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actualización tecnológica

Nuevos desarrollos

Tecnología para una planta compacta de peletización circular

El porcentaje cada vez mayor

de finos y concentrados de

mineral de hierro que están

disponibles en el mercado global

es un indicador de la creciente

importancia que está ganando

el proceso de peletización para

la aglomeración del mineral

de hierro. Para responder a

esta tendencia, Siemens Metals

Technologies ha desarrollado

la tecnología de peletización

circular CPT (Circular Pelletizing

Technology). Esta nueva

generación de plantas cuenta

con un horno circular de

endurecimiento y se caracteriza

por su construcción compacta

y ligera, que a su vez reduce

el monto de inversión. De esta

forma, es posible obtener una

instalación eficiente y rentable,

permitiendo que la planta pueda

ser construida dentro de la mina

o en un complejo siderúrgico

existente. La primera planta

CPT se encuentra actualmente

en proceso de construcción en la

India.

Introducción

El acceso a mineral de alta calidad y con bajo costo de producción es en la actualidad cada vez más limitado, lo que ha conllevado a que los finos y ultrafinos constituyan una porción cada vez mayor del mineral disponible para la producción de hierro. Consecuentemente, la porción de pélets a ser utilizados está creciendo constantemente a nivel mundial y se prevé que esta tendencia continuará en el futuro.

Por: Christoph Aichinger [i], André Fulgencio[ii], Bernhard Hiebl [iii], Reinhard Redl [iv] y Hans Stiasny[v]

[i] Vicepresidente, Tecnologías de Aglomeración. [ii] Responsable Global de Marketing, Fabricación de Hierro. [iii] Experto del Proceso, Peletización. [iv] Director del Proyecto. [v] Experto Senior, Tecnologías de Aglomeración.Todos pertenecientes a Siemens VAI Metals Technologies, Linz, Austria.

Por esta razón, día a día más empresas siderúrgicas consideran la posibilidad de producir pélets directamente en la acería con el fin de minimizar el impacto causado por el incremento del precio en el mercado mundial. Adicionalmente, el contar con la planta dentro de las acerías permite que los productores tengan la flexibilidad de ajustar la calidad y la química de los pélets a fin de optimizar la producción de hierro y acero.

CPT (Tecnología de Peletización Circular): una solución altamente compacta y rentable para producir pélets de calidad.

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Hasta hace poco tiempo, la integración eficiente de una planta de peletización dentro de una instalación siderúrgica exis-tente era impensable dado el gran espacio requerido por la plantas convencionales, lo que obligaba a los productores ya sea a adquirir el material de proveedores co-merciales, o a operar sus propias plantas de peletización cerca de la mina de hierro. Esta última opción suele conllevar una logística de transporte complicada y, por lo tanto, de costos elevados.

Para responder a ese reto, se desarrolló la tecnología de peletización circular o CPT. El proceso se basa en la tecnología de peletización de parrilla móvil, a la cual se le añadió un horno de endurecimiento circular que reduce drásticamente el espacio requerido por la planta. Los re-querimientos generales de espacio para una planta CPT son aproximadamente la mitad que los de una convencional. La inversión correspondiente a la obra civil, equipos y estructuras se reduce en la misma proporción, con la ventaja adicional de que al ser una instalación menor puede ejecutarse en un tiempo más breve. La capacidad de producción anual de una planta CPT se ubica entre 0,8 y 3,0 millones de toneladas de pélets y es capaz de producir todos los tipos de material que actualmente requieren los productores siderúrgicos a nivel mundial.

Descripción del proceso y la planta

La planta CPT está conformada por las instalaciones de preprocesamiento de trituración, almacenamiento, mezcla, granulación y segregación del mineral de hierro y demás materiales de entrada; el área de carga de pélets verdes; el horno circular de endurecimiento; el sistema de combustión; el sistema de limpieza del gas de proceso; el área de servicio para la carga del material y la descarga del producto; el sistema secundario de captación de polvo y los sistemas correspondientes de transporte hasta el área de almacenamiento (Figura 1).

Instalaciones de preprocesamientoLas instalaciones de preprocesamiento están constituidas por el área de almacenamiento, dosificación, mezcla y granulación de las materias primas, así como las instalaciones de transporte desde y hacia el horno de endurecimiento.

Las materias primas y de entrada, como mineral triturado, bentonita, caliza o cal hidratada, coque o antracita y polvo seco, se almacenan en varias tolvas. Las instala-ciones de preprocesamiento pueden contar adicionalmente con molinos en los cuales se trituran los minerales de hierro o aditivos.

Los materiales necesarios para la pe-letización se extraen de las tolvas y se cargan mediante dosificadores a una cinta transportadora, la misma que lleva los materiales a un mezclador intensivo. Luego de la etapa de mezcla, el material homogeneizado se transporta hasta el techo de la torre de granulación, donde se forman los pélets mediante discos de granulación de 7,5 m de diámetro. La separación de los pélets verdes sobredi-mensionados se realiza después de cada disco de granulación mediante rodillos de segregación. Los pélets verdes subdimen-sionados se separan en el alimentador de rodillos ubicado directamente antes del horno de endurecimiento. Los que tienen el tamaño correcto, se transfieren al horno de endurecimiento. Una vez que han tomado una apariencia esponjosa, aquellos que no tienen el tamaño correcto se reciclan nuevamente en el proceso.

Área de carga de pélets verdesLos pélets verdes se cargan en un trans-portador alternativo que los distribuye uniformemente a lo ancho de la cinta transportadora gracias a una parrilla de tipo circular. Luego, se cargan desde la cinta transportadora a un alimentador de rodillos en el cual se segregan los pélets subdimensionados y se reciclan nuevamente en el proceso, como se indicó anteriormente.

Figura 1 Esquema de flujo típico de una planta CPT

Mezcladorinterino

Sección detomizar y alimentación

Sección demolienda

del mineralde hierro

Sección dealmacenamiento y mezclado

Capa central y lateral

Mineral de hierro

Torre de fragmentación

Concentrado Polvo seco1 2 3 Coque4 Bentonita5 Caliza6

1

23456

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Los de tamaño correcto salen rodando del alimentador de rodillos y quedan depositados uniformemente en una capa inferior de 100 mm en la parrilla móvil. El espesor del lecho de pélets verdes es de unos 350 mm, con lo que se obtiene una profundidad total de lecho de unos 450 mm. Mediante tolvas ubicadas a ambos lados de la cinta se depositan capas del material de los pélets a los lados para proteger las paredes laterales y mejorar la distribución de aire. La profundidad real de la capa se mide continuamente mediante sondas ultrasónicas para garantizar que la parrilla móvil se desplace a la velocidad correcta.

Horno de endurecimientoEl horno de endurecimiento tiene un diseño circular que permite que la campana del horno cubra más del doble de carros de bandejas que un horno de endurecimiento recto, de esta forma se da un uso más efectivo al equipo instalado.

La campana del horno está dividida en cuatro secciones. El número y la distribución de las cajas de viento instaladas bajo el horno de endurecimiento están basados en los requerimientos del proceso. El horno de endurecimiento, que tiene un control de velocidad variable, está conformado por los siguientes equipos: carros de bandejas con parrillas intercambiables; ruedas y bloques de pared lateral; barras de parrilla; cajas de viento con válvulas de doble descarga; una tolva de descarga con sistema de captación de polvo, y una sección para el vaciado de los carros de bandejas.

El tiempo de endurecimiento de los pélets en el horno CPT es de entre 40 y 55 mi-nutos, dependiendo de los concentrados y finos de mineral de hierro. Las etapas del proceso de endurecimiento incluyen la ventilación ascendente y descendente convencional, el precalentamiento, la cocción, la poscocción, el enfriamiento primario y secundario, y una recuperación eficiente de los gases calientes. La longitud de cada zona se diseña de acuerdo a los resultados obtenidos en las pruebas de laboratorio (pot tests) de los minerales, las mismas que determinan las características del proceso de peletización.

Los gases de escape provenientes de las cajas de viento y la campana del horno se limpian en precipitadores electrostáticos (ESP) o en filtros de mangas. En la Figura 2 se muestran las zonas de proceso del horno de endurecimiento y sus tempera-turas respectivas.

En la primera zona del horno de endureci-miento CPT se reutilizan los gases calientes recuperados de la segunda zona de enfria-miento para el secado ascendente de los

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Figura 2 Zonas de proceso del horno de endurecimiento CPT

y temperaturas respectivas

Secado ascendente

1,000°C1,350°C

750°C500°C250°C80°CAmbiente

1

1

Secado descendente2

2

Peletización3

3

Cocción4

4

Poscocción5

5

Enfriamiento primario6

6

Enfriamiento secundario7

7

Figura 3 Esquema del flujo de gases de proceso en una planta CPT

Capa inferiorde la parrilla

Péletsfrescos

pélets verdes. De esta manera se aumenta la resistencia, permitiéndoles soportar mejor la fase de secado descendente. Tras pasar por la capa de pélets, el aire húmedo se limpia en un ESP o en filtros de mangas antes de ser liberado por la chimenea a la atmósfera.

En la segunda zona del horno de endure-cimiento se reutilizan los gases calientes recuperados de las zonas de cocción y poscocción para el secado descendente del lecho de pélets, los mismos que son recuperados a través del ventilador de las cajas de viento. Los gases se aspiran a través de la capa de pélets verdes y se limpian de igual manera en un precipitador electrostático (ESP) o en filtros de mangas. De esta manera, se completa el ciclo de secado.

En la tercera zona, los gases recuperados de la zona de cocción precalientan los pélets verdes. En caso de ser necesario se puede incrementar la temperatura mediante quemadores.

En la cuarta zona, los quemadores de cocción a ambos lados del horno de en-durecimiento calientan la capa superior de los pélets hasta una temperatura de endurecimiento de 1.350°C, lo que favorece la recristalización y la aglomeración de escoria que proporcionan la resistencia a la compresión de los pélets.

La poscocción se produce en la quinta zona, en la cual el frente térmico desciende desde la capa superior de pélets hacia la capa inferior del hogar. Con esto se completa el proceso de cocción.

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La última zona de la máquina, la zona de enfriamiento, está dividida en dos secciones en las que el ventilador de aire de enfria-miento fuerza aire a temperatura ambiente a través de la capa de pélets en sentido ascendente a fin de enfriarlas. Los gases calientes que salen de la primera zona de enfriamiento se recuperan directamente para mejorar la transferencia de calor a la capa inferior en la zona de poscocción. La mayor parte del aire caliente recuperado se reutiliza en las zonas de precalentamiento y de cocción del horno de endurecimiento CPT. El gas caliente que sale de la segunda zona de enfriamiento se reutiliza en la zona de secado ascendente.

En la Figura 3 se ilustra el flujo de gases de proceso en una planta CPT.

Los pélets enfriados salen de la máquina de endurecimiento a una temperatura menor a 100°C. Un sistema de automatización controla la velocidad de los ventiladores, la potencia de cada quemador y la posi-ción de cada una de las compuertas del sistema para regular las temperaturas y presiones en las campanas y los conductos. Entradas de aire protegen las unidades de captación de polvo y los ventiladores contra temperaturas excesivas.

Sistema de combustiónEn la campana de endurecimiento existen varios quemadores. Una característica importante del sistema de combustión del CPT es su flexibilidad para usar varias fuentes de energía, ya sea de manera in-dividual o en combinación. Por ejemplo, se puede usar gas obtenido en un gasificador de carbón junto con otros combustibles, líquidos o gaseosos. En caso de ser ne-cesario, la empresa proveedora de esta tecnología puede suministrar un sistema de gasificación de carbón a la medida que satisfacer lo requisitos de combustión de la planta CPT.

Limpieza del gas de procesoLos conductos de salida de la campana y de las cajas de viento cuentan con pre-cipitadores electrostáticos que limpian el gas residual. También se puede instalar un sistema de filtros de mangas que cumplen con los requisitos ambientales más exi-gentes a nivel mundial. El polvo separado se transporta de manera neumática a la tolva de polvo seco, ubicada en el área de almacenamiento, para reciclarlo en el proceso de peletización.

Área de servicio de maquinaria del horno de endurecimientoEl área de servicio está conformada por el área de carga de los pélets verdes

y la sección de descarga del producto peletizado.

Tras la salida de las bandejas de la segunda zona de enfriamiento, los pélets acabados se vuelcan en una tolva y luego pasan a una cinta transportadora. El nivel de llenado de la tolva se mantiene entre los límites mínimo y máximo definidos a través de un sistema de control especial. Luego del transporte a la torre de granulación, el material necesario se segrega y se recicla en la máquina de endurecimiento. La mayoría de los pélets se transporta a las tolvas o a la pila de almacenamiento de producto. La campana de descarga móvil que cubre el área de servicio se puede mover hacia el área de alimentación para mantenimiento, como por ejemplo para cambiar las parrillas de las bandejas.

Sistema secundario de captación de polvoEl polvo generado en todos los puntos de transferencia de material se aspira y se recopila en un sistema central de filtros de mangas. El polvo extraído se recicla en el proceso.

Cifras de producción y consumo

Las cifras previstas de producción y consumo de una planta CPT con una

capacidad de 800. 000 t/a a 3 millones t/a de pélets se han obtenido a partir de un concentrado de hematita, con las propiedades físicas y químicas usuales (Cuadros 1 y 2).

La primera planta CPT del mundo

El primer pedido para la construcción de una planta CPT provino del estado de Orissa, India, el cual incluye un suministro adicional de plantas de beneficio de mineral a ser entregadas por un proveedor de la India.

La planta CPT tendrá una capacidad de producción nominal de 1,2 millones de toneladas de pélets al año. El área total requerida para la instalación completa de la planta es menor a dos hectáreas, incluyendo el área para la dosificación de materias primas y granulación, limpieza del gas de proceso, y para una planta de gasificación de carbón para la generación de energía. El horno de endurecimiento CPT quemará una mezcla de gas de carbón y fuel oil pesado.

La puesta en marcha de la planta está prevista para la segunda mitad del año 2013; los pélets producidos se destinarán principalmente a la industria siderúrgica de la India. En la Figura 4 se muestra una vista aérea virtual de la planta.

Parámetro de calidad del producto Valor

Tamaño de producto < 5 mm < 5%

Tamaño de producto > 16 mm < 3%

CCS* (resistencia a la compresión en frío) 2.500 N/pella

TI**(índice de desgaste) > 6,3 mm 92%

Reducibilidad (ISO 7215) 70%

Índice de crecimiento de pélets Máx. 15%

* Cold Coushing Strength.** Tumble Index.

Valor

Coque < 11 kg/t pélets

Bentonita < 7 kg/t pélets

Caliza < 11 kg/t pélets

Aire comprimido < 25 m3/t pélets

Agua < 0,2 m3/t pélets

Energía eléctrica < 40 kWh/t pélets

Energía térmica < 150 Mcal/t pélets

Refractarios < 0,1 kg/t pélets

Cuadro 1 Características típicas del producto peletizado por CPT

Cuadro 2 Cifras típicas de consumo del proceso CPT

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Figura 4 Vista esquemática de la planta CPT de 1,2 millones t/a actualmente en construcción en el estado de Orissa, India

Ventajas y características principales de las plantas CPT

CPT es la planta de peletización más compacta del mundo y establece nuevos niveles de producción rentable de hierro y acero a partir de pélets de mineral de hierro.

La tecnología CPT está disponible en módulos con capacidades de produc-ción de entre 800.000 t/a y 3 millones t/a. Gracias al diseño circular del horno de endurecimiento, el espacio requerido para la instalación de una planta CPT completa es inferior al 50% del requerido para una planta de peletización convencional de capacidad similar.

Las inversiones de capital para obra civil, equipos y estructuras de acero se

reducen en la misma medida. Dado el menor tiempo que se requiere para la construcción y puesta en marcha de la planta, los productores están en capacidad de producir pélets de manera rentable en un tiempo más corto.

El horno de endurecimiento circular utiliza los equipos instalados de forma mucho más eficiente, ya que más del 75% de los carros de bandejas se usan dentro del horno de endurecimiento.

Esta es una gran diferencia en comparación con una planta de peletización conven-cional en la que, debido a la disposición lineal del horno de endurecimiento recto, los carros de bandejas vuelven vacíos al área de carga de pélets verdes, es decir, menos del 40% de los carros de bandejas está siendo usado efectivamente en la producción. La reutilización de los gases

Dosificación y granulación

5

2

1

Sección de mezclado2

Horno de endurecimiento3

Clasificación del producto4

Almacenamiento en pilas del producto5

Limpieza de gas del producto6

Planta de clasificación del carbón7

Almacenamiento de aditivos y molienda8

4

8

1

3

6

7

calientes del proceso minimiza el consumo de energía de la peletización. La operación de la planta se basa en el uso de sistemas de automatización que han sido probados en el control de equipos y el seguimiento de procesos. El reciclaje de materiales residuales y desechos de la acería permite minimizar el impacto ambiental.

CPT representa una nueva generación de plantas de peletización que permite tanto a los productores de mineral de hierro como a los operadores siderúrgicos responder de forma rápida y rentable al creciente porcentaje de finos de mineral de hierro que hay disponibles en el mercado global del mineral de hierro. Actualmente se están preparando varias evaluaciones técnicas y nuevas ofertas para la instalación de plantas CPT en varias minas y complejos siderúrgicos de todo el mundo.

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