Studie av kvartsits effekt på fasomvandlingarna under reduktion av magnetitpellets
ReduktionJärnoxiderKvartsitSvällningFasomvandlingarPelletsQemscanMössbauerspektroskopiHematitMagnetitWustitJärn
Detta examensarbete har utförts vid LKAB:s FoU-avdelning i Luleå och vid LKAB:s metallurgiska laboratorium i Malmberget. LKAB har en världsledande position som producent av järnmalmsprodukter till stålindustrin. Huvudprodukten är magnetitbaserade pellets för råjärnsframställning i masugnar och direktreduktionsugnar. En förutsättning för en jämn och hög masugnsdrift är en god gasgenomströmning med ett lågt tryckfall. Abnorm svällning av pellets medför minskad porositet i pellets och minskade hålrum i beskickningen, vilket har en negativ inverkan på gasgenomströmningen. Tillsats av kvartsit i pellets har visat sig minska svällning under reduktion, emellertid är kvartsits effekt inte fullständigt kartlagd. Mot bakgrund av detta var syftet med examensarbetet att studera kvartsits effekt på fasomvandlingarna under reduktion av magnetitpellets. Faserna som skulle studeras var hematit, magnetit, wustit och metalliskt järn. Målsättningen var även att ta fram, pröva och utvärdera en metod för denna analys. Metoden skulle innefatta QEMSCAN och främst fokusera på dess möjligheter till kvantitativ fasanalys av järnoxider. Två olika sammansättningar av pellets undersöktes: SPBO referenspellets och SPBO pellets med 1,0 wt% kvartsit. Isoterma reduktionstester genomfördes i 1050 °C, en gassammansättning av 2 % H2, 40 % CO and 58 % N2 och ett gasflöde på 20 L/min. Reduktionsgraderna valdes till 10 %, 20 %, 30 % och 40 %. Resultaten bekräftar tidigare studier, nämligen att pellets med tillsats av kvartsit genomgår en lägre svällning jämfört med pellets utan kvartsit. Pellets med kvartsit reduceras även långsammare än pellets utan kvartsit. Pellets från varje reduktionsgrad och sammansättning analyserades med QEMSCAN, som är en kombination av svepelektronmikroskopi och energidispersiv röntgenspektroskopi. Det framkom att QEMSCAN är en otillräcklig metod för att identifiera järnoxider, eftersom dessa har snarlika kemiska sammansättningar och densiteter. QEMSCAN visade dock att andelen kvartsit och antalet kvartsitkorn minskar med ökande reduktionstid. Kompletterande analys av pellets genomfördes med Mössbauerspektroskopi. Datat från Mössbauerspektroskopin användes för att undersöka kvartsits effekt på fasomvandlingarna under reduktion. Resultatet visade att tillsats av kvartsit i pellets bidrar till en långsammare ökning av andel wustit och metalliskt järn, samt en långsammare minskning av andel wustit, jämfört med referenspellets.