Företaget stärker nu sin ställning bland världens pelletsproducenter och satsar på att bli ledande. Ett led i målsättningen är uppförandet av ett nytt centra – Pelletizing Research Centre.
LKAB:s forskningsverksamhet har fyra avdelningar: gruvteknik, mineralteknik, pelletisering och reduktionsmetallurgi. Till den sistnämnda hör experimentmasugnen som finns i Luleå. Nya centrumet för pelletsforskning placeras i anslutning till de befintliga forskningslokalerna i Malmberget.
– Det är flera orsaker till byggandet av centrumet, säger Dan Hallberg, verksamhetschef för pelletisering inom FoU. En är givetvis LKAB:s mål att vara världsledande och fortsätta utveckla produkter för kundernas processer samt pelletiseringsprocessen för ökad kapacitet och bättre produktkvalitet. En annan att vi vill ha en samlad struktur på resurserna inriktade på pelletisering. Tack vare centrumet får vi också bättre möjligheter att rekrytera talangfulla forskare.
Flera processteg
Tillverkning av pellets är en känslig process i flera steg. Från anrikningsverket kommer sligen som en pumpbar slurry med 30 procent vattenhalt. I slurryn tillsätts de slaggbildare som behövs, framförallt i kundens reduktionsprocess. LKAB använder kvartsit, kalksten, dolomit och/eller olivin. Tillsats av olivin har utvecklats av LKAB för masugnpelletsprodukterna MPBO och KPBO. Sligens sammansättning är viktig. Partikelstorlek och fördelning av storleksklasser är betydelsefullt, liksom de ytkemiska egenskaperna. Sligegenskaperna påverkar pelletiseringens dynamik. I ett första steg avvattnas slurryn ner till 8-9 procents vattenhalt. Den är en viktig variabel för processdynamiken och en förändring i vattenhalt på 0.1 procent kan ha betydelse. I andra steget blandas sligen med bindemedel. Som bindemedel används bentonitlera. Balansen mellan vattenhalt och bentonithalt är viktig för processens dynamik och råkulans egenskaper.
Att agglomerera betyder att partiklar förenas till större strukturer, i detta fall pellets. Det sker i en rullkrets (trumma) där sligen formas till råkulor med diameter 10-12 mm. Det är viktigt att få tillräckligt starka råkulor som är jämna och formstabila. Storleken ska heller inte variera mellan kulorna. Rätt porositet är också en viktig parameter, hela vägen från råkula till sintrad pellet.
Nästa steg är sintringen och den inleds med att kulorna torkas genom att blåsa in luft som är 200-500 grader C. Jämnhet i processen är viktigt och att allt vatten försvinner. Därefter blåses hetare luft in och vid 800 grader C startar oxidationen då magnetiten Fe3O4 oxideras till hematit Fe2O3. Luftgenomsläpplighet i bädden är en mycket viktig parameter för att processen ska förlöpa jämnt och fullständigt.
I den följande brännzonen blir oxidationen till hematit fullständig. Brännare som eldas med olja eller kol ökar temperaturen från 900 upp till 1200-1300 grader C. Sintring sker framförallt i detta intervall. Kulorna får hög hållfasthet med ett motstånd mot mekaniskt tryck som är ungefär 40 gånger jämfört med enbart torkade och 200 gånger det för blöta kulor. Temperaturkontroll är viktigt i processen. Överbränning påverkar produkten negativt bland annat genom minskad porositet och det straffar sig senare, nämligen i masugnen.
I ett avslutande steg blåses kall luft genom pelletbädden och temperaturen minskas från cirka 1200 till cirka 50 grader C.
– Att behärska dynamiken och få jämnhet i processen och i råkulornas kvalité är helt avgörande, säger Dan Hallberg. Bättre råkulor gör att man får lägre tryckfall i maskinen, det går åt mindre energi i processen, produktiviteten ökar och produktkvalitén förbättras.
Kulor med dålig hållfasthet smulas sönder, i olika delar av produktions- och transportkedjan, och ger svinn. I dagens hantering blir ungefär 3-4 procent till smulor. De siktas av i hamnarna och säljs till reducerat pris som Pellet Fines.
Prototyp
I nya forskningscentrumet kommer man att bygga en prototyp för kulrullning i pilotskala som ger mycket bättre möjligheter än idag att utprova råkuletillverkningens dynamik. Det blir möjligt att testa olika flödesparametrar, bindemedel, tillsatser, olika sliger, körsätt samt alternativ styrteknik.
Man kan skilja på två typer av forskningsuppgifter, beroende på om de relateras till processutveckling eller produktutveckling. Processutveckling syftar till att ta fram ett effektivare, stabilare och billigare processkoncept, men det ska inte påverka kunden. Man kan behöva säkra upp sig gentemot nya malmer, exempelvis från de nyöppnade dagbrotten. Produktutveckling innebär att nya pelletskoncept ska introduceras. Dessa kan påverka LKAB:s process varför processutveckling och optimering kan krävas i samband med nya produkter. Dessa ska givetvis samtidigt vara positiva för kundens process. Alla nya pellets (för masugnar) som utvecklas testas i LKAB:s experimentmasugn.
– Genom samverkan inom LKAB:s forskningsdiscipliner kan vi få ett tvärvetenskapligt grepp som inkluderar mineralteknik, kemi, metallurgi samt styr- och reglerteknik, berättar Dan Hallberg.
När laboratorieanläggningarna inom Pelletizing Research Centre väl är på plats och igång, kan det bli dags för nästa resurs på forskarnas önskelista, nämligen Experimental Pellet Plant (EPP) en pelletiseringslinje i liten produktionsstorlek. En sådan skulle bli suverän i kombination med experimentmasugnen. LKAB har också planer på att bygga ett experimentschakt för direktreduktion, vilket på motsvarande sätt kan bli till stor hjälp vid utveckling av framtidens DR-pellets.
Fotnot: oxidationen är en exoterm reaktion, den ger ifrån sig värme och därför är energiförbrukningen vid magnetitbaserad tillverkning av pellets bara en tredjedel jämfört med den hematitbaserade motsvarigheten.