Hematit karakterli demir cevherinden ve yüksek fırın baca tozundan sünger demir üretilebilirliğinin araştırılması

Abstract

Bu tez çalışmasında, entegre demir çelik fabrikalarında üretim sırasında ortaya çıkan demir oksit ve karbon içerikli katı atıklardan biri olan yüksek fırın baca tozuyla birlikte düşük tenörlü demir cevherinin sünger demir üretiminde kullanılabilirliğinin araştırılması yapılmıştır. Yüksek fırınlara direk beslenemeyecek toz boyutundaki demir cevherleri, entegre demir çelik fakrikaları bünyesinde bulunan sinter fabrikalarında aglomerasyonu sağlanarak yüksek fırınlara beslenmektedir. Atıkların büyük bir bölümü ise geleneksel olarak, sinter üretiminde kullanılan sinterlik demir cevheri harmanlarına karıştırılır ancak içlerindeki çinko, kurşun ve alkali gibi elementlerden dolayı yüksek fırın prosesi olumsuz etkilenebilmektedir. Böyle durumların söz konusu olduğu dönemlerde; bu tür problemli (kimyasal ve boyutsal) atık tozlar atık sahasında depolanmakta ancak bu durum da yıllar içinde depolama ve çevresel problemlere yol açmaktadır. Bu yüzden demir içerikli olup ancak problemli katı atık tozların, sinterde geri dönüşümüne alternatif olabilecek ve daha sonra direk redüklenecek soğuk bağlı karbon kompozit pelet üretimi hedeflenmiştir. Üretilen bu tür soğuk bağlı karbon kompozit peletler veya briketler çelikhane konverterlerine soğutma şarjı olarak, sünger demir üretim proseslerinde döner hazneli fırınlara veya E.A.O'larına hurdaya paçal olabilecek şekilde beslenebilmektedir. Bu kapsamda deneysel çalışmaların birinci bölümünde; Kardemir A.Ş. 3 No.lu Yüksek Fırın baca tozu, ağırlıkça % 15, % 30, % 50 ve % 75 oranında düşük tenörlü hematit demir cevheri ile karıştırılarak 4 karışım elde edilmiştir. Bu karışımlara bazite 0,7 olacak şekilde kalsit, Fe/Karbon oranı sırasıyla 2, 2,5 ve 3 olacak şekilde pülverize kömür ilave edilerek elde edilen nihayi karışımlar kullanılarak soğuk bağlı karbon kompozit peletler üretilmiştir. Bağlayıcı olarak % 5 oranında sodyum karboksi metil selüloz (NaCMC) kullanılmıştır. Pelet numuneleri basma, düşme ve porozite testlerine tabi tutulmuştur. Sonuçlarına göre; demir oksit ve karbon içerikli atık yüksek fırın baca tozunun, soğuk bağlı karbon kompozit pelet üretiminde optimum karışım oranın tespiti yapılmış, yüksek fırın baca tozunun soğuk bağlı karbon kompozit peletlerin basma dayanımına etkisi incelenmiştir. İkinci aşamada ise taşınabilir mukavemete (300N/pelet) ulaşan soğuk bağlı karbon kompozit peletler kül fırında 1000, 1100 ve 1200°C de 15, 30 ve 60 dk. gibi farklı sürelerde örtü tozu altında redüklenmiştir. Kül fırınında redüklenen peletlerden optimum redüklenme derecesini veren numunelerin mikroyapı, EDS donanımlı SEM ve XRD analizleri yapılmıştır. Analizlere göre soğuk bağlı karbon kompozit pelet üretiminde optimum yüksek fırın baca tozu kullanım oranın saptanması ve redüklenme için optimum Fe/Karbon oranı tespit edilmeye çalışılmıştır. Ayrıca üretilen peletler, tüp fırında azot inert gaz ortamında 1200, 1300 ve 1400ºC?de sabit 60 dk. sürede ısıtılarak, DSC-TGA analizleri yapılmış ve yüksek sıcaklıklarda redüklenme davranışının tespiti araştırılmıştır.

In this study, Ferrous solid waste blast furnace flue dust which is containing iron oxide and carbon, is generated by integrated iron and steel, and low grade fine iron ore was investigated in the sponge iron production. Traditionally, a large part of these by products were fed to the sinter plant but these waste contain zinc, lead and alkalines which effects blast furnace proces negative. Sintering plants, apart from their primary function of agglomerating fine iron ore, have acquired an outstanding position in the flow of materials of an integrated steel plants for recycling wastes. Because of that, empurites of burden material in the blast furnace increases. The production of sponge iron from these wastes and fine iron ores is a good alternative to sinter. The aim of this thesis is to study the feasibility for effective recycling of cold bonded by-product agglomerates in the integrated iron and steelmaking process. İnvestigates the properties of cold bonded pellets at room temperature and when subjected to high temperatures. In this context, the first part of the experimental studies; Kardemir Blast Furnace No 3 flue dust, by weight, 15 %, 30 %, 50 % and 75 % of the low grade ore with iron ore mixture was 4 mixing obtained. These mixtures to be 0.7 basite calcite, Fe / carbon ratio of 2, 2.5 and 3 by the addition of the output so that the pulverized coal mixtures were produced using the cold-induced carbon composite pellets. Binding by 5 % sodium carboxy methyl cellulose (NaCMC) is used. Pressing the pellet samples, were subjected to falls and porosity. In the second stage furnace ash pellets at 1000, 1100 and 1200 ° C for 15, 30 and 60 min. reduced in an inert environment at different times. Also the pellets, the high temperature inert gas atmosphere of nitrogen for detecting behavior reduction 1200, 1300 and 1400 ° C for 60 min in a tube furnace constant reduced in time. DSC-TGA analysis is made to pellets for understanting reduction behavior of pellets under high temperatures. Microstructure after reduction, sponge iron production was based on the results of XRD and EDS analysis made optimum use of blast furnace flue dust detection rate and optimum Fe / carbon ratio detection is investigated.