EXAMENSARBETE Nedmalningsgradens inverkan på KPRS och en multivariat analys av ATH Mikael Olofsson Civilingenjörsexamen Kemiteknik Luleå tekniska universitet Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser
Nedmalningsgradens inverkan på KPRS och en multivariat analys av ATH Mikael Olofsson Luleå tekniska universitet Institutionen för tillämpad kemi och geovetenskap Avdelningen för Processmetallurgi
Sammanfattning Målet med detta examensarbete är att undersöka hur de metallurgiska och fysikaliska egenskaperna på direktreduktionspelletsen av kvalitetn KPRS (Kiruna Pellets Reduktion Special) påverkas av förändringar i nedmalningsgrad, järnmalmskoncentratets nedmalningsgrad med avseende på specifika yta och tillsatsmedlets mätt i procent mindre än 45 m. Försöken utfördes i laboratorieskala med upplägg enligt ett fullfaktorförsök. Järnmalmskoncentratet och tillsatsmedlet som används vid försöken har tagits ut från anrikningsprocessen, av detta material har sedan pellets tillverkas i en så kallad pot furnace som kan simulera pelletsprocessen. På färdiga pellets har det sedan utförts en rad tester. Då försöken med nedmalningsgrad ej var fullt genomförbara kompletterades arbetet med en multivariat studie av ATH. ATH är ett mått på materialets motståndskraft mot sönderfall och nedbrytning genom slag, stötar och nötning och mäts i viktsprocent mindre än 0,5 mm. I försöken med nedmalningsgrad utfördes endast 5 stycken pot furnace försök av 11 planerade. Detta på grund av att det inte var möjligt att få ut den fina ytan inom rimlig tid och uttagen mängde av magnetitsligen med låg yta var för litet. Ett av försöken är den så kallade mittpunkten som är utgångspunkten för försöken och har liknande nedmalningsgrad på magnetit och dolomit som i produktion. Denna punkt har en magnetitsligs yta på 998 cm /cm 3 och en dolomit sikt på 75, procent mindre än 45 m, två av de utförda försöken är replikat av denna punkt. Två försök har utförts utanför mittpunkterna, ett försök med magnetitsligens yta på 998 cm /cm 3 och en dolomitsikt på 66,3 procent mindre än 45 m och den andra punkten med en yta på 878 cm /cm 3 och en sikt på 66,3 procent mindre än 45 m. Tester har sedan utförts på dessa tre varianter av pellets. De testmetoder som använts är TTH, ATH (ISO 371), KTH (ISO 4700), RHM, ITH, LTB (ISO 13930), Midrexlinder (ISO 1157), RedM 830 R40 och RedM 830 REDT. Resultaten från de två försöken utanför mittpunkterna hamnar för en del testmetoder innanför spridningen för mittpunkterna. Tittar man på de enskilda testerna gav midrexlinder den störst förändring, där fraktionen mindre än 3,15 mm är lägre i både försöken och ITH större än 6,3 mm är högre för pelletsen tillverkad av grov slig och dolomit, om man tittar på fraktionen större än 6,3 mm i midrexlinder, LTB, RHM och ITH så visar samma pellets på ett något högre värden än övriga vilket kan tyda på att den har ett något lägre sönderfall under reduktion. De övriga resultaten är mindre och svår att skilja från mittpunkterna och försöken visar inte på någon tydlig inverkan av förändringarna av nedmalningsgraden inom dessa gränser. Skall liknande försök göras i framtiden bör ett större spann användas för magnetit och dolomit för att komma ifrån spridningen i mittpunkterna. En multivariat dataanalys med mål att om möjligt att hitta någon av de faktorer som påverkar ATH utfördes, även korrelationen mellan ATH och KTH har samtidigt undersökts. Ett antal olika modeller har utförts, en hierarkisk modell med både ATH och KTH som responsvariabler var den som predikterade oberoende ATH observationer närmast. Modellen indikerar att höga tryck underbädd i kylaren är negativt för ett lågt ATH medan höga tryck ovan bädd TPH-zon och zon i kylaren bidrar till ett lågt ATH. Den starkast påverkande variabeln ser ut att vara tryck ovan bädd i TPH zon och efter ombyggnationen i graten steg detta och det verkar ha en positiv effekt för att få låga ATH värden. KTH ser ut att vara negativt korrelerad till ATH, det är dock svårt att säga hur starkt då KTH är så pass svag i modellen. Men en koppling mellan ett högt KTH och ett lågt ATH finns. Mekanismerna som påverkar ATH och KTH verkar dock vara delvis olika, om liknande mekanismer styrde dessa borde bägge vara lika välmodellerade. Tit-
tar man på observerade oberoende värden mot de av modellen predikterade är den tidvis mycket lång ifrån det verkliga värdet och kan gå i motsatt riktning, detta beror antagligen på att det saknas en koppling mot kalla delen. En inverkan på ATH från kalla delen av processen har påvisats i tidigare undersökningar. För att förbättra befintlig modell kan data gås igenom dygn för dygn och rensa bort observationer på avvikande mätvärden som finns kvar och hitta felaktiga mätvärden, detta borde förbättra modellen. Det är dock svårt att få bra modeller då ATH är ett dygnsmedel. Skall nya modeller göras borde dessa göras med designade försök där man får korta samplingstider och man har möjlighet att tidsförskjuta data.
Abstract The aim with this thesis was to investigate how the metallurgical and physical properties of the direct reduction pellet, KPRS (Kiruna Pellets Reduktion Special) changes when the degree of grinding changes on the iron ore concentrate and the additive dolomite. The degree of grinding of the iron ore concentrate is measured in specific surface area and the dolomite in weight percent less than 45 m. The experiments was performed in laboratory scale and designed as a full factorial design. The iron ore concentrate and dolomite samples were collected from the concentrator plant and from this material pellet have been made in a pot furnace that can simulate the pelletizing process, and a series of tests were performed with the pot-furnace pellets. The experiments with a variation in the degree of grinding where not possible to complete, and a multi variate study on the ATH parameter where performed to complement this work. ATH is a measure of the materials resistance to abrasion and impact and is measured in weight percent less than 0.5 mm. In the experiment with a variation in the degree of grinding only five/eleven where performed. It was not possible to get a sample for the high specific surface and the quantity of the sample with a low specific surface was to small. Experiment one, four and five were the center-points which had a grinding degree similar to that used in the production plant, i.e. a specific surface area of 998 cm /cm 3 for the iron ore concentrate and a dolomite fraction of 75. percent less than 45 m. Experiment two and three have been made outside the center-points. Experiment two had a specific surface area of 998 cm /cm 3 and a fraction of 66.3 percent less than 45 m and experiment three a specific surface area of 878 cm /cm 3 and a fraction of 66.3 percent less than 45 m. The test methods used on the pellets were TTH, ATH (ISO 371), KTH (ISO 4700), RHM, ITH, LTB (ISO 13930), Midrexlinder (ISO 1157), RedM 830 R40 och RedM 830 REDT. The results from experiment two and three show small differences from the center-points and for a couple of test methods they were inside the spread of the center-points. For the individual results midrexlinder gave the largest change where the fraction less than 3.15 mm is lower in both the experiments and the fraction larger than 6.3 mm in ITH is higher for the pellets made from the low specific surface and fraction. The fraction larger than 6.3 mm in the midrexlinder, LTB, RHM and ITH showed a slightly higher values then the rest which can be a indication of lower disintegration under reduction. The rest of the test methods showed small or no results differing from the center-points. The results from these experiments show no clear influence with the change of degree of grinding. Should similar experiments be performed in the future a larger span for the grinding degree should be used for both the iron ore and the dolomite to insure that deviations from the center-points can be achived. Multivariate data analyses where performed with the aim to if possible find some of the factors influencing ATH, and at the same time look at the correlation between ATH and KTH. A couple of different models have been done, the one that showed the best results to predict ATH from independent data is a hierarchical based model with both ATH and KTH as response variables. The model indicates that high pressures under the pellet bed in the cooler is negative for low ATH values and high pressure above the pellet bed in the TPH-zone and zone in the cooler is positive for low ATH values. The strongest variable seems to be high pressures above the pellet bed in the TPH-zone and after reconstruction of the grate this pressure increased and seems to have a positive effect to get lower ATH values. KTH seems to be negatively correlated to ATH, but it is difficult to see how strong because KTH is weak in the model. The mechanisms controlling ATH
and KTH seem to be somewhat different, if they were the same both responses should be equally well modeled. The model is periodically far away from predicting independent ATH observations, this is probably a consequence of some variable missing from the cold side of the process. A connection has been shown in earlier investigations. To improve the present model, the data can be reviewed day by day and cleared from deviating data caused by measuring faults etc. This should improve the model. There are difficult to get good models based on 4 hour mean values. If new models shall be done in the future this should be done through multivariate design where there are possibilities to include short sampling times and opportunities to time shift the data to get away from the time dependencies.
Förord Examensarbetet är det avslutande steget i min utbildning i kemiteknik vid Luleå tekniska universitet. Arbetet omfattar 0 högskolepoäng och har utförts vid LKAB i Kiruna och Malmberget. Jag vill tacka min handledare Magnus Malm för all hjälp under arbetets gång samt alla övrig vid LKAB som bidragit till genomförandet. Kiruna december 007 Mikael Olofsson
Innehållsförteckning 1 INLEDNING... - 1-1.1 BAKGRUND... - 1-1. MÅL OCH SYFTE... - 1 - TEORETISK BAKGRUND... - -.1 PELLETS... - -. JÄRNOXIDER... - -.3 TILLSATS- OCH BINDEMEDEL... - -.4 PELLETISERING... - 4 -.5 PELLETSPROCESSEN PROCESSBESKRIVNING... - 6-3 METOD OCH GENOMFÖRANDE VARIERAD NEDMALNINGSGRAD... - 10-3.1 STATISTISK FÖRSÖKSPLANERING... - 10-3. FÖRSÖKSUPPSTÄLLNING... - 10-3.3 TILLVERKNING AV PELLETS I POT FURNACE... - 1-3.4 TESTMETODER FÖR PELLETS... - 13-4 RESULTAT... - 16-5 DISKUSSION OCH SLUTSATSER... - 0-6 METOD OCH GENOMFÖRANDE MULTIVARIAT DATAANALYS... - 1-6.1 MULTIVARIAT DATAANALYS... - 1-6. VAL AV VARIABLER OCH FÖRBEHANDLING... - - 6.3 UTFÖRDA MODELLER... - - 7 RESULTAT... - 3-7.1 SAMMANSTÄLLNING AV UTFÖRDA MODELLER... - 3-7. INTERN VALIDERING... - 3-7.3 VALIDERING AV MODELLER MOT OBEROENDE OBSERVATIONER... - 7-7.4 HIERARKISK PLS MODELL MED ATH OCH KTH SOM RESPONS... - 9-8 DISKUSSION OCH SLUTSATSER... - 38-9 REFERENSER... - 40-10 BILAGOR... - 41 -
Inledning 1 Inledning 1.1 Bakgrund LKAB Luossavaara- Kirunavaara Aktiebolag bildades 1890 och är i dag helägt av svenska staten. LKAB är i dag en internationell mineralkoncern med tillverkning av järnmalmsprodukter för ståltillverkning men är även en leverantör av mineralprodukter. LKAB har två järnmalmsgruvor en i Kiruna och en i Malmberget. Järnmalmsprodukterna förädlas vid förädlingsverk i Kiruna, Malmberget och Svappavaara, utskeppning av produkterna sker via hamnar i Luleå och Narvik [1]. Årligen producerar LKAB 3 000 000 ton järnmalmsprodukter per år (006) av dessa är 3691 000 ton direktreduktionspellets [] för användning i direktreduktionsprocesser där järnsvamp framställs. Pellet består i huvudsak av ett järnmalmskoncentrat (magnetit), tillsatsmedel och bindemedel som blandas och rullas till kulor och sedan sintras. Koncentratets och tillsatsmedlets nedmalningsgrad är två faktorer som påverkar pelletens fysikaliska och metallurgiska egenskaper. Järnmalmskoncentratets nedmalningsgrad styrs mot specifik yta [cm /cm 3 ] och tillsatsmedlets mot viktsprocent av partiklarna som är mindre än 45 m. 1. Mål och syfte Målet med detta examensarbete är att undersöka hur de metallurgiska och fysikaliska egenskaperna på direktreduktionspelletsen av kvalitet KPRS (Kiruna Pellets Reduktion Special) påverkas av förändringar på järnmalmskoncentratets specifika yta och tillsatsmedlets procent mindre än 45 m. Försöken utförs i laboratorieskala med upplägg enligt ett fullfaktorförsök. Järnmalmskoncentratet och tillsatsmedlet som används vid försöken tas ut från anrikningsprocessen, detta för att få material med samma egenskaper som i tillverkningsprocessen. Pelletsen tillverkas i en så kallad pot furnace som kan simulera pelletsprocessen för att sedan utföra en rad tester på de tillverkade materialen. Då försöken med nedmalningsgrad ej var fullt genomförbara kompletterades arbetet med en statistisk (multivariat) studie av ATH. ATH är ett mått på materialets motståndskraft mot sönderfall och nedbrytning genom slag, stötar och nötning. Detta mäts genom att tumla material i en trumma med lyftare för att sedan sikta det på olika fraktioner. - 1 -
Teoretisk bakgrund Teoretisk bakgrund.1 Pellets Pellets är en sintrad järnmalmsprodukt i kulform bestående av ett finmalt järnmalmskoncentrat, tillsats- och bindemedel. LKAB tillverkar två typer av pellets, masugnspellets och direktreduktionspellets, vilket ställer olika krav på koncentratet, mängd och typ av tillsats- och bindemedel [1]. I detta examensarbete berörs endast tillverkningen av direktreduktionspellets. Pelletsen används i olika typer av direktreduktionsprocesser som t.ex. Midrex och Hyl för tillverkning av järnsvamp/direkt reducerat järn (DRI/Direct Reduced Iron). DRI används i sin tur som råmaterial i ljusbågsugnar tillsammans med skrot.. Järnoxider Magnetit Järnmalmen som bryts består av magnetit, Fe3O4. Magnetit är en spinell med formeln A(B)O4. A är Fe + och B är Fe 3+. Magnetit är ferromagnetisk vilket underlättar separationen i förädlingsprocessen. Det är också en fördel under oxidationen till hematit där reaktionen är exoterm vilket sänker energiåtgången vid sintring. Hematit Hematit finns i två former γ-hematit även kallad maghemit och α - hematit. γ - formen uppstår vid oxidation av magnetit vid låga temperaturer och omvandlas vid högre temperatur till α - formen. Maghemit har ett kubiskt gitter medan α- hematit har ett hexagonalt gitter [3]..3 Tillsats- och bindemedel Olika tillsatser tillsätts till sligen där syftet och följderna av detta varierar: - De kan förbättra endast de mekaniska egenskaperna hos råkulor, torkade och sintrade pellets, med följden att den kemiska sammansättningen och de metallurgiska egenskaperna förändras. - De kan påverka endast de metallurgiska egenskaperna. - De kan vara fasta, flytande, lösliga eller olösliga. - De kan reagera med vatten genom bildning av hydrat, saltbryggor eller gelbildning med en samtidig inverkan på fukthalten. - De kan förångas eller förbrännas under värmebehandlingen. - De kan bilda föreningar med ämnen i malmen. - De kan vara fördelaktiga eller skadliga för de metallurgiska egenskaperna beroende på dess kemiska sammansättning. Tillsatser kan delas in i tre olika grupper beroende på dess inverkan. De som endast underlättar kulrullning samt höjer råkulors, torkade- och sintrade pellets styrka är ett bindemedel. De som endast tillsätts för att påverkar den kemiska sammansättningen i sintrade pellets är ett tillsatsmedel. Det finns även tillsatser som har delar av bägge egenskaperna [4]. - -
Teoretisk bakgrund.3.1 Bindemedel Bindemedel som används vid tillverkning av KPRS är bentonit och ett organiskt bindemedel..3.1.1 Bentonit Bentonit är ett lermineral som bildats genom nedbrytning av vulkanisk aska. Bentonit består till största delen av mineralet montmorillonit, (Na,Ca)0.33(Al1.67,Mg0.33)Si4O10(OH) n O. Isomorf substitution av Al 3+ och Mg + i det tetraediska SiO4 skiktet förändrar laddningsbalansen i kristallstrukturen. För att balansera laddningen adsorberas utbytbara katjoner (Na +, Ca + ) och i kombination med vatten hydratiseras dessa vilket gör att bentoniten sväller, se figur 1. Figur 1. Montmorillonitens uppbyggnad. Hur mycket montmorilloniten kan svälla är beroende av jontyp, kalciumjoner är mindre och har högre laddning än natriumjoner och har därför en starkare interaktion med aluminiumsilikat lagren. Detta gör att den är mindre benägen att hydratiseras än natrium montmorillonit. Bentonit tillsatsen påverkar pelletiseringen på flera sätt: - Adsorptionen av vatten kan användas till att kontrollera fukthalten. - Underlättar bildningen av jämna och släta råkulor. - Höjer viskositeten av vätskan mellan mineralkornen i pelletsen vilket ger en mer plastisk råkula som tål transporter, siktning och omlastningar bättre. - Ökar torkade kulors styrka. När vatten börjar avdunsta under torkningen koncentreras den inlösta bentoniten och binder till mineralkornen och sig själva och bildar på så sätt bryggor mellan mineral kornen. Om bindningsfunktionen är som ovan är inte helt fastställt. - Bentonit ökar sintrade kulors hållfasthet genom att natrium och kalcium fungerar som flussmedel och sänker smältpunkten på vissa mineral i pelletsen. Denna smältfas ökar styrkan under förvärmningsstegen och minskar på så sätt sönderfallet och damningen. Med bentonit sänks torkningshastigheten för kulorna men chocktorkningstemperaturen höjs [5]. - 3 -
Teoretisk bakgrund Nackdelen med bentonit är dess höga innehåll av kiseloxid (SiO) som ger ökade kostnader i efterföljande reduktionsprocesser då mer basiska slaggbildare måste tillsättas för att neutralisera effekten av ökad halt SiO [4]. Vid produktion av direktreduktionpellets ger varje procent av sura gångarter en ökad energikonsumtion med cirka 30 kwh [6]..3.1. Organisktbindemedel För att minska andelen sura gångarter som tillförs med t.ex. bentonit har organiskabindemedel utvecklats för att delvis eller helt ersätta bentonit. En mängd olika ämnen har testats, från naturligt förekommande till speciellt tillverkade för ändamålet. Det finns en mängd leverantörer av bindemedel från olika tillverkare, men de ges ofta bara ett namn på produkten och dess exakta kemiska struktur är ofta okänd. Vid tillverkning av KPRS används ett syntetiskt bindemedel. Till skillnad från bentonit förbränns det organiskabindemedlet under värmebehandlingen av kulorna [5]..3. Tillsatsmedel.3..1 Dolomit Dolomiten är kalcium magnesium karbonat Ca,Mg(CO3) och kommer under värmebehandlingen att kalcinera till CaO och MgO och CO genom en enstegsmekanism (ekv. 1) eller en tvåstegs mekanism (ekv.,3). CO3 CaO MgO Ca, Mg CO (1) CO3 CaCO3 MgO Ca, Mg CO () CaCO CaO (3) 3 CO Kalcinering påverkas bland annat av partialtryck CO, porositet, sammansättning, temperaturstegring..4 Pelletisering Kraven på råvarorna som används vid stålframställning har genom åren ökat. Därför ställs i dag krav på låga halter av föroreningarna i de järnmalmsprodukter som används. För att kunna frigöra dessa föroreningar från malmen måste finmalningsgraden öka, detta ger en järnmalm som är för fin för att chargeras direkt i masugns- och direktreduktionsschakten. På grund av detta måste den finmalda järnmalmen överföras till större stycken, för att göra detta används sintring. Vid pelletisering av järnmalm formas runda kulor av finmald magnetitslig, tillsatsmedel och bindemedel i rulltrummor. Dessa torkas och när temperaturen blir tillräckligt hög börjar kornen sintra ihop d.v.s. kornen sammanbinds genom att material delvis smälter. Drivkraften för sintringen är att minska den totala ytenergin. Temperaturen är i detta skede under materialets smälttemperatur. Med sintringen minskar materialets porositet med bindningarnas tillväxt. Magnetiten kommer vid värmningen att oxidera till hematit genom en kemisk reaktion (ekv. 4). - 4 -
Teoretisk bakgrund Oxidationen startar redan vid cirka 00ºC men hastigheten är vid denna temperatur väldigt låg, mellan 800-100ºC är hastigheten som högst [7]. Fe Fe O (4) 1 3O4 O 3 3 Oxidationen innebär en övergång från ett kubiskt gitter till hexagonalt gitter. Omvandlingen sker i den riktning som innebär minst omlagring av joner. Vid oxidation av magnetit till hematit sker tillväxten främst i plan som är parallella, detta kommer att ge att hematitkristallerna i magnetitkornen växer i tre huvudriktningar och kommer att bilda 60 vinklar med varandra se figur [3]. Vid högre temperatur (över 1100ºC) kommer de utsträckta kristalliterna att omvandlas (rekristalliseras), rekristallisationen ger mer rundade kristalliter figur [3]. Vidare temperatur behandling kan leda till ytterliggare korntillväxt där monokristallina korn bildas. Redan tidigt under oxidationen kommer bryggor mellan kornen att uppstå i beröringspunkterna och antalet ökar under fortsatt oxidation. De tidiga bindningarna ökar kulans hållfasthet som är svag när det kapillärbundna vattnet har avgått. När temperaturen är tillräckligt hög för strukturomvandlingen skall ske kommer kornen att rundas av och bryggbildningen mellan enskilda korn ökar då markant. Vidare värmebehandling leder till att kornen blir ännu rundare, porer slås samman och bryggorna mellan kornen växer ytterligare vilket kommer att leda till att små korn försvinner helt. Oxidationens hastighet är beroende på temperatur och syrepartialtrycket [3]. Figur. Huvudriktningar för kristaller till vänster, rekristalliseradekorn till höger. Under värmebehandlingen kommer dolomiten, bentoniten och gångarterna att smälta och reagera med varandra och med järnoxiderna. CaO kommer att reagera med FeO3 och bilda kalciumferriter CaO FeO3, CaO FeO3, CaO FeO3, (CaO och SiO reagerar och bildar orthosilicat med varierande mängd FeO3). smältan som bildats kommer att flyta ut och bilda bryggor mellan kornen [4]. Reaktioner med magnetit sker även i kulans ooxiderade delar och i kärnan. Att sintra pelletsen länge vid hög temperatur ger en stark kula men porositeten blir låg och leder till att den ej fungerar bra i den efterföljande reduktionsprocessen. Målet är att tillverka en pellets som sintrats så att den klarar de mekaniska påfrestningarna som uppstår vid transport och reduktion. En annan fördel med oxidationen är att den är exoterm och minskar behovet av tillförsel av extern energi till processen. - 5 -
Teoretisk bakgrund.5 Pelletsprocessen processbeskrivning.5.1 Allmänt Pelletsprocessen består av en rad steg, från gruva till färdig pellets. I beskrivningen kommer främst berörda anläggningar att beskrivas, KA (Kiruna Anrikningsverk ) och KK3 (Kiruna Kulsinterverk 3). Själva pelletiseringsprocessen börjar med agglomerering av slig till så kallade råkulor. Råkulorna transporteras till en rosterugn kallad grate för torkning och sintring, för att sedan sintras färdigt i en roterugn kallad kiln. Värmning och torkning sker i en oxiderande miljö. Den färdiga pelletsen kyls sedan i en kylare för att sedan belägga ytan med en blandning av bentonit och dolomit s.k. coating. Översikt av anriknings och pelletiseringsprocessen i figur 3. Figur 3. Övergripande flödesschema för anriknings och pelletsprocessen i KA och KK3. - 6 -
.5. Tillredning av slig Teoretisk bakgrund Innan själva pelletiserings processen startar och man från malm har fått en finmald magnetitslig sker en rad enhetsoperationer Malmen som bryts underjord i Kiruna är magnetit och den bryts med skivrasbrytning. Underjord primärkrossas malmen för att sedan uppfordras med skippar upp till sovringsverket. I sovringsverket krossas och magnetsepareras malmen för vidare transport till anrikningsverket i två fraktioner större än 30 mm och mindre än 30 mm. I anrikningsverket KA sker malning i två steg. Primär autogenmalning i sluten krets med skruvklasserare, det fina godset från skruvklasseraren går till magnetseparering och vidare till den sekundära pebbelsmalningen. Den sekundära pebblesmalningen är sluten i en krets med ett hydrocyklonbatteri, där fint gods går vidare till magnetseparering. Koncentratet från separeringen går till fosforflotationen som även den är följd av magnetseparering innan det transporteras vidare ned till pelletsverket. Även malning av tillsatsmedlet för pelletsen sker här, det malda tillsatsmedlet transporters också vidare till pelletsverket där det hamnar i en tank och kvotas in i järnmalmskoncentratet. Anrikningsverkets styrvärden för KPRS är för magnetitslurryn en specifika yta på 9500 cm /cm 3 och dolomitens nedmalningsgrad styrs mot en sikt på 75 % mindre än 45 m. Slurryn av järnmalmskoncentrat och dolomit pumpas sedan till filtrering där den filtreras i ett pressluftfilter till en fukthalt på ungefär 9 %. Till den filtrerade sligen tillsätts bentonit och organisktbindemedel som genom en blandare för att homogeniseras. Sligen är nu färdig för kulrullning..5.3 Råkuletillverkning Kulrullningen i KK3 sker i rullkretsar. Tillverkningen sker genom att slig med innehållande tillsatser matas från en ficka in i övre ändan av en rulltrumma som lutar 6º. I trumman bildas kulor som i trummans slut sprids ut på ett brett band av utläggare. Bandet matar ut kulorna på en rullsikt som består av en mängd roterande rullar med en bestämd siktspalt inställd. Siktens funktion är att kulor med diametern 9.5-16 mm faller igenom siktspalten i slutet av sikten för vidare transport mot graten. Kulor som är större och mindre transporteras tillbaka till rullkretsen. Tillväxten i trumman sker genom att kornens yta är täkt av en vattenfilm, när de sedan kommer i kontakt med varandra bildas genom ytspänningen vätskebroar mellan kornen. I rulltrumman kommer materialet att följa med vinkelrätt mot trummans längdriktning för att sedan falla ned. I denna rörelse kommer de små agglomeraten börja rulla vilket leder till tillväxt och packning. I en idealisk kula har alla porer blivit fylld med vatten utan att ytan är täckt, de konkava vätskeytorna som bildas i porerna vid ytan bildar de kapillära krafter som håller samman partiklarna. Bildning av kulor sker även med andra mekanismer: - Tillväxt genom att mindre fragment från kulor som sönderfallit slås ihop. - Returnerade små kulor rullar på ett skal från fri slig. - Mekaniskt svaga kulor faller sönder till mindre fragment som tas upp av mindre kulor. - Två mindre kulor slås samman. Faktorer som påverkar tillverkningen av råkulor är många t.ex. trummans lutning, rotationshastighet, tonnage, fukt, partiklarnas form och vätnings förmåga, bindemedels - 7 -
Teoretisk bakgrund dosering, partikelstorlek, homogenitet med avs. på partikelstorlek och bindemedelsutblandning. Kravet på de färdiga råkulorna från rullkretsen är: - Jämn storlek ger enhetlig bränning. - Hög chocktorkningshållfasthet, råkulorna måste tåla den snabba torkningen i graten. Om vattnet inuti kulan inte hinner torka bort med tillräcklig hastighet kommer ett tryck att bildas inuti kulan som kan bli så högt att den sprängs. Hur snabbt en kula tål att torkas beror bland annat på storleken och hur hårt den är packad. Chocktorkningstemperaturen är den temperatur då högst 10 procent av kulorna exploderar och bör vara över 480ºC. - Hög mekanisk hållfasthet för att klara transport till grate och att de inte deformeras eller går sönder i graten. Trasiga och deformerade kulor försämrar gas permeabiliteten. - Hög porositet ger en kula som är lätt att bränna och oxidera. [7],[4].5.4 Rosterugn Rosterugnen även kallad grate består av ett rosterband som är uppdelat på fyra zoner (UDD, DDD, TPH och PH) där torkning och förvärmning sker. Den största delen av oxidationen sker även i graten. Råkulorna transporteras med transportband fram till graten, innan själva rosterbandet finns en rullsikt för att sikta bort små och trasiga kulor. Bäddhöjden på rosterbandet är ca 0 cm och det är även viktigt att få en jämn bädd för att få en enhetlig bränning av kulorna. Uppåtgående torkzon (UDD - Upp Draft Drying) I denna zon går torkluften genom bädden av kulor nedifrån och upp. Den ingående torkluftens temperatur är ca 100ºC och har kylts ned till ca 40ºC när den har passerat genom bädden. Luftströmmens riktning beror på att kulorna i botten av bädden torkar och den varma gasens temperatur sjunker snabbt när den går genom bädden. När gastemperaturen sjunker kondenserar vatten ut över kulorna i den övre delen och hållfastheten försämras. Om gasströmmens riktning varit omvänd, skulle kondensationen ske i botten och kulor med sämst hållfasthet utsättas för den högsta belastningen. Genom att gasflödet kommer underifrån kan bäddhöjden vara högre [7]. Nedåtgående torkzon (DDD - Down Draft Drying) Den uppifrån inkommande torkluften har här en temperatur på ca 400ºC, när den passerat genom bädden har den kylts ned till ca 60ºC. Här blir temperaturen så pass hög att chocktorkning kan bli ett problem men man vill även hålla ned temperaturen för att undvika oxidation vid för låg temperatur. Oxidation vid för låg temperatur ger dåliga hematitbindningar samt dåligt utnyttjande av oxidationsvärmen. Om chocktorkning sker och kulor sprängs bildas fint gods som ställer till problem för efterföljande reduktionsprocesser och den fortsatta pelletiseringsprocessen genom att gör bädden tät, dvs. minskar bäddens permeabilitet [7],[8]. Primär förvärmning (TPH - Temperatur Preheat) I denna zon är den uppifrån ingående gasens temperatur ca 1000ºC och sjunker till ca 80ºC när den passerat genom bädden. Innan kulorna kommer in i denna zon måste torkningen vara tillräcklig för att inte chocktorkning skall ske. Här startar den egentliga oxidationen, temperaturen får dock inte vara för hög så att oxidationshastigheten blir för snabb i starten. Detta kan leda till att den fortsatta oxidationen hämmas [7],[8]. Sekundär förvärmning (PH - Pre Heat) - 8 -
Teoretisk bakgrund Den sista zonen i graten innan avlastning till kiln. Här dras processgasen inifrån kiln och ner genom bädden. Gasen ingående temperatur är ca 100ºC och kyls ned till ca 350ºC. kulorna måste här uppnått tillräcklig styrka för att tåla behandlingen i roterugnen [7]..5.5 Roterugn Roterugnen även kallad kiln består av en lutande roterande trumma som är 33.5 m lång och har en inre diameter på 6. m, kulorna från graten glider över en slas in i den övre delen av kiln. Den roterande rörelsen ger en omrörning och transport mot den bortre änden av trumman där de faller ned i kylarens pålastningsficka. I den nedre änden av kiln finns även brännaren monterad, bränslet är kol eller olja där kol används primärt som bränsle. I kiln skall kulorna sintras färdigt, temperaturen i kiln är ca 150ºC och omrörningen ger kulorna lika temperatur. Värmeöverföringen i kiln sker främst genom strålningsvärme från lågan, antingen direkt mot kulorna eller mot väggarna som i sin tur avger värmen till kulorna [7]..5.6 Kylare Kylaren är en roterande ring som är 3.75 m bred och indelad ett antal zoner pålastning, 4 stycken kylzoner och avlastning. Kylaren uppgift är att återvinna värme som återanvänds på graten och att kyla ned kulorna så att de blir hanterbara. Kulor som faller ned i kylaren transporteras genom de olika kylzonerna på roster luckor s.k. pallar där kylluft dras genom bädden av kulor. I första kylzonen går processgasen via kiln till PH-zon, från andra kylzonen går gasen via kanaler till TPH-zonen och de två sista kylzonernas gas går till UDD- och DDD-zonen. I den sista zonen avlastningen tippas palletsen och kulorna faller ut genom botten på kylaren..5.7 Coating Pellets för direktreduktion kan börja kladda i direktreduktionsschaktet. Under belastning och reduktionen blir pelleten plastisk, metallurgiskt järn på ytan av pelleten sintrar lätt ihop med andra pellets och bildar klumpar. Klumparna stör produktionen och reduktionen. Ett sätt att minska kladdningstendensen är att göra dessa mer formstabila genom att belägga ytan av pelleten med en blandning av bentonit och dolomit, på så sätt minskar kontaktytan mellan pelletsytorna. Själva coatningen sker genom att lösningen sprayas på de nedkylda kulorna i en roterande trumma [9]. - 9 -
Metod och genomförande varierad nedmalningsgrad 3 Metod och genomförande varierad nedmalningsgrad 3.1 Statistisk försöksplanering Statistisk försöksplanering ger en modell för hur variablerna systematiskt skall varieras med ett begränsat antal försök för att de utvalda försöken ska ge maximalt med information. Istället för att variera en variabel i taget, där man kan gå miste om samspelseffekter varieras här samtliga variabler samtidigt. Med statistisk försöksplanering får man även en uppskattning av vad som är effekter av förändringar av variabler och vad som är spridning i mätmetoder m.m. Innan några försök utförs bestäms försökens mål, vilka och antalet variabler (faktorer) som skall ingå, vilka resultat som skall mätas (respons) och hur stor variationerna skall vara för faktorerna där man ofta definierar en låg och hög nivå. Nästa steg är att skapa en försöksplan, här används ofta ett referens försök för att sedan utföra en mängd försök runt detta, de nya försöken utförs symetriskt runt referensförsöket även kallad mittpunkt [10]. Hur försöksplanen ser ut är beroende på försökens mål, i detta arbeta har en programvara använts för att sätta upp försöksplanen Försöken utförs sedan enligt den genererade försöksplanen. Försöken ger resultat och analyseras med regressionsanalys. Detta ger en modell som relaterar förändringen i faktorerna till förändring i responsen. Modellen kommer att indikera vilka faktorer som är viktig och vart ett optimum finns. 3. Försöksuppställning För att utvärdera påverkan av nedmalningsgraden av magnetitslig och dolomit på de mekaniska och metallurgiska egenskaperna för direkt reduktions pelletsen KPRS utfördes ett faktorförsök. Pellets tillverkas i en pot furnace där produktionen av KPRS i KK3 simulerades, på den tillverkade pelletsen utfördes sedan tester. Faktorförsöket sattes upp enligt designen central composite face-centered (CCF) vilket ger 11 försök med 3 st. mittpunkter. Materialet till försöken togs ut från anrikningsverket för att få material med samma egenskaper som används för produktion. Gränserna för variablernas variation styrs till viss del av vad som är möjligt att styra mot under full produktion i anrikningsverket, då man för varje försök måste ställa om hela produktionen för att ta ut ett prov. De värden som valdes som riktvärden för magnetiten och dolomiten i försöket ses i tabell 1. Det är svårt att styra processen exakt mot de värden som önskas och flera försök utfördes för varje punkt för att få resultat som är i närheten av de önskade. Under vanlig produktion var styrvärdet för ytan 9500 cm /cm 3 och detta prov kunde tas ut utan att påverka produktionen. Det var dock inte möjligt att få ut den fina ytan på grund av förändringar i rågodsets malbarhet, totalt gjordes fem försök att få ut provet utan att lyckas. Dolomitmalningen är lättare att kontrollera då sektionen enbart består av en kvarn i slutenkrets med en cyklon. - 10 -
Metod och genomförande varierad nedmalningsgrad Magnetit [Yta cm/cm3] Dolomit [Sikt % - 45 mm] Riktvärde Utfall Riktvärde Utfall 8000 878 65 66,3 9500 998 75 75, 11000-85 83,7 Tabell 1. Riktvärden och utfall för de uttagna proverna av magnetit och dolomit. Med proverna i tabell 1 blev försöksplanen enligt figur 4. Sikt dolomit (%-45mm) 83.7 (85.0) 75. (75.0) 11 10 66.3 3 (65.0) 878 (8000) 8 45 1 998 (9500) Yta Slig (cm /cm 3 ) 6 7 9 (11000) Figur 4. Försöksplanen med de uttagna provens värden samt de till början tilltänkta inom parantes. För att utvärdera de tillverkade pelletsvarianterna utfördes tester enligt nedan : - TTH, ATH (ISO 371) - KTH (ISO 4700) - RHM - ITH - LTB (ISO 13930) - Midrex linder (ISO 1157) - RedM 830 R40 och REDT Även tester för kontroll av råkulorna utfördes i sammband med tillverkningen till pottfurnace. - TH en mekanisk test metod som bestämmer råkulors tryckhållfasthet. En kolv trycker på kulan och en våg registrerar antalet kg vid bristningstillfället, medelvärdet av 0 kulor beräknas [11]. - TOH mekanisk test metod som bestämmer torkade råkulors tryckhållfasthet, testmetod liknande TH [11]. - 11 -
Metod och genomförande varierad nedmalningsgrad - KH45 bestämning av råkulors fallhållfasthet. Simulering av råkulans fall i transportkedjan från rullhus till pelletsmaskin. Definieras som det antal fall en råkula kan utsättas för innan spricka uppstår. Varje kula rullas utifrån en nivåplatta på 45 cm höjd och får falla fritt, första fallet blir 0 och andra 1 o.s.v. när första sprickan uppstår noteras antalet. Ett medelvärde beräknas från antalet släppta kulor [11]. Från de tillverkade materialet uttogs representativa prover för hela den tillverkade mängden till de olika testmetoderna. 3.3 Tillverkning av pellets i pot furnace En pot furnace används för att simulera pelletsprocessen i laboratorieskala. I styrsystemet programmeras de olika zonernas tid, gasflöde, syrehalt och temperatur in för att efterlikna processen i detta fall KK3. 40 kg råkulor placeras i en potta med en bäddhöjd av 5 cm. Gasbrännare används för att förvärma luften till rätt temperatur innan den dras genom bädden av kulor med en fläkt. Tillverkningen i pot furnace blir väldigt kontrollerad men det är dock svårt att simulera kiln delen av processen då man har en fast bädd. För tillverkning av råkulorna blandas slig, tillsatsmedel och bindemedel i en blandare. I blandaren slutjusteras även fukthalten till den rätta. Den blandade sligen rullas sedan till kulor i en tallrik, råkulorna siktas sedan av på en skaksikt där kulor i fraktionen 10-1.5 mm tas ut till pot furnace. Översiktsbild av pot furnace figur 5. Figur 5. Schematisk bild över pot furnace. - 1 -
Metod och genomförande varierad nedmalningsgrad 3.4 Testmetoder för pellets 3.4.1 TTH/ATH (ISO 371) Materialets motståndskraft mot sönderfall och nedbrytning genom slag, stötar och nötning testas. Två index beräknas tumbler och abrasions index. Materialet torkas i 105ºC i 1 timmar och får sedan svalna till rumstemperatur, materialet siktat och fraktionerna större än 40 mm och mindre än 6.3 mm tas bort. Testet utförs i en roterande trumma med lyftare där materialet chargeras. Trummans längd är 500 mm och med diametern 1000 mm, inuti trumman sitter två stycken lyftare på 50 mm. Trumman roteras 00 varv med en hastighet av 5 varv/min. Materialet från trumman siktas sedan på 6.3 mm och 0.5mm sikt. Fraktionerna vägs ut för att beräkna vikts procent större än 6.3 mm (TTH) och vikts procent mindre än 0.5 mm (ATH) [1]. Provet har dock utförts med reducerad mängd material jämfört med ISO-standarden. Schematiskskiss över trumman i figur 6. Figur 6. Schematiskskiss från sidan över trumman där ISO 371 utförs, trummans diameter 1000 mm, längd 500 mm och två stycken lyftare med en bredd på 50 mm. 3.4. Kalltryckhållfastheten KTH (ISO 4700) Testet undersöker den mekaniska tryckhållfastheten på oxiderad pellets. 60 torkade pelletar i fraktionen 10-1,5 mm matas en och en med hjälp av en vibrationsmatare ut mellan två plattor, dessa pressas samman med en kontinuerlig hastighet av 10-0 mm/min och ett komprimerande tryck läggs på pelleten tills den går sönder. En lastcell mäter det på pelleten pålagda trycket som uppstår under kompressionen. Värden för samtliga pelletar loggas och ett medelvärde för hela provmängden beräknas [13]. - 13 -
Metod och genomförande varierad nedmalningsgrad 3.4.3 RHM Reduktionshållfasthet Midrexprocessen RHM mäter sönderfall under reduktion. Provet placeras i en roterande behållare där det reduceras under förhållanden liknande Midrex direktreduktionsprocess. Provet placeras i en roterande behållare där reduktion sker i två steg under trommling. 1. 5-800ºC med en gasatmosfär av 40 % H, 0 % CO, 15 % CO och 5 % HO.. Isoterm reduktion vid 800ºC i 90 min med en gasatmosfär bestående av 55 % H, 35 % CO, 5 % CO och 5 % HO. Provet kyls sedan i N atmosfär till en temperatur under 100ºC. Mätning av sönderfallet genom siktning av prov till fraktionerna större än 6,3 och 3,15 mm och mindre än 0,5 mm. Utrustningen liknande den som används till LTB (figur 8) [11]. 3.4.4 Reducibilitetstest Midrexprocessen RedM 830 Reducibiliteten mäts under isoterm reduktion i förhållanden liknande Midrex direktreduktionsprocess. Två saker mäts under reduktionen, reduktionshastigheten (%/min) vid 40 % reduktionsgrad kallad RedM 830 R40 och tiden i min det tar att uppnå 95 % reduktionsgrad, RedM 830 REDT. Försöket utförs i en elektriskugn där en provmängd på 500 g torkade pellets placeras i en tub, tuben hänger på en våg ned i ugnen för registrering av viktsförändringen under reduktion. Tillvägagångssätt: - Isoterm reduktion av provet till 95 % reduktionsgrad. Reduktions gasen består av 55 % H, 35 % CO, 5 % CO och 5 % HO. - Kylning av prov i N atmosfär till en temperatur under 100ºC. - Hållfasthetstest ITH av det reducerade provet. [11] 3.4.5 ITH Tummeltest där mekaniskt sönderfall av reducerad pellet mäts. Provet tumlas i en tub, trommeln roteras med 0 varv/min i 600 varv. Trommeln töms siktas av till fraktionerna större än 6.3 mm och mindre än 0.5mm. Fraktionerna vägs upp och procent större än 6.3 och mindre än 0.5 mm beräknas mot ingående materialmängd. Trommelmått: L = 700 mm, D = 130 mm, schematiskskiss över ITH trommeln i figur 7 [11]. Figur 7. Schematiskskiss över ITH trommeln. - 14 -
Metod och genomförande varierad nedmalningsgrad 3.4.6 LTB (ISO 13930) ISO standard för att utvärdera sönderfalls beteende av järnmalmer under isotermisk reduktion i en roterande tub. Testet simulerar reduktionsförhållandena i övre delen av masugnsschaktet. Provmängd ca kg torkas i 105 C i timmar, siktas sedan till 10-1.5 mm / 1.5-16 mm. Provet placeras i behållaren som roteras med 10 varv/min, inertgas används under uppvärmningen till 500 C sedan sker reduktionen i 60 min med ett gasflöde på 0 l/min, reduktionsgasens sammansättning skall vara 0 % CO, 0 % CO, % H, och 58 % N. Efter 60 min kyls provet med inertgas till under 100 C följd av siktning och beräkning av massfraktionerna större än 6.3 mm, mindre än 3.15 mm och mindre än 0.5 mm [14]. Schematiskskiss över utrustningen i figur 8. Figur 8. Scematiskskiss över LTB utrustning. 3.4.7 Midrexlinder (ISO 1157) Test metod för utvärdering av sönderfall och metalliserings uppträdande av järnmalmspellets och styckemalm under processförhållanden liknande direktreduktion med gas, som t.ex. i Midrexprocessen. Provmängden är 500 g, vid användande av pellets skall fraktionen vara 10-16 mm med 50 procent mellan 10-1.5 mm och 50 procent mellan 1.5 16 mm. Provet torkas i 105 C för att sedan kylas till rumstemperatur. Provmängden placeras i en reduktionstub med diametern 130 mm, längd 00 mm och roterar med 10 varv/min. Under uppvärmningen till 760 C (skall nås inom 90 min) används N med ett flöde av 10 l/min och när temperaturen närmar sig 760 C ökas flödet till 13 l/min. Vid 760 C hålls denna temperatur i 30 min för att sedan ersätta N med reduktionsgaserna med sammansättningen(v/v) : H = 55 %, CO = 36 %, CO = 5 %, CH4 = 4 %. Reduktion sker under 300 min efter 300 min stoppas rotationen och ett N flöde av 10 l/min ersätter reduktionsgaserna som kyler provet till rumstemperatur. Provet tas ur reduktionstuben vägs och siktas, fraktionerna större än 6.3 mm och 3.15 mm, mindre än 0.5 mm och 3.15 mm beräknas. Material förlorat i siktning och dammfällan räknas in i mindre än 3.15 mm fraktionen [15]. Utrustningen liknande den som används till LTB (figur 8). - 15 -
Resultat 4 Resultat Resultaten för de olika testmetoder som beskrivits ovan redovisas nedan i tabell. Dubbla tester har utförts på KTH, TTH och ATH för samtliga försök (markerade Px:1 och Px:) dessa har sedan slagits ihop till ett medelvärde som finns under huvudkolumnen (Px). Kemiskanalys med XRF har även utförts på råkulorna för de olika försöken och redovisas i tabell 3. - 16 -
Resultat Mittpunkter Försök P1:1 P1: P1 P4:1 P4: P4 P5:1 P5: P5 P:1 P: P P3:1 P3: P3 Yta magn./sikt dolo. 998/75. 998/75. 998/75. 998/66.3 878/66.3 KTH [dan] 314 335 34,5 317 96 306,5 330 33 331 39 33 330,5 300 301 300,5 TTH [%] 96,3 96,0 96,0 95,7 95,7 95,7 96,0 95,7 95,9 96,0 96,0 96,0 95,7 95,7 95,7 ATH [%] 3,0 3,7 3,4 4,0 4,0 4,0 4,0 3,7 3,9 3,7 3,7 3,7 3,7 4,0 3,9 Midrexlinder +6.3 [%] 95,4 94, 95,6 96, 96,3 Midrexlinder +3.15 [%] 96,5 96, 96,6 97,3 97,0 Midrexlinder -0.5 [%] 1,8 1,7 1,6 1,5 1,8 Midrexlinder -3.15 [%] 3,5 3,8 3,4,7 3,0 LTB +6.3 [%] 87,5 87,9 90,9 87,8 91,5 LTB +3.15 [%] 9,4 93,9 93,8 93,9 93,1 LTB -0.5 [%] 6,5 5,3 5,7 5,1 6,3 RHM+6.3 [%] 96,5 96,1 95,0 96,7 96,8 RHM+3.15 [%] 97,4 97,6 96, 97,5 97,1 RHM-0.5 [%] 1,7 1,7,6 1,8,3 REDM830 REDT [min] 6,0 9,0 39,0 36,0 39,0 REDM830 R40 [%/min] 5,4 4,7 3,5 3,6 3,6 ITH+6.3 [%] 68, 75,3 77,0 74,7 80, ITH-0.5 [%] 9,5 8,1 7,6 7,9 8,6 Fukthalt [%] 8,5 8,6 8,7 8,4 8,4 KH45 [st] 3,5 3,5 4,3 3,9 3,1 TH [Kg] 0,9 0,9 1,0 0,8 1,0 TOH [Kg],7,6,9,5 3, Tabell. Resultaten av tester från samtliga försök i pott furnace. Yta för magnetit och sikt för dolomit anges för varje försök. - 17 -
Resultat P1 P P3 P4 P5 SiO [%] 1,18 1,1 1,01 1,18 1,18 TiO [%] 0,6 0,5 0,19 0,6 0,5 AlO3 [%] 0,3 0,4 0, 0,3 0,4 FeO3 [%] 4,7 4,93 6,31 5,06 4,89 FeO [%] 4,30 4,93 5,58 5,93 5,6 MnO [%] 0,09 0,09 0,10 0,09 0,10 MgO [%] 0,88 0,85 0,87 0,87 0,87 CaO [%] 1,0 1,19 1,16 1,19 1,1 NaO [%] 0,069 0,071 0,077 0,090 0,087 KO [%] 0,04 0,00 0,0 0,03 0,01 PO5 [%] 0,076 0,069 0,06 0,071 0,073 VO5 [%] 0,5 0,5 0,6 0,5 0,5 Fe [%] 93,4 9,64 93,15 93,14 93,30 P [%] 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 Fe+K [%] 3,34 3,83 4,34 4,61 4,37 Fe+M [%] 40,50 40,00 38,85 39,55 39,90 C [%] 0,786 0,776 0,7078 0,8139 0,7113 Femet [%] 86,60 85,36 84,40 84,99 85,51 LOI [%] -37,1-36,85-36,65-36,48-36,95 Tabell 3. Kemisk analys med XRF av kulor från de fem olika försöken. Några testmetoder hamnar innanför mittpunkternas spridning eller visar inte på någon större förändring mot dessa. Kemiskaanalysen visar på en viss avvikelse i P3 jämfört med övriga, detta försök har något lägre SiO, TiO och högre FeO3. Fraktionen större än 6,3 för midrexlinder, LTB, RHM och ITH har P3 har störst andel av fraktionen i samtliga försök, se figur 9. De metoder som visar på störst avvikelse från mittpunkterna är midrexlinder, LTB och ITH. Midrexlinder har de största variationerna mot mittpunkterna på fraktionerna mindre än 3,15 och 0,5 mm, där P och P3 har lägre andel av fraktionen mindre än 3,15 mm, P har lägst andel mindre än 0,5 mm. I LTB avviker P3 från övriga försök där den har lägsta andelen i fraktionen mindre än 0,5 mm. För ITH är skillnaden störst mot mittpunkterna i fraktionen större än 6,3 mm där P3 har en högre andel. Samtliga resultat i figur 10 - figur 17 nedan, med de tre mittpunkterna först, mittpunkternas spridning markerad med ett färgat område. 100 95 90 85 % 80 75 70 65 60 P1 P4 P5 P P3 Midrexlinder +6.3 LTB +6.3 RHM+6.3 ITH+6.3 Figur 9. Fraktionen > 6,3 mm för midrexlinder, LTB, RHM och ITH. P1, P4 och P5 är mittpunkter. - 18 -
Resultat 350 100 5 35 99 98 4 3 300 % 97 % 75 50 96 95 P1 P4 P5 P P3 1 0 P1 P4 P5 P P3 TTH ATH Figur 10. KTH resultat. % 98 97 96 95 94 Figur 11. ATH och TTH resultat. % 4 3 1 93 P1 P4 P5 P P3 0 P1 P4 P5 P P3 Midrexlinder +6.3 Midrexlinder +3.15 Midrexlinder -0.5 Midrexlinder -3.15 Figur 1. Miderexlinder resultat för fraktionerna > 6,3 och > 3,15. Figur 13. Miderexlinder resultat för fraktionerna < 0,5 och < 3,15. 95 10 100 10 90 8 98 8 85 6 96 6 % % % % 80 4 94 4 75 9 70 P1 P4 P5 P P3 0 90 P1 P4 P5 P P3 0 LTB +6.3 LTB +3.15 LTB -0.5 RHM+6.3 RHM+3.15 RHM-0.5 Figur 14. LTB resultat. Figur 15. RHM resultat. 50 10 100 10 40 8 90 8 m in 30 0 6 4 % /m in % 80 70 6 4 % 10 60 0 P1 P4 P5 P P3 0 50 P1 P4 P5 P P3 0 REDM830 REDT REDM830 R40 ITH+6.3 ITH-0.5 Figur 16. REDM830 REDT och R40 resultat. Figur 17. ITH resultat. - 19 -
Diskussion och slutsatser 5 Diskussion och slutsatser Då det inte var möjligt att få ut den fina ytan inom rimlig tid och uttagen mängde av magnetitsligen med låg yta var för litet för att utföra det tredje försöket, avbröts försöken att ta ut de sista sligprovet som var nödvändigt för att kunna slutföra faktorförsöket. Utifrån de försök som har slutförts kan man se att mittpunkterna har en viss spridning, P5 har något mer avvikande värden än de andra mittpunkterna P1 och P4 vilka har något mer snarlika värden i de flesta fall. De metoder som har störst spridning är KTH, REDM830 REDT och ITH större än 6,3 mm. KTH kan ha en viss variation i resultaten beroende på om man får pellets från topp eller botten lagret i bädden, REDM830 REDT resultaten kan variera en del då test metoden har en viss spridning. Om man tittar på de enskilda testerna gav midrexlinder den störst förändring där fraktionen mindre än 3,15 mm är lägre i både P och P3 och ITH större än 6,3 mm är högre för P3, de övriga resultaten är mindre och svår att skilja från mittpunkterna. Om man tittar på fraktionen större än 6,3 mm i midrexlinder, LTB, RHM och ITH så visar P3 på ett något högre värden än övriga försök vilket kan tyda på att den har ett något lägre sönderfall under reduktion. P3 har på KTH låga värden och är lägre än samtliga utom ett på P4. Om P3:s resultat beror på den grova sligen eller någon samspelseffekt går inte att avgöra. Dessa försök visar dock inte på någon tydlig inverkan av förändringarna av nedmalningsgraden inom dessa gränser. Skall liknande försök göras i framtiden bör ett något bredare spann användas både för magnetit och dolomit för att komma ifrån spridningen i mittpunkterna. Tidigare undersökning av dolomit med en varierad nedmalningsgrad på 7,1-9,4 procent mindre än 45 m med flera försöksmetoder som är samma som i detta test (TTH, ATH, KTH, midrexlinder, RHM och REDM830) visar inte på någon signifikant påverkan av dolomitens nedmalningsgrad. Men indikationer på att reduktionshållfastheten RHM och ITH kan påverkas negativt av grov dolomit med minskade andelar större än 6,5 mm vid 7,1 procent mindre än 45 m. Detta kan inte ses i dessa försök vid 66,3 procent mindre än 45 m. - 0 -
Metod och genomförande multivariat dataanalys 6 Metod och genomförande multivariat dataanalys 6.1 Multivariat dataanalys Data anses vara multivariat när antalet variabler överstiger fem till antalet. För att kunna analysera stora mängder data kan multivariata projektionsmetoder användas, i detta arbete har främst partial least squares projections to latent structures (PLS) använts men även principal components analysis (PCA). PCA kan användas till att få en översikt över materialet, den visar även hur observationerna är relaterade till varandra och om det finns avvikande observationer eller grupper av observationer i data. Om grupperingar finns kan dessa delas upp i separata klasser där man analysera dessa individuellt. PCA gör det även lätt att upptäcka förändringar i data över tiden. Sista steget i en analys är regressions modellering mellan två block av data vanligtvis kallade X och Y med målet att prediktera Y från X för nya observationer. Denna typ av modellering utförs med PLS som kan ses som en regressionsförlängning av PCA. X- variablerna kallas faktorer eller prediktorer och Y-variablerna responser. Faktorerna är ofta signaler från givare som ger mätvärden med täta intervall för att övervaka processen medan responsen speglar egenskaper som utbyte eller kvalitet på en produkt, dessa mäts ofta mindre frekvent. De kan även vara arbetskrävande, tidskrävande och dyra att mäta jämfört med faktorer [16]. PLS förstås geometriskt genom att se X och Y som N punkter i två rum, X rummet med K axlar och Y rummet med M axlar, där K och M motsvarar antalet kolumner i X och Y. PLS modellering består av samtidig projektion av både X och Y rummen till ett låg dimensionellt hyperplan [17]. Detta hyperplan kommer att bestå av en eller flera riktningar kallade principialkomponenter (PC). Schematisk bild över PLS i figur 18 [16]. Figur 18. Schematisk bild över PLS. K antalet faktorer, M antalet repons och N antalet observationer i modellen. Med en bra modell är det möjligt att se hur faktorerna påverkar responsen, hur dessa är korrelerade och hur man skall justera faktorerna för att påverka responsen [16]. - 1 -