menettämättä kaasunläpäisevyyttään. 5

6 Rautamalmipelletti Rautamalmi on masuunin pääraaka-aine metallurgisen koksin ohella. Rautamalmi koostuu raudanoksideista ja sivukivestä (harmemineraaleista). Rautamalmin rautapitoisuus tulee olla riittävän korkea (yli 58 %) ja sivukivipitoisuus riittävän alhainen. Raudan ohella pelletit sisältävät merkittäviä määriä SiO 2, MgO, CaO ja Al 2 O 3 komponentteja. Tavallisimmin malmi murskataan ja jauhetaan sellaiseen hienouteen, että metalli- ja sivukivimineraalirakeet ovat erillään toisistaan. Tämän jälkeen rikaste saatetaan kappalekokoon pelletoimalla (vaihtoehtoisesti sintraamalla tai briketoimalla). Tuorepelletit (green pellets) lujitetaan sintraamalla noin 1300 C:n lämpötilassa. Pelletti on pieni, luja rautarikastekuula. Emäksisiin pelletteihin ja oliviinipelletteihin on lisätty lisäaineita, jotta niiden metallurgiset ominaisuudet olisivat paremmat.

Rautapanosmateriaalien testaus Rautapanosmateriaalien käyttäytymistä masuunissa voidaan arvioida erilaisin laboratoriokokein. Tärkeimmät ISO organisaation standardisoimat testit: - Kylmäpuristuslujuus, ISO 4700 - Rumpulujuus, ISO 3271 - Matalan lämpötilan pelkistyslujuus (LTD), ISO 13930 sekä ISO 4696-1 ja -2 - Turpoaminen, ISO 4698 - Pelkistyvyys, ISO 7215 ja ISO 4695 - Pelkistyminen puristuksessa (RUL), ISO 7992 RUL-testi, ISO 7992 - ISO testit tehdään vakiolämpötilassa ja muuttumattomassa kaasukoostumuksessa. 7

Väitöstyössä tutkitut ilmiöt Osajulkaisut Tutkimuskysymykset I II III IV V 1. Koeolosuhteiden vaikutus rautapanosmateriaalien käyttäytymiseen korkeissa lämpötiloissa X X 2. Kiertävien komponenttien vaikutus rautamalmipellettien turpoamiseen pelkistyksessä 3. Happamien ja kalkkilisättyjen rautamalmipellettien metallurgisten ominaisuuksien vertailu 4. Rautapanosmateriaalien pelkistymis- ja pehmenemiskäyttäytymisen vertailu X X X X X X 8

Tutkitut rautapanosmateriaalit Masuunipellettejä Sintteri Acid1 Acid2 Acid3 Olivine Limestone Sinter Fe tot 65.3 65.8 65.6 66.6 63.8 60.6 FeO NA 0.6 0.2 0.4 0.6 11.1 SiO 2 5.34 4.82 4.62 1.98 4.61 3.35 MgO 0.21 0.15 0.15 1.48 0.18 1.99 CaO 0.70 0.41 0.51 0.42 3.20 7.12 Al 2 O 3 0.27 0.33 0.38 0.37 0.34 0.58 S 0.000 0.007 0.011 0.000 0.061 NA K 2 O NA 0.109 0.109 0.019 0.100 0.050 Na 2 O NA 0.056 0.061 0.039 0.052 NA NA = Ei analysoitu Kolmentyyppisiä rautapellettejä: - Hapan pelletti ( acid1, acid2 ja acid3 ) - Oliivipelletti ( olivine ) - Emäksinen/fluksattu pelletti ( limestone) Emäksinen sintteri ( sinter ) Merkittävimmät erot komponenteissa Fe tot, SiO 2, MgO ja CaO. Erot kemiallisessa koostumuksessa ja prosessiolosuhteissa ovat luoneet materiaalille erilaiset ominaisuudet. Tietyt komponentit, kuten rikki ja alkalit, saattavat vaikuttaa jo pieninä määrinä pelletin ominaisuuksiin. 9

Käytetyt koemenetelmät BFS ARUL 10

Tulosten analysointi Mikroskoopit - Stereomikroskooppi - LOM - FESEM-EDS Kemiallinen analyysi - XRF - Titraus (rauta) - Grav. (SiO 2 ) - FAAS Termodynaamiset laskentaohjelmistot - HSC Chemistry - FactSage 11

Päätulokset Selkeä ero turpoamisen määrässä ISO standarditestit eivät välttämättä anna realistista kuvaa rautapanosmateriaalin käyttäytymistä masuunissa. - ISO testien koeolosuhteet eivät vastaa masuuniolosuhteita. Väitöstutkimuksessa pellettien ominaisuudet määritettiin prosessiolosuhteita jäljittelevin testein. 12

Sulan osuus [%] Päätulokset Kehitettyä termodynaamista laskentamenetelmää voidaan käyttää ja on jo käytetty pelletin laadun kehittämisessä. Termodynaamisin laskennoin voidaan arvioida, miten kemiallista koostumusta tulisi muuttaa, jotta rautapanoksen sulaminen alkaisi vasta korkeammissa lämpötiloissa. Lämpötila [ C] 13

Teollinen merkitys Väitöstyö on olennainen osa laajempaa kokonaisuutta, jossa rautapelletin laatua kehitettiin. Yli 20 eri kemiallisen koostumuksen testipellettilaatua valmistettiin yhdessä pellettitoimittajan kanssa. Testipellettien metallurgiset ominaisuudet selvitettiin laboratoriotestein. Uutta pellettilaatua testattiin tuotannossa vuonna 2014 ja otettiin käyttöön syksyllä 2015 Raahen terästehtaalla. Tuloksena masuuniprosessin (erityisesti pesän) parempi toiminta ja pienentynyt pelkistinaineen kulutus. 14

Kiitokset - FIMECC / DIMECC - TEKES - Metallinjalostajien rahasto - Jenny ja Antti Wihurin rahasto - Tauno Tönningin säätiö - Walter Ahlströmin säätiö - Tekniikan edistämissäätiö - n tutkijakoulu - SSAB Europe Oy 15