Pesquisa sobre o mecanismo de formação de anel de pastilhas de fluxo de magnésio em forno rotativo

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 2397 (2023) Cite este artigo

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Uma correção do autor para este artigo foi publicada em 28 de fevereiro de 2023

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A formação de anéis era um problema chave das pastilhas de fluxo de magnésio em fornos rotativos, o que limitava seriamente a eficiência da produção. Pó de pellets e fundente foram as matérias-primas do anel. Com base nisso, foram investigados a resistência de ligação, o comportamento de fusão e a microestrutura do pó de pellets e de seu pó misturado com fundente. A influência da basicidade (R = CaO/SiO2) no comportamento do anel do pó de pellet foi analisada e o mecanismo de formação de anel de pellets de fluxo de magnésio foi esclarecido. Os resultados mostraram que o pó de pellet ácido não era fácil de formar anéis devido à menor força de ligação dos briquetes. Devido a mudanças no processo de ligação após a mistura do fluxo, o pó de pelota de fluxo magnesiano produziu ferrita e fase líquida de silicato com ponto de fusão mais baixo, o que promoveu a difusão e recristalização da hematita e aumentou a resistência à compressão dos briquetes e, finalmente, causou a formação de anéis. Além disso, é necessário controlar a temperatura de torrefação abaixo de 1200 °C, condição necessária para que o pó de pellets de fluxo de magnésio forme um anel inicial fácil de ser destruído.

Com as medidas duplas de redução vigorosa da capacidade industrial excessiva e renovação ambiental, a indústria siderúrgica da China estava sob pressão de ajuste estrutural e atualização1, o que forçou as empresas de ferro e aço a embarcar na rota de desenvolvimento limpo, eficiente e de alta qualidade. A pelota de fluxo de magnésio tornou-se uma matéria-prima de alto-forno de alta qualidade e eficiência com alto grau, baixo consumo de energia e proteção ambiental2,3,4. Segundo as estatísticas, em comparação com o processo de sinterização, os poluentes CO2, SO2 e NOx produzidos por toneladas de produtos no processo de pelotização foram reduzidos respectivamente em 75%, 53% e 16%, e o consumo de energia no processo de pelotização foi reduzido em 11,9%5,6 . Portanto, o processo de pelotização foi mais ecológico do que o processo de sinterização.

Os processos de produção de pelotas incluíam principalmente forno de cuba, torrefador de esteira e forno rotativo de grelha7,8,9. O forno rotativo de grade era compatível com uma variedade de combustíveis para aquecimento10. Além disso, a China é rica em recursos de carvão, com uma produção responsável por cerca de 60% da produção total de pelotas11. O processo de forno rotativo de grade ocupou uma posição dominante na produção de pelotas da China. No entanto, o processo de forno rotativo pode facilmente formar anéis na produção de pellets. Especialmente no processo de produção de pastilhas de fluxo de magnésio, anéis foram formados frequentemente em um ciclo curto, o que limitou seriamente o processo de produção industrial de pastilhas de fluxo de magnésio.

Atualmente, existem poucos relatos sobre o comportamento de crescimento e mecanismo de formação do anel formado por pastilhas fundidas de magnésio no forno rotativo, focando principalmente na reação entre pastilhas ácidas, pastilhas fundidas e carvão e cinzas de carvão no forno rotativo12,13, 14. Estudos anteriores mostraram que o anel do forno rotativo durante a produção de pellets de hematita vem principalmente de pó de pellets pré-aquecido e cinzas de carvão 15,16. Pesquisadores anteriores mostraram que é difícil para o pó de pellet puro formar o anel devido à recristalização insuficiente de Fe2O3 no forno rotativo, mas as cinzas de carvão podem fortalecer a resistência da ligação, o que dificulta a destruição do anel inicial formado pelo pó misto17,18 ,19. Sefidari et al. estudaram a influência da adição de biomassa ao carvão na formação do anel em forno rotativo e estabeleceram a relação entre a tendência de formação do anel e a viscosidade de fusão das cinzas20. O mecanismo de formação do anel em baixa temperatura é principalmente que o pó de carvão não queimado reduz a hematita a FeO e reage com as cinzas de carvão para formar a fase de silicato com baixo ponto de fusão, que produz fase líquida em baixa temperatura e promove a adesão de partículas de hematita; o mecanismo de formação do anel na alta temperatura é principalmente a cristalização e difusão da hematita, e a fase líquida desempenha um papel secundário na formação do anel17,20,21.