Agglomeration of integrated cycle steel plant by-products through several organic binders

Dusts and sludges are two of the main integrated cycle steel plant by-products. Though their recycling is encouraged by their high concentration of iron oxides, the presence of harmful elements such as Zn, S and alkali limits their reintroduction only in rotary heart furnaces. Furthermore, the small particle size does not allow the direct use inside the furnace, hence an agglomeration technique is required. This work aims to compare the mechanical and metallurgical properties of briquettes using several binders. Briquettes are produced by mixing the raw materials in pairs to get the C/Fe2O3 necessary for self-reduction. Three different batches are prepared: the first one uses gelatinized starch; the second batch contains starch directly mixed with powders and water in a pot before cooking, the last batch uses Arabic gum. A preliminary experimental campaign is performed to define the ideal water/solid ratio of the latter. The briquettes are then pre- and post-heat treatment characterized. The results show that Arabic gum gives self-stand capacity to all briquettes after the thermal treatments. Being in the liquid phase, the gum penetrates between small-size particles enhancing also the mechanical resistance at room temperature of fine agglomerates. A worsening of mechanical performances, respect using starch, is instead shown with coarser particles. Big fragments also delay the reduction kinetic, leading to abnormal swelling. The mechanical resistance of briquettes is further affected by the parameters and the amount of water involved in briquetting process, by briquettes density and by the hydrophilic or hydrophobic nature of raw powders. Finally, the suitability of replacing natural Arabic gum with a recycled solution of Arabic gum, coming from the wine-making industry, has been investigated.

Polveri e fanghi sono due tra i principali sottoprodotti generati durante la produzione di acciaio attraverso ciclo integrale. Anche se il loro riciclo è incoraggiato dall’alta concentrazione di ossidi di ferro presente nelle polveri, la presenza di elementi dannosi come Zn, S e alcali permette il loro impiego solamente all’interno di forni a suola. Inoltre, la loro distribuzione di particelle è tanto fine da non consentirne il diretto utilizzo nel forno, è quindi necessaria una tecnica di agglomerazione. Lo scopo di questo lavoro è confrontare le proprietà meccaniche e metallurgiche di bricchette ottenute utilizzando diversi leganti. Le bricchette sono prodotte miscelando le materie prime a coppie, in modo tale da avere il rapporto C/Fe2O3 necessario per soddisfare la capacità autoriducente. Tre diversi lotti sono preparati: il primo utilizza l’amido gelatinizzato, il secondo contiene l’amido direttamente mischiato con le polveri e l’acqua nel pentolino prima della cottura, l’ultimo lotto contiene gomma arabica. Una preliminare campagna sperimentale è stata condotta per definire l’ideale rapporto tra acqua e frazione solida, per produrre la soluzione di gomma arabica. Le bricchette sono state poi caratterizzate prime e dopo il trattamento termico. I risultati mostrano che la gomma arabica conferisce capacità autosostenente a tutte le bricchette dopo i trattamenti termici. Essendo in fase liquida, è in grado di penetrare tra le particelle più piccole, incrementando la resistenza meccanica a temperatura ambiente degli aggregati fini. Un peggioramento delle performances meccaniche, rispetto alle bricchette con l’amido, è invece mostrato in presenza di particelle grossolane. Grossi frammenti ritardano anche la cinetica di riduzione, causando un’ingente espansione volumetrica. La resistenza meccanica delle bricchette è ulteriormente influenzata dai parametri e dal quantitativo di acqua usati nel processo di agglomerazione, dalla densità delle bricchette e dalla natura idrofila o idrofobica delle polveri. In fine, è stata investigata la possibilità di sostituire la gomma arabica naturale con una soluzione riciclata, ottenuta dall’industria vinicola.